I cambiamenti dello stato fisico della materia
La materia può cambiare il proprio stato fisico perché la forza di coesione molecolare varia in base alla natura chimica del corpo e alle condizioni ambientali esterne. In particolar modo, la forza di coesione delle molecole è influenzata dalla temperatura e dalla pressione atmosferica.
Esempio. L'acqua è allo stato liquido in condizioni normali di ambiente ma nel momento in cui la temperatura diventa troppo bassa si trasforma in ghiaccio, modificando il suo stato fisico in solido. Al contrario, ad elevate temperature l'acqua si trasforma in vapore acqueo assumendo lo stato fisico aeriforme (gassoso).
Le trasformazioni dello stato fisico
La materia subisce la trasformazione dello stato fisico a determinate temperature critiche.
I principali passaggi di stato fisico sono i seguenti:
- Fusione. Da solido a liquido.
- Evaporazione. Da liquido a aeriforme.
- Ebollizione. Da liquido a aeriforme in modo tumultuoso.
- Condensazione. Da aeriforme ( vapore ) a liquido.
- Liquefazione. Da aeriforme ( gas ) a liquido.
- Solidificazione. Da liquido a solido.
- Sublimazione. Da solido a aeriforme.
- Brinamento. Da aeriforme a solido.
Durante un passaggio di stato la temperatura non cresce ( o non diminuisce ) ulteriormente.
Resta costante alla temperatura critica anche se si continua a fornire ( o togliere ) calore.
La temperatura torna a crescere ( o diminuire ) quando tutta la materia ha completato il passaggio di stato.
La quantità di calore necessaria per completare un passaggio di stato fisico è detta calore latente.
Nota. Le temperature critiche variano a seconda della pressione ambientale. Per convenzione sono misurate in condizioni di pressione atmosferica al livello del mare ( 1 Atm ).
La temperatura e lo stato fisico
Quando si fornisce calore a un materiale aumenta la sua temperatura.
L'incremento della temperatura accelera il moto delle particelle ( energia cinetica ) di cui è composto il materiale, riducendo la forza di coesione molecolare.
Le molecole si allontanano tra loro, aumenta la distanza intramolecolare e il volume della materia aumenta.
Pertanto, si modifica lo stato di aggregazione della materia.
Esempio. Quando si riscalda l'acqua, le molecole H2O si spostano più velocemente fino a spezzare i deboli legami a idrogeno. Le molecole si liberano tra loro facendo passare l'acqua dallo stato liquido a quello aeriforme ( vapore acqueo ).
Sottraendo il calore al materiale avviene il processo contrario.
Si riduce il moto delle particelle e aumenta la stabilità della struttura molecolare.
Esempio. L'acqua allo stato liquido si trasforma in ghiaccio ( solido ) quando la temperatura scende oltre un determinato livello minimo. La forza di coesione aumenta, le molecole cessano di spostarsi, si avvicinano tra loro e si riduce il volume della materia. Allo stato solido l'acqua assume una propria forma.
La pressione e lo stato fisico
Quando la pressione aumenta, la forza di coesione delle molecole diventa più potente.
Le molecole si avvicinano tra loro e accorciano la distanza intramolecolare.
Pertanto, si riduce il volume della materia.
Viceversa, al ridursi della pressione la forza di coesione delle molecole diminuisce e il volume della materia si espande.
La distanza intramolecolare e il volume della materia
La distanza delle molecole influisce sullo stato fisico ( solido, liquido, gassoso ) e sul volume della materia.
Quanto più è maggiore la distanza intramolecolare, tanto più è maggiore il volume della materia. In questo caso la materia si dilata.
Viceversa, quanto più è minore la distanza delle molecole, tanto più è minore il volume della materia.
Il funzionamento di un termometro e di un barometro. In un termometro la quantità di mercurio è costante. Il volume è invece determinato dalla temperatura esterna. Il mercurio accresce il proprio volume quando la temperatura aumenta. Riduce il suo volume quando la temperatura diminuisce. In questo modo un termometro opportunamente tarato è in grado di indicare la temperatura corporea di una persona o dell'ambiente esterno. In modo simile un barometro misura la pressione atmosferica.
