Il rischio maggiore di un’intensa nevicata si può presentare quando la neve, aiutata da temperature al di sotto dello zero, si compatta e forma del ghiaccio. È quindi pratica comune spargere sulle strade del sale da cucina (cloruro di sodio) per sciogliere il ghiaccio. Per quale motivo?

Una premessa per i più pignoli: in questo articolo farò uso del termine “sciogliere” in maniera incondizionata per quanto riguarda lo scioglimento del ghiaccio, propriamente detto fusione, o del sale in acqua, detto solubilizzazione o dissoluzione. Lo scopo di ciò è rendere più scorrevole la lettura.

Un’ulteriore premessa: in chimica, si è solito definire “sale” qualsiasi composto con legami ionici. Quindi il cloruro di sodio, il cloruro di calcio, ma anche il carbonato di calcio (calcare) possono essere definiti tali.

Acqua e sale

Facciamo un passo indietro e studiamo il sistema acqua-sale.

Il cloruro di sodio (NaCl) è un solido costituito da specie elettricamente cariche chiamate ioni, nello specifico ioni sodio (Na+) e ioni cloruro (Cl–). Questi sono tra loro legati in una struttura molto ordinata (reticolo cristallino). Per rompere questi legami è necessaria dell’energia: il legame (ionico) del cloruro di sodio è molto forte, difatti se volessimo fondere il sale semplicemente scaldandolo, quindi fornendo energia termica, sarebbe necessaria una temperatura di ben 801°C.

In acqua però ci sono altri fattori in grado di controbilanciare questa enorme quantità di energia richiesta. In termini generali, le specie ioniche amano molto essere circondate da molecole di acqua, questo effetto si chiama solvatazione (idratazione nello specifico, essendo l’acqua il solvente).

Ione sodio solvatato
Ione di sodio (Na+) solvatato, ossia circondato da diverse molecole d’acqua. Queste si orientano esponendo gli ossigeni allo ione sodio, perché portanti parziali cariche negative (delta, δ). Per facilitare la comprensione, ricordate il detto “gli opposti si attraggono”, qui la carica positiva (+) attrae quella negativa (-) e viceversa. (Fonte immagine: Wikipedia)

Nel momento in cui mettiamo un cucchiaino di sale in un bicchiere d’acqua, questi due effetti si contrappongono: da un lato i legami ionici che non vogliono rompersi, dall’altro l’effetto di idratazione. Nel caso specifico del sale da cucina, l’ultimo effetto prevale e il sale si scioglie. Il calcare al contrario si scioglie con molta più difficoltà in acqua.

Ghiaccio e sale

Come si concilia ciò con lo spargimento di sale sulle strade ghiacciate?

L’acqua pura ha una temperatura di congelamento di 0°C, una soluzione di acqua e sale può raggiungere temperature di congelamento di -21°C (il 33% in massa di sale è richiesto per questa temperatura). Il fenomeno è noto come abbassamento crioscopico. Può essere approssimativamente spiegato affermando che il sale disciolto interferisce con la formazione del reticolo cristallino del ghiaccio. Affinchè questo si formi, è dunque necessario abbassare la temperatura.

La dissoluzione del sale da cucina è un processo che assorbe calore dall’ambiente circostante, si dice endotermico. Ciò significa che mentre il sale si scioglie, sottrae calore all’acqua raffreddandola. Questo può essere semplicemente verificato mettendo un dito dentro ad un bicchiere di acqua e poi aggiungere sale: la variazione è minima ma percepibile. È un ottimo trucco per raffreddare le bibite durante l’estate: acqua, ghiaccio e un po’ di sale, ma fate attenzione che temperature così basse possono provocare gravi ustioni. In questo caso vi consiglio di testarne la temperatura con un termometro da cucina e non con il vostro dito.

Torniamo al ghiaccio su strada. Nel momento in cui il sale è aggiunto al ghiaccio, il sale prima si scioglie nel sottilissimo strato acquoso presente sulla superficie del ghiaccio. Così facendo si forma una soluzione di acqua e sale che ha un punto di congelamento minore di zero. Il ghiaccio circostante (che sta a zero gradi) a contatto con l’acqua salata si scioglie (perché ora la temperatura di congelamento del sistema acqua-sale è inferiore a zero * vedi sotto), creando più acqua liquida che dissolve più sale, favorendo in tal modo lo scioglimento di ulteriore ghiaccio e così via. Facendo il punto, l’intero processo è guidato dalla forte attrazione dell’acqua verso specie cariche (ioniche).

* Cerco di spiegare meglio questo passaggio con un esempio pratico. Immagina un bicchiere di sola acqua a 20°C. Ora aggiungi un cubetto di ghiaccio. Questo si scioglie, perché ovviamente il ghiaccio resta ghiaccio a 0°C o meno, al di sopra, il ghiaccio si scioglie e torna allo stato liquido. Quel che accade nel sistema acqua-sale è la medesima cosa.

* Dimentica per un attimo il sale e immagina un universo parallelo dove l’acqua solidifica a -20°C. Questo significa che se mettessi un cubetto di ghiaccio (siamo in un altro universo, quindi resta ghiaccio a temperature inferiori di -20 gradi) in un bicchiere di acqua a -15 gradi (che è liquida perchè siamo nell’altro universo), questo si scioglierebbe. Quello che accade nel nostro universo è proprio questo: da un lato c’è dell’acqua salata (che congela quindi a temperature inferiori di 0 gradi) e dall’altro c’è del ghiaccio (a zero gradi) che quindi si scioglie, perchè ora l’acqua, aiutata dal sale, non congela più a 0 gradi ma a temperature inferiori.

Alcune curiosità sul ghiaccio e non solo

Per i più curiosi, sappiate che la miscela acqua e sale è definita eutettica. Il punto di fusione di una miscela eutettica è più basso del punto di fusione delle singole sostanze che la compongono: per il ghiaccio è 0°C, per il sale è 801°C e per l’acqua salata si può arrivare, come affermato prima, fino a -21°C.

In generale ci si riferisce alle miscele di acqua e diversi sali come miscele frigorifere: acqua e cloruro di sodio (- 21°C), acqua e cloruro di potassio (- 11°C), acqua e nitrato d’ammonio (- 14°C) e altri ancora sono miscele eutettiche. Una volta era pratica comune preparare il gelato adoperando una miscela frigorifera a base di ghiaccio tritato e cloruro di sodio. È comune parlare di miscele eutettiche nel caso delle leghe metalliche: ad esempio il sistema alluminio-rame. L’alluminio puro fonde a 660°C, il rame puro a 1084°C e la miscela eutettica fonde a 548°C.

Ciò che rende il ghiaccio scivoloso è il sottilissimo strato di molecole d’acqua che “fuggono” dal ghiaccio e restano allo stato liquido. Questo è anche il motivo per cui un pattinatore può pattinare. La lama dei pattini, caricata dal peso della persona, scioglie il ghiaccio sottostante formando un sottilissimo strato di acqua su cui scivolare.

Spesso sulle strade ghiacciate, al posto del sale da cucina, può anche essere usato il cloruro di calcio (CaCl2). Quest’ultimo è più efficace ma anche più costoso.

Terminiamo con un’ultima curiosità che riguarda le confezioni di ghiaccio istantaneo e “caldo” istantaneo monouso. La dissoluzione di un generico sale in acqua è un processo che vede in gioco diversi fattori. Ciò significa che esistono sali che quando si sciolgono sviluppano calore (processo esotermico) e sali che invece assorbono calore (processo endotermico), scaldando o raffreddando rispettivamente l’acqua.

Ad esempio, la dissoluzione in acqua di nitrato di ammonio è estremamente endotermica (assorbe molto calore raffreddando l’ambiente circostante), e difatti questo sale è il principale componente del ghiaccio istantaneo. Nel “caldo” istantaneo invece il sale adoperato più comunemente è il solfato di magnesio, la cui dissoluzione comporta un rilascio energetico, con conseguente aumento della temperatura (esotermico).

E invece il ghiaccio secco come funziona? Lo trovate descritto in questo articolo.

Per concludere in simpatia, sul nostro canale Youtube abbiamo pubblicato tempo fa un video sul come creare neve istantanea. Non è fredda ma è molto scenica! Il video lo trovate cliccando qui.