Il ghiaccio per secoli è stato un prodotto ricercato e costoso. D’inverno, nei paesi dove questo era possibile, la neve veniva raccolta e immagazzinata in pozzi scavati nel terreno o in caverne naturali. Coperta con foglie, paglia, piume o altro materiale isolante si conservava per molti mesi. Gli antichi romani mescolavano la neve con succhi di frutta per ottenere delle preparazioni rinfrescanti antenate dei moderni sorbetti. Ma fu solo con la scoperta che alcuni sali, come il nitrato di potassio, o salnitro, disciolti in acqua ne provocano l’abbassamento della temperatura che iniziarono gli studi per produrre il freddo, e il ghiaccio, per via chimica.
Questa scoperta pare risalga alla prima metà del XVI secolo e venne descritta per la prima volta nel 1550 da Blasius Villafranca, un medico spagnolo che operava a Roma. In un suo trattato sostiene di essere stato il primo a descrivere pubblicamente questo effetto.
Ancora oggi si usa il medesimo principio nelle confezioni di “freddo istantaneo” per uso sportivo o medico, dove dell’acqua in un sacchetto di plastica viene mescolata con un sale, solitamente il nitrato di ammonio, per abbassare la temperatura e lenire una contusione.
Ho preso una confezione di “ghiaccio istantaneo” acquistata al supermercato.
L’ho aperta e ho prelevato la sostanza contenuta, facendo attenzione a non spargerla e a non venire in contatto perché potenzialmente tossica e pericolosa. Normalmente il sacchetto di nitrato di ammonio non viene aperto: una pressione sul sacchetto rompe un contenitore posto all'interno contenente acqua che quindi si mescola alla sostanza. Ho preso un bicchiere con dell’acqua a 16 °C.
Ho aggiunto qualche cucchiaino del composto, mescolato, ed ecco che la temperatura nel giro di pochi secondi è scesa a -6.5 °C
Mio figlio Simone, che mi ha aiutato nell'esperimento, era molto sorpreso
Intorno al 1600 si scoprì che mescolando dei sali direttamente al ghiaccio si potevano ottenere delle cosiddette “miscele frigorifere” raggiungendo temperature molto inferiori a quella del ghiaccio di partenza. La prima descrizione di questo fenomeno la possiamo trovare nel libro “De Fama et Siti” pubblicato nel 1607 da un altro medico: Latinus Tancredus, professore a Napoli. Descrive nel libro che un bicchiere d’acqua, immerso in una miscela di ghiaccio e salnitro, si trasformava rapidamente in ghiaccio.
Nel 1626 Santorio Santorio, nei commentari all’opera di Avicenna, narra di essere stato in grado di congelare del vino usando una miscela di ghiaccio e sale comune, invece che salnitro. Dall’Italia questa scoperta si diffuse rapidamente agli altri paesi europei e si cominciò ad utilizzarla per produrre versioni primitive, ma già molto apprezzate, di granite e sorbetti.
L’acqua pura si trasforma in ghiaccio a 0 °C. Se invece nell’acqua è presente una sostanza disciolta, il punto di congelamento viene abbassato, e l’acqua si trasforma in ghiaccio solo a temperature inferiori. Il fenomeno è noto come “abbassamento crioscopico”. La spiegazione grossolana risiede nel fatto che la sostanza disciolta (il soluto) interferisce con la formazione del reticolo cristallino del ghiaccio e quindi, a meno di abbassare ulteriormente la temperatura, la fase più stabile è quella liquida. Qui potete vedere una bella animazione con la possibilità di variare la temperatura.
L’entità dell’abbassamento crioscopico dipende dal numero di molecole o ioni disciolti in acqua. Ad esempio se sciogliamo 58 grammi di sale da cucina in un litro di acqua, questo comincerà a trasformarsi in ghiaccio solo a -3.72 °C.
Supponiamo di avere del ghiaccio a 0 °C e di aggiungere del sale. Il ghiaccio tenderà a liquefarsi per dissolvere il sale. Per potersi sciogliere però il ghiaccio ha bisogno di assorbire calore, ed ecco quindi che la temperatura cala. In altre parole l’energia necessaria per trasformare il ghiaccio in acqua viene prelevata dalla miscela stessa che quindi diminuisce la propria temperatura
È un principio che vediamo utilizzato ogni volta che viene sparso del comune cloruro di sodio (oppure cloruro di calcio) sulle strade d’inverno per liberarle dal ghiaccio. Contrariamente a quanto possa sembrare, spargere del sale sul ghiaccio per formare una salamoia ne abbassa la temperatura.
Con del normale sale da cucina si può arrivare fino a -21,1 °C mescolando una parte di sale con circa tre parti di ghiaccio tritato finemente (più precisamente, il 23% in peso di sale e il 77% di ghiaccio).
Qui sotto potete vedere la temperatura raggiunta (-18.4 °C) mescolando un poco di neve con del sale fino.
Il comportamento di una soluzione di acqua e sale, al variare della temperatura e della composizione, viene riassunto in un grafico che gli scienziati chiamano diagramma di fase. Ne mostro qui una versione semplificata ad uso e consumo degli studenti che capitano da queste parti. Tempo fa, parlando della granita, ne avevano incontrato uno analogo per la miscela acqua e zucchero. Per ogni possibile valore di composizione (asse orizzontale) e di temperatura (asse verticale) possiamo leggere nel diagramma come si comporta la miscela. Al di sotto dei -21.1 °C il sistema è completamente solido, ed è una miscela di sale e ghiaccio.
Nel triangolo arancione a sinistra delimitato dalla linea AE abbiamo del ghiaccio mescolato alla salamoia (soluzione di acqua e sale). Questo è ciò che si ottiene mescolando un po’ di sale (meno del 23.3%) al ghiaccio puro (punto A). Nella zona verde il sale è completamente disciolto. Potete osservare che al punto E (chiamato punto eutettico, con il 23.3% di sale) la miscela è ancora liquida nonostante i -21.1 °C. Nella zona gialla non vi è abbastanza acqua per sciogliere tutto il sale che quindi rimane parzialmente indisciolto.
Incontreremo ancora questo diagramma in futuro, quando prepareremo i cristalli di sale.
Utilizzando una particolare forma di cloruro di calcio si può addirittura arrivare a -55 °C.
Per preparare gelati e sorbetti, prima dell’invenzione delle moderne macchine, si preparava una miscela frigorifera mescolando in un mastello di legno una parte di sale da cucina con otto parti di ghiaccio tritato. All'interno veniva posto un contenitore con gli ingredienti per preparare il gelato e questi venivano tenuti in costante movimento per inglobare aria nel gelato mentre si formavano i cristalli di ghiaccio.
Se preparate dei cocktail sappiate che anche mescolando ghiaccio e alcool si abbassa la temperatura per cui più li mescolate più si raffreddano.
Ora, se dovete raffreddare velocemente qualche lattina avendo a disposizione un po’ di ghiaccio e del sale da cucina, sapete come fare
The ice book: a history of everything connected with ice, with recipes. Thomas Masters (1844). Grazie a Google books!
Scritto in Chimica, Esperimento, Ghiaccio | 265 Commenti »
grazie! Era proprio l'informazione che cercavo! Un saluto e complimenti!
@Walter: no, il sale e il ghiaccio devono essere a contatto (meglio se miscelati). Se il ghiaccio è nei sacchetti è inutile aggiungere sale. Comunque nei sacchetti in genere c'è una miscela di acqua e sale.
come faccio ad avvicinarmi il più possibile al punto eutettico, se non ho la possibilità di avere un ghiaccio tritato molto fino? (neve)
Ipotizzo che dovrei iniziare ad aggiungere un 5% di sale, mescolare vigorosamente, aspettare, misurare la Temp., aspettare, aggiungere un altro +5% di sale, mescolare, aspettare, misurare la Temp. e così via fino al 23,3 % m/m ....
Nella pratica di una cucina di casa, che temperatura posso raggiungere?
(non ho neppure termometro ma mi serve una T molto bassa per CONSERVARE della granita di frutta in un contenitore isolante di polistirolo per 5/6 ore con Temp. ambiente 32°C)
Cosa succede se mescolo direttamente tutto il ghiaccio non tritato con il 23,3% di sale ?
immagino che localmente sulla superficie di contatto abbiamo una concentrazione si sale non sciolto, molto superiore a quella necessaria al punto eutettico e che quindi non riesco a rispettare l'andamento del diagramma di fase, per raggiungere l'Eutettico.
grazie per la collaborazione Marco
[...] Se in freezer hai abbondante ghiaccio a disposizione prendi un contenitore abbastanza capiente da contenere la bottiglia e riempilo di acqua, tanto ghiaccio e ricche manciate di sale da cucina. Mescola il tutto ed inserisci la bottiglia. Anche se a scuola non eri proprio un talento nelle materie scientifiche dovresti sapere che il cloruro di sodio abbassa il punto di congelamento e la temperatura dell’acqua in cui è disciolto (oltre a generare un processo endotermico). Il processo si chiama abbassamento crioscopico. Praticamente l’intruglio che hai preparato arriverà ad avere una temperatura un bel po’ al di sotto dei 0°C (per l’esattezza potresti arrivare a -21.1°C ) e questo ti permette di raffreddare più velocemente la tua amata bottiglia. Se desideri approfondire l’argomento dai uno sguardo a questo interessantissimo articolo sulle miscele frigorifere. [...]
Complimenti per l'articolo, molto interessante e praticamente spiega ciò che facevo già prima ma senza sapere il perché. In tutta sincerità sono arrivato a questo articolo cercando di capire quella che gli addetti ai lavori (i barmen) intendono per "ossigenare un drink per mezzo del ghiaccio". In pratica la spiegano così : "il motivo principale per cui shakeriamo qualsiasi prodotto alcolico, è perché si ottiene un aumento dell’ossigenazione, una vera e propria reazione chimica, che avviene tra l’alcol e il ghiaccio, si ha un abbattimento delle temperature e si ha una disgregazione delle molecole di alcol, come una mano chiusa che si apre e tende ad inglobare tutte le molecole dei prodotti diversi in un unico prodotto e in più si riducono i radicali liberi." cercavo conferma. Qualcuno può dire che ciò che affermano sia la verità?
reazione chimico-fisica, non chimica. Non si rompono legami chimici propriamente detti, nè si formano. Che si riducano radicali liberi (da dove proverrebbero?) ho dei dubbi. Questo sinteticamente
Grazie per la risposta ma non capisco quindi cosa avviene. Scusami ma forse è troppo banale lo scenario.... Ma non ci arrivo......... Riguardo i radicali liberi anche a me sembrava un po' grossolana come affermazione.
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ciao dario, ho appena preparato la miscela eutettica ghiaccio / CaCl2 esaidrato, circa 1:1 peso/peso (che dovrebbe corrispondere ad una soluzione al 30% di CaCl2) in un dewar, ma la temperatura minima osservata è stata di -24 gradi. dove ho sbagliato? ciao e grazie
non saprei, ma se ti può consolare ci ho provato anche io con lo stesso insuccesso (poi non ho indagato come mai non sono riuscito)
@ Alessandro Mig: probabilmente perchè una miscela 1:1 cloruro di calcio esaidrato/ghiaccio peso/peso non è l'eutettico: Il cloruro di calcio esaidrato contiene circa il 50 % di acqua ( 110.98 CaCl2 + 108,6 H20), se sommi l'acqua di cristallizzazione al ghiaccio ottieni una soluzione circa al 25%. Dal diagramma di stato a questo link http://www.phasediagram.dk/binary/calcium_chloride.htm dovresti ottenere circa -30°C. Questo solo se la miscela contiene ancora ghiaccio e cloruro di calcio indisciolto. Io proverei con cloruro di calcio anidro, si può usare un prodotto per deumidificare tipo Ariasana o simile reperibile come ricarica in qualunque brico. N.B. usa quello non profumato!
@Omphax in effetti, poi ho preparato anche la miscela costituita da 100 parti di Calcio cloruro esaidrato e 70 parti di acqua, per avere il 30% di CaCl2 ma anche in questo caso non sono andato oltre i -24°C. Non ho volutamente provato con quello anidro perchè come diceva Dario sopra, devi sommare il calore di idratazione che come bilancio globale ti aumenta la temperatura finale. Proverò con altri sali
@Alessandro Mig: incuriosito ho provato a miscelare 100 g di ghiaccio proveniente da frizer (-15) e 100g di presunto CaCl2 anidro. In effetti ho usato dei sali contenuti in una ricarica universale per assorbitori di umidità della Henkel. Secondo la scheda tecnica si tratta di cloruro di calcio anidro (presumo di tipo tecnico). Il problema è che il prodotto è un sale fuso poco solubile di pezzatura media ( simile ai granuli usati molto tempo fa negli essiccatori da laboratorio prima del gel di silice); tritandolo e miscelandolo al ghiaccio tritato ho ottenuto un minimo di -21,7°C, simile al tuo ma lontano dall'atteso. . Valori vicini a -50°C compaiono già nel "Trattato di chimica elementare estesamente applicata a...." di Filippo Cassola vol 1 pp. 81 anno 1835 nel capitolo intitolato "del calorico " !!! riporta "neve 2 idroclorato di calce 3 -46°" Ma forse al tempo del calorico l'acqua non sapeva ancora di avere memoria e superadianza.
Più seriamente il calore di idratazione non dovrebbe influire se alla fine rimane ghiaccio solido e la fase liquida ha la corretta concentrazione.
Ma a questo link http://www2.uni-siegen.de/~pci/versuche/english/v105-2.html è riportatata una foto in cui CaCl2*6H2O + ghiaccio danno -37,7°C, inferiore ai nostri risultati ma ancora lontani dai -50°C. L’esperimento è stato ripetuto 3 volte.
Non mi è chiaro come sia stato possibile ottenere i punti sperimentali citati da http://www.phasediagram.dk/binary/calcium_chloride.htm
Resta ancora molto da scoprire se non sull’acqua almeno sul ghiaccio ! A quando preparati omeopatici a base ghiaccio?
Scusatemi ma non riesco a leggere tutto io cercavo solo di sapere se esiste una gelatiera che utlizza il processo di raffreddamento con il gas(fiamma) nei miei viaggi ho visto in tchiad dove in certi paesi sperduti non avevano corrente elettrica frigoriferi penso a gas (fiammella sotto una bomboletta che penso abbia sostituito il classico compressore (la cocacola non era molto fredda)
Visto che sul blob ci sono molte persone competenti sarei grato di una risposta ai miei dubbi grazie e attendo
@Gianni: quello che hai visto era un frigorifero ad assorbimento, come i frigoriferi trivalenti ( ossia che possono usare corrente elettrica di rete, corrente dalla batteria o energia da un bruciatore a gas) usati sui camper. In pratica il raffreddamento è ottenuto dall 'assorbimento/dissoluzione di un gas o un sale in un liquido. L'energia termica serve a rigenerare per evaporazione le due fasi iniziali. Normalmente i sistemi usati per uso domestico ( zone senza energia elettrica), camper etc. usano il ciclo acqua/bromuro di litio che permette di ottenere una temperatura minima di circa +4 °C, ottima per conservare cibi, medicinali etc., ma inadatta ovviamente per gelati. Industrialmente si usa anche il ciclo acqua/ammoniaca che può raggiungere temperature più basse. Non so se si trovano piccoli apparecchi con ciclo acqua/ammoniaca adatti a produrre direttamente o indirettamente gelati
@ Gianni: correzione! molti frigoriferi a gas da camper attualmente usano un ciclo acqua/ammoniaca ma non raggiungono le temperature basse ( limite circa - 60°C) del ciclo dei sistemi industriali. Normalmente i costruttori garantiscono una temperatura interna minima di 30°C inferiore allo scambiatore esterno, in pratica si ottengono in condizioni ottimali +4-5°C
Filtro antispam che lascia passare pubblicità di simil viagra e blocca commenti innocenti e senza link? (31 marzo 20:11)
@ Gianni: riprovo a correggere un mio errore nel commento precedente, bloccato da filtro antispam. Diversamente da quanto ho detto oggi molti frigoriferi a gas impiegati nei camper usano un ciclo acqua/ammoniaca. Ma a differenza dei sistemi industriali non raggiungono normalmente temperature così basse. I fabbricanti spesso garantiscono una differenza massima tra l'interno del frigo e lo scambiatore esterno di circa 30°C. In pratica la temperatura interna, in condizioni ottimali, è di circa +4°C .-)
OK grazie ora dovrò passare alla ricerca di una gelatiera portatile a corrente 220 cosa che sicuramente possibile ma che mi obbliga ad un inverter di grossa potenza che non so se poi le due batterie ed l'alternatore reggeranno l'assbimento GRAZIE MILLE ora so qqualcosa inpiù
Interessantissimo articolo perché mi suggerisce un uso pratico a un qualcosa che avevo lasciato nel libro di chimica a scuola, ovvero un liquido refrigerante alimentare per abbattere la temperatura quando pastorizzo uova e latte...una bacinella di soluzione raffreddata in cui immergere il pentolino et voilà!
ma c'è un problema però, i congelatori hanno temperature inferiori ai -21 gradi, e quindi l'uso del cloruro di sodio è escluso.
Si potrebbe in alternativa usare il cloruro di magnesio? Non dovrebbe avere controindicazioni all'uso alimentare (nel caso di malaugurate contaminazioni), ma la domanda più che altro è...dove cavolo si compra del cloruro di magnesio per uso alimentare?!?
SOS!!!!! Qualcuno mi saprebbe dire come posso ottenere temperature così basse in un contenitore di acciaio inox 1) senza che si corroda 2) costanti ben al di sotto dello 0 per qualche ora ?????? Datemi qualche dritta ragazzi!!!!!1
Mi scusi dottor Bressanini, ma il calcolo del punto crioscopico di 58 gr di sale in un litro di acqua non dovrebbe essere il seguente:
0,9923:1lt di acqua= 0,9923 mol/kg
0,9923 mol/kg x 1,86 Kc acqua= -1,84 punto crioscopico di una soluzione di 58 gr di nacl in un litro di acua.
Non voglio puntualizzare o fare il saputello è solo per sapere se il calcolo che ho sempre fatto è giusto o ho sempre sbagliato, se si mi potrebbe dire il calcolo giusto?
@Mirko: Non sarà che (0,9923 mol/Kg di Na+ + 0,9923 di Cl-) * - 1,86 Kc fanno circa/quasi -3,7 °C ?
No Sergio, il peso molecolare del cloruro di sodio è 58,45 g/mol quindi è già calcolato sulla somma del sodio e del cloro
Il Cloruro di Sodio è completamente dissociato in ioni, l'abbassamento crioscopico è una proprietà colligativa. Dipende dal numero di particelle presenti in soluzione: molecole, atomi, ioni quindi occorre moltiplicare per 2
Quindi Sergio la massa molecolare del cloruro di sodio non è 58,45 gr/mol? Scusa ma io avevo trovato questa formula per calcolare la molalità di una soluzione http://www.chimica-online.it/download/soluzioni/molalita.htm e poi successivamente il punto crioscopico http://www.chimica-online.it/download/soluzioni/abbassamento_crioscopico.htm , oppure lo devo dimezzare ?
@Mirco: quello che serve per calcolare l'abbassamento crioscopico(e fenomeni simili) e' l'osmolarita ossia il numero di singole particelle osmoticamente attive in un litro. Per il cloruro di sodio e' praticamente il doppio della molarita. Sali di metalli bivalenti come il cloruro di calcio sono piu' efficaci perche producono 3 particelle per mole.
Grazie Sergio, sarebbe possibile parlarci in privato? La mia email è info@professionegelatiere.it avrei bisogno di chiederti alcune cose, noi siamo una scuola di gelateria a Roma e saremmo interessati in una collaborazione.
Mirko: grazie per la fiducia, ma penso sia meglio ti rivolga eventualmente a un vero esperto come il Prof. Dario Bressanini.
Tutto molto interessante ma c'è qualcuno che può spiegarmi questo fenomeno? tornando dalle vacanze mi sono portato un frigorifero da campeggio alimentato a batteria 12V, pieno di pesce congelato e messo sotto vuoto. Pensando di contribuire al mantenimento del freddo ho riempito il frigo con palline di ghiaccio ancora avvolte nel loro contenitore di plastica. Dopo 24 ore il risultato è stato che le palline di ghiaccio erano integre mentre il pesce si completamente scongelato. Il ghiaccio si è preso tutto il freddo del pesce. C'è qualche spiegazione? Grazie mille per tutti i vostri contributi. Giordano
Non sarà che la temperatura era appena sotto lo zero quindi il ghiaccio era bello solido mentre il pesce era molle perchè sino ad almeno -6 non diventa solido?
Ciao Guglielmo, ti dirò che faccio questa cosa da qualche anno. Al rientro dalla mia vacanza mi porto il pesce surgelato, nello stesso frigo dove ho surgelato il ghiaccio, quindi alla stessa temperatura, in un frigorifero portatile da barca. La differenza rispetto gli altri anni è che questa volta per la fretta non ho tolto i ghiaccioli dall'involucro di plastica che li conteneva, il risultato è quello descritto. Farò altri esperimenti per arrivare ad una spiegazione razionale. Comunque, credo ci sia del vero in quello che dici perché questi frigoriferi portatili, che non sono dei freezer, hanno si la capacità di di raffreddare l'ambiente interno ma solo rispetto quello esterno. Quindi introducendo aria fredda ma non gelata potrebbero contribuire al processo di scongelamento.
Interessantissimo ed utile specialmente nelle zone calde e senza elettricità.GRAZIE
Ciao Dario grazie per le tue lezioni sono sempre interessantissime! Sono anni ormai che ti seguo su Youtube! devo compre qualche tuo libro ai miei amici cuochi ma soprattutto pasticceri per natale!
Avrei una domanda se appunto si mescolano il 23% in peso di sale e il 77% di ghiaccio per raggiungere la temperatura più fredda possibile, per quanto tempo può durare? varia dalla quantità che metto degli ingredienti giusto? Grazie Buona Giornata
Ciao Dario grazie per le tue lezioni sono sempre interessantissime! Sono anni ormai che ti seguo su Youtube! devo compre qualche tuo libro ai miei amici cuochi ma soprattutto pasticceri per natale!
Avrei una domanda se appunto si mescolano il 23% in peso di sale e il 77% di ghiaccio per raggiungere la temperatura più fredda possibile, per quanto tempo può durare? varia dalla quantità che metto degli ingredienti giusto? Grazie Buona Giornata
Rocco, dipende, una volta sciolto tutto il ghiaccio, più che altro dall'isolamento del contenitore. Io se voglio mantenere il freddo per più di 10 minuti lo metto in una scatola di polistirolo (tipo quele del gelato o delle mozzarelle)
Salve, spero venga visto il commento:
Il processo da ghiaccio e sale è certo.
Ma se io volessi mettere in freezer domestico, -4 di esercizio, la mia soluzione di acqua e sale già miscelata all'ottimale 35 65?
Ce la farebbe il congelatore ad abbassare la temperatura della soluzione? Riuscirei ad ottenere i -23 gradi o mi dovrei accontentare di raggiungere i -4 garantiti dal frigorifero?
Inoltre la miscela sarebbe riutilizzabile dopo la fusione?
-4? I freezer moderni dovrebbero arrivare a -18 almeno. Comunque il raffreddamento è interamente dovuto al ghiaccio che si scioglie a spese dell'energia di tutta la miscela. Quindi se metti acqua (e non ghiaccio) e sale non succede nulla
Grazie prof, era come immaginavo. Un'altra curiosità: i fluidi frigorigeni che mettono nei 'ghiacci' da borsa termica, potrebbero rappresentare vantaggi nello scambio termico? Secondo lei, aka la scienza, qual è il metodo migliore per far scendere la temperatura di una bevanda a temperatura ambiente? volendo anche considerando la superficie di scambio. Grazie del tempo
Per i fluidi: non lo so, non ho mai verificato Per il resto ho fato un video https://www.youtube.com/watch?v=DZgOeQbdwpU
Prof, cosa usano per i contenitori che scaldano il caffè o il the, che si trovano in autogrill? (La line di prodotti "Caldo Caldo", per fare nomi)
di solito qualche sale anidro che idratandosi si scalda
... Per un attimo mi era venuto il dubbio che usassero acido solforico concentrato, che diluendosi in acqua scalda la soluzione ...
Dario, non abbiamo più notizie su conferenze o incontri che abitualmente facevi, mi farebbe molto piacere venire a salutarti
corrado, ricordo ancora con piacere la 1^ lezione del corso di meccanismi di reazioni (1994...): il prof entra in aula e dopo aver salutato tira fuori dalla borsa un contenitore simile ad un vasetto di yogurt, ne preme il fondo, agita e dopo neanche un minuto lo apre. dalla confezione si sprigiona del vapore (ed un buon profumo di caffè...) ed alcuni colleghi in prima fila, invitati a controllare, confermavano che effettivamente il vasetto era molto caldo, quasi da non poterlo tenere in mano. a quel punto la domanda fatidica del prof: "secondo voi com'è stato possibile?" ti lascio immaginare il disorientamento che colse tutti noi studenti, ancora poco abituati ad affrontare in certo modo i problemi scientifici...
tornando alla tua domanda, quella marca lì (credo che fosse proprio quella che portò il prof, ma è passato troppo tempo...) usa cloruro di calcio: la dissoluzione di questo sale in acqua è molto esotermica, tanto da permettere di scaldare quasi istantaneamente il contenuto del vasetto. in questo caso non avviene una vera e propria reazione chimica ma si sfrutta l'entalpia di dissoluzione, esistono comunque anche altri tipi di packaging nei quali avvengono delle reazioni chimiche:
https://en.wikipedia.org/wiki/Self-heating_can
Se non altro il cloruro di calcio granulare è meno pericoloso dell'acio solforico concentrato ... A noi è toccato imparare in prima superiore che alcune reazioni di diluizione sono esotermiche.
ah be', certo, se pensi che in alcuni paesi viene utilizzato sulle strade asfaltate come antigelo superficiale o sulle strade sterrate per avere uno strato di umidità che evita il sollevamento di polvere
Dario però non hai spiegato quale reazione avviene mescolando acqua e nitrato d'ammonio facendo così scendere la temperatura Nella reazione ghiaccio e sale l'abbassamento avviene perché cala il punto di congelamento, ma in questo caso c'è solo acqua Sapevo di temperature raggiunte facendo evaporare in fasi successive un gas, ma qui?
Fabio, tecnicamente anche il nitrato di ammonio è un sale, con formula chimica NH4NO3. Il comune sale da cucina invece è NaCl.
Fabio, provo a rendere l'idea. Se sciogli sale da cucina nell'acqua a temperatura ambiente, la temperatura della soluzione finale non cambia in modo percettibile. Esistono altre sostanze che quando si sciolgono (vengono diluite da un'altra sostanza, chiamata solvente) assorbono calore del solvente e la soluzione si raffredda (nitrato ammonico). Ci sono anche sostanze che quando vengono diluite cedono calore alla soluzione (acido solforico e cloruro di calcio). In questa specifica situazione, non c'entra per nulla la diminuzione della temperatura di congelamento o l'aumento della temperatura di ebollizione. L'esempio che fai tu con il gas riguarda la macchina frigorifera: comprimo un gas per renderlo denso, lo raffreddo a temperatura ambiente e poi lo faccio espandere in un altro compartimento, da cui il gas estrae il calore necessario a vaporizzare di nuovo. Questa del gas è una "reazione fisica" (cambiamento di stato) mentre nel caso della soluzione si ha una "reazione chimica", andando a disgregare un reticolo cristallino (nel caso dei solidi) o andano a idratare maggiormente uno ione negativo (ione solfato). Una soluzione non è fatta da isole come le micelle di olio, ma da ioni tenuti distanti da strati di molecole d'acqua che sono collegate tra loro da forze di varia natura, tipo elastici che si allungano e si accorciano. L'allungamento di queste "forze di idratazione" cede o assorbe calore dal solvente, che a sua volta lo cede o lo prende dall'ambiente, oppure la somma totale del sistema è circa zero (come nel caso del sale da cucina). Se ti ho confuso ulteriormente le idee, cerca di dirmi cosa non ti torna ...
Vi, se non ricordo male il raggio di idratazione dello ione ammonio, sodio e potassio (la dimensione dello ione e delle molecole d'acqua che lo circondano in soluzione, indipendentemente dalla concentrazione della stessa) è molto simile. Quello che cambia è l'energia necessaria a "rompere", meglio sciogliere, il reticolo cristallino del sale corrispondente (cloruro di sodio, nitrato ammonico, cloruro di calcio) da parte dell'acqua: bassa energia per il calcio, nulla per il sodio, alta per l'ammonio. Ci sarebbe da fare un grafico esplicativo, ma non saprei come postarlo ... Nè dove cercarlo nel mare della rete, se esiste.
Rettifico: non "bassa energia" per il calcio, ma energia negativa, nel senso che la rottura del reticolo cristallino cede calore la sistema.
Signori se fossi anche chimico sarei un mostro, data la mia scarsa conoscenza non sapevo cosa succedeva, Corrado risposta esaustiva che mi permette di aggiungere qualche cosa in più al mio sapere, logicamente dopo, più tardi, nel mezzo della notte, accendo l'ipad e vado a spulciare i dati chimici Mi stai spiegando il ciclo di funzionamento di un refrigeratore che facendo parte della mia attività passata conosco benissimo il mio riferimento era inerente alla liquefazione dei gas ottenuta, e qui vado a memoria, facendo espandere dei gas in successione poiche nella fase di evaporazione sottraevano calore per cui la temperatura calava, però il volume è stato perso nei vari traslochi e il tempo trascorso non mi lascia ricordi certi
Prof, la mia spiegazione è semplice e accettabile? (mi sarebbe utile qualche dritta per migliorare il mio insegnamento ad adolescenti di prima superiore, visto che mi hanno "prenotato" anche per l'anno prossimo ...)
Fa, frena, il compressore comprime il gas, il compressore si scalda e deve essere raffreddato (di solito dall'aria ambientale). Quello che ormai è un fluido refrigerante arriva a un espansore all'interno del locale da raffreddare e fatto espandere: l'espansione sottrae calore ambientale e lo trasferisce al gas, che viene richiamato al compressore per essere nuovamente compresso. Ciclo chiuso a gas/vapore.
Corrado, la dissociazione del nitrato di ammonio in acqua è una reazione endotermica, ovvero una reazione che assorbe calore per poter avvenire. Se consideri solamente l'entalpia di dissociazione del sale questa dovrebbe essere positiva, mentre per le reazioni esotermiche il ∆H è negativo. Non ho compreso una parte del tuo discorso: accennando dei raggi ionici, hai in mente l'equazione di Born-Haber? Questa però riguarda la formazione del reticolo cristallino e non la sua rottura. Vi occupate di questi argomenti nell'istituto in cui insegni? Non ricordo lezioni di chimica così approfondite al liceo scientifico, che ho frequentato un po' di anni fa' ormai...
Vi, il raggio dello ione idratato è un parametro per spiegare il meccanismo di assorbimento degli ioni dalla soluzione nutritiva all'interno della cellula vegetale della radice, ma anche per spiegare la "competizione" degli ioni nel "legarsi" alle particelle organiche e minerali del terreno. Sodio e potassio hanno raggi atomici diversi, raggi ionici diversi ma raggi degli ioni idrati simili, quindi sono in competizione tra loro. Se la pianta è in grado di assorbirli selettivamente, con una spesa energetica, quando si tratta di legarsi alle particelle del terreno la quantità di sodio sarà determinata da quella di potassio. Esempio: se la proporzione è 1:1, a ogni sodio legato corrisponde un potassio; se è 1:2 a ogni sodio corrispondono 2 di potassio e via dicendo. Il potassio facilita l'aggregazione delle piccole particelle nel terreno, minerali e organiche anche tra loro, a formare aggregati complessi organo-argillosi che danno luogo alla struttura di un terreno, il sodio invece ha un'azione disperdente. L'ammonio è uno ione poliatomico, e nonostante ciò la sua dimensione una volta idratato è simile a quella di sodio e potassio. Altri ioni positivi in competizione sono calcio e magnesio, per esempio. Un analogo discorso si può fare anche per gli ioni con carica negativa. La disponibiltà degli ioni per la pianta dipende dal pH della soluzione nutritiva, secondo meccanismi chimico/fisici in relazione alla dimensione della sfera d'acqua che si forma attorno allo ione idrato, agli equilibri acido/base tra la soluzione e la carica superficiale delle particelle minerali e organiche del terreno e all'equilibrio dei vari ioni tra loro (esempio la ridotta disponibilità di fosforo a causa della precipitazione dei fosfati in presenza di carbonato di calcio a pH superiore a 7,5).
Co, ecco l'origine del misunderstanding: io mi sono fermata a descrivere la reazione del sale di ammonio dal punto di vista dell'entalpia, mentre tu avevi in mente un'altra questione. Se non sbaglio, proprio l'equazione che ho citato può aiutare a calcolare le entalpie reticolari, che sono un dato necessario per avere un'idea sulla solubilità di una data sostanza oltre ai raggi ionici. In genere una grande differenza di raggio tra anione e catione porta a maggiore solubilità. Valutando i dati energetici si può capire se si ha di fronte una reazione esotermica o endotermica. Quel che è certo è che io ho solo una piccola infarinatura di conoscenza su ioni e permeabilità delle cellule vegetali, su cui tu sei sicuramente più preparato. Sono sicura però che si tratti di altro argomento ancora, seppur molto molto interessante e che leggo volentieri.
Vi, in realtà le mie conoscenze sono limitate a quanto ho scritto. Sui libri di chimica del suolo non si va molto oltre, così come su quelli di fisiologia vegetale su cui studiai. Abbiamo studiato abbastanza bene i minerali argillosi, ma limitatamente alle caratteristiche di espandibilità e alle cariche superficiali. (Alcune argille espandibili possono inglobare nella parte periferica del loro reticolo alcuni ioni della soluzione, quando si asciugano, per rilasciarli alla successiva reidratazione ed espansione ...) A noi agricoli interessa relativamente da dove arriva il terreno da coltivare, ci interessa di più utilizzarlo al meglio, ed eventualmente come correggere i difetti più limitanti per la coltivazione (scheletro, ph, livellamento, analisi chimico-fisica per formulare il programma di concimazione). Si lavora con quello che si ha a disposizione, cercando eventualmente di migliorarlo ...
A seguire i vostri discorsi, il mio vecchio Chiorboli ha cercato disperatamente di farsi notare, ritenendo, a ragione, che io abbia bisogno di un ripassino...
Pa, ci sarebbe da dire anche della storia della polarità dei solventi e tante altre cose, ma preferisco non addentrarmi per non fare ulteriore confusione ...
Ciao Dario. Ci sono additivi alimentari che possono alzare il punto di congelamento dell'acqua? La domanda mi viene pensando ad una soluzione di acqua ed etanolo. Esistono sotanze alimentari che possono consentire di alzare il punto di congelamento della soluzione?
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