Il sottoraffreddamento è un fenomeno in cui una sostanza rimane allo stato liquido al di sotto del suo normale punto di congelamento. Ciò si verifica a causa dell’assenza di siti di nucleazione, che sono minuscole particelle che fungono da punto di partenza per la crescita dei cristalli. Nel caso dell'acqua, il sottoraffreddamento può verificarsi quando viene raffreddata al di sotto di 0°C (32°F) senza congelarsi.

Fattori che contribuiscono al sottoraffreddamento dell'acqua

Assenza di centri di nucleazione :La ragione principale del sottoraffreddamento dell'acqua nelle nuvole è la mancanza di siti di nucleazione. Nell'atmosfera, le gocce d'acqua esistono come minuscole sfere di molecole d'acqua tenute insieme dalla tensione superficiale. Poiché sono sospesi nell'aria e lontani da superfici solide, la probabilità di incontrare impurità o particelle che possono fungere da centri di nucleazione è bassa. Questa assenza impedisce alle goccioline d'acqua di formare i primi cristalli di ghiaccio necessari al congelamento.

Elevata purezza dell'acqua delle nuvole :L'acqua delle nuvole è generalmente molto pura e contiene basse concentrazioni di impurità. Al contrario, l’acqua sulla superficie terrestre è esposta a vari contaminanti, come particelle di polvere, minerali e batteri, che agiscono come siti di nucleazione. La purezza dell’acqua delle nuvole riduce la probabilità di trovare siti di nucleazione che potrebbero avviare il congelamento.

Condizioni atmosferiche dinamiche :Le nuvole sono sistemi dinamici in movimento continuo. Quando le goccioline delle nuvole entrano in collisione tra loro, possono fondersi e aumentare di dimensioni. Tuttavia, questo comportamento dinamico rende anche più difficile per una qualsiasi gocciolina incontrare un sito di nucleazione, contribuendo ulteriormente al superraffreddamento.

Dimostrazione sperimentale del superraffreddamento

Per dimostrare il sottoraffreddamento in un ambiente controllato, puoi eseguire un semplice esperimento:

Materiali necessari :

- Una bottiglia di acqua distillata

- Un congelatore o un contenitore pieno di ghiaccio e sale (per creare un ambiente a bassa temperatura)

- Un termometro

- Una bacchetta per mescolare

Procedura :

1. Riempire la bottiglia per circa un terzo o metà con acqua distillata.

2. Metti la bottiglia nel congelatore o nel contenitore del ghiaccio e del sale. Assicurarsi che la bottiglia non entri in contatto diretto con il ghiaccio o le superfici metalliche per evitare l'introduzione di siti di nucleazione.

3. Monitorare la temperatura dell'acqua utilizzando il termometro.

4. Quando la temperatura scende sotto 0°C (32°F), l'acqua rimarrà allo stato liquido a causa del superraffreddamento.

5. Mescolare delicatamente l'acqua con l'asta per mescolare. Questa agitazione potrebbe introdurre siti di nucleazione e causare il congelamento dell'acqua. Se non si verifica il congelamento, l'acqua viene superraffreddata.

L'assenza di congelamento a temperature inferiori a 0°C indica il sottoraffreddamento dell'acqua. Controllando la purezza dell'acqua ed evitando i siti di nucleazione, è possibile dimostrare il fenomeno che avviene naturalmente tra le nuvole.