Vapor d´acqua nell´atmosfera

Proponiamo un breve testo dal grazioso libro “La Scienza delle Nuvole” di R.A.R. Tricker. Apprendista a Cambridge in fisica sotto la tutela di Rutherford, Tricker divenne poi maestro di scuola e poi ispettore. Fu autore di diversi libri divulgativi, e di preziose riflessioni sulla scienza nell'educazione.

Non sempre è ben compreso cosa significhi il termine “vapore”. Quasi tutte le sostanze possono esistere in tre stati – solido, liquido e gassoso. Questi stati sono ben conosciuti e non è difficile distinguerli. I solidi mantengono una forma e una grandezza quasi costante. Possono essere piegati, o dilatati un po' con il calore, ma altrimenti la loro forma e dimensione non cambiano. I liquidi, d'altro canto, possiedono una dimensione o volume ben definito, ma non una forma definita. Possono prendere qualunque forma – di solito quella del recipiente che li contiene. I gas sono ancora diversi nel senso che non hanno né una forma né una dimensione definita. Una data quantità di gas può riempire ogni contenitore in cui è posta, per quanto grande o piccolo possa essere.

Quando un liquido evapora la sua sostanza cambia dallo stato liquido allo stato gassoso, e quando condensa nuovamente ritorna allo stato liquido. Tutti i gas possono essere liquefatti (o condensati). Quelli che possono essere condensati con relativa facilità semplicemente aumentando la pressione sono detti vapori. La differenza tra un gas e un vapore non è quindi molto grande. Il termine gas è talvolta usato per indicare solo quelli che possono essere condensati con difficoltà (i cosiddetti gas permanenti) ma è meglio usare la parola gas per includere tutti i corpi allo stato gassoso. E così i gas includono i vapori, e vapori sono soltanto certi tipi di gas.

La maggior parte dei gas comuni, come l'ossigeno e l'azoto dell'aria, e il biossido di carbonio che è presente in piccole quantità, sono incolori e invisibili. Alcuni gas, come il cloro e il perossido d'azoto, sono colorati e si possono vedere facilmente. Il vapor d'acqua [water vapour] comunque, è uno dei gas incolori e invisibili. Il “vapore” [steam] è propriamente vapor d'acqua, e anch'esso invisibile. Quello che vediamo uscire dal becco della teiera d'acqua bollente non può, pertanto, essere vapore. È semplicemente una nuvola di piccole goccioline d'acqua, che sono condensate dal vapore o vapor d'acqua caldo che esce dal beccuccio e si mescola con l'aria fredda circostante. Il “vapore” che esce in dense nubi dalle antiche locomotive, similmente, non è vapore. Una parte è fumo del carbone che brucia, ma in gran parte, ancora, è una nuvola di goccioline d'acqua.

Un semplice esperimento potrà servire a dimostrare questi fatti.

Nella figura a sinistra, l'acqua viene bollita nella latta e dal tubo di rame esce la familiare nuvola solitamente detta erroneamente “vapore”. La nuvola non è realmente vapore ma una miriade di minutissime gocce d'acqua che sono condensate quando il vapore, che é invisibile, si mescola con l'aria fredda circostante. Vicino alla fine del tubo c'è uno spazio pulito prima che il mescolamento e il raffreddamento abbia luogo.

Nella figura di destra, se il tubo di rame viene scaldato con un secondo becco bunsen, il vapore può essere reso così caldo che non viene raffreddato a sufficienza per condensare,  e la condensazione non avviene. La nuvola scompare. La presenza del vapore caldo (vapore superriscaldato) può comunque essere dimostrata tenendo un pezzo di carta sul percorso, o un fiammifero che prende fuoco.

È molto semplice mostrare che in condizioni ordinarie c'è vapor d'acqua nell'aria. È lì come uno dei gas dell'aria. Se l'aria è raffreddata abbastanza, il vapor d'acqua contenuto in essa condenserà in forma liquida. È un'esperienza familiare che una bottiglia d'acqua fredda portata in una stanza calda si ricopre prontamente sull'esterno di goccioline d'acqua. Queste goccioline provengono dal vapor d'acqua nella stanza, e sono proprio come gocce di rugiada, che si formano nello stesso modo per raffreddamento di notte all'aperto.