Calore, temperatura: cosa bolle in pentola?

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Quando è ora di mangiare siamo testimoni inconsapevoli di un fatto: la Fisica e la Chimica sono i nostri due angeli custodi che ci accompagnano mentre prepariamo il pasto ma, come in ogni altra attività umana, il pregiudizio e il preconcetto la fanno da padrone. Un esempio? L’annosa diatriba sul quando salare l’acqua della pasta: prima o dopo l’ebollizione? Vediamo cosa ci dice la Scienza a riguardo.

Innanzitutto chiariamo i concetti di Calore e Temperatura, che sono legati tra loro ma non sono sinonimi.
Il calore è una forma di Energia che può essere trasferita tra due sistemi, mentre la temperatura è la misura dello stato di agitazione delle molecole componenti un qualsiasi oggetto o sistema. Esiste anche il concetto di stato di aggregazione della materia: solido, liquido e gassoso (c’è anche il plasma, ma si verifica nelle stelle a temperatura ben superiori a quelle della nostra pentola per la pasta!).

La relazione che lega il Calore Q alla Temperatura T dipende dallo stato della materia: se non si è a cavallo tra due fasi allora

    \[\Delta Q = c \times m \times \Delta T\]

se invece siamo in regime di trasformazione di fase (ad esempio dallo stato liquido allo stato solido) allora

    \[\Delta Q = \lambda \times m\]

dove c è il calore sensibile, cioè il calore che viene trasferito per unità di massa m e per unità di temperatura T e \lambda è il calore latente, cioè il calore che serve per la trasformazione di fase per unità di massa m.

È importante notare che durante le trasformazioni di fase la temperatura non varia, perché l’energia che viene data al (o, nel caso della solidificazione, presa dal) sistema serve per modificare lo stato di aggregazione delle molecole. Ecco perché le trasformazioni di fase sono fondamentali per definire le temperature di riferimento degli strumenti di misura: ad esempio si dice che alla pressione atmosferica del livello del mare l’acqua bolle (cioè passa dallo stato liquido a quello gassoso) a 100° C (durante questo passaggio non cambia la temperatura e quindi si può prendere questo evento come riferimento).

Questo è ciò che ci insegna la Fisica. La Chimica invece ci dice qualcosa su quel che varia quando si prova a far cambiare lo stato di aggregazione ad una soluzione di acqua con qualcos’altro (ad esempio, il sale). Dal punto di vista chimico l’acqua è formata da molecole di H_2 O, da ioni positivi H^+ e da ioni negativi OH^-. Il comune sale da cucina (cloruro di sodio, ovvero NaCl) è formato da un reticolo cristallino cubico ai cui vertici sono atomi di Sodio e Cloro alternati tra loro e tenuti insieme da un legame di tipo ionico che si spezza facilmente nel momento in cui viene messo a contatto con l’acqua (il sale si scioglie nell’acqua, come sappiamo tutti), formando un eccesso di ioni positivi Na^+ e ioni negativi Cl^-.

In chimica un composto di acqua e sale si chiama soluzione: l’acqua è il solvente e il sale è il soluto. Fin quando il soluto continua a sciogliersi la soluzione non è satura; quando, aggiungendo del soluto, questo non si scioglie ma si deposita sul fondo del contenitore della soluzione, la soluzione è arrivata al punto di saturazione e la quantità di soluto che si deposita sul fondo si chiama precipitato.

Quando l’acqua è pura (acqua senza alcuna aggiunta) e viene fatta bollire a livello del mare, la temperatura a cui si verifica tale cambiamento di fase è 100°C; salendo di quota la temperatura di ebollizione diminuisce perché diminuisce la pressione (ad esempio sull’Everest l’acqua bolle a 70°C); se invece l’acqua ha dei sali disciolti ha bisogno di maggiore energia per cambiare lo stato, perché deve usare parte di quell’energia per rompere i legami dei sali disciolti. Ecco che si verifica l’innalzamento ebullioscopico: a parità di pressione l’ebollizione avviene a una temperatura maggiore. Questo innalzamento è quello che ci interessa per la nostra pasta.

un piatto di vermicelli

L’innalzamento dipende dalla quantità di acqua e di sale disciolto: se la soluzione non è satura (e per le quantità d’acqua – tra i 5 e i 10 litri -, e di sale – qualche grammo – che usiamo noi la soluzione non è satura) l’innalzamento è di meno di un grado e questo implica che il tempo che ci vuole per far bollire l’acqua è maggiore se l’acqua è salata, ma di pochissimi istanti.

Il parametro fondamentale per il tempo di ebollizione è la pressione: ecco perché è più utile mettere un coperchio sulla pentola o addirittura usare la pentola a pressione piuttosto che salare l’acqua dopo l’ebollizione. Considerate che in una pentola a pressione si possono raggiungere temperature di 120° C – 125° C e pressioni del’ordine del doppio della pressione atmosferica.

Salate pure quando volete: l’aumento del tempo potrà essere compensato dall’uso del coperchio: piuttosto fate attenzione ai tempi di cottura, perché la pasta troppo cotta fa male alla digestione, oltre ad essere poco piacevole al gusto!

Spero di avervi salvato ore ed ore di discussioni sull’acqua salata prima o dopo! Buon appetito!

Enrico Cirillo

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