Scienza leggera: come e perché sudiamo?

GIAN PIETRO "JUMPI" MISCIONE

Spiegheremo qui i principali meccanismi chimici e funzioni fisiologiche del sudore. Per cominciare diciamo qualcosa sul concetto di temperatura.

La temperatura è legata al movimento delle particelle che costituiscono una sostanza: in particolare, all’aumentare della temperatura, aumenta la velocità con cui esse si muovono o vibrano. Con “particelle” intendiamo atomi o, più comunemente, molecole che sono aggregati di atomi. Ad esempio, le “particelle” fondamentali dell’acqua sono le molecole d’acqua, a loro volta formate da un atomo di ossigeno (O) unito a due atomi di idrogeno (H).

In qualsiasi sostanza le molecole non sono unità isolate, ma – come le persone – tendono ad interagire tra loro con forze più o meno grandi che dipendono dalla natura delle molecole stesse. Proprio come accade con gli esseri umani, alcuni tipi di molecole sono più propense a stare vicine alle altre, mentre altri tipi sono più “solitari”. Questa propensione determina se – ad una data temperatura – una sostanza è solida, liquida o gassosa, che nel caso dell’acqua significa: ghiaccio, acqua liquida e vapore (acqueo). A temperatura ambiente l’acqua è liquida, sotto i 0 °C solida e sopra i 100 °C gassosa.

Nello stato solido, le molecole sono unite fortemente tra loro, nel liquido un po’ di meno e nei gas non esiste quasi alcun tipo di interazione. Utilizzando ancora il paragone di sopra, possiamo immaginare un solido come un gruppo di persone strettamente abbracciate l’una all’altra; nel liquido si tengono per mano, mentre nel gas sono libere di muoversi ognuna per conto proprio. Il passaggio dal solido al liquido avviene quando rompiamo gli abbracci e separiamo le persone. Se le spingiamo ancora un po’ più lontane l’una dall’altra, anche le strette di mano si romperanno e saremo allo stato gas. La forza che permette queste “separazioni” è fornita dall’aumento di temperatura che fa vibrare/muovere le persone con sempre più forza al punto che diventa loro impossibile stare abbracciate oppure unite con le mani.

Il punto cruciale è che mentre normalmente il calore fornito ad una sostanza si traduce in uno suo aumento di temperatura (ossia in un maggiore movimento delle sue particelle), nel momento del passaggio da uno stato all’altro (ad esempio dal liquido al gas), il calore (che è una forma di energia) è utilizzato dalla sostanza per rompere definitivamente le interazioni che legano le particelle tra loro e non si traduce dunque in un aumento di temperatura. In altre parole, nel momento in cui un solido fonde o un liquido evapora, per effettuare questo passaggio le molecole hanno bisogno di una certa quantità di calore che viene preso dall’ambiente esterno.

L’evaporazione è un processo che avviene sulla superficie del liquido, dove, a qualsiasi temperatura tra quella di condensazione e quella di ebollizione, alcune molecole possiedono energia sufficiente per passare dallo stato liquido (blu) a quello gassoso (azzurro)

E’ bene a questo punto distinguere il concetto di evaporazione da quello di ebollizione. L’evaporazione avviene a qualsiasi temperatura: se lasciamo un bicchier d’acqua sul comodino per un certo tempo, noteremo che il livello dell’acqua diminuirà. Allo stesso modo le pozzanghere per strada scompaiono piano piano ed i calzini bagnati si asciugano. In tutti questi casi assistiamo al processo di evaporazione, ossia al passaggio di molecole di acqua liquida allo stato gassoso. Nel bicchier d’acqua esisterà sempre un certo numero di molecole (in special modo sulla superficie) che possiedono sufficiente energia per separarsi dalle altre e passare allo stato gas (vapore). Nell’esempio menzionato sopra, è come se in un gruppo di persone che si tengono per mano, ce ne fosse sempre qualcuna più irrequieta e frenetica delle altre che non vuole stare insieme al resto del gruppo e se ne separa. L’ebollizione invece ha luogo ad una determinata temperatura (100 °C per l’acqua) ed è caratterizzata dal fatto che tutte le molecole del liquido sono in grado di passare allo stato gas.

Il sudore sostanzialmente è acqua che viene secreta dal nostro organismo (fino a 10 litri al giorno!) e si deposita sulla nostra pelle. Cosa accade al sudore? Evapora. Ossia le molecole di sudore (acqua) pian piano passano alla fase gas (vapore). Ma, come spiegato sopra, per effettuare il passaggio da liquido, ossia per rompere definitivamente le interazioni tra loro, le molecole hanno bisogno di energia sotto forma di calore. E dove lo prendono questo calore? Lo prendono dal nostro corpo, facendone quindi diminuire la temperatura.

In sostanza sudare serve a diminuire la nostra temperatura corporea o comunque ad evitare che non aumenti eccessivamente, perché il processo di evaporazione del sudore “succhia” energia (calore) dal nostro corpo. Noi sudiamo continuamente, ma ovviamente lo facciamo di più quando fa molto caldo, perché abbiamo più bisogno di diminuire la nostra temperatura. Ci sembra inoltre di sudare moltissimo quando c’è molta umidità, perché il sudore si accumula sulla nostra pelle.

In realtà, quando il clima è umido, ciò che accade è che la velocità con cui il sudore viene prodotto è maggiore di quella con cui evapora e quindi il sudore rimane sulla pelle. Umidità è, infatti, sinonimo di alta concentrazione di vapore acqueo nell’aria e quindi le molecole di sudore hanno meno tendenza a passare allo stato gas/vapore, perché già ce ne sono molte. E’ come se una folla di gente deve entrare in uno stadio: la velocità con cui le persone entrano è maggiore se lo stadio è vuoto rispetto a quando è affollato. Per questo, quando il clima è secco o quando siamo davanti ad un ventilatore (che porta via l’umidità nella zona circostante) sentiamo meno caldo: perché la sudorazione è più efficace.

Siccome, inoltre, è l’evaporazione del sudore e non la sua produzione a diminuire la nostra temperatura, asciugarsi il sudore con un asciugamano o una maglietta è controproducente, perché rendiamo impossibile l’evaporazione del sudore: il corpo viene raffreddato solo se il sudore evapora e se lo eliminiamo, ovviamente non può evaporare. Anche cambiarci la maglietta sudata ritarda il raffreddamento corporeo per lo stesso motivo. Quando fa caldo, è quindi consigliabile rimanere belli sudati e bagnati.

Concludiamo con una osservazione chimico-fisico-filosofica che ha a che fare con quanto discusso fin qua. Così come l’evaporazione, anche il processo di fusione sottrae energia/calore all’ambiente esterno, perché anche in questo caso le molecole hanno bisogno di una certa quantità di calore per spezzare le interazioni che le tengono unite. Alle volte accade che cominci a nevicare, ma la temperatura dell’aria non è sufficientemente bassa e perciò la neve, man mano che scende, si scioglie (fonde) e diventa pioggia. Ma, per quanto detto, fondendo sottrae calore allo strato d’aria attraversato, rendendolo più freddo, fino al punto da far sì che la neve stessa non si sciolga più ed arrivi a terra come tale. Non di rado, infatti, le nevicate cominciano come pioggia o “acqua stretta”.

Filosofeggiando in maniera spicciola: la forza per raggiungere un certo obiettivo si trova, spesso, durante il cammino, proprio per il fatto di essersi messi in cammino. Anche quando prima di farlo, quella forza certamente non esisteva e si era certi di non essere in grado di arrivare.

Buon viaggio e buone sudate a tutti!