Perché l’antigelo dritto si congela a una temperatura superiore al 50% miscelato con acqua?

Per quanto possa sembrare strano, è vero. Una miscela fifty-fifty di glicole etilenico e acqua non si congela fino a quando la temperatura scende a circa 34 gradi sotto zero Fahrenheit (-37 gradi Celsius), mentre l’antigelo puro si congela a circa 11 gradi sopra lo zero (-12 gradi Celsius). Vediamo cosa sta succedendo.

Succede che mescolando quasi tutto in acqua si abbassa il punto di congelamento sotto il valore normale dell’acqua di 32 gradi Fahrenheit (0 gradi Celsius). In linea di principio, è possibile aggiungere sale, zucchero, sciroppo d’acero o acido della batteria al liquido di raffreddamento del motore e funzionerebbero tutti in una certa misura, ma per ovvi motivi non sono raccomandati.

Nei primi giorni delle automobili, usavano occasionalmente zucchero e miele come antigelo. Più tardi, l’alcol è diventato popolare, ma si riduce troppo presto. In questi giorni usiamo una sostanza chimica liquida incolore chiamata glicole etilenico, che non bolle. L’antigelo commerciale contiene anche inibitori di ruggine e un colorante vivido per aiutare a localizzare le perdite nel sistema di raffreddamento e, non a caso, per farlo sembrare tecnologicamente sofisticato.

Il potere antigelo delle sostanze disciolte nell’acqua ha a che fare con una differenza fondamentale tra la disposizione delle molecole nei liquidi (come l’acqua) e nei solidi (come il ghiaccio).

In acqua, come in tutti i liquidi, le molecole scivolano liberamente come una massa di corpi oliati in un’orgia. Sono vagamente attratti l’uno dall’altro, ma non sono collegati in posizioni fisse, come nella maggior parte dei solidi. Ecco perché puoi versare un liquido, ma non un solido.

Affinché l’acqua liquida si congeli, quindi, le molecole devono rallentare e depositarsi nelle posizioni rigide e altamente appropriate che devono occupare in un cristallo di ghiaccio. Se viene dato abbastanza tempo per trovare queste posizioni, cioè se le molecole vengono rallentate abbastanza gradualmente dal raffreddamento graduale, l’acqua è in grado di formare pezzi di ghiaccio piuttosto grandi.

E questo è esattamente ciò di cui abbiamo paura, perché quando l’acqua si congela, si espande e la conseguente pressione può rompere i passaggi di raffreddamento nel blocco motore. Molecole aliene nell’acqua, come il glicole etilenico, ad esempio, lanciano una chiave inglese in questo processo di congelamento in due modi.

In primo luogo, semplicemente ingombrando il luogo, interferiscono con la capacità delle molecole d’acqua di cadere in quelle posizioni precise che sono necessarie per formare un cristallo di ghiaccio solido. È come se una squadra di esercitazione militare stesse cercando di cadere in formazione mentre una folla di civili sta correndo sul campo. Intromettendosi, le molecole aliene impediscono ai cristalli di ghiaccio di crescere per essere grandi e uniformi come vorrebbero. Anche se l’acqua si congela, il risultato sarà una fanghiglia di piccoli cristalli di ghiaccio, piuttosto che un singolo iceberg duro come la roccia.

Ma l’effetto principale che le molecole estranee hanno sul congelamento dell’acqua è che mantengono l’acqua dal congelamento fino a una temperatura inferiore al normale. Quello che succede è che le molecole di glicole etilenico stanno “diluendo” l’acqua, riducendo così il numero di molecole d’acqua che possono riunirsi in qualsiasi punto per formare un cristallo di ghiaccio. Per questo motivo, dobbiamo rallentare ancora di più le molecole d’acqua continuando ad abbassare la temperatura, al fine di ottenere abbastanza di loro a cadere in posizione insieme come un cristallo di ghiaccio.

Perché allora, il glicole etilenico puro si congela a una temperatura superiore a una miscela del 50% con acqua? Si congela più rapidamente perché le molecole di glicole etilenico sono interferite dalle molecole d’acqua, proprio come le molecole di acqua sono interferite dalle molecole di glicole etilenico. Funziona in entrambi i modi.

L’acqua abbassa il punto di congelamento del glicole etilenico, anche se il glicole etilenico abbassa il punto di congelamento dell’acqua. Quindi il glicole etilenico mescolato con acqua non si congela facilmente come quando è puro. Sì, si può dire che l’acqua mantiene l’antigelo dal congelamento.

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