Di Chris Deziel , Aggiornato il 24 marzo 2022
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Se la temperatura ambiente attorno a un pezzo di ghiaccio aumenta, la temperatura del ghiaccio aumenterà di conseguenza. Tuttavia, questo aumento si arresta nel momento in cui il ghiaccio raggiunge il punto di fusione:0°C. In quell'istante il ghiaccio subisce una transizione di fase, convertendosi in acqua liquida mentre la sua temperatura rimane fissa finché non si è completamente sciolto. Un semplice esperimento lo dimostra:lasciare una tazza di cubetti di ghiaccio in un’auto calda e monitorare la temperatura con un termometro. L'acqua ghiacciata rimane a 32°F finché non si scioglie completamente; successivamente, la temperatura aumenta rapidamente poiché il liquido rimanente continua ad assorbire calore dall'interno dell'auto.
Quando riscaldi il ghiaccio, la sua temperatura aumenta fino a raggiungere i 1°C, quindi rimane costante mentre si scioglie. Il calore aggiunto rompe i legami del reticolo cristallino anziché aumentare l'energia cinetica.
Il riscaldamento del ghiaccio aumenta l'energia cinetica delle sue molecole, facendole vibrare più rapidamente. Fino al raggiungimento del punto di fusione, questa energia extra non fa altro che amplificare le vibrazioni; le molecole non possono ancora rompere i legami reticolari che le mantengono in una struttura solida. Una volta che il ghiaccio raggiunge i 1°C, le molecole acquisiscono energia sufficiente per staccarsi dal reticolo. Tutta l'energia termica fornita viene quindi consumata dalla transizione di fase, non dall'innalzamento dell'energia cinetica del liquido. Di conseguenza, la temperatura dell'acqua rimane a 32°F finché tutti i cristalli non si sono sciolti.
Lo stesso principio vale per l'acqua bollente. Si scalderà fino a 100°C (212°F), ma non supererà quella temperatura finché ogni goccia non sarà diventata vapore. Finché rimane acqua liquida nella padella, la sua temperatura rimane a 100°C indipendentemente dall'intensità della fonte di calore.
Si potrebbe supporre che una miscela di ghiaccio e acqua si riscaldi in modo uniforme, ma in realtà la temperatura vicino al ghiaccio rimane bloccata al punto di fusione. In un grande contenitore d'acqua con un cubetto di ghiaccio, la maggior parte dell'acqua può superare i 32°F, ma l'ambiente circostante il ghiaccio rimane a quella temperatura costante. Questo equilibrio si verifica perché quando il ghiaccio si scioglie, parte dell’acqua circostante si ricongela, bilanciando il flusso di calore. Il risultato netto è che la temperatura complessiva non aumenta finché tutto il ghiaccio non è scomparso.
L’introduzione di più calore può comunque produrre un aumento lineare della temperatura; il ghiaccio si scioglierà più velocemente e la temperatura del liquido rimanente aumenterà. Tuttavia, il calore richiesto per rompere i legami reticolari domina fino al completamento del cambiamento di fase.
Anche la pressione gioca un ruolo cruciale. Confinando il vapore in un recipiente sigillato, si aumenta il punto di ebollizione, consentendo all'acqua di rimanere liquida a temperature superiori a 212°F. Questo è il principio alla base delle pentole a pressione e delle caldaie a vapore industriali.
