Temperatura di fusione del ghiaccio
Qual è la temperatura di fusione del ghiaccio?
La fusione è il passaggio di un corpo dallo stato solido allo stato liquido ed è il processo opposto alla solidificazione.
Ad esempio, lasciando un cubetto di ghiaccio sotto il Sole, noteremo che, dopo un po' di tempo, il cubetto di ghiaccio si è trasformato in un liquido: il ghiaccio ha subito il processo di fusione e quindi si è fuso!
La temperatura di fusione è la temperatura alla quale un solido fonde ovvero è la temperatura alla quale una sostanza passa dallo stato solido allo stato liquido.
La fusione del ghiaccio è il passaggio dell'acqua dallo stato solido allo stato liquido: avviene con acquisto di calore e quindi è un processo endotermico.
La temperatura di fusione è diversa da una sostanza all'altra e dipendente dalla pressione, ma a parità di pressione è sempre la stessa per tutti i campioni puri della stessa sostanza ed è quindi una proprietà caratteristica della sostanza ovvero una proprietà intensiva.
Quando si parla di temperatura di fusione di un sostanza, senza fare riferimento alla pressione, si intende, convenzionalmente, una pressione esterna di 1 atmosfera.
Ma qual è la temperatura di fusione del ghiaccio?
Alla pressione atmosferica, ovvero alla pressione di 1 atmosfera, l'acqua fonde alla temperatura di 0°C.
Alla pressione atmosferica la temperatura di fusione del ghiaccio è di 0°C. La fusione è un processo endotermico che richiede energia.
Come detto in precedenza, la temperatura di fusione dipende dalla pressione e quindi è fondamentale specificarla quando si vuole definire la temperatura di fusione di un solido.
Come varia la temperatura di fusione del ghiaccio con la pressione?
Il ghiaccio può fondere ad innumerevoli temperature perché innumerevoli sono i valori che la pressione esterna può assumere. Come detto in precedenza alla pressione di 1 atmosfera la temperatura di fusione del ghiaccio è 0°C, ma:
- per pressioni esterne maggiori di 1 atm la fusione del ghiaccio avviene a temperature più basse (e quindi a temperature inferiori a 0°C);
- per pressioni esterne minori di 1 atm la fusione del ghiaccio avviene a temperature più alte (e quindi a temperature superiori a 0°C).
Diagramma di stato e temperatura di fusione del ghiaccio
Il diagramma di stato dell'acqua è un diagramma che permette di conoscere, in funzione della temperatura e della pressione, i campi di esistenza di ciascuno stato di aggregazione dell'acqua e di definire le condizioni alle quali coesistono in equilibrio più stati di aggregazione dell'acqua stessa (solido, liquido e vapore).
Nella figura seguente è riportato il diagramma di stato dell'acqua:
Diagramma di stato dell'acqua: come si può notare gli assi delle pressioni e delle temperature del diagramma presentano delle parti tratteggiate poiché non sono in scala.
Il grafico è suddiviso in tre porzioni che rappresentano i campi di esistenza rispettivamente del solido (ghiaccio), del liquido e del vapore; in esso sono presenti inoltre tre linee (OA, OB, OCD).
Di queste la linea OCD rappresenta la variazione della temperatura di fusione del ghiaccio con la pressione esercitata dall'esterno sul sistema. Essa ha inizio alla temperatura di 0,01°C (P = 4,58 mmHg) e tale tratto di curva definisce i valori di T e di P ai quali esiste un equilibrio del sistema solido-liquido. Le pendenze della linea OCD (esagerate in figura per renderle evidenti) mostrano che:
- sino alla pressione di 2100 atm, la temperatura di fusione del ghiaccio diminuisce con l'aumentare della pressione (tratto OC);
- per pressioni superiori a 2100 atm la temperatura di fusione del ghiaccio aumenta con l'aumentare della pressione, (tratto CD).
Questo comportamento è conseguenza del fatto che al di sotto di 2100 atm il ghiaccio (ghiaccio I) ha volume maggiore dell'acqua liquida (quindi un aumento di pressione facilita la fusione del ghiaccio che richiederà quindi temperature più basse).
A pressioni superiori alle 2100 atm si incontra tutta una serie di trasformazioni strutturali del ghiaccio I (zona rettangolare tratteggiata sulla OCD) in altri tipi di ghiaccio, tutti a volume minore di quello dell'acqua liquida.
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