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I passaggi di stato (da Le scienze di ogni giorno)

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Prova a vedere come, fornendo energia ad un sistema, cambia il suo stato di aggregazione

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Con stato della materia (o stato di aggregazione delle molecole) si intende una classificazione convenzionale degli stati che può assumere la materia a seconda delle proprietà meccaniche che manifesta.

La distinzione tra gli stati della materia viene storicamente fatta basandosi sulle seguenti differenze qualitative:

una materia allo stato solido ha un volume e una forma propria;

una materia allo stato liquido ha un volume proprio, ma acquisisce la forma del recipiente che la contiene;

una materia allo stato aeriforme non ha né volume né forma propria, ma si espande fino a occupare tutto lo spazio disponibile.

una materia allo stato plasmatico può somigliare a un gas non avendo forma propria e può espandersi come un aeriforme, dal quale si distingue per la sua ionizzazione.

una materia allo stato condensato di Bose-Einstein è una nuvola di atomi ultrafreddi ad alta densità col comportamento di un superatomo.

Nello stato solido i costituenti della materia sono legati da forze molto intense che consentono soltanto moti di vibrazione, nella maggior parte dei casi le molecole si distribuiscono secondo un reticolo cristallino o in maniera amorfa. L'unico modo per variare la forma di un solido consiste nell'applicazione di forze abbastanza intense da spezzare i legami, causando però la rottura o il taglio del corpo.

Nello stato liquido le forze tra i componenti della materia sono meno intense ed essi sono liberi di scorrere gli uni sugli altri. Un liquido va incontro a variazioni di volume molto meno marcate rispetto ai gas tanto che nel linguaggio comune si dice impropriamente che il volume dei liquidi non varia, ma questo non è vero: piuttosto, a parità di variazione di temperatura ΔT o variazione di pressione ΔP, la variazione di volume nei liquidi è molto più bassa della variazione di volume nei gas e tende ad assumere la forma del recipiente nel quale è contenuto.

Nello stato aeriforme le interazioni sono estremamente deboli ed ai costituenti è consentito muoversi indipendentemente, non hanno dunque forma propria e tendono ad espandersi ed occupare tutto il volume disponibile, risultando comprimibili.

Particolari aeriformi sono i gas, i vapori e i fluidi supercritici.

Lo stato plasmatico è simile a un gas ma è ionizzato, costituito da un insieme di elettroni e ioni e globalmente neutro (la cui carica elettrica totale è nulla). In quanto tale, il plasma è considerato come il quarto stato della materia, che si distingue quindi dal solido, il liquido e l'aeriforme, mentre il termine "ionizzato" indica che una frazione significativamente grande di elettroni è stata strappata dai rispettivi atomi.

Il condensato si forma quando dei bosoni sono raffreddati a temperature di poco superiori allo zero assoluto. In questo stato la maggior parte delle particelle del condensato occupa lo stato quantistico di minima energia, e gli effetti quantistici (come la sovrapposizione delle loro funzioni d'onda), che di solito sono rilevanti solo su scala microscopica, diventato osservabili anche a livello macroscopico. Possono essere formati a partire da gas a bassa densità di atomi ultrafreddi, o da alcune quasiparticelle all'interno di solidi, come gli eccitoni. Ha molte somiglianze con lo stato superfluido dell'elio-4.

Nella scienza moderna in realtà questa semplice classificazione risulta inadeguata a descrivere esaustivamente le numerose possibilità che ha la materia di organizzarsi. Il plasma e il condensato di Bose-Einstein sono stati probabilmente i primi nuovi stati della materia ad essere aggiunti a questa catalogazione, ma ce ne sono molti altri, i quali compaiono in condizioni particolari di temperatura e pressione:

Quando la materia viene sottoposta a variazione di pressione e temperatura può passare ad uno stato di aggregazione diverso, si verifica quindi un passaggio di stato.

Ogni passaggio di stato è caratterizzato dalla rottura o dalla formazione di legami chimici, durante il cambiamento di stato la temperatura del sistema rimane costante e ogni sostanza per cambiare stato ha bisogno di una certa quantità di calore, il calore latente, di ioni o di energia.

I passaggi di stato sono i seguenti:

fusione: passaggio dallo stato solido a quello liquido, avviene con acquisto di calore (processo endotermico);

solidificazione: passaggio dallo stato liquido a quello solido, viene ceduto del calore (processo esotermico);

vaporizzazione: passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme, viene acquisito calore (endotermico);

condensazione: passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido, avviene con cessione di calore (esotermico);

liquefazione: passaggio dallo stato gassoso a quello liquido per compressione, soltanto se l'aeriforme è a temperatura inferiore alla temperatura critica (esotermico);

brinamento: passaggio dallo stato gassoso a quello solido (esotermico);

Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29ª ed., Dante Alighieri, 1987.

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Con stato della materia (o stato di aggregazione delle molecole) si intende una classificazione convenzionale degli stati che può assumere la materia a seconda delle proprietà meccaniche che manifesta.

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Gioca anche con pressione e volume per osservare i cambiamenti di stato

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Gioca anche con pressione e volume per osservare i cambiamenti di stato

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Trova le analogie tra i concetti di Ordine e Disordine e i diversi cambiamenti di stato.
Secondo te, nel passaggio tra lo stato solido e lo stato liquido, l'ordine aumenta o diminuisce?

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Prova a dare una tua spiegazione al comportamento anomalo dell'acqua, che diminuisce, in modo anomalo, la sua densità nel passaggio dallo stato liquido allo stato solido. Puoi utilizzare, per fornire una spiegazione, quanto hai dedotto nel punto precedente in relazione a Ordine e Disordine

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Prova a osservare un cambiamento di stato che non avviene necessariamente alla temperatura critica: l'evaporazione
Se vuoi, puoi usare il materiale che trovi su web per integrare le informazioni a tua disposizione.

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Sai, per esperienza, che i panni stesi all'aria asciugano prima che se li stendi al chiuso, in casa ... e la temperatura non c'entra. Prova a dare una spiegazione di questo fenomeno usando i concetti di evaporazione e strato di vapore saturo.

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Temperatura reale e temperatura percepita

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Temperatura reale e temperatura percepita

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Perché talvolta si usa il concetto di temperatura percepita? Quale grandezza fisica influisce sulla temperatura percepita, rendendola talvolta maggiore di quella misurata?

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Prova a darti una spiegazione, usando il concetto di evaporazione, della funzione fisiologica del sudore ... e prova a spiegare perché il caldo si sopporta meglio se il clima è secco.