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Mescolare o non mescolare? Questo è il dilemma!

pubblicato 11 gen 2017, 04:20 da Franco Bagnoli   [ aggiornato in data 15 mar 2017, 04:21 ]
Giorni fa mi è capitato di vedere questo video 

dove si mostra un effetto interessante, ma la spiegazione è completamente sbagliata. Nei commenti si indica la possibilità che l'effetto mostrato, ovvero che un cubetto di ghiaccio si scioglie prima se messo in un bicchiere con acqua dolce rispetto a quello messo in un bicchiere con acqua salata sia dovuto al fatto che nel primo caso l'acqua di fusione del cubetto, più pesante di quella del bicchiere, affonda, lasciando in cubetto a contatto con l'acqua a temperatura ambiente, mentre nel secondo caso l'acqua dolce fredda dovuta alla fusione galleggia su quella salata e quindi "tiene fresco" il cubetto. 
Per controllare ho messo a congelare dell'acqua colorata e quindi ho fatto la prova: effettivamente la spiegazione proposta è giusta: il bicchiere con l'acqua dolce è diventato tutto blu (a destra nella foto), mentre quello con acqua salata aveva uno strato blu in cima (a sinistra) e il resto era trasparente. 


Ma perché l'acqua blu fredda galleggia su quella salata a temperatura ambiente? E perché non si mescolano? 
La densità dell'acqua aumenta con il sale disciolto, l'acqua di mare ha una densità di 1,025 g/cme quella del Mar Morto è di 1,24 g/cm3. La densità dell'acqua dipende anche dalla temperatura, a 0 gradi è 0,9998395 g/cm3, a 4 gradi (massima densità) è 0,999720, a 20 gradi è di 0,9982071. 

Quindi, come si vede con il sale si può compensare agevolmente la diminuzione della densità con la temperatura. Ma uno si aspetterebbe comunque un mescolamento. 
Si può fare un esperimento analogo con acqua e vino, meglio se rosso. Si versa l'acqua, si mette un dischetto di carta o plastica sul pelo dell'acqua e poi si versa lentamente il vino, quindi si toglie delicatamente il dischetto. Il vino rimane separato dall'acqua per un lungo tempo, anche qualche giorno a seconda della temperatura ambiente e della gradazione del vino (più alcool c'è, più il vino è leggero).


Che succede? 

Siamo di fronte al "dilemma" tra energia e entropia. Energeticamente, conviene che i liquidi più pesanti stiano in basso e quelli più leggeri in alto. Ma dal punto di vista dello "spazio a disposizione", una molecola preferisce vagare in un volume più ampio, quindi mescolarsi. L'equilibrio tra queste due grandezze è dato dalla temperatura T, in formule si introduce l'energia libera F = E - T S, dove E è l'energia e S l'entropia, ovvero il logaritmo del numero di configurazioni possibili, in questo caso. A bassa temperatura domina l'energia, quindi se mettiamo il nostro bicchiere con acqua e vino in frigorifero (non nel congelatore), ci aspettiamo che la separazione duri di più. Se invece la temperatura è alta, ci aspettiamo un mescolamento più rapido. Per verificare conviene mettere i bicchieri nel forno a microonde e osservarlo ogni minuto. 
Ecco cosa succede portando i bicchieri a circa 80 gradi (da 15 gradi di partenza) dopo una decina di minuti di attesa. 
 

Un trucco simile è quello whisky contro acqua http://www.telegraph.co.uk/men/the-filter/pub-tricks-the-whisky-vs-water-challenge/. Si tratta di scambiare il contenuto di due bicchieri, uno contenente whisky e l'altro acqua senza usare un terzo contenitore (neanche la bocca). L'idea è quella di mettere in contatto i due fluidi attraverso un canale abbastanza stretto (fatto usando una carta di credito) in modo che i due liquidi fluiscano senza mescolarsi, sfruttando il fatto che l'acqua è più densa del whisky. 


Si può fare anche con del vino, e conviene mettere del sale nell'acqua per renderla ancora più densa. Inoltre conviene inclinare i due bicchieri mettendo una seconda carta di credito parzialmente sotto il bicchiere in modo da forzare il flusso in un lato invece di aspettare che la simmetria si rompa da sola. 

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