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Passaggi di stato e stati della materia: schema ed esempi | ||||||||||||||||||||||||||||
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Passaggi di stato e stati della materia: schema ed esempiCosa stampare Con "Margini: predefiniti" compaiono anche i numeri di pagina. SlideScegli il taglio Lampo10 slideIl filo essenziale, per presentarlo in classeCompleta15 slideTutti i capitoli e gli approfondimentiTutte e due hanno le note del relatore. In 30 secondi lettura lampoIn condizioni ordinarie la materia si trova allo stato solido, liquido o gassoso. Cambia la forza che tiene unite le particelle: forte nel solido, più debole nel liquido, debolissima nel gas. Per passare da uno stato all'altro bisogna dare o togliere calore, e i passaggi sono sei, a coppie inverse come fusione e solidificazione. Finché il cambiamento è in corso la temperatura non si muove, mentre la pressione decide a quanti gradi un liquido bolle. Punti Chiave
I numeri chiave
L'ApprofondimentoSolido, liquido e gas: che cosa li distingueSecondo il Glenn Research Center della NASA, in condizioni ordinarie qualunque sostanza si trova in uno di tre stati: solido, liquido o gassoso. Il tipo di molecola non c’entra. Conta quanto sono forti le forze che legano le particelle, e da quella forza dipendono forma e volume. Gli stessi tre stati compaiono sui libri anche come «stati di aggregazione». Nel solido le molecole restano strette le une alle altre, quindi il pezzo di materia conserva la sua forma e occupa un volume fisso. Le particelle però si muovono: la voce «Solido» dell’Enciclopedia Treccani descrive atomi che hanno una posizione media fissa nello spazio e le oscillano attorno con piccoli spostamenti. Un solido si deforma poco, almeno finché le sollecitazioni non diventano troppo forti. Nel liquido le forze tra le molecole sono più deboli. Il volume resta definito e cambia pochissimo anche se la pressione aumenta, mentre la forma è quella del recipiente. Con la gravità in alto si forma una superficie libera; in microgravità il liquido si raccoglie in una sfera. Nel gas i legami sono molto deboli e la sostanza si allarga fino a occupare tutto il contenitore, di cui prende forma e volume. Liquidi e gas insieme si chiamano fluidi, perché scorrono. Le loro molecole si spostano di continuo e a caso, urtandosi tra loro e contro le pareti.
Gas o vapore: il confine della temperatura criticaNel linguaggio di tutti i giorni «gas» e «vapore» si usano come sinonimi. In fisica, spiega la voce «Vapore» della Treccani, un aeriforme si chiama vapore quando si trova sotto la sua temperatura critica e gas quando la supera. La distinzione ha una conseguenza pratica: un vapore torna liquido anche solo comprimendolo, a temperatura invariata, oppure raffreddandolo. Per l’acqua la temperatura critica è di gran lunga sopra i 100 °C, quindi l’aeriforme che sale da una pentola d’acqua bollente è, in senso stretto, vapore. I sei passaggi di stato, lo schemaI cambiamenti di stato vanno a coppie, perché ogni passaggio ha il suo inverso. Fusione è il passaggio da solido a liquido e solidificazione il percorso contrario. Da liquido ad aeriforme si parla di evaporazione, che in condizioni particolari diventa ebollizione; il ritorno da aeriforme a liquido è la liquefazione, detta in particolare condensazione. Gli ultimi due saltano lo stato liquido: la sublimazione porta un solido direttamente allo stato aeriforme, il brinamento fa il cammino inverso, da vapore a solido. Il «Dizionario delle Scienze Fisiche» della Treccani spiega che i passaggi verso stati meno aggregati richiedono di fornire calore, quelli inversi di toglierne.
Nel ciclo dell’acqua la sublimazione è la neve o il ghiaccio che diventano vapore senza prima fondere. Per l’USGS è più frequente con aria secca e vento e alle quote alte, dove la pressione dell’aria è minore, e ha bisogno di energia, per esempio una luce solare intensa come sul versante sud dell’Everest. Il brinamento trasforma invece il vapore acqueo direttamente in ghiaccio: succede nei fiocchi di neve e nella brina.
Perché la temperatura si ferma: il calore latenteMentre una sostanza cambia stato, il calore che riceve o che perde non ne modifica la temperatura. Per questo, spiega la Treccani, si parla di calore «latente»: c’è, ma il termometro non lo registra. Due passaggi inversi, come fusione e solidificazione, hanno lo stesso calore latente, e nel linguaggio tecnico si usano anche i nomi di entalpia di fusione e di evaporazione. Le quantità in gioco sono molto diverse da un passaggio all’altro. L’USGS fa il conto per un grammo di ghiaccio: 80 calorie per fonderlo, 100 per portare l’acqua all’ebollizione e altre 540 per vaporizzarla, 720 calorie in tutto. La voce «Ebollizione» della Treccani dà per l’acqua a 100 °C un calore latente di vaporizzazione di 2257 kJ/kg (539 kcal/kg), circa 5,39 volte il calore necessario per scaldare la stessa massa da 0 a 100 °C. Il valore cambia da sostanza a sostanza, si riduce quando la temperatura sale e si annulla al punto critico.
Evaporazione ed ebollizioneL’evaporazione interessa soltanto la superficie del liquido e avviene a qualsiasi temperatura, tanto più lenta quanto più fa freddo. L’USGS lo dice con l’acqua: evapora facilmente al punto di ebollizione e molto più adagio vicino a quello di congelamento, ma evapora anche lì. Il motore è l’energia che spezza i legami tra le molecole. Un liquido che evapora usa la propria energia interna e quindi si raffredda, se dall’esterno non arriva altro calore.
Nell’ebollizione si formano bolle di vapore dentro il liquido, salgono in superficie e si rompono liberando il vapore, così il fenomeno coinvolge tutta la massa. Succede quando la pressione del vapore nelle bolle raggiunge la pressione esterna. Il passaggio inverso è la condensazione, che per l’USGS avviene quando aria satura di vapore si raffredda: è l’acqua che compare sull’esterno di un bicchiere pieno di ghiaccio. Pressione e punto di ebollizioneLa temperatura di ebollizione varia da sostanza a sostanza e dipende dalla pressione esterna: più questa è alta, più si alza il punto di ebollizione. Per confrontare i valori si usa la temperatura «normale» di ebollizione, misurata a 1 atmosfera, cioè 101.325 Pa. Salendo di quota la pressione atmosferica scende, e con lei la temperatura a cui l’acqua bolle. Secondo l’USGS l’acqua bolle a 100 °C al livello del mare e a 94,9 °C a 5.000 piedi; per rassodare un uovo serve più tempo.
Anche ciò che è sciolto nell’acqua sposta il punto di ebollizione. Una soluzione bolle a una temperatura più alta del solvente puro, e la Treccani riporta che l’acqua satura di sale, a 1 atmosfera, bolle a circa 109 °C. Fusione e solidificazione alla stessa temperaturaOgni sostanza solidifica alla temperatura a cui fonde. Per farla solidificare bisogna toglierle calore, eppure durante il passaggio la temperatura non scende, e il calore sottratto per unità di massa è uguale a quello che serve per fonderla. Qui la pressione pesa molto poco, al contrario di quanto accade con l’ebollizione, e come riferimento si prende il valore a pressione atmosferica normale. Le sostanze disciolte abbassano il punto di solidificazione: l’acqua pura solidifica a 0 °C, quella di mare sotto lo zero. Quasi tutte le sostanze si contraggono quando solidificano. L’acqua è tra le eccezioni, insieme a ghisa e bismuto, e infatti il ghiaccio è meno denso dell’acqua liquida: l’USGS ricorda che è il motivo per cui i cubetti galleggiano nel bicchiere. Oltre solido, liquido e gasA temperature e pressioni molto alte, come sul Sole o durante il rientro di un veicolo dallo spazio, gli atomi perdono elettroni. Si ottiene una miscela di atomi neutri, elettroni liberi e ioni che la NASA chiama plasma: scorre come un fluido e, avendo particelle cariche, risponde alle forze elettromagnetiche e ne produce, tanto che gli scienziati lo considerano una quarta fase della materia. Come nasce e dove si trova lo spiega il Recap sul plasma, il quarto stato della materia. Dall’altra parte della scala delle temperature sta il condensato di Bose-Einstein: un gas di atomi portato a temperature bassissime, realizzato per la prima volta nel 1995. PresentazioneSlide pronte da scaricare e fare tue in PowerPoint o Google Slides, con le note del relatore. Scegli il taglio Lampo o quello Completo. ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Falsi miti
Mappa concettualeTrascina lo sfondo per muoverti e i nodi per riposizionarli; usa − e + per chiudere e aprire i rami.
Quiz: mettiti alla provaRispondi alle domande per verificare quanto hai imparato: riceverai subito la correzione e una breve spiegazione. Voto 0/10 0/5
FlashcardsTocca la carta per girarla e verifica se ricordi la risposta, poi passa alla successiva. 1 / 7 Spiegalo con parole tueIl test definitivo: se sai spiegarlo con parole semplici, lo hai capito davvero. Scrivi la tua spiegazione, poi confrontala col Recap. La tua spiegazione resta salvata solo su questo dispositivo.
Domande e risposteQual è la differenza tra solido, liquido e gas?Dipende da quanto sono legate le particelle. In un solido le forze molecolari le tengono strette, così l'oggetto conserva forma e volume. In un liquido le forze sono più deboli: il volume resta quello, la forma si adegua al contenitore. In un gas le forze sono molto deboli e la sostanza si espande fino a riempire ogni recipiente in cui la si mette. Quanti sono gli stati della materia?Quelli dell'esperienza quotidiana sono tre: solido, liquido e aeriforme. La NASA ne indica un quarto, il plasma, che si forma a temperature e pressioni molto alte, come sul Sole, quando gli atomi perdono elettroni. C'è poi il condensato di Bose-Einstein, ottenuto per la prima volta nel 1995 raffreddando un gas di atomi a temperature bassissime. L'Accademia reale svedese delle scienze lo ha definito un nuovo stato della materia nel premiare Cornell, Ketterle e Wieman col Nobel per la fisica 2001. Perché in montagna l'acqua bolle prima?La temperatura di ebollizione dipende dalla pressione esterna, e la pressione dell'aria diminuisce man mano che si sale. Per l'USGS l'acqua che al livello del mare bolle a 100 °C, a 5.000 piedi di quota bolle a 94,9 °C. Per questo in quota un uovo sodo ha bisogno di più tempo. Che cos'è il ghiaccio secco?È anidride carbonica allo stato solido. Secondo l'USGS sublima a −78,5 °C: da solido diventa direttamente gas. Ogni Recap passa da una revisione indipendente prima della pubblicazione. |













