La Dilatazione Volumica dei Liquidi

La Dilatazione dei Liquidi e la Vita nell’Abbbissssso!

Oggi parliamo di Fisica e di un comportamento assolutamente “scrauso”… ehm… anomalo dell’acqua.

Anche se il termine “Dilatazione” richiama nefaste esperienze come ad esempio quella del salire sulla bilancia dopo le Vacanze di Natale, con questo articolo mi riprometto di “risolcare” questi ricordi con qualcosa di meno triste.

I liquidi si dilatano all’aumentare della Temperatura secondo la Legge di Dilatazione Volumica dei Liquidi ovvero:

ΔV=k·V0·ΔT

dove:

ΔV è la Variazione di Volume ;

k è un Coefficiente di Dilatazione che dipende dalla Sostanza considerata ;

V0 è il Volume Iniziale ;

ΔT è la Variazione di Temperatura che si è avuta durante il Processo.

Per i solidi vale la stessa legge solo che, i Coefficienti di Dilatazione Volumica sono diversi ed in particolare inferiori. Ciò si deve al fatto che nei Liquidi, le Forze di Coesione Molecolare sono più deboli che nei Solidi. Infatti, per semplificare, potremmo dire che le Molecole di un liquido, al contrario di quelle di un Solido, possono scivolare le une sulle altre ed occupare nuove posizioni.

Riporto per rendere più concreta la trattazione i Coefficienti di Dilatazione Volumica di Liquidi (in Millesimi di Gradi Kelvin reciproci, cioè 10-3 K-1) che ben conosciamo:

Alcool : 1,00

Latte   :  0,80

Acqua : 0,21

L’Acqua però, come già accennato, presenta un comportamento anomalo rispetto al fenomeno della Dilatazione Termica dato che fra 0°C e 4°C  mentre la Temperatura aumenta, il Volume dell’Acqua diminuisce, dopodiché, per Temperature superiori a 4°C , l’Acqua si dilata come tutti gli altri Liquidi.

La sua densità pertanto, essendo data dal rapporto fra Massa e Volume aumenta nel passare da 0° C a 4° C  raggiungendo il valore massimo di 1,0000 alla temperatura di 4°C .

“Perché Tort-Prof ? “, mi chiede Elena.

Questa anomalia è provocata dalla modificazione della distribuzione delle Molecole quando l’acqua passa dallo stato solido a quello liquido.

Infatti, mentre nella fase solida le Molecole sono piuttosto distanziate, in quanto distribuite secondo una disposizione geometrica cristallina, che richiede un certo spazio, appena il ghiaccio fonde, le molecole della fase liquida tendono a riempire gli spazi vuoti.

Da ciò discende che, ogni qualvolta una certa quantità di Ghiaccio passa dallo Stato Solido a quello Liquido, il volume occupato dalle molecole tende a diminuire, fino a raggiungere il suo valore minimo quando la Temperatura si porta a 4°C.

Se poi si continua a riscaldare l’acqua al di sopra di 4° C, il suo Volume, come quello di tutti gli altri liquidi, aumenta regolarmente a causa del sempre più accentuato Moto di Agitazione Termica delle Molecole.

Questo comportamento atipico dell’Acqua ha importanti conseguenze in natura. Nella stagione invernale, in alcune regioni fredde, gli specchi d’acqua gelano solo in superficie permettendo così la vita sul fondo.

Ecco in sintesi quello che accade:

–  l’acqua dello Strato Superficiale del Mare si raffredda,

–  diventa più pesante (poiché aumenta la Densità),

–  l’acqua fredda scende verso il fondo scambiando la sua posizione con quella dell’acqua degli strati più profondi,

–  sul fondo resta l’Acqua più Densa che ha raggiunto 4°C,

–  se la Temperatura esterna si abbassa ulteriormente, l’acqua, a cominciare dalla superficie, può anche raffreddarsi fino a passare allo stato solido.

Lo strato di Ghiaccio Superficiale, che galleggia a causa della sua minore Densità, funge però da isolante termico e fa si che gli strati più profondi rimangano a una temperatura intorno a 4°C.

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4 risposte a La Dilatazione Volumica dei Liquidi

  1. Francesca scrive:

    Splendido articolo! Sui libri di scuola è solo accennato e non l’avevo capito così bene 🙂

  2. Cristiana scrive:

    Complimenti per come hai saputo rendere interessante una roba estremamente barbosa 🙂

  3. michelle scrive:

    Finalmente ho capito come fanno i pesci a campare nelle acque congelate…

  4. Sabine Bonilla scrive:

    Grazie ho trovato risposte sull’abbbissssso a domande che mi ero spesso posta…