Scienza leggera: stati della materia e quando mettere il sale nell’acqua

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Pensate che i matrimoni finiscano per colpa di problemi sessuali o divergenze sull’educazione dei figli o forse a causa delle ingerenze delle suocere nel menage familiare? Vi sbagliate. Le coppie si separano principalmente perché non esiste un accordo su quando vada messo il sale nell’acqua per la pasta (la risposta sintetica in una sola frase è a fine articolo).
E allora, proseguendo nella nostra missione di squarciare le tenebre per illuminare il mondo, sveleremo qui il Grande Mistero, facendo sì che crolli il numero di divorzi nel prossimo futuro.

Cominciamo con dire che la materia ci si presenta sotto forma di tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. L’avevano già capito i greci; circa 2500 anni fa un greco “siciliano”, Empedocle sosteneva che gli elementi che costituiscono l’Universo sono terra, acqua, aria (in qualche modo corrispondenti ai tre stati summenzionati) e fuoco, che possiamo relazionare al “moderno” concetto di energia. I tre stati si differenziano per la forza con cui le molecole sono unite tra loro. Le molecole sono gruppi di atomi che costituiscono ed identificano una sostanza. Per esempio la molecola di acqua è H2O (due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno legati insieme) e le molecole di acqua a loro volta interagiscono tra loro più o meno fortemente nei tre diversi stati di aggregazione: solido (ghiaccio), liquido e gas (vapore acqueo).

Nel ghiaccio (acqua solida) o in qualsiasi solido, le molecole sono rigidamente organizzate ed unite fortemente tra loro

Nello stato solido, le molecole sono unite fortemente tra loro, nel liquido un po’ di meno e nei gas non esiste quasi alcun tipo di interazione. Se paragoniamo una molecola ad una persona, possiamo immaginare un solido come un gruppo di persone abbracciate l’una all’altra; nel liquido si tengono per mano, mentre nel gas sono libere di muoversi ognuna per conto proprio. Il passaggio dal solido al liquido avviene quindi quando quando rompiamo gli abbracci e separiamo le persone. Se le spingiamo ancora un po’ più lontane l’una dall’altra, anche le strette di mano si romperanno e saremo allo stato gas. La forza che permette queste “separazioni” è fornita dal calore. Scaldare qualcosa vuol dire quindi aumentare il movimento delle molecole che compongono quella sostanza.

In un liquido le interazioni intermolecolari possono rompersi e riformarsi con una certa facilità e le molecole hanno una certa libertà di movimento

Il ghiaccio (o qualsiasi altro solido) si scioglie, ossia avviene il processo di fusione, perché al crescere della temperatura, le molecole di acqua solida cominciano a muoversi e vibrare sempre di più fino a che le interazioni che le tengono ferme e rigide si rompono parzialmente e le molecole si separano un po’ passando allo stato liquido. L’acqua liquida diventerà poi vapore quando la temperatura salirà ancora causando la totale rottura di ogni legame intermolecolare e la “liberazione” di tutte le molecole da qualsiasi rigida organizzazione. Quando perciò mettiamo l’acqua sul fuoco, quello che facciamo è causare un’accelerazione del movimento delle molecole d’acqua liquida.

E’ bene a questo punto distinguere il concetto di evaporazione da quello di ebollizione. Se lasciamo un bicchier d’acqua sul comodino per un certo tempo, noteremo che il livello dell’acqua diminuirà. Allo stesso modo le pozzanghere per strada scompaiono piano piano ed i calzini bagnati si asciugano. Quello che accade è il processo di evaporazione, ossia il passaggio di molecole di acqua liquida allo stato gassoso a temperatura ambiente o comunque inferiore alla temperatura di ebollizione. Infatti nel bicchier d’acqua sul comodino esisterà sempre un certo numero di molecole, seppur piccolo, che possiedono sufficiente energia per separarsi dalle altre e passare allo stato gas (vapore). Nell’esempio menzionato sopra, è come se in un gruppo di persone che si tengono per mano, ce ne fosse sempre qualcuna più irrequieta e frenetica delle altre che non vuole stare insieme al resto del gruppo e se ne separa.

L’evaporazione è un processo che avviene sulla superficie del liquido, dove, a qualsiasi temperatura tra quella di condensazione e quella di ebollizione, alcune molecole possiedono energia sufficiente per passare dallo stato liquido (blu) a quello gassoso (azzurro)

Scaldando l’acqua sul fuoco, aumentiamo la sua temperatura ossia forniamo alle molecole d’acqua sempre più energia così che il numero di quelle che passano allo stato vapore (vaporizzano) cresce costantemente fino ad arrivare ad un punto in cui tutte le molecole possiedono l’energia sufficiente per vaporizzare. Questo accade ad una temperatura particolare per qualsiasi sostanza, detta temperatura d’ebollizione, che per l’acqua pura vale 100 °C. Quindi sia nell’evaporazione che nell’ebollizione ha luogo la vaporizzazione, ma mentre nel primo caso il processo è lento ed interessa solo le molecole della superficie del liquido, nel secondo caso tutte le molecole sono coinvolte.

A questo punto occorre puntualizzare che anche la pressione atmosferica gioca un effetto in questo processo. Semplificando, la pressione è “il peso dell’aria”. L’aria è una miscela di gas ed il suo peso è quindi quello delle molecole dei gas che la compongono, soprattutto azoto ed ossigeno. L’evaporazione o l’ebollizione non avvengono nel vuoto: le molecole che “sfuggono” al liquido e passano allo stato gassoso trovano sopra di loro le molecole che compongono l’aria che in qualche modo ostacolano questo processo “rispingendole” verso il liquido.

Salendo d’altitudine, la pressione atmosferica diminuisce, ossia sopra le nostre teste c’è meno aria, analogamente a quanto accade andando sott’acqua: più scendiamo, più c’è acqua sopra di noi e più aumenta la pressione. Tra parentesi, meno aria significa anche meno ossigeno ed è per questo che in montagna ci viene più facilmente il fiatone. Così, se mettiamo a bollire l’acqua in montagna, le molecole d’acqua che “vogliono” passare allo stato gassoso troveranno meno molecole d’aria sopra di loro e la vaporizzazione sarà più semplice. Il risultato è che più saliamo, più si abbassa la temperatura di ebollizione: l’acqua bolle a 100 °C a livello del mare, ma a circa 91 °C a 2.500 metri e a solo 72 °C sull’Everest. Siccome una volta che l’acqua raggiunge l’ebollizione, la sua temperatura non aumenta più, lessare il cibo in montagna, ossia ad esempio cuocere la pasta, sarà un processo più lento perché avverrà ad una temperatura più bassa: se sul pacchetto di pasta c’è scritto “cottura 10 minuti” e se cuocete quella pasta a Bogotá (2.600 metri sul livello del mare) ce ne vorranno almeno due in più ed il risultato sarà che la pasta – dopo 12 minuti – sarà sì cotta, ma anche più “papposa” perché sarà stata nell’acqua 2 minuti in più del previsto.

Il contrario accade in una pentola a pressione dove il vapore che si libera man mano che l’acqua evapora, rimanendo chiuso all’interno della pentola, crea una pressione sopra il liquido superiore al normale. Conseguentemente sarà più difficile per le molecole d’acqua liquida passare allo stato vapore e l’acqua bollirà a temperature superiori ai 100 °C. Questo fa sì che i cibi si cuociano ad una temperatura più alta e quindi più velocemente. Si può poi discutere sul fatto se per esempio un minestrone cucinato in una pentola a pressione sarà meno saporito perché le verdure avranno meno tempo per rilasciare il loro sapore all’acqua, ma questa, come si dice, è un’altra storia.

L’aggiunta di un soluto non volatile (palline rosse) ad un solvente (esempio: sale nell’acqua) aumenta la temperatura di ebollizione di quest’ultimo. Il soluto è un componente disciolto in un solvente.

Torniamo all’acqua ed al sale. Supponiamo di essere a livello del mare e di avere acqua pura: bollirà a 100 °C. Se mettiamo subito il sale nell’acqua cosa accade? Il sale comune è cloruro di sodio (NaCl) ossia molecole formate da un atomo di sodio (Na) e uno di cloro (Cl) che di per sè avrebbero una temperatura di ebollizione molto più alta di quella dell’acqua. Quando mettiamo il sale nell’acqua la molecola di NaCl si rompe in due parti: Na+ e Cl- (ione sodio e ione cloruro). La presenza di queste “particelle” ostacola il passaggio delle molecole di acqua liquida allo stato gassoso (vedi figura) perché impedisce fisicamente la loro “fuoriuscita” dal liquido. Per cui la temperatura di ebollizione dell’acqua salata è più alta di quella dell’acqua non salata. Questo innalzamento dipende dalla quantità di sale presente nell’acqua e risulta appena percettibile considerando il poco sale che si aggiunge nelle nostre cucine, ma comunque l’effetto esiste.

Analogamente e tra parentesi, la presenza del sale nell’acqua ostacola anche la formazione della struttura organizzata tipica del ghiaccio (e di qualsiasi solido). Per questo si butta il sale sulle strade quando nevica o fa molto freddo: perché il sale rende più difficile la solidificazione dell’acqua, la cui temperatura di congelamento perciò scende sotto i canonici 0 °C.

L’altro effetto da tenere in considerazione ha luogo nel momento in cui aggiungiamo il sale. Nel sale solido, gli ioni (atomi carichi a cui è stato aggiunto o strappato un elettrone) Na+ e Cl- che compongono il sale sono saldamente uniti tra loro formando dei cristalli. Quando il sale viene messo nell’acqua, le molecole di quest’ultima circondano i cristalli di sale, separano gli ioni e si legano ad essi idratandoli: è il processo di dissoluzione del sale in acqua. La dissoluzione richiede energia sotto forma di calore: se misurassimo la temperatura dell’acqua prima e dopo l’aggiunta del sale, verificheremmo che essa è più alta prima. In altre parole, l’energia necessaria per dissolvere il sale nell’acqua è fornita dal calore dell’acqua stessa che conseguentemente diminuisce di temperatura. Tra parentesi nel processo è coinvolta anche l’entropia di cui abbiamo già parlato su L’Undici.

Senza pillole magiche o terapie di coppia, sapere quando mettere il sale nell’acqua ridonerà felicità ed intesa sessuale alla coppia

Abbiamo quindi in mano tutti i dati per alzare un velo sul Grande Mistero. Per prima cosa, il sale non va aggiunto appena messa l’acqua sul fuoco, perché questo aumenterebbe la sua temperatura di ebollizione: una eventualità tragica e nefasta. Inoltre non va neanche aggiunto appena buttata la pasta. Infatti, come chiunque può verificare e come è facilmente intuibile, l’aggiunta della pasta, ossia di un qualcosa di “freddo”, all’acqua bollente causa una diminuzione di temperatura con conseguente e frequente cessazione dell’ebollizione. Mettere il sale in questo momento di estrema “emergenza ebullioscopica” significherebbe diminuire ulteriormente la temperatura e determinare una quasi certamente irrecuperabile crisi di coppia.

In conclusione, il momento migliore per mettere il sale nell’acqua è quando essa bolle e prima di buttare la pasta. In questo momento di gioiosa ebollizione, l’effetto dell’aggiunta del sale non influirà sulla temperatura di ebollizione dell’acqua (che già bolle) e la diminuzione di temperatura causata dalla dissoluzione del sale sarà immediatamente neutralizzata dal calore presente in quel momento.

Un’ultima precisazione ed un ultimo consiglio. Quando si mette il sale nell’acqua, si vede l’acqua ribollire in maniera più “esuberante” e questo può dare l’impressione che la temperatura dell’acqua stia aumentando. In realtà le bolle si formano solo perché i cristalli di sale ne favoriscono la formazione, senza però che la temperatura si alzi: anzi, come visto, essa diminuisce. Infine, è consigliabile mettere il coperchio alla pentola perché questo fa sì che il calore non si disperda e l’acqua raggiunga l’ebollizione più velocemente che senza coperchio. La presenza di un coperchio non perfettamente ermetico non è comunque in grado di creare un effetto come quello discusso sopra per la pentola a pressione.

Conclusione finale e sintetica: il momento migliore per mettere il sale nell’acqua è quando essa bolle e prima di buttare la pasta.

Ed un altro Grande Mistero è stato svelato: le nostre vite saranno da oggi più leggere e felici.

Buona pasta a tutti!

 

 

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5 commentiCosa ne è stato scritto

  1. catia

    posso chiedere una cosa relativamente a questo tema anche se è passato molto tempo dalla sua scrittura? Ma quando si scioglie il sale nell’acqua, la reazione chimica non è esotermica? Quindi il fatto stesso che il sale si scioglie non dovrebbe dare energia all’acqua?

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  2. Mariuccio P

    Caro Professore. Che io lo metta prima o dopo, il sale, non fa differenza. Cerco di spiegarmi e mi dica se e dove sbaglio. Poniamo che io aggiunga il sale ad un litro di acqua che già bolle sopra ad una fonte che eroga energia, al netto della dispersione ambientale, pari a 4 calorie per minuto (ricordo che una caloria è pari, per definizione, alla quantità di calore capace di aumentare la temperatura di un litro d’acqua di un grado centigrado). Sappiamo che in questo momento l’acqua ha una temperatura di cento gradi, per raggiungere la quale ci sono voluti, visto che dal lavandino sgorgava a 20 gradi, (100-20)/4=20 minuti. Ancora, poniamo di dover aggiungere, cosa poco realistica, circa 58 grammi di sale in un litro d’acqua (mmmh, saporita questa pasta!!!), che è la quantità capace di aumentare il punto di ebollizione di un litro d’acqua di 1 grado. All’aggiunta del sale, a parte il paradossale effetto iniziale da lei già descritto, l’acqua smetterà di bollire fino a che la quantità di calore somministrata dai fornelli sia pari ad una caloria. Allora il tempo totale necessario a far bollire l’acqua sarà di 20 minuti più 1/4 di minuto.
    Ora, poniamo che si aggiunga il sale (sempre 58 grammi) appena l’acqua è sul fuoco. Anche in questo caso dovremmo raggiungere una temperatura di 101 gradi centigradi, per cui il tempo necessario a far bollire l’acqua, data la somministrazione alla pentola di 4 calorie al minuto, sarà comunque pari a 101-20/4= 20 minuti ed un quarto. Come volevasi dimostrare, dunque, il tempo necessario a far bollire l’acqua è sempre lo stesso, e dipende solo dalle quantità di sale aggiunto e di calorie per minuto somministrate dai fornelli.
    Per finire, caro Prof, anche ponendo (per assurdo) che abbia ragione lei, la quantità di sale che si mette all’acqua della pasta è comunque inferiore a 58 grammi/litro (pena l’ipertensione arteriosa), cosa che renderebbe il tempo aggiuntivo necessario a farla bollire rispetto all’acqua pura pari a qualche secondo. Magari, invece di dover aspettare un momento preciso per aggiungere il sale, col rischio di dimenticarsene, sarebbe comunque meglio metterlo subito, evitando così il pericolo (pochi secondi, che ci fa?) e garantendo la bontà della vivanda, questa sì, importante per il benessere di coppia. Infine, penso che la risposta “è indifferente” possa far contenti entrambi gli sposini, evitando rancori :-)

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  3. Anna

    Nella vita di tutti i giorni, con i problemi che regolarmente ci presenta e dei quali esige il conto, ti accorgi ad un certo punto, non so per quale strana alchimia, che la persona nella quale avevi riposto tutta la tua fiducia, in realtà l’ha tradita già da parecchio tempo e con chi meno te lo aspettavi : tua figlia, tramando e agendo alle tue spalle su presente e futuro, estromettendoti totalmente dalla loro vita, ma continuando a pretendere dalla tua come ormai fanno da 25 anni circa. Voi al posto mio cosa fareste? Accetto consigli perché la mia delusione e il mio dolore sono tali da bloccare i pensieri.

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