L’acqua sospesa

Questo giocherello è molto famoso (non è che per forza debba inventarmi qualcosa) e molti insegnanti lo propongono per spiegare il fenomeno della combustione.  Si fissa una candela su un tavolo e, dopo averla accesa, la si copre con un contenitore di vetro per osservare come, quasi immediatamente, essa si spenga. Quella che propongo è una variante (anche questa nota) che si può realizzare ponendo la candela (ma non fissandola) all’interno di un contenitore di plastica riempito con dell’acqua colorata. Una volta accesa la candela, la copriamo con una bottiglia di vetro ed osserveremo il liquido colorato risalire su per la bottiglia, fino ad un determinato livello, anche dopo che la candela sarà definitivamente spenta.

La combustione dunque: la cera (il combustibile) si combina con l’ossigeno (il comburente) nella bottiglia (la camera di combustione) se la candela è accesa (l’innesco della reazione di ossidazione).

Il punto critico di questa vicenda, se il giochino viene proposto in una scuola primaria, sono proprio i termini (tecnici) tra parentesi. Un problema è pure, a mio avviso, dar per scontata l’esistenza dell’ossigeno.

Le conoscenze significative sulla combustione sono rimaste di tipo fenomenologico fino al lavoro del povero Lavoisier (Parigi, 26 agosto 1743 – Parigi, 8 maggio 1794) e la “rivoluzione chimica” ebbe inizio proprio con l’ipotesi di Lavoisier che il fenomeno della combustione consisteva in una combinazione chimica tra combustibile ed aria. Furono però necessari alcuni anni per comprendere che soltanto una parte dell’aria è attiva (essa venne allora chiamata ossigeno, dal greco formatore d’acido), proprio quella che nel nostro esperimento “scompare” per far posto all’acqua colorata. Quanta ne scompare? Sarà sufficiente misurare (stimare) il volume occupato dall’acqua che è entrata nella bottiglia alla fine dell’esperimento (anzi, meglio ancora, di quanto si è abbassato il livello dell’acqua che rimane fuori dalla bottiglia) per scoprire che è circa 1/5 del volume totale della bottiglia. E dunque l’aria è costituita da più componenti: uno di questi, che chiamiamo ossigeno, è quello che permette alla candela di rimanere accesa; l’altro, che chiameremo azoto (dal greco senza vita), se ne sta per i fatti suoi, indifferente agli eventi. C’è anche dell’altro, altri gas tra i quali l’anidride carbonica (alla quale si aggiungerà quella prodotta nella combustione) ma la loro presenza è poco significativa. Il gas all’interno non è più quello che comunemente chiamiamo “aria”, ma aria privata dell’ossigeno e con un pò di anidride carbonica in più e, per questo, meno “densa” dell’aria esterna.  Si crea così una differenza di pressione tra l’aria (all’esterno) ed il gas (all’interno) ed il liquido non potrà far altro che risalire lungo la bottiglia, spinto dall’aria, fino a quando l’equilibrio non verrà ristabilito.

Concludo con le parole di Michael Faraday (Newington Butts, 22 settembre 1791 – Hampton Court, 25 agosto 1867) dal “Course of Six Lectures of the Chemical History of a Candle”:

Non c’è una legge che governi l’universo che non entri in gioco nel fenomeno di una candela in combustione. Bruciando una candela partite con una sostanza solida che si trasforma prima in un liquido e poi in vapore. Il grasso della candela liquefatta ricade per la forza di gravità, eppure lo stoppino sfida la gravità sollevandosi per effetto dell’ azione capillare. Bruciando, al candela genera luce e calore. Nello stesso tempo è soggetta a reazioni chimiche che rivelano di quali sostanze sia composta…