Composizione chimica delle bolle in acqua bollente

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Parliamo di bolle, sai cosa sono esattamente quelle bolle che vedi in una pentola piena di acqua bollente? Alcune persone pensano di essere aria, perché molte delle bolle che conosciamo, come le bolle di sapone, sono in realtà piene di aria. Altri pensano che sia l’idrogeno o l’ossigeno che fuoriescono a causa di un cambiamento chimico nella natura dell’acqua quando bolle.

Ma nessuna di queste ipotesi è vera. Quando l’acqua viene versata in una pentola e inizia a riscaldarsi, si osservano delle bolle sui lati della pentola. Queste bolle sono in realtà aria. La maggior parte dell’acqua contiene aria disciolta. Quando inizi a riscaldare l’acqua, questa aria disciolta fuoriesce dall’acqua. Tuttavia, queste bolle non sono quelle associate all’acqua bollente.

Cosa succede quando l’acqua bolle

Quando l’acqua bolle, subisce un cambiamento fisico, non chimico. Le molecole d’acqua non si dividono in idrogeno e ossigeno, piuttosto i legami polari tra le molecole d’acqua si rompono, permettendo loro di raggiungere il loro punto di ebollizione e passare fisicamente da un liquido a un gas.

Probabilmente sai già che l’acqua si presenta in tre forme: solida, liquida e gassosa. Conosciamo la forma solida come ghiaccio. La forma liquida è, ovviamente, l’acqua che beviamo. La forma gassosa è il vapore acqueo. Il vapore acqueo esiste intorno a noi, nell’aria, quasi sempre. Non riusciamo proprio a vederlo.

Per trasformare un liquido in un gas mediante ebollizione, il liquido deve essere riscaldato fino a quando la sua tensione di vapore è uguale alla pressione atmosferica. Nel caso dell’acqua ciò avviene a circa 100°C. Per questo motivo si considera che il punto di ebollizione dell’acqua sia 100°C. Tuttavia, il punto di ebollizione dell’acqua può effettivamente essere più alto o più basso a seconda di una serie di fattori, tra cui l’altitudine, la pressione atmosferica e la presenza di altre sostanze chimiche nell’acqua, solo per citarne alcuni.

Quando l’acqua bolle, l’energia termica viene trasferita alle molecole d’acqua, che iniziano a muoversi più velocemente. Alla fine, le molecole hanno troppa energia cinetica per rimanere unite come un liquido. Successivamente, si formano molecole di vapore acqueo gassoso. Questi galleggiano sulla superficie sotto forma di bolle e si muovono nell’aria.

Invece di essere aria, le bolle in una pentola di acqua bollente sono fatte di acqua, solo acqua allo stato gassoso. Quella che sembra una pentola piena d’acqua e aria è in realtà una pentola piena solo di acqua, anche se in due diversi stati fisici.

Può un liquido bollire senza fare bolle?

Immagina una superficie appositamente progettata per consentire ai liquidi di bollire senza bolle. Sembra contraddittorio, e in un certo senso lo è. Ma considera quanto segue.

Quando mettiamo una piccola goccia d’acqua su una padella molto calda, si disperde e impiega circa un minuto per evaporare. Al primo contatto, la superficie calda vaporizza parte della gocciolina, creando uno strato isolante di vapore tra la gocciolina e la superficie calda. Questo è molto simile a ciò che accade nella camera d’aria di una finestra con doppi vetri. Questo strato di vapore può essere mantenuto solo se la superficie calda si trova al di sopra del cosiddetto punto Leidenfrost.

Lo strato di vapore Leidenfrost svolge anche un ruolo importante nell’ebollizione e nel raffreddamento. Se, invece di minuscole gocce d’acqua su una padella calda, abbiamo un bollitore caldo pieno d’acqua, lo strato di vapore di Leidenfrost collassa quando il bollitore si raffredda al di sotto della temperatura di Leidenfrost. Ciò si traduce in un’esplosione di bolle di vapore quando l’acqua entra in contatto diretto con la superficie (ancora) calda.

Breve spiegazione dell’effetto Leidenfrost

Nel 1756, Johann Gottlob Leidenfrost osservò che le gocce d’acqua scivolano via da una padella sufficientemente calda a causa della levitazione di una pellicola di vapore acqueo. Questi film sono stabili solo quando la superficie calda è al di sopra di una temperatura critica e sono un fenomeno centrale dell’ebollizione.

In questo cosiddetto regime Leidenfrost, la bassa conducibilità termica dello strato di vapore impedisce il trasferimento di calore tra la superficie calda e il liquido. Quando la temperatura della superficie di raffreddamento scende al di sotto della temperatura critica, il film di vapore collassa e il sistema entra in un regime di ebollizione nucleata. Ciò può portare a esplosioni di vapore particolarmente dannose in alcuni contesti, come le centrali nucleari.

D’altra parte, la presenza di questi film di vapore può anche ridurre la resistenza liquido-solido.

Fonti

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Carolina Posada Osorio (BEd)
Carolina Posada Osorio (BEd)
(Licenciada en Educación. Licenciada en Comunicación e Informática educativa) -COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

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