STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA E PASSAGGI DI STATO

La materia può presentarsi sotto tre aspetti diversi che vengono chiamati stati di aggregazione. Essi sono: lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme.
Ad esempio l’acqua che beviamo si trova allo stato liquido, ma possiamo trovare anche l’acqua allo stato solido (ghiaccio) o allo stato aeriforme (vapor d’acqua).
Lo stato solido è caratterizzato da volume e forma definiti. Una sostanza allo stato liquido, invece, ha un volume definito, ma la sua forma è variabile: assume la forma del recipiente che la contiene. Una sostanza allo stato aeriforme ha sia il volume che la forma variabili.
Con la parola “fluido” si intende indifferentemente una sostanza allo stato liquido o aeriforme.
Come sappiamo, tutte le sostanze sono costituite da particelle: quai sempre si tratta di molecole, ma, nel caso di elementi semplici, si tratta di atomi.
Nello stato solido, le particelle, tenute insieme da forze molto intense, occupano posizioni ben definite, attorno alle quali possono compiere oscillazioni più o meno accentuate, a seconda della temperatura del solido.
Nello stato liquido le particelle sono tenute insieme da forze meno intense, per cui sono più libere di muoversi e “scivolano” una sull’altra.
Nello stato aeriforme le particelle sono quasi completamente libere di muoversi e le reciproche forze attrattive sono trascurabili.
Per quanto riguarda quest’ultimo stato, si fa differenza tra gas e vapori: i primi non possono essere liquefatti per semplice compressione, i secondi invece possono essere liquefatti per semplice compressione.
Lo stato di aggregazione di una sostanza dipende da due fattori: la temperatura e la pressione.
Consideriamo ad esempio una sostanza solida che si trovi a pressione costante, per esempio alla pressione di una atmosfera, che si registra abitualmente al livello del mare. Se aumentiamo la temperatura, aumenta lo stato di agitazione delle particelle e, ad un certo punto, si “rompono” i legami che le tengono insieme, per cui la sostanza passa allo stato liquido. Se continuiamo a riscaldare, l’agitazione delle particelle del liquido diventa tale che vengono vinte anche le deboli forze che ancora le tengono insieme, per cui la sostanza passa allo stato aeriforme.
Per esempio, se riscaldiamo un pezzo di ferro, osserviamo che, quando la temperatura raggiunge i 1535 gradi centigradi, questo diventa liquido e se continuiamo a riscaldare, alla temperatura di 2750 gradi centigradi, questo passa allo stato aeriforme.
Analogamente, l’acqua solida (ghiaccio) diventa liquida a 0 gradi centigradi e vapore acqueo a 100 gradi centigradi, sempre alla pressione di una atmosfera.
Il processo contrario avviene se raffreddiamo una sostanza, per esempio un aeriforme, sempre a pressione costante: rallenta il moto disordinato delle particelle; queste si avvicinano tra loro finchè le reciproche forze attrattive cominciano a tenerle insieme dando origine al liquido. Se si continua nel raffreddamento, le particelle rimangono poi “impacchettate”, formando un solido.
Lo stesso accade se, stavolta a temperatura costante, si aumenta la pressione di un aeriforme, in quanto le particelle vengono costrette a stare sempre più vicine, man mano che si aumenta la pressione.
Si noti però che, per gli aeriformi, esiste una “temperatura critica”, al di sopra della quale un gas non può diventare liquido, neanche se sottoposto a pressioni elevatissime.
Il contrario avviene se si diminuisce la pressione, a temperatura costante. A ciò è dovuto il fatto che, in montagna, dove la pressione atmosferica è più bassa, l’acqua bolle prima, a temperatura più bassa.
Le trasformazioni da uno stato di aggregazione ad un altro si chiamano “passaggi di stato”. Essi hanno un nome ben definito:
FUSIONE: passaggio dallo stato solido a quello liquido.
EVAPORAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme.
CONDENSAZIONE: passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido.
SOLIDIFICAZIONE: passaggio dallo stato liquido a quello solido.
SUBLIMAZIONE: passaggio diretto dallo stato solido a quello aeriforme.
BRINAMENTO: passaggio diretto dallo stato aeriforme a quello solido.
Si noti che l’evaporazione di un liquido avviene, in minima parte, a qualsiasi temperatura, in quanto, in superfice, vi è sempre qualche particella che ha energia sufficiente per poter sfuggire all’attrazione delle altre particelle.
Diversa cosa è invece il fenomeno dell’ebollizione che interessa tutto il volume del liquido. Durante tutta l’ebollizione, la temperatura del liquido resta costante, in quanto il calore fornito va ad indebolire i legami fra le particelle. Dopo un ragionevole tempo, tutto il liquido sarà passato allo stato aeriforme.

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