IL GHIACCIO ISTANTANEO: OVVERO PERCHE’ HO STUDIATO FILOSOFIA

ghiaccioCamminando a Roma sulla via Sacra, che è un po’ sconnessa, non sono stato abbordato dal rompiscatole della satira di Orazio, ma ho messo male il piede, provocandomi una dolorosa fitta al ginocchio.
Alla farmacia più vicina raggiunta zoppicando acquisto una confezione di “ghiaccio istantaneo”. Mi siedo in un trafficato bar di piazza Venezia, spingo con forza sulla busta, che rapidamente si raffredda e la pongo sul punto dolente.
Mentre mi godo il benefico effetto antinfiammatorio del freddo, penso: “Normalmente le reazioni chimiche spontanee producono calore, cioè sono esotermiche. Come fa una reazione chimica a “estrarre” calore dall’ambiente? Sembra andare contro il secondo principio della termodinamica!”
Frugo fra i miei ricordi di chimica fisica e mi rammento che la prima cosa da analizzare per sapere se una reazione chimica sia o meno spontanea è la variazione di energia libera ΔG. Affinché la reazione avvenga condizione necessaria è che venga diminuita l’energia libera. L’energia libera dipende da due termini, l’entalpia e l’entropia. Se viene liberato calore l’entalpia diminuisce e quindi anche ΔG è negativo. Ma ΔG può essere negativo anche se aumenta l’entropia. In effetti mi viene in mente che anche quando sciogliamo il sale da cucina nell’acqua la temperatura si abbassa leggermente, benché in modo impercettibile. In quel caso la reazione è favorita non dal fatto che l’entalpia diminuisce – infatti aumenta – ma dall’aumento dell’entropia. In altre parole ci sono reazioni chimiche come le soluzioni favorite dall’aumento dell’entropia e non dalla liberazione di calore.
Prendo lo smartphone e trovo che la reazione tipica del ghiaccio istantaneo è la soluzione di nitrato di ammonio in acqua. Continuo la ricerca on line e scopro che sciogliere il nitrato di ammonio nell’acqua assorbe molto calore; ciò malgrado la reazione è spontanea perché questa soluzione provoca un drastico aumento di entropia.
Insomma nella busta che si compra in farmacia c’è acqua più un contenitore di nitrato di ammonio in cristalli che viene lacerato dalla nostra pressione e il sale si scioglie.
Mi fermo a pensare. Le persone normali si metterebbero il ghiaccio istantaneo sul ginocchio e rimarrebbero a sorseggiare un caffè guardando il passeggio di piazza Venezia. Una minoranza di scienziati curiosi si sarebbero fatti domande tipo le mie e avrebbero trovato le ragionevoli risposte che ho appena esposto e poi si sarebbe messa a sorseggiare il caffè guardando il passeggio.
Non riesco a quietarmi. Tutti sappiamo che l’entropia da Boltzmann in poi è una misura del disordine. E’ abbastanza ragionevole che un cristallo e dell’acqua pura separati siano più ordinati di una soluzione. Ma, mi chiedo, come mai un cristallo di nitrato di ammonio e dell’acqua pura sono enormemente più ordinati della soluzione, tanto da compensare la significativa sottrazione di calore che cura il mio ginocchio?
Mi tuffo nuovamente in rete. Scorro diversi manuali di chimica-fisica in inglese dove si parla di questa soluzione. Ci sono i dati, le valutazioni quantitative, ma nessuno che mi spieghi come mai l’entropia di formazione di quella soluzione è così alta. Non trovo né modelli qualitativi, né quantitativi.
Immagino che se avessi continuato la ricerca avrei incontrato articoli specialistici di termodinamica chimica che propongono soluzioni a questo problema, ma questo tipo di conoscenza non fa parte del sapere comune di un chimico.
Torno allora con la mente alla mia giovinezza, quando ero appassionato di chimica e mi ricordo la perenne insoddisfazione che provavo di fronte alle spiegazioni parziali dei fenomeni, come appunto questa.
Una delle ragioni per cui cominciai a studiare filosofia fu proprio la speranza di trovare lì spiegazioni più complete. Dopo trent’anni so che, ovviamente, neanche la filosofia può soddisfare la mia sete di conoscenza. So però anche che solo la filosofia mi ha perennemente spinto a domandare, senza mai accontentarmi di un modello parziale.
In questo senso non vedo differenze fra il filosofo e lo scienziato: a patto che il filosofo prenda seriamente in considerazione i modelli della scienza e che lo scienziato non si accontenti mai delle proprie risposte.
Vincenzo Fano

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