Soluzioni, nuvole e stelle

Il principio della dissoluzione fra chimica, fisica e astronomia

“Dissolversi” suona come un verbo catartico, a tratti magico, e che ha ben poco di fisico, soprattutto perché spesso si completa nell’espressione “dissolversi nel nulla” che non ha molto da spartire con uno dei principi più pragmatici della fisica, il motto di Lavoisier (di cui abbiamo parlato nel numero 15 della Tigre di carta): «Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma». Eppure, proprio tra i primi argomenti che si affrontano quando si segue un percorso scientifico elementare ci sono le soluzioni chimiche, ossia ciò che avviene quando due o più specie chimiche per l’appunto si dissolvono vicendevolmente, andando a comporre una miscela omogenea in un’unica fase, che sia solido, liquido, gas. In questo caso, le due specie chimiche non sono più distinguibili fra loro con mezzi ottici e a livello molecolare la componente che chiamiamo soluto è totalmente circondata da quella che chiamiamo solvente. «Non sono più due, ma una carne sola» diceva, quando la chimica non esisteva ancora come scienza, una persona poi divenuta famosa in altri ambiti^[1].

L’esempio più semplice di soluzione che viene in mente è quando prepariamo la pasta e gettiamo un solido idrosolubile (il sale) nell’acqua bollente: fino a una certa soglia (che dipende dai parametri fisici della soluzione, come pressione e temperatura), la struttura cristallina del sale si dissolve e gli ioni che ne formavano la struttura si disperdono nell’acqua. In questo senso, le soluzioni sono delle trasformazioni fisiche, trasformazioni reversibili (lasciando evaporare l’acqua riotterremo il sale) che non cambiano la natura delle sostanze coinvolte ma ne modificano l’apparenza. Ben diverso da ciò che avviene in una reazione chimica, in cui è modificata l’identità chimica dei reagenti che si trasformano in sostanze differenti.

Tra le trasformazioni fisiche di “dissoluzione” annoveriamo anche i passaggi di stato che l’I Ching tra l’altro cita esplicitamente nell’esagramma cui ci riferiamo. Anche qui, gli esempi classici che ci vengono in mente riguardano magari candele che si fondono o liquidi che ghiacciano, ma in realtà si tratta di processi che avvengono su larga scala nell’ambiente. La formazione delle nuvole, ad esempio, è un fenomeno che vede in azione diversi passaggi di stato in condizioni fisiche diverse, per pressione e temperatura. In prima istanza, la radiazione solare fa sì che acqua e umidità del suolo evaporino: l’aria calda che si viene a formare inizia a salire (in quanto più leggera di quella circostante). Le nubi si formano quando, nel corso della salita, l’aria raffredda (condensandosi) e si espande, poiché incontra una pressione progressivamente minore. Il fenomeno può poi incontrare condizioni molto diverse: quando ad esempio sono presenti particelle o impurità (pensiamo al particolato dovuto allo smog) il processo di condensazione del vapore è agevolato, perché queste particelle fungono da nuclei di condensazione e il cielo si fa più coperto. Altri fattori come i moti d’aria in quota, interni ed esterni alle nubi, incidono invece sulla loro forma: il “cielo a pecorelle” (scientificamente si parla di cirrocumuli o altocumuli, in base all’altitudine e alle dimensioni degli elementi), ad esempio, si forma quando una grande massa di aria calda si solleva dal suolo all’approssimarsi di un fronte freddo e instabile in quota. Sì, l’”acqua a catinelle” è scientificamente provata.

Forse non tutti sanno che l’evaporazione non è solo un passaggio di stato per quei liquidi che diventano vapore, ma è anche un processo astrofisico che avviene in alcuni sistemi stellari. Gli ammassi globulari sono dei sistemi stellari tondeggianti che orbitano nell’alone della nostra galassia (ma sono presenti anche in altre galassie); possiamo paragonarli agli elettroni che orbitano intorno al nucleo di un atomo (mi perdoneranno i quantistici). Può succedere che le stelle che fanno parte di questi ammassi muovendosi interagiscano le une con le altre su diverse scale di distanza. Le interazioni permettono uno scambio di energia, facendo sì che alcune stelle aumentino la loro velocità fino a superare la soglia di fuga dettata dal potenziale gravitazionale dell’ammasso stesso. Quando questo avviene, le stelle possono “liberarsi” dall’ammasso e lanciarsi al di fuori andando a interagire con le stelle e il gas del disco galattico. L’ammasso globulare così si andrà a “sfoltire” progressivamente e su tempi più lunghi (nell’ordine di diversi miliardi di anni) evaporerà:

Egli dissolve il suo io. Nessun pentimento.

Note

[1] È il Vangelo di Matteo, XIX, 6.

di Amedeo Bellodi