VIDEO: ESPERIMENTO DI SOLIDIFICAZIONE ULTRA-VELOCE

Ho ricevuto questo divertente video da parte di un amico che me ne chiedeva anche un’interpretazione.

La mia ipotesi è quella che si tratti di una cristallizzazione di una soluzione sovrassatura, creata a caldo ed incapace di cristallizzare spontaneamente a freddo per un fenomeno comune nelle realtà complesse e macroscopiche detto isteresi.

Riprendendo la cosa dall’inizio, è noto a tutti che molti solidi (in questo caso il sale organico detto acetato di sodio) aumentano la loro solubilità in un solvente (in questo caso l’acqua) all’aumentare della temperatura. Tenendo calda l’acqua l’operatore infatti riesce a sciogliere al suo interno una quantità di acetato di sodio di gran lunga maggiore di quanto riuscirebbe a scioglierne a temperatura ambiente. Quando facciamo la stessa cosa con altri prodotti solubili, per esempio zucchero o sale, dal momento che raffreddiamo di nuovo la soluzione il prodotto che prima se ne stava sciolto a caldo in soluzione torna a separarsi, molto lentamente, formando cristalli o incrostazioni di vario tipo sulle pareti, sul fondo o talvolta anche sulla superficie del liquido, ma si tratta comunque di un processo che può richiedere minuti, a volte ore, ed avviene in concomitanza del raffreddamento della soluzione.

Si dice satura una soluzione che ha disciolto al suo interno la massima quantità di soluto (in questo caso l’acetato di sodio) possibile ad na certa temperatura. Una soluzione “sovrassatura” contiene una quantità, o meglio una concentrazione, di soluto maggiore di quella che potrebbe essere sciolta in quelle condizioni di temperatura ed è questa la ragione per la quale questo soluto in eccesso va a separarsi dalla soluzione.

In taluni casi tuttavia, per ragioni diverse che potrebbero essere anche esaminate nel dettaglio, una soluzione sovrassatura resta così com’è, senza che il soluto in eccesso si separi spontaneamente per cristallizzazione.
Si tratta di un fenomeno di “isteresi”, dal greco letteralmente “ritardo”, conosciuto in diversi settori della fisica e motivato nel più dei casi da una sorta di conflitto fra fattori contrastanti, alcuni che vorrebbero trascinare il fenomeno in una direzione (ad esempio la termodinamica, che favorirebbe la cristallizzazione del soluto in eccesso), ed altri che invece la ostacolano (ad esempio l’elevato grado viscosità della soluzione e l’assenza di centri di enucleazione che diano il via alla cristallizzazione, tutti fattori questi che procrastinano nel tempo la cristallizzazione).

In pratica la soluzione sovrassatura di acetato di sodio che il nostro operatore nel video ha messo a raffreddare in frigorifero “vorrebbe tantissimo” cristallizzare, ha una spinta fortissima a farlo perché la sua sovrassaturazione è molto alta, ma non riesce a farlo finchè non interviene un fattore dall’esterno, un fattore anche piccolissimo come può essere un dito che tocca il liquido (e che pertanto introduce quella minuscola dose di impurità che possono funzionare da seme per l’induzione della nucelazione dei cristalli) o la presenza lì a contatto con la soluzione di cristalli già formati, che fungono da base per il deposito di quelli successivi (e questo spiega il perché la solidificazione “risale” lungo in filo di liquido quando lo si cola e si propaga fin dentro il bicchiere).

Questo spiega anche la velocità con la quale la cristallizzazione dell’acetato di sodio procede una volta iniziata: è come un grande masso tenuto in bilico su un dirupo solo da un microscopico bastoncino di legno. Se un passerotto toglie il bastoncino, il masso rotola con una grande velocità e potenza!

Non ho personalmente provato, ma credo che l’acetato di sodio cristallizzato nel video possa benissimo essere ridisciolto a caldo senza l’aggiunta di acqua, e l’esperimento possa essere ripetuta molte volte, teoricamente all’infinito.