Sopraffusione: differenze tra le versioni

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[[File:sopraffusioneSopraffusione.pngsvg|thumb|Fenomeno della sopraffusione rappresentato in un grafico; l'asse delle ascisse corrisponde al tempo, quello delle ordinate alla temperatura.]]

La '''sopraffusione'''<ref>{{cita libro |cognome1=Migliorini |nome1=Bruno |cognome2=Tagliavini |nome2=Carlo |cognome3=Fiorelli |nome3=Piero |titolo=Il DOP. Dizionario d'ortografia e di pronunzia |ed=2 |anno=1981 | editore=ERI |città=Roma}}</ref> o '''soprafusione'''<ref>{{cita libro |titolo=La nuova enciclopedia delle scienze |editore=Garzanti |città=Milano |anno=1988 |p=1339}}</ref><ref>{{cita libro |cognome1=Devoto |nome1=Giacomo |cognome2=Oli |nome2=Gian Carlo |titolo=Dizionario della lingua italiana |editore=Le Monnier |città=Firenze |anno=1971 |p=2270}}</ref><ref>{{cita libro |anno=1990 |titolo=Dizionario enciclopedico dei termini scientifici della Oxford University Press |traduttore=Paolo Schiannini |curatore=Italo Sordi |editore=Rizzoli |città=Milano |p=717 |ISBN=88-17-14522-X}} 1ª ed. originale: {{cita libro |anno=1990 |titolo=Concise Science Dictionary |editore=Market House Books Ltd. |curatore1=Alan Isaacs |curatore2=John Daintith |curatore3=Elizabeth Martin |città=Aylesbury |lingua=en}}</ref> è un [[fenomeno]] fisico che appare in seguito ad un processo di raffreddamento di un [[liquido]] al di sotto della sua temperatura di [[solidificazione]], senza che avvenga effettivamente la solidificazione stessa, rimanendo cioè allo stato liquido.

La '''sopraffusione''' o '''sottoraffreddamento''' è il processo di [[raffreddamento]] di un [[liquido]] al di sotto della sua temperatura di [[solidificazione]], senza che avvenga effettivamente la solidificazione stessa.

Questo fenomeno si osserva principalmente nei [[polimero|polimeri]], materiali formati da macromolecole impedite nella cristallizzazione da [[ingombro sterico|fenomeni sterici]], oppure, nel caso di materiali composti da piccole molecole, nei liquidi puri e perfettamente in quiete.

==Descrizione==

Nel secondo caso, se si perturba lo stato di quiete (agitando il liquido introducendovi un corpo estraneo) si provoca l'immediata solidificazione del materiale e l'aumento della sua temperatura fino al punto di solidificazione.

[[File:Supercooling water bottle before shaking.png|thumb|Acqua in sopraffusione, ancora allo stato liquido.<ref name="stack-627687" />]]

[[File:Supercooling water bottle after shaking.jpg|thumb|Inizio solidificazione conseguentemente all'uscita dallo stato di quiete.<ref name="stack-627687" />]]

Questo fenomeno si osserva principalmente nei [[polimero|polimeri]], materiali formati da macromolecole impedite nella cristallizzazione da [[ingombro sterico|fenomeni sterici]], oppure, nel caso di materiali composti da piccole molecole, nei liquidi puri e perfettamente in quiete.

Nel secondo caso, se si perturba lo stato di quiete (agitando il liquido introducendovi un corpo estraneo) si provoca l'immediata solidificazione del materiale e l'aumento della sua temperatura fino al punto di solidificazione.<ref name="stack-627687">{{Cita web

|url = https://physics.stackexchange.com/questions/627687/water-freezing-almost-instantaneously-when-shaking-a-bottle-that-spend-the-night

|titolo = Water freezing almost instantaneously when shaking a bottle that spend the night outside during a frosty night

|data = 7 aprile 2021

|accesso = 8 aprile 2021

|lingua = en

}}

</ref>

Ciò che si viene a creare è una situazione instabile da un punto di vista [[termodinamica|termodinamico]], cioè il liquido è in condizione metastabile. Questo comportamento è dovuto al fatto che anche i movimenti su scala molecolare, cioè traslazionali, rotazionali e vibrazionali subiscono un brusco rallentamento. Le molecole non hanno dunque il tempo (cinetica) per cambiare posizione, ed ordinarsi in un reticolo cristallino stabile da un punto di vista termodinamico (che può essere individuato sul diagramma di stato).

Nel caso particolare dei [[metallo|metalli]] liquidi e dei polimeri in corso di solidificazione, si definisce ''grado di sottoraffreddamento'', o semplicemente sottoraffreddamento (o ''grado di soprafusionesopraffusione''), la differenza fra la temperatura alla quale è stata sottoraffreddata una data sostanza e quella a cui inizia effettivamente la solidificazione del liquido (temperatura di equilibrio). Tale grandezza dipende dal grado di purezza del metallomateriale e dalla velocità di asportazione del [[calore]] dal bagno liquido.

== Acqua sopraffusa ==

Con '''acqua sopraffusa''' o '''soprafusa''' (''supercooled water'') si intende il fenomeno per il quale l'[[acqua]] rimane [[Liquido|liquida]] a [[temperatura|temperature]] inferiori a 0&nbsp;°C.

=== Approfondimento ===

Il fenomeno dell'acqua sopraffusa si verifica a causa delle dimensioni delle [[goccia (liquido)|gocce]] d'acqua: ununa goccia che sia troppomolto piccola ha la proprietà di avere una [[tensione superficiale]] tale da non farla ghiacciare. Altre condizioni da rispettare perché il fenomeno avvengasi verifichi sono la purezza dell'acqua, che deve quindi essere priva di [[sali minerali|sali]], e il raffreddamento, che deve avvenire in uno stato di quiete.

L'acqua sopraffusa è in una condizione estremamente instabile e ha la proprietà di solidificare a contatto con altri oggetti<ref>{{cita web|url=http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761573158/Acqua.html|titolo=Acqua|editore=MSN Encarta|accesso=31 dicembre 2008|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20090125111706/http://it.encarta.msn.com/encyclopedia_761573158/Acqua.html|dataarchivio=25 gennaio 2009}}</ref>. Anche le vibrazioni possono portare alla solidificazione immediataistantanea della goccia. Il [[cristallo]] di [[ghiaccio]] che si forma ha una struttura cristallina differente rispetto ai cristalli di ghiaccio classici. Ile cristallovaria di ghiaccio muta forma ain secondafunzione della temperatura dell'acqua sopraffusa da cui deriva<ref>{{cita web|url=http://www.snobord.it/backcountry/neve.asp|titolo=Conoscere la neve|editore=snobord.it|accesso=31 dicembre 2008|urlmorto=sì|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20090122122529/http://www.snobord.it/backcountry/neve.asp|dataarchivio=22 gennaio 2009}}</ref>:

* intorno ai −6&nbsp;°C si haottiene una piastrina esagonale che cresce nel senso dello spessore, formando sottilissimi aghi di sezione esagonale

* intorno ai −10&nbsp;°C l'aumentola della dimensionecrescita dei cristalli avviene nel sensopiano delledella dimensionipiastrina maggiori dell'esagonoesagonale iniziale, formando piastrinecristalli esagonali più ampieestesi (il calore latente di fusione alla pressione di 1 atm e alla temperatura di -10&nbsp;°C è 79.8 cal/g)

* intorno ai −15&nbsp;°C la crescita avviene sui vertici del perimetrocristallo delesagonale cristalloiniziale, con la formazione di dendriti che danno alla piastrina iniziale la forma di stella a sei punte

* oltreal idi sotto dei −20&nbsp;°C la crescita del cristallo avviene in altezzaspessore, creando esagoni cavi internamente.

Il fenomeno per il quale l'acqua sopraffusa si congela istantaneamente al contatto con un solido prende il nome di [[gelicidio]]<ref>{{cita web|url=http://forum.ilmeteo.it/showthread.php?t=14967&page=2|titolo=Una delle cose più bizzarre della chimica|editore=IlMeteo.it|data=20 settembre 2007|accesso=31 dicembre 2008|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20140203134753/http://forum.ilmeteo.it/showthread.php?t=14967&page=2|dataarchivio=3 febbraio 2014|urlmorto=sì}}</ref>.

Nelle [[nube|nubi]] fredde (con temperatura inferiore a 0&nbsp;°C) le goccioline d'acqua sono relativamente comuni a temperature fra gli 0&nbsp;°C e i −12&nbsp;°C. È più difficile trovare tale fenomeno tra i −12&nbsp;°C e i −20&nbsp;°C. È molto raro che il fenomeno si presenti tra i −20&nbsp;°C e i −40&nbsp;°C, mentre è molto difficile trovare goccioline sopraffuse sotto −40&nbsp;°C, dato che gli esperimenti hanno evidenziato come una gocciolina del diametro di 5 &nbsp;µm congeli spontaneamente a quella temperatura<ref>{{cita libro|titolo=Manuale di meteorologia|curatore=Mario Giuliacci|città=Milano|editore=Alpha Test|anno=2005|paginep=p. 483}}</ref>.

=== Problemi pratici ===

Le [[nubi]] contenenti acqua sopraffusa possono essere pericolose per gli [[aerei]] che le attraversano. La tendenza quasi istantanea a formare una pellicola di ghiaccio dell'acqua sopraffusa a contatto con un solido può provocare il blocco dei comandi o appesantire sensibilmente il mezzo<ref>{{cita web|url=http://www.meteoservice.it/forum/archive/index.php/t-7467.html|titolo=Un fenomeno che mi ha sempre affascinato: acqua sopraffusa|autore=Meteoservice Staff|editore=Meteoservice.it|data=19 maggio 2007|accesso=31 dicembre 2008|urlmorto=sì}}</ref>.

|editore=Meteoservice.it|data=19-05-2007|accesso=31 dicembre 2008}}</ref>.

La presenza di acqua sopraffusa è spesso sintomo di [[grandine]]<ref>{{cita web|titolo=Come si forma – MeteoGrandine|url=http://www.meteograndine.com/?costante_pagina=comesiforma&id_lingua=2|data=31 dicembre 2008|accesso=14 ottobre 2012|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20130202002550/http://www.meteograndine.com/?costante_pagina=comesiforma&id_lingua=2|dataarchivio=2 febbraio 2013|urlmorto=sì}}</ref>, in quanto l'acqua sopraffusa è tipica delle nubi cumuliformi.

Il fenomeno della sopraffusione dell'acqua inoltre interviene nella formazione del [[ghiaccio ancorato]].

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== Bibliografia ==

* {{cita libropubblicazione | nome=Boris | cognome=Weinberg | titolo=La cristallizzazione dell'acqua soprafusa | 2007anno=1908 | Italian Physical Society riprende da ''rivista=Il Nuovo Cimento (1901 - 1910)''| Roma }} vol. volume=16, |numero =1, |data=dicembre [[1908]] |url=https://archive.org/details/ilnuovocimento00unkngoog |doi=10.1007/BF02712288}}

== Voci correlate ==

* [[Cristallo di ghiaccio]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

* [http{{cita web|url=https://it.youtube.com/watch?v=Y2jz_5OdEG0 |titolo=Video pubblicato su YouTube sulla sopraffusione dell'acqua ]}}

{{Scienza del vetro}}

{{Controllo di autorità}}

{{Portale|chimica|Termodinamica}}

[[Categoria:Transizioni di fase]]

[[ca:Subfusió]]

[[cs:Podchlazení (termodynamika)]]

[[da:Underafkøling (fysik)]]

[[de:Unterkühlung (Thermodynamik)]]

[[en:Supercooling]]

[[es:Sobrefusión]]

[[et:Allajahtumine]]

[[fa:فوق سرمایش]]

[[fi:Alijäähtyminen]]

[[fr:Surfusion]]

[[he:קירור-על]]

[[hi:अतिशीतन]]

[[hr:Pothlađenje]]

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[[ja:過冷却]]

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[[pt:Sobrefusão]]

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