Scoperta sensazionale: l’evaporazione anche senza calore!

Scoperta sensazionale: l’evaporazione anche senza calore!

In una straordinaria scoperta, ricercatori dimostrano l’ubiquità dell’effetto fotomolecolare, con enormi ripercussioni su clima e industria

L’evaporazione è uno dei processi fisici fondamentali e gli esseri umani l’hanno osservato e sfruttato fin dagli albori dei tempi, che si tratti di evaporazione di acqua dalla superficie di mari e laghi, nebbia che si consuma al sole mattutino o essiccazione di stagni salmastri che rilasciano sale grosso.

Ovviamente alla base di tutto c’è il calore, una cosa che si impara fin dalla più tenera età; eppure, pare proprio che per tutto questo tempo siamo stati del tutto ignari di un pezzo fondamentale del puzzle.

Sì perché di recente un gruppo di ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha fatto una scoperta sconvolgente e potenzialmente rivoluzionaria: anche la luce, in assenza di qualsiasi fonte di calore, è in grado di liberare molecole d’acqua dalla superficie liquida e disperderle nell’aria, provocando evaporazione.

Lo so, sembra impossibile, ma il primo aprile è passato da tempo, quindi sospendiamo l’incredulità per il tempo necessario (pochi paragrafi) per andare a esaminare i precisissimi esperimenti che hanno portato a questo imprevedibile risultato e le sue numerose applicazioni pratiche.

L’effetto fotomolecolare alla prova

Può forse aiutare allo scopo sapere che in realtà un effetto del genere, definito come “fotomolecolare”, era già stato osservato e documentato l’anno scorso in uno studio pubblicato, tra gli altri, dal prof. di ingegneria meccanica Gang Chen e dal ricercatore Yaodong Tu, autori anche del nuovo studio assieme al ricercatore Guangxin Lv e al dottorando James Zhang.

In quel caso, però, l’effetto si verificava solo in condizioni estremamente specifiche: sulla superficie di idrogel appositamente preparati, cioè dei particolari gel a base d’acqua che però riescono a restare asciutti anche a temperatura ambiente.

Nei nuovi esperimenti, invece, Chen e colleghi dimostrano che l’idrogel non è necessario e l’effetto si verifica su ogni superficie d’acqua esposta alla luce, che sia piatta o curva, il tutto verificato in ben 14 diversi tipi di test e misurazioni.

Più precisamente, si parla di almeno un paio di indicatori chiave che confermano l’avvenimento dell’effetto fotomolecolare:

  1. mentre l’acqua in un contenitore di test iniziava a evaporare in presenza di luce visibilela temperatura dell’aria misurata al di sopra della superficie dell’acqua diminuiva per poi stabilizzarsi, dimostrando così che l’energia termica non era la forza scatenante del processo;
  2. l’effetto variava in base all’angolo, al colore e alla polarizzazione della luce (cioè, l’orientamento delle oscillazioni della sua onda). Tali variazioni non dovrebbero presentarsi, in quanto alle lunghezze d’onda del visibile l’acqua assorbe quantità trascurabili di luce.

Scendendo ancora più nel dettaglio per quest’ultimo punto, pare che l’effetto fotomolecolare sia più forte quando la luce colpisce l’acqua a un angolo di 45 gradi e in presenza di un certo tipo di polarizzazione, detta trasversa magnetica, mentre il colore “preferito” è il verde — il che è strano, in quanto è quello col quale l’acqua interagisce di meno (si dice, infatti, che è massimamente trasparente ad esso).

Mentre la dipendenza dal colore resta un completo mistero, i ricercatori credono che quella da angolo e polarizzazione possa essere spiegata col fatto che fotoni di luce riescono a impartire sulle molecole d’acqua in superficie una forza netta sufficiente a provocarne la scissione dal corpo d’acqua.

Crediti: F. Muhammad/Pixabay

Le possibili applicazioni della scoperta

Sebbene ancora agli inizi, gli impatti che questa ricerca potrebbe avere sono enormi, in particolare nel campo della climatologia, in cui esiste un mistero che perdura da ormai 80 anni: in che modo la luce del sole interagisce con le nuvole, che rappresentano l’aspetto più incerto dei modelli climatici.

Infatti, a causa della difficoltà nell’effettuare misurazioni (basate su dati satellitari e di volo, oltre che sulla temperatura degli oceani e il bilancio radiativo) e della complessità delle nuvole, i rilevamenti hanno spesso mostrato che esse assorbono più luce solare di quanta ritenuta possibile dalla fisica convenzionale, inficiando i calcoli sugli effetti del cambiamento climatico su copertura nuvolosa e precipitazioni.

Ora l’evaporazione aggiuntiva provocata dall’effetto fotomolecolare potrebbe finalmente spiegare questa discrepanza: da esperimenti effettuati illuminando con LED una camera a nebbia artificiale è stato difatti rilevato un aumento di temperatura della nebbia, il che non dovrebbe avvenire, in quanto l’acqua (contenuta nella camera sotto forma di vapore) come detto non assorbe luce nel visibile.

Importanti ripercussioni si potrebbero avere anche nel processo industriale della dissalazione delle acque: anche in questo caso, infatti, vengono spesso riportati dei tassi di evaporazione inspiegabili considerando solo l’energia solare utilizzata.

I vantaggi economici sarebbero significativi: con condizioni ottimali di angolo, polarizzazione e colore della luce, il livello di evaporazione misurato è quattro volte superiore (!) al limite termico. Non stupisce, quindi, che Chen e colleghi siano già stati contattati da aziende che lavorano nel campo dell’evaporazione della linfa per produrre sciroppo e del disseccamento della carta.

È questo è solo l’inizio. Secondo gli autori, infatti, l’effetto dovrebbe verificarsi ovunque in natura: nuvole, nebbia, superficie degli oceani, persino terreno e piante. E alle possibili applicazioni pratiche vanno aggiunte perlomeno la produzione di energia e acqua pulita.

(Originariamente pubblicato su Storie Semplici. Il titolo dell’autore potrebbe essere modificato dalla redazione)

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Pubblicato da Girolamo Castaldo

I miei interessi principali sono scacchi, sci, anime, manga, videogiochi, musica e (astro)fisica. Storie Semplici: http://storiesemplici.substack.com

3 Risposte a “Scoperta sensazionale: l’evaporazione anche senza calore!”

  1. Figurati è solo che ci tengo alla precisione per il rispetto di chi legge e vuole informarsi correttamente 😉

  2. Ciao Francesca, grazie per la segnalazione. Si tratta di un refuso che avevo già provveduto a correggere nell’articolo originale e che ora ho eliminato anche qui.
    Per il resto, che il processo di evaporazione avvenisse anche in assenza di calore era “ovvio”, come scritto, solo utilizzando idrogel appositamente preparati, mentre il nuovo studio dimostra sperimentalmente che esso avviene in natura senza bisogno né di calore, né dell’intervento umano.

  3. Nell’articolo vengono dette cose ovvie e c’è un grossolano errore, ovvero quello che l’ acqua grazie alla luce si scinderebbe, cosa possibile solo dopo una fissione nucleare. In realtà l’acqua gode della proprietà della tensione superficiale, mentre le sue molecole si legano fra loro grazie ai legami di Van der Waals, dovuto al dipolo che ossigeno e idrogeno creano fra loro per la diversa elettronegatività, che consente all’ ossigeno di attirare a sé debolmente altri atomi di idrogeno di molecole d’acqua vicine, proprietà questa tipica dei liquidi.
    Le molecole d’acqua che si disperdono spontaneamente nell’atmosfera dalla superficie, lo fanno in virtù della debole componente della tensione superficiale, caratteristica sfruttata da sempre quando la utilizziamo per lavare.
    Ovvio che come ho detto ieri nel post sull’udito, ogni volta che ad un oggetto si fornisce dell’energia, questa provoca una variazione dello stato chimico-fisico delle molecole che tenderanno a cedere questa energia per il principio di Lavoisier in varie forme, e tra queste il distacco dalla massa liquida di H2O di molecole che diffondono nell’ambiente producendo umidità. Nulla di nuovo quindi sotto il sole, sono cose note da sempre e fanno dell’acqua un composto estremamente volatile e lo studio si è solo rivolto al modo più utile di migliorare e velocizzare il processo proprio fornendo energia alla stessa, un po’ come facciamo quando mettiamo la pentola sul fuoco per scaldarla, solo che l’energia fornita ci riduce notevolmente i tempi di attesa oltre che portare l’acqua stessa al punto di ebollizione utile per cuocere la pasta, ma se lasciassimo l’acqua nella pentola questa comunque si disperderebbe per l’energia che ricava dalle molecole dell’aria quando sono oltre i 4 gradi centigradi, temperatura questa in cui lo stato cinetico dell’ H2O è al minimo come il suo volume.

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