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L'acqua nei meccanismi che determinano i fenomeni atmosferici (parte 2a)   Inserito il› 20/12/2007 0.18.05
Aggiornato il› 24/12/2007 1.44.17

 

 

 
 
UN ESEMPIO

IL CAMMINO DI UNA GOCCIA D’ACQUA IN ATMOSFERA.

 

 


Siam catapultati in una fredda giornata d’inverno, e per riscaldarci, entriamo in un bar e ordiniamo un tè caldo.. prendiamo il nostro tè e nel sorseggiarlo, evitando di scottarci, osserviamo del fumo uscire dalla tazza, ma perchè questo fumo scalda e avvicinandoci di più addirittura scotta?…è il caso di dire che parte del nostro tè sta andando in fumo, infatti, una parte di esso a causa dell’acqua bollente  sta passando a vapore acqueo, che sale,  e appena sopra la tazza condensa liberando energia termica (avvertiamo quindi l'energia rilasciata dal "calore latente di condensazione")... il nostro tè sta dunque liberando molteplici molecole d’acqua a spasso per l'atmosfera. Non tutte le molecole però verrano coinvolte nella condensazione; in altre parole, ve ne sarà una parte  che sottoforma di vapore acqueo si porterà all'aperto non curante della sorte che l'attende… a contatto con le superfici sottozero alle molecole di vapore acqueo viene velocemente sottratta energia termica, cosicchè  esse iniziano a riaggregarsi formando di nuovo una goccia d’acqua che per via della temperatura ghiaccia istantaneamente ( "calore latente di brinamento");  così, altrettanto accade ad altre gocce d’acqua dalle quali prende forma e vigore un caratteristico strato di ghiaccio, la brina.
 
 
 
 

Ma cosa sarebbe accaduto alle molecole d'acqua se ci fosse stata una calda giornata d’estate?

 

Nel caso di particolari condizioni climatiche, una volta all’aperto, il vapor acqueo avrebbero iniziato a migrar verso l’alto fino a raggiungere la quota di condensazione …l’altitudine in cui si ha  il raggruppamento di moltissime molecole di vapor acqueo, che condensando rilasciano energia termica (il calore latente di condensazione)… appare così dal nulla appare un bel cumulo humilis formato da tantissime goccioline d’acqua …ma l’energia liberata  sta per agire sulla piccola nube… infatti, ecco dalla sua sommità comparire delle protuberanze a forma di bolla, dalle quali, sta per prendere  corpo la spinta che le permetterà di divenire un imponente cumulonembo.

 
 
 
Abbiamo quindi costruito una nube temporalesca? No di certo, ma possiamo affermar con certezza  che anche le molecole d’acqua del nostro tè hanno fatto parte di quel meccanismo che compete alla sua formazione.

 
 


 


PRESENTAZIONI

L’ACQUA NEI SUOI  STATI DI AGGREGAZIONE

 


 

In pratica, si tratta delle sue manifestazioni che solitamente osserviamo per mezzo dei fenomeni atmosferici, come pioggia, rugiada, grandine, neve, brina, nebbia, un vetro che s’appanna, la formazione di ghiaccio sull’asfalto, ecc...
 
 
 
Fig 5.  Vapore, acqua, ghiaccio e loro descrizione particellare.

 

 
 


Generalmente per passare dal ghiaccio al vapore si attraversa la fase liquida, ma può accadere come nel caso di Sublimazione e di Brinamento, di passare direttamente dalla solida a quella aeriforme e viceversa (sublimazione e brinamento).

 


Questo dimostra che la posizione dei punti in cui avviene il cambiamento di stato fisico non è fissa, ma si modifica al variare di pressione e temperatura.

 
 
 
A illustrare come pressione e temperatura influenzino gli stati fisici è un grafico detto “Diagramma Di Fase”;  tale grafico  riassume informazioni molto interessanti e di notevole interesse pratico.
 
 
 
Fig. 6 Nel diagramma di fase sono disegnati gli stati fisici dell’acqua al variare di pressione e temperatura (  l’insieme dei punti in cui si ha il cambiamento di fase viene detto “ curva di cambiamento di fase” ).

 

 

 

Pertanto, tutti i meccanismi che portano l’acqua a gelare, ad evaporare, a condensare, a sublimare, ecc… dipendono da pressione e temperatura.

Ad esempio, dal grafico si può notare come l’acqua possa restare liquida anche sottozero se mantenuta ad un valore di pressione più elevato di 1013.24 hPa.

 


 

Si notano poi, dei punti particolari che prendono il nome di  punto triplo” e “punto critico”.

 

Il punto triplo individuato dall’intersezione delle curve di transizione di fase, è il punto, in cui per dati valori di pressione e temperatura l’acqua coesiste contemporaneamente nelle tre le fasi:  solida, liquida e  aeriforme (  P = 6.11hPa  ; T = 0.0074°C ).

 

Il punto critico è invece quel punto dal quale in poi l’acqua si manifesta solo come vapore acqueo ( per via di pressione e temperature elevate P = 220640 hPa ; T = 374°C ).



 


UN CASO PARTICOLARE DELL’EVAPORAZIONE

IL PUNTO DI EBOLLIZIONE



 

Quando portiamo dell'acqua a bollire siamo portati a pensare di aver raggiunto una temperatura di 100°C. 

 


Affermare che l’acqua bolle a 100°C, è un'informazione corretta?

 

Possiamo dire che lo è solo in parte. Infatti, dal diagramma si osserva  che ciò non è più vero per valori di pressione differenti da quello di 1013.24 hPa ( la pressione media a livello del mare o MSL), e in particolar modo è maggiore per pressioni più elevate e minore per pressioni più basse.

 


Tale fatto si verifica perchè la pressione si oppone all’evaporazione, sempre,  per questo maggiore è la pressione  più sarà l’energia che  servirà per contrastarla, in tal caso per portare l’acqua al punto di ebollizione (evaporazione in ogni suo punto).
 
 
 
 
Fig. 7 Per portare un volume d’acqua all’ebollizione si deve fornire energia (processo endotermico). A valori di pressione prossimi al livello del mare l’acqua bolle a 100°C, mentre sul Monte Bianco ( 4810m ) per via della pressione minore l’acqua bolle alla temperatura di circa  80°C.

 

 

 

La pentola a pressione usata in cucina per la cottura dei cibi sfrutta l’applicazione pratica di questo concetto, cioè  aumenta la pressione al suo interno  per portare il punto di ebollizione dell'acqua oltre 100°C, così da ottenere la cottura dei cibi in tempi più brevi; pertanto, in montagna rispetto ad una zona di pianura ci vorrà più tempo per cuocere lo stesso tipo di cibo (Avete mai provato a fare un uovo sodo in alta montagna?...).

 
 
 
 
 
 Fonti consultate:
 
 
    Gavin Pretor - Pinney, Cloudspotting
 
    Micheal Munowitz, Introduzione Alla Chimica
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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