Perché il ghiaccio galleggia?
Ecco la spiegazione comune del perché il ghiaccio galleggia: quando l’acqua si congela, le sue molecole si dispongono in una struttura cristallina, lasciando uno spazio extra tra di loro e rendendo il ghiaccio meno denso dell’acqua liquida. Ma questa spiegazione semplifica eccessivamente la verità, sostiene il fisico Russo, della Università Sapienza in Italia. Il vero motivo risiede nelle proprietà uniche dei legami idrogeno tra le molecole d’acqua. Nel ghiaccio, questi legami formano un reticolo rigido e strutturato che mantiene le molecole in una disposizione molto specifica. Nell’acqua liquida, invece, i legami idrogeno possono flettersi e distorcersi senza rompersi. Questa flessibilità permette alle molecole d’acqua di stare più vicine tra loro. «Se i legami a idrogeno fossero leggermente più rigidi, l’acqua liquida perderebbe questa efficienza di impacchettamento e diventerebbe meno densa del ghiaccio, un cambiamento che sconvolgerebbe gli ecosistemi, rimodellerebbe i climi e renderebbe la Terra irriconoscibile», spiega. A titolo esemplificativo, immaginiamo di spremere un cilindro riempito di acqua liquida e di ghiaccio. Secondo la equazione di Clausius-Clapeyron, un principio termodinamico fondamentale, l’applicazione di una pressione favorisce lo spostamento del contenuto verso la fase che può impacchettare le molecole più strettamente. Per la maggior parte delle sostanze, questa fase è quella solida, che offre una struttura compatta e ordinata con uno spazio vuoto minimo. Come impilare palle di cannone o arance, disponendole in uno schema regolare e compatto, riempiono lo spazio nel modo più efficiente, con spazi vuoti minimi. Questo principio si applica di solito ai solidi, dove disposizioni fisse e strutturate creano la massima densità. Ma l’acqua si comporta in modo diverso. «L’acqua non è un liquido normale», afferma Russo. Appartiene alla categoria dei «liquidi vuoti». La flessibilità del legame a idrogeno e lo spazio vuoto nella struttura liquida fanno sì che una disposizione disordinata permetta alle molecole d’acqua di impacchettarsi più densamente di quanto farebbero nel reticolo strutturato del ghiaccio. Quindi, sotto pressione, il contenuto della nostra granita diventerebbe più liquido. Il lavoro di Russo nell’ambito del progetto SOFTWATER, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, ha svelato altre affascinanti proprietà che rendono l’acqua unica. Ciò include lo sviluppo di modelli computazionali dei legami idrogeno flessibili dell’acqua, consentendo a Russo e al suo team di immaginare nuove forme di acqua. L’acqua è tanto misteriosa quanto essenziale. La capacità del ghiaccio di galleggiare sull’acqua contribuisce a modellare il nostro clima e permette alla vita acquatica di sopravvivere sotto i laghi e gli oceani ghiacciati. Una cosa a cui pensare la prossima volta che mescolate i cubetti che galleggiano nel vostro drink. Cliccare qui per saperne di più sulla ricerca di John Russo: Svelare i segreti di ciò che rende unica l’acqua
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