Esperimenti

Riconoscere l’acqua dall’alcool

Ecco un piccolo esperimento molto semplice da realizzare. Può essere divertente proporlo come indovinello, per sorprendere amici e parenti grazie a un fenomeno semplicissimo ma poco conosciuto.

Il quesito

esperimento “Riconoscere l’acqua dall’alcool” - Figura 1 Su un tavolo ci sono due bicchieri: uno contiene alcool, mentre l'altro contiene acqua colorata con un po' di sciroppo di lampone o di amarena.

È vietato toccare i due bicchieri, annusarli e usare fiamme.

Ma c'è un metodo infallibile per stabilire con certezza in meno di un minuto, usando qualcosa che tutti abbiamo in cucina, quale dei due bicchieri contiene l'alcool e quale l'acqua sciroppata.

Come si fa? Prova a pensarci, prima di leggere la risposta che segue.

Nota che nel quesito abbiamo detto "stabilire con certezza" per evitare che la risposta sia basata sul colore del liquido. Molte persone infatti sanno riconoscere il caratteristico colore rosato dell'alcool etilico denaturato, ma questa identificazione ha un margine di errore non trascurabile e non è quindi sicura al 100%.

Inoltre abbiamo stabilito un limite di tempo di un minuto per escludere quella che sarebbe una soluzione del tutto ragionevole al problema: se si lasciano sul tavolo i due bicchieri per un'ora, infatti, il livello dell'alcool sarà sceso apprezzabilmente mentre quello dell'acqua sciroppata (che evapora molto più lentamente) sarà rimasto praticamente immutato.

La soluzione

La soluzione al problema consiste nel lasciar cadere un cubetto di ghiaccio in ciascuno dei due bicchieri: nell'acqua il ghiaccio galleggia, mentre nell'alcool affonda.

esperimento “Riconoscere l’acqua dall’alcool” - Figura 2 Il ghiaccio immerso nell'alcool va a fondo perché la densità dell'alcool è minore di quella dell'H2O allo stato solido: la spinta verso l'alto che il cubetto di ghiaccio riceve dall'alcool (per il principio di Archimede) è perciò inferiore al peso del cubetto, che di conseguenza scende fino al fondo del bicchiere.

Questo piccolo esperimento è curioso per chi vi assiste perché, sulla base della nostra esperienza quotidiana, troviamo sorprendente che nell'alcool il ghiaccio non stia a galla e affondi.

In realtà la cosa straordinaria, a ben vedere, è quella che invece diamo per scontata: perché mai il cubetto di ghiaccio galleggia sull'acqua?

Solidi e liquidi

Il galleggiamento del ghiaccio sull'acqua è un fenomeno straordinario perché, come impariamo a scuola, le sostanze in generale aumentano di densità quando passano dallo stato liquido allo stato solido.

Allo stato liquido infatti le molecole della sostanza sono più libere, si muovono con un'agitazione termica maggiore e occupano più spazio. Allo stato solido invece le molecole si muovono meno freneticamente e vanno a formare una struttura cristallina rigidamente ordinata, occupando meno spazio.

Una sostanza solida, dunque, è più densa della stessa sostanza allo stato liquido. Se si mette un pezzo di piombo in un crogiuolo pieno di piombo liquefatto (riscaldato cioè fino a 330°C), il pezzo di piombo solido andrà a fondo. E se si mette un pezzo di mercurio solido (raffreddato cioè fino a -40°C) in un bagno di mercurio liquido a temperatura ambiente, il pezzo di mercurio solido andrà a fondo.

L'acqua è molto speciale

L'H2O non si comporta come le altre sostanze. Se prendiamo dell'acqua a temperatura ambiente e la raffreddiamo, la sua densità inizialmente aumenta. Ma quando la temperatura dell'acqua raggiunge i 4°C la sua densità incomincia di nuovo a diminuire, e continua a ridursi fino a quando, a O°C, l'acqua solidifica in ghiaccio.

Questo comportamento inusuale è dovuto al fatto che, quando le molecole d'acqua sono suffIcientemente vicine tra loro, tra i loro atomi si instaurano interazioni (i cosiddetti legami idrogeno) che determinano un riorientamento delle molecole, portandole a occupare più spazio anziché meno.

È così che il ghiaccio risulta avere una densità di circa il 10% inferiore a quella dell'acqua liquida, sulla quale perciò galleggia.

Questo fenomeno ha avuto un ruolo fondamentale nell'evoluzione della vita sulla Terra.

Se il ghiaccio fosse più denso dell'acqua, in inverno mari e laghi congelerebbero completamente: il ghiaccio che si forma in superficie andrebbe a fondo, se ne formerebbe dell'altro che andrebbe anch'esso a fondo, e così via.

Il fatto che invece l'acqua rimanga liquida sotto lo strato superficiale di ghiaccio, anche quando la temperatura dell'aria scende ben al di sotto di 0°C, ha permesso la sopravvivenza delle prime forme di vita acquatiche dalle quali discendiamo.

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