Il fenomeno fisico del rigelo dimostra che la temperatura di fusione di un copro solido (il ghiaccio) può cambiare rispetto alla pressione che viene esercitata su di esso. Usando altre parole si può dire che il rigelo si verifica quando il ghiaccio, dopo essersi fuso per via di un aumento della pressione, torna al suo stadio solido originale quando la pressione viene meno. Cerchiamo di capire meglio come avviene questo fenomeno e scopriamo quali esperimenti si possono fare per dimostrarlo.

Cos’è il rigelo?

Tutto quello che è costituito da materia, se si verificano delle precise circostanze, può essere soggetto ad un cambiamento di stato. L’acqua, ad esempio, si può trovare in tre stati di aggregazione: liquido, solido e gassoso. Il passaggio da uno stato all’altro è dovuto al cambiamento del modo in cui si dispongono le molecole dell’acqua. Nello stato liquido l’acqua ha un suo volume, ma non ha una sua forma, infatti assume quella del recipiente in cui si trova; in questo stato le molecole hanno un legane molto debole, quindi si possono muovere liberamente scorrendo una sopra l’altra. Nello stato gassoso le molecole non sono legate tra loro, quindi possono occupare tutto lo spazio che hanno a disposizione. Infine, nello stato solido le molecole sono unite tra loro da un legame davvero forte, sono molto vicine e sono disposte seguendo un preciso ordine geometrico, quindi non si possono spostare ed il blocco di ghiaccio non può cambiare forma.

Il passaggio fa uno stato all’altro è dovuto alle variazioni di temperatura. Il cosiddetto ciclo dell’acqua è composto da diverse fasi: con l’evaporazione avviene il passaggio dallo stato liquido a quello gassoso, mentre con la condensazione avviene il procedimento inverso. Con la sublimazione avviene il passaggio dallo stato solido a quello gassoso. Con il congelamento si passa dallo stato liquido a quello solido. Infine, con la fusione si passa dallo stato solido a quello liquido. E poi c’è il rigelo, che è quel fenomeno che, come detto, si verifica quando i frammenti di ghiaccio, dopo essersi staccati tra loro a causa di un aumento della pressione, tornano a saldarsi quando questa pressione viene eliminata.

La spiegazione del fenomeno

Prendiamo un pezzo di ghiaccio e mettiamolo in una bacinella piena d’acqua: il ghiaccio galleggia e questo significa che ha una densità minore rispetto al liquido. Questo significa anche che l’acqua, a differenza di quanto accade ad altri materiali, quando passa allo stato solido aumenta di volume. Proprio studiando la variazione di volume nella fusione è stato possibile dimostrare che la temperatura di fusione del ghiaccio, se sottoposto a forti pressioni, deve essere più bassa rispetto a quella di altre sostanze. È stato creato anche un apparecchio per la dimostrazione del fenomeno del rigelo. Si tratta di un cilindro di ottone con dei fori nella parte bassa di un lato e nella base all’interno del quale viene messo del ghiaccio. Dei dischi di ghisa permettono di aumentare gradualmente la pressione e questo comporta un abbassamento del punto di fusione.

Gli esperimenti per dimostrare il rigelo

Ma non è necessario avere questo apparecchio per poter fare un esperimento relativo al rigelo: è sufficiente avere un pezzo di ghiaccio, un filo e due pesi. Il pezzo di ghiaccio deve essere messo in sospensione tra due sostegni (basta appoggiare un’estremità del blocco su un tavolo e l’altra estremità su un altro tavolo). I due pesi devono essere legati alle estremità del filo, poi il filo può essere messo a cavallo del pezzo di ghiaccio. Il filo, tirato verso il basso dai pesi, riesce a penetrare nel ghiaccio e lo attraverserà tutto, ma il blocco di ghiaccio rimarrà sempre intero.

Come mai accade tutto ciò? Il ghiaccio fonde a zero gradi quando è sottoposto ad una pressione di una atmosfera. Quando la pressione è maggiore, la temperatura di fusione si abbassa. Sotto il filo la pressione è decisamente più alta rispetto a quella atmosferica ed il ghiaccio si scioglie, ma appena il filo passa, la pressione torna al livello precedente, quindi l’acqua si ghiaccia nuovamente. Ecco perché si parla di rigelo. Il fenomeno è ben visibile anche durante le gare di pattinaggio sul ghiaccio: la lama dei pattini esercita una forte pressione sul ghiaccio, che si scioglie e quindi permette al pattino di scivolare per poi tornare a gelare.