Sbatte la bottiglia d’acqua e si congela all’istante: come accade?

L’esperimento scientifico: l’acqua congela all’istante all’interno di una bottiglia di plastica. Il fenomeno chimico particolare.

Si tratta di uno dei fenomeni chimici più assurdi legati all’acqua, in grado di rimanere allo stato liquido anche sotto gli 0 gradi, diventando “sottofreddata”. Ma come è possibile? Si tratta del fenomeno della sopraffusione.

In cosa consiste? Occorre mettere in pratica questo particolare esperimento, utilizzando due bottigliette di acqua naturale. Meglio non utilizzare l’acqua del rubinetto perché potrebbe contenere tracce di calcare o altre sostanze.

Il canale YouTube Geopop spiega cosa occorre per la riuscita dell’esperimento. Quindi, oltre alle bottiglie di acqua, serve anche un po’ di sabbia, un termometro e ovviamente il freezer. Come iniziare? Si prende una bottiglia di acqua e si versa un po’ di sabbia al suo interno.

Questo per indicare che l’acqua, in caso di impurità, come ad esempio la sabbia, congela esattamente a 0 gradi. L’acqua sottoraffreddata, ossia liquida anche sotto gli 0 gradi, è possibile solo quando è pura.

Il particolare fenomeno in cui si osserva acqua in bottiglia che congela all’istante

In seguito vedremo il confronto tra acqua pura e acqua impura, contenente dei granelli di sabbia. Posizioniamo le due bottiglie all’interno del congelatore e aspettiamo qualche ora. In freezer, la temperatura dell’acqua ovviamente sta scendendo, andando incontro agli 0 gradi.

Una volta arrivata a 0 gradi, l’acqua contenente i granelli di sabbia congelerà, mente l’altra bottiglia non congelerà e arriverà a una temperatura più bassa.

I granelli di sabbia agiscono come centro di nucleazione. La bottiglia ancora liquida, invece, è sottoraffreddata. Per congelarla all’istante, però, basterebbe soltanto sbatterla, per creare un centro di nucleazione.

Il centro di nucleazione è il punto in cui le molecole di acqua si aggrappano a un’impurità. Nel caso della sabbia, le molecole di acqua si sono aggrappate ai granelli stessi. Si tratta di un processo graduale, che dà origine poi ai cristalli di ghiaccio, sempre più spessi.

Il processo di cristallizzazione dell’acqua

Nel caso dell’acqua pura, il centro di nucleazione è dato dalle minuscole bollicine di aria che, sbattendo, entrano nell’acqua, cristallizzando le sue molecole. Per questo motivo, la cristallizzazione parte dall’alto verso il basso, proprio perché l’aria è presenta nella parte alta della bottiglia, dove c’è il collo. Ma si può affrontare anche un altro esperimento per capire questo fenomeno.

Si prende un bicchiere di vetro e una bottiglia di acqua sottoraffreddata. Versiamo l’acqua direttamente nel bicchiere. Cosa accade? L’acqua congela non appena fuoriesce dalla bottiglia ed entra a contatto con il vetro del bicchiere. In questo caso, il centro di nucleazione potrebbe essere un’imperfezione del vetro, oppure un granello di polvere, o le bollicine di aria intrappolate nel bicchiere.

Altrimenti, si prende una bottiglia di acqua sottoraffreddata, la si apre e si inseriscono i granelli di sabbia. In questo caso, però, la cristallizzazione avviene dal basso e non dall’alto. Questo perché, i granelli di sabbia, essendo più densi dell’acqua, affondano e da lì fanno partire la cristallizzazione.

Ma il termometro, a cosa ci serve? Basta prendere una bottiglia con acqua sottoraffreddata e misurare la temperatura.

L’acqua dovrebbe essere di circa -5/6 gradi, ancora nello stato liquido. Appena si fa partire il congelamento, colpendo la bottiglia, l’acqua ghiaccia e il termometro misura istantaneamente 0 gradi. Nello stato liquido, le molecole vibrano e hanno energia, quando congelano, invece, sono paralizzate, e di conseguenza hanno meno energia.

L’energia esiste sotto forma di calore. Perciò, quando le molecole congelano, disperdono calore e aumentano la temperatura.