La chimica della lava lamp fai-da-te

Cos’è una lava lamp e perché ci affascina

Le lava lamp, Figura 1, affascinano per il loro movimento lento e ipnotico, ma dietro a questo effetto visivo si nascondono semplici principi di chimica e fisica. In questo articolo analizziamo come funziona una lava lamp fai-da-te, spiegando perché olio e acqua non si mescolano e come una reazione chimica può creare il tipico effetto “lava”.

Materiali necessari per la lava lamp fai-da-te

Per realizzare l’esperimento servono pochi materiali:

• un contenitore trasparente (meglio un bicchiere stretto e alto)
• olio
• colorante alimentare
• aceto
• bicarbonato di sodio

Dopo aver versato il bicarbonato di sodio in fondo al bicchiere creando un "letto" di polvere bianca, si può aggiungere l'olio quasi fino all'orlo del bicchiere, Figura 2.

Le quantità dipendono dalla grandezza del bicchiere. In linea di massima deve esserci almeno un dito di bicarbonato di sodio sul fondo del bicchiere. In un contenitore a parte (va benissimo una piccola ciotola) è necessario miscelare l'aceto e il colorante alimentare. Il colorante alimentare può essere del colore che più aggrada. In questo esperimento verrà usato rosso.

Il ruolo di aceto, olio, colorante e bicarbonato di sodio

L'olio e il bicarbonato di sodio non si mescolano.

Chimicamente questo accade perché il bicarbonato di sodio è un sale, una sostanza polare, formato da una coppia ionica che non si scioglie nell'olio, il quale è una miscela di sostanze apolari. L'olio ha densità minore del bicarbonato di sodio, per cui si posizione sopra di esso. L'olio si comporta così da "mezzo disperdente" e di fungere in un certo senso da "ambiente di reazione".

L'aceto è polare, come il colorante alimentare e questa caratteristica permette ai due componenti di miscelarsi creando una soluzione colorata dello stesso colore del colorante, Figura 3.

La reazione chimica che crea l’effetto lava

In Figura 4 è riportata la reazione chimica che avviene quando si aggiunge la miscela di colorante alimentare e aceto al bicchiere contenente l'olio e il bicarbonato di sodio sul fondo.

L'aceto contiene acido acetico per una quantità dal 5 a 12%. Questa percentuale è più che sufficiente per reagire con il bicarbonato di sodio per dare luogo ai seguenti prodotti: acqua, acetato di sodio e anidride carbonica.

A temperatura e pressione ambiente l'anidride carbonica è un gas, ecco perché in Figura 4 è rappresentata con la freccia verso l'alto. Questa simbologia chimica sta a significare che la CO₂ "va verso l'alto". Le bolle di CO₂ liberate dalla reazione si attaccano alle gocce della miscela di aceto e colorante alimentare e le trascinano verso l’alto attraverso l'olio che funge da "mezzo disperdente".

In quel momento la combinazione miscela-gas diventa temporaneamente meno densa dell’olio e risale, Figura 5. Quando la CO₂ si libera in superficie, la goccia ridiventa più densa e ricade verso il basso, creando il ciclo che ricorda una vera lava lamp. La reazione giunge a compimento quando i reagenti, vale a dire l'acido acetico e il bicarbonato di sodio sono trasformati in prodotti.

I principi scientifici: densità e polarità

Questo semplice esperimento è un ottimo esempio di come densità dei fluidi, polarità delle molecole e reazioni chimiche possano interagire per produrre un effetto macroscopico visibile. Cambiando quantità di colorante, bicarbonato di sodio o tipo di olio si possono osservare variazioni nella velocità e nelle dimensioni delle “bolle di lava”.

Differenze tra lava lamp casalinga e commerciale

È importante ricordare che una lava lamp commerciale funziona in modo diverso: utilizza una miscela cerosa riscaldata da una lampadina, che si espande e si contrae modificando la propria densità. Tuttavia, l’obiettivo è lo stesso: sfruttare differenze di densità per creare un movimento continuo e spettacolare, rendendo questo esperimento perfetto per avvicinarsi alla chimica in modo pratico e divertente.