Sapevi però che se metti in freezer una bottiglia di vetro piena d'acqua c'è il rischio che il vetro si rompa? O che il ghiaccio ha la capacità di formarsi attorno a un oggetto, per esempio un filo, esercitando su di esso forze molto più intense di quanto immaginiamo?
Andiamo a scoprire insieme perché...
L'acqua, passando allo stato solido, aumenta di volume
Cosa ci occorre
- Un recipiente di plastica graduato dotato di tappo
- Acqua colorata
- Un freezer
Come si fa
1. Riempi il tuo contenitore con una quantità precisa di acqua colorata. Scegli una quantità che corrisponda a una delle tacche presenti sul recipiente. Non riempire troppo il contenitore: almeno metà della sua capienza deve essere libera.
2. Metti il contenitore tappato in freezer. Assicurati che sia ben dritto e non schiacciato. Attendi un paio d'ore: deve formarsi il ghiaccio.
3. Estrai il contenitore dal freezer e osserva: il volume del contenuto è aumentato!
Cosa è successo
L'ambiente freddo del freezer ha fatto solidificare l'acqua, che è passata dallo stato liquido allo stato solido.Le molecole d'acqua allo stato liquido non hanno una posizione precisa: possono muoversi, e questo è il motivo per cui i liquidi assumono la forma del recipiente che li contiene.
Allo stato solido, invece, le molecole d'acqua assumono una posizione precisa e sono vincolate a mantenere quella posizione: si dispongono secondo una struttura cristallina che impone, tra una molecola e l'altra, una distanza maggiore di quella hanno le molecole dell'acqua allo stato liquido.
Questo è il motivo per cui, se dimentichi in freezer una bottiglia di vetro chiusa piena d'acqua, corri il rischio che si rompa: per contenere la stessa quantità di acqua ghiacciata avresti bisogno di una bottiglia più grande!
Tocca a te!
Riesci a distinguere i singoli cristalli di ghiaccio che si sono formati? Può essere che tu riesca a isolarne qualcuno sulle pareti del recipiente, o vicino al tappo. Confronta la loro forma con quella dei cristalli di zucchero (la pagina Dolci cristalli ti può dare maggiori informazioni in merito): quali sono le somiglianze? Quali sono, invece, le differenze?Il ghiaccio galleggia sull'acqua
Cosa ci occorre
- Un pezzo di ghiaccio (quello prodotto con l'esperimento precedente va benissimo!)
- Un recipiente con l'imboccatura larga
- Un po' d'acqua
Come si fa
Versa l'acqua nel recipiente e prova a immergere il pezzo di ghiaccio nell'acqua: fai fatica a mantenerlo completamente immerso!Se lo lasci libero di muoversi, il ghiaccio rimane in superficie e parte del blocco resta fuori dall'acqua.
Cosa è successo
Abbiamo visto che le molecole d'acqua, passando allo stato solido, occupano un volume maggiore. Se abbiamo quindi una certa quantità di spazio a disposizione, ci starà quindi più acqua che ghiaccio. La grandezza fisica che misura la quantità di una certa sostanza (massa) che può essere contenuta in un dato volume si chiama densità: il ghiaccio ha quindi una densità minore di quella dell'acqua.In generale, i liquidi tendono a disporsi in ordine di densità: i liquidi più densi scivolano sotto ai liquidi meno densi. Lo stesso fanno i solidi immersi nei liquidi: se sono più densi tendono a stare sul fondo, se sono meno densi stanno in superficie.
Tocca a te!
Ripeti l'esperimento utilizzando altri oggetti solidi: prova a immergere nell'acqua una pallina, una gomma, il tappo di plastica di una bottiglia... quali oggetti hanno una densità maggiore di quella dell'acqua? Quali una densità minore?Prova anche ad utilizzare altri liquidi al posto dall'acqua: immergi gli stessi oggetti in olio d'oliva, olio di semi, aceto di mele, detersivo per piatti... ottieni gli stessi risultati che avevi ottenuto con l'acqua?
Il ghiaccio intrappola oggetti al proprio interno
Cosa ci occorre
- Un cubetto di ghiaccio
- Un pizzico di sale
- Un filo sottile
- Un freezer
- Un contenitore con un coperchio, da poter mettere in freezer
Come si fa
1. Mettiamo sul cubetto di ghiaccio un pochino di sale, e appoggiamoci sopra il filo. Infiliamo il cubetto con sopra il filo nel contenitore, che chiudiamo e riponiamo in freezer per qualche minuto.
2. Estraiamo il contenitore dal freezer. Il filo è stato intrappolato dal ghiaccio!
Cosa è successo
Sono successe diverse cose.- Sul cubetto di ghiaccio estratto dal freezer si forma un sottilissimo strato d'acqua. Questo è normale a temperatura ambiente, ma anche a temperature molto fredde: alcune molecole d'acqua si liberano dalla struttura cristallina e diventano acqua allo stato liquido, mentre altre vengono catturate dall'ambiente e entrano a far parte della struttura cristallina.
- Il sale altera questo processo di scambio: infatti, i cristalli di sale si sciolgono nello strato d'acqua e in questo modo le molecole d'acqua non riescono più a entrare a far parte della struttura cristallina del ghiaccio. Allo stesso tempo, l'acqua e il ghiaccio cercano di portarsi alla stessa temperatura: l'acqua salata non si può trasformare in ghiaccio ma assorbe calore dal ghiaccio, che tende quindi a fondere.
- Il filo penetra nello strato d'acqua. Quando infiliamo il recipiente in freezer, la temperatura si abbassa bruscamente: lo strato d'acqua che si era formato sul cubetto torna a ghiacciarsi e il filo resta intrappolato al suo interno.
Tocca a te!
Quest'ultima esperienza potrebbe essere utilizzata per concludere che, quando si forma il ghiaccio, l'acqua si espande in tutte le dimensioni? Perché?Quali altre esperienze potresti progettare per dimostrare che il ghiaccio si espande in tutte le direzioni?