Gli spettri in cucina

… ovvero come ottenere luce monocromatica divertendosi. 
Questo articolo non è un trattato di spetttroscopia, ma vuole spiegare in maniera divertente i principi fisici che ne sono alla base. In seguito potrà essere utile per capire perché certi fenomeni ci appaiono di un colore piuttosto che un altro, come ad esempio le aurore polari, così comuni nei pressi dei poli in questo periodo, che assumono talvolta i colori rosso, verde o violetto.

Prendete un po’ di questa roba:

  • cloruro di sodio (NaCl, sale da cucina)
  • cloruro di potassio (Kcl, sale dietetico per ipertesi)
  • cloruro di calcio (CaCl2, sale antigelo)
  • solfato di rame (CuSO4, si trova in qualsiasi negozio di giardinaggio)
  • un banale pezzo di sughero (un tappo da bottiglia va benissimo)
  • un ago da cucire piuttosto robusto
  • un fornello a gas
  • un bicchiere d’acqua

ago esperimentoBene. Ora infilzate il tappo con l’ago come in figura, così eviterete di scottarvi le dita durante l’esperimento. Se avete acceso il fornello, è il momento che bagnate la cruna del vostro nuovo utensile nell’acqua per poi immergerlo nel sale da cucina.
Ora, tenendolo per bene dalla parte del sughero, esponete la cruna dell’ago alla fiamma. Dovreste vedere adesso la fiamma cambiare colore e sprigionare un intenso giallo brillante.
Ripetete il processo con gli altri composti chimici: il solfato di rame vi darà una intensa fiamma verde, il cloruro di potassio una fiamma lavanda, il cloruro di calcio una fiamma rosso-arancione. Potete provare anche altri composti, come il cloruro di stronzio, carbonato di sodio, carbonato di calcio 1 per vedere il diverso colore sprigionato dalla fiamma al loro contatto 2.

Gli elementi metallici dei composti liberano un colore caratteristico quando vengono riscaldati da una fiamma. Quando gli atomi di un gas o di un vapore vengono eccitati, per esempio col riscaldamento come in questo caso o mediante l’applicazione di un campo elettrico come avviene nelle lampade a scarica, i loro elettroni acquistano energia e passano a uno stato energetico superiore o addirittura sfuggono dagli orbitali più esterni. Essendo questa una condizione instabile, appena l’energia acquisita viene a mancare questi elettroni decadono sul loro piano orbitale precedente – e/o riacquistano gli elettroni precedentemente persi – ed emettono energia luminosa, ossia fotoni. La lunghezza d’onda – il colore – è caratteristico quindi per ogni tipo di atomo e dal grado di eccitazione elettronica raggiunta.

Quando sentite parlare di elementi nelle stelle, ricordatevi questo esperimento: ogni elemento chimico e ogni composto ha la sua particolare firma nello spettro elettromagnetico che non ricade necessariamente nello spettro di luce a noi visibile. Quando gli atomi passano da uno stato fondamentale a uno eccitato assorbono energia (fotoni) corrispondenti a specifiche lunghezze d’onda che corrispondono all’energia necessaria agli elettroni per fare quel determinato salto quantico. Le righe scure che si osservano negli spettri stellari 3  sono dovute proprio a questa sottrazione di energia dall’emissione continua di Corpo Nero sottostante e ci appaiono scure. Al contrario, quando gli atomi tornano verso il loro stato fondamentale emettono luce come ho spiegato sopra e si parla di righe di emissione, tipiche dei gas caldi e rarefatti delle nebulose planetarie quando questi si ricombinano .


Note:

Note:

  1. O forse meglio di no, magari potreste far esplodere incautamente il vostro laboratorio perché alcuni composti (molti fertilizzanti e in generale i composti molto ossidanti) sono molto sensibili al calore e potrebbero esplodere.
  2. Questo è esattamente il principio di funzionamento dei fuochi di artificio, però non vi insegno né vi invito a farli in casa.
  3. Gli spettro di emissione continuaspettri di emissione sono di tre tipi: continui, a righe e a bande. Ogni stella emette radiazione continua, cioè dove sono presenti tutti i colori,  quasi come se fosse un Corpo Nero ideale ed è funzione unicamente della loro temperatura.

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

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