Far bollire l’acqua e aggiungere il sale per cuocere la pasta è per la maggior parte di noi un’abitudine. Pochi sanno che dietro la preparazione di un piatto di pasta si cela un vero e proprio esperimento di vaporizzazione dell’acqua. Senza saperlo, infatti, si sperimenta una proprietà chimico-fisica dell’acqua, ovvero il suo passaggio dallo stato liquido a vapore per mezzo del calore.

Facendo bollire l’acqua nella pentola si osservano nello specifico le due modalità con cui avviene la vaporizzazione: l’evaporazione e l’ebollizione. E non è tutto: quando si aggiunge il sale nella pentola o si prepara la pasta in montagna, si testa la vaporizzazione in condizioni particolari che possono variare il punto di ebollizione dell’acqua e/o la velocità con cui evapora.

Ma cosa succede quando l’acqua bolle in pentola? Conosciamo meglio il fenomeno della vaporizzazione tra variazioni di temperatura, velocità e tempi per arrivare al punto di ebollizione dell’acqua quando da liquido si trasforma in vapore!

Perché l’acqua bolle? Alla scoperta della vaporizzazione tra evaporazione ed ebollizione!

Quando vediamo l’acqua che bolle in pentola, stiamo osservando dal vivo una delle sue modalità di vaporizzazione, il fenomeno chimico-fisico attraverso cui l’acqua dallo stato liquido passa a quello di vapore per effetto del calore. A livello chimico fisico, il calore fornisce l’energia necessaria a rompere i forti legami idrogeno che legano le molecole d’acqua allo stato liquido per trasformarla in gas o vapore.

È importante sapere però che l’ebollizione non va confusa con l’evaporazione, la seconda importante modalità con cui l’acqua si trasforma da liquido a vapore e che possiamo osservare fin da quando iniziamo a scaldare la pentola sulla fiamma di calore. Ma cosa succede quando mettiamo l’acqua a bollire sul fuoco? Per capirlo usiamo come riferimento sperimentale sempre la nostra pentola d’acqua sul fuoco per fare la pasta.

Per farla cuocere, infatti, abbiamo bisogno di far bollire l’acqua scaldando la pentola affinché raggiunga i 100° C, la temperatura di cottura della pasta. Dopo pochi minuti, vediamo subito la formazione di vapore. In quel momento, iniziamo a vedere con i nostri occhi l’evaporazione. L’evaporazione infatti è la vaporizzazione delle molecole d’acqua in superficie che iniziano a trasformarsi in vapore appena la sua temperatura inizia a salire per effetto del calore della fiamma. 

L’evaporazione, per definizione, è il passaggio lento e continuo da liquido a vapore delle molecole di acqua sullo strato superficiale che avviene per effetto del calore a qualsiasi temperatura superiore a 0°C e inferiore a 100° C. 

L’ebollizione invece determina un passaggio veloce e tumultuoso dell’acqua dallo stato liquido a vapore o gas  che interessa tutta la sua massa di molecole, non solo la sua superficie, e avviene nel nostro esperimento a 100°C. Ma perché si formano le bolle?

Osservando la nostra massa d’acqua nella pentola, piccole bollicine di gas sono presenti già dall’inizio, sono fatte di gas intrappolate nel liquido. Aumentando la temperatura, le bollicine si dilatano per aumento della loro tensione superficiale, ovvero la forza del gas sulla superficie del liquido che lo ingloba.

Solo quando la tensione superficiale delle bollicine eguaglierà la pressione esterna, queste risaliranno in superficie e l’acqua inizierà a bollire a liberando vapore. Nel nostro esperimento, la vaporizzazione avviene a 100°C, il punto di ebollizione dell’acqua. Ma è sempre questa la temperatura di ebollizione dell’acqua?

ebollizione-acqua

A quanti gradi bolle l’acqua?

Alla domanda “A che temperatura l’acqua bolle?”, d’istinto si risponde “100 gradi!” ma in realtà un chimico o un fisico userebbero un verbo: “Dipende!” Ebbene sì, la temperatura di ebollizione dell’acqua non è fissa ma varia, una realtà che si testa preparandosi un piatto di pasta a livello del mare o in montagna.

Precedentemente, non avevamo specificato che la nostra pasta la stavamo preparando proprio a Milano, a livello del mare dove il punto di ebollizione dell’acqua è 100° C. Se fossimo stati in montagna il punto di ebollizione sarebbe stato più basso. Perché? Perché la pressione diminuisce.

Nello specifico, il punto di ebollizione è la temperatura a cui un liquido diventa gas a una determinata pressione. Ogni liquido ha un suo punto di ebollizione specifico: a livello del mare l’acqua distillata bolle a 100 °C, mentre l’olio a 300-330° C.

L’olio però non evapora ma brucia. Tornando alla nostra acqua, se saliamo in montagna dove la pressione diminuisce, bollirà a una temperatura minore: a circa 90°C a 1000 metri, 80°C a 2000 metri, a 70 °C a 3000 metri e così via. Si stima che il punto di ebollizione dell'acqua diminuisce di 1°C ogni 300 metri di altezza sul livello del mare. Ecco perché in montagna cuocere la pasta è un’impresa: l’acqua non raggiunge i 100°C per una cottura ottimale!

Al contrario, se si va sotto il livello del mare, la pressione aumenta e l’acqua bolle a una temperatura più alta. Inoltre, il punto di ebollizione aumenta, anche se di poco, se all’acqua si aggiunge sale o zucchero, arriva a circa 100,2°C. Il sale e lo zucchero sciogliendosi rubano energia all’acqua che ha bisogno di più calore per bollire.

In particolare, con l’aggiunta di sale, il punto di ebollizione di 1 litro d’acqua aumenta di 1°C con l’aggiunta di 58 g di sale. Non a caso, il punto di ebollizione dell’acqua di mare è intorno ai 103°C. Tale aumento lo si vede anche con il latte, una soluzione di acqua, carboidrati, proteine e altri nutrienti. Quando il latte bolle infatti è proprio l’acqua che bolle a una temperatura superiore. Infatti, il punto di ebollizione del latte è 100,16°C. Ma in termini di tempo di ebollizione cosa succede?

Quanto ci mette l’acqua a bollire?

In genere, sono necessari dai 10 ai 13 minuti per far bollire una pentola di acqua a livello del mare. In montagna, invece, ci vorrà meno tempo perché il punto di ebollizione diminuisce. Se invece la pressione aumenta, l’acqua nella pentola ci metterà di più a bollire perché la sua temperatura di ebollizione sale.

Ma se copriamo la pentola: l’acqua bolle prima con il coperchio o senza? L’acqua bolle prima con il coperchio perché viene disperso meno calore e si raggiunge più velocemente il suo punto di ebollizione. Invece, aggiungere il sale all’acqua a temperature vicine al suo punto di ebollizione non la accelera anche se inizia a bollire vigorosamente.

Tale effetto è dovuto al fatto che i cristalli di sale facilitano la formazione delle bolle al punto di ebollizione. In pratica è un effetto ottico che non ha nulla a che fare con i tempi necessari a far bollire l’acqua. Per accelerare l’ebollizione, bisognerebbe modulare la quantità di acqua e il calore con cui la si scalda. Meno acqua si utilizza più velocemente bolle perché la massa da scaldare è minore.

Dall’altra parte la stessa quantità d’acqua bolle prima se la fiamma è più potente. Infine, quando si aggiunge sale o zucchero aumentano sia i tempi che il punto di ebollizione, ma la differenza è impercettibile perché si tratta di pochi °C di differenza.

Se poi si vuol far bollire un capone o cucinare un minestrone, tempi e punti di ebollizione dell’acqua aumentano ma preferiamo fermarci qui perché si passa alla chimica-fisica in cucina, un mondo tutto da scoprire con l’aiuto di un bravo cuoco! 

Abbiamo visto che preparare la pasta è un vero e proprio esperimento di chimica-fisica in cui si osserva come varia il punto di ebollizione dell’acqua in varie situazioni. Adesso, siamo più consapevoli di quello che succede quando l’acqua bolle a casa o in montagna, aggiungendo sale o coprendola con un coperchio per fare prima. Con il prossimo esperimento, l’acqua che bolle non è più un mistero!