Cinquantamila.it La storia raccontata da Giorgio Dell'Arti

Ecco un’altra cosa: quali molecole se ne vanno? Quando una molecola si allontana ciò è dovuto a un’accidentale sovraccumulazione di energia – quel minimo in più del livello solito che è necessario per vincere l’attrazione delle molecole vicine. Quindi, dato che se ne vanno le molecole con energia maggiore della media, quelle che restano hanno mediamente minor velocità di prima. Così, evaporando, il liquido gradualmente si raffredda. Naturalmente, quando una molecola di vapore si avvicina alla superficie dell’acqua, a un certo punto si manifesta, improvvisamente una forte attrazione che ne accelera il moto, e ciò si traduce in una produzione di calore. Così le molecole sottraggono calore quando se ne vanno, e lo generano quando tornano. Se l’evaporazione netta è nulla il risultato è anch’esso nullo: la temperatura dell’acqua non cambia. Ma se soffiamo sull’acqua per mantenere una continua preponderanza del numero delle molecole che evaporano, allora l’acqua si raffredda. Perciò, se volete raffreddare la minestra soffiateci sopra! Naturalmente i processi appena descritti sono molto più complicati. Non solo l’acqua entra nell’aria, ma anche, di tanto in tanto, qualche molecola di ossigeno o di azoto entrerà nell’acqua "perdendocisi" dentro, avanzando tra le molecole d’acqua. Quindi l’aria si dissolve nell’acqua, che conterrà aria. Se improvvisamente facciamo il vuoto nel recipiente, le molecole d’aria lasceranno l’acqua più rapidamente di quanto vi siano entrate, e in questo processo si formeranno delle bolle. Cosa molto pericolosa per chi fa immersioni subacquee, come forse saprete. Ora passiamo a un altro processo. Nella figura 6 vediamo, dal punto di vista atomico, un solido che si scioglie nell’acqua. Se mettiamo un cristallo di sale nell’acqua cosa accadrà? Il sale è un solido, un cristallo, una struttura organizzata di "atomi di sale". Nella figura 7 troviamo rappresentata la struttura tridimensionale del sale da cucina, il cloruro di sodio. A rigor di termini il cristallo non è fatto di atomi, ma di ioni. Uno ione è un atomo che ha qualche elettrone in più, o ne ha perso qualcuno. In un cristallo di sale troviamo ioni di cloro (cioè atomi di cloro con un elettrone in più) e ioni di sodio (atomi di sodio con un elettrone in meno). Nel sale solido gli ioni stanno attaccati l’uno all’altro per via dell’attrazione elettrica, ma quando lo mettiamo nell’acqua scopriamo che a causa dell’attrazione *****dell’ossigeno negativo e dell’idrogeno positivo sugli ioni, alcuni di essi si liberano. Nella figura 6 vediamo uno ione di cloro che si libera e altri atomi che fluttuano nell’acqua sotto forma di ioni. Questa rappresentazione è abbastanza fedele. Osserviamo, per esempio, che vicino allo ione di cloro sono più frequenti gli estremi di idrogeno delle molecole d’acqua, mentre vicino allo ione di sodio è più probabile trovare l’estremo di ossigeno (infatti il sodio è positivo e l’estremo di ossigeno dell’acqua è negativo, quindi si attraggono elettricamente). Si può capire se la figura rappresenta del sale che si discioglie nell’acqua o non invece del sale che si cristallizza nell’acqua? Naturalmente no, perché ci sono atomi che si inseriscono nel cristallo mentre altri lo stanno lasciando; il processo è dinamico, come nel caso dell’evaporazione, e dipende dalla quantità di sale nell’acqua: se è maggiore o minore di quella necessaria all’equilibrio. Con la parola "equilibrio" intendiamo la situazione in cui tanti atomi se ne vanno quanti tornano indietro. Se nell’acqua non c’è sale per niente, se ne vanno molti più atomi di quanti tornino, e il sale si scioglie; per contro, se ci sono troppi "atomi di sale", quelli che tornano saranno in numero maggiore e il sale cristallizza. Incidentalmente, accenniamo al fatto che il concetto di molecola è solo approssimato, ed esiste soltanto per una certa classe di sostanze. Nel caso dell’acqua è chiaro che i tre atomi sono effettivamente attaccati insieme, ma non è così chiaro nel caso del cloruro di sodio allo stato solido. Esiste solo una disposizione degli ioni di sodio e cloro in una configurazione cubica; non c’è alcun modo naturale di raggrupparli sotto forma di "molecole di sale". Ritornando alla nostra discussione sulla soluzione e la precipitazione, se la temperatura della soluzione aumenta, aumenta la quantità di atomi che lasciano il cristallo, così come aumenta la quantità di quelli che tornano indietro. In generale è molto difficile riuscire a prevedere in quale modo finirà, se il solido si scioglierà in quantità maggiore o minore. La maggior parte delle sostanze si scioglie di più all’aumentare della temperatura, ma alcune si sciolgono di meno.

RICHARD P. FEYNMAN