Chimica generale e inorganica

Gli stati della materia e i passaggi di stato

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Come l’esperienza di tutti i giorni ci insegna, gli oggetti sono in grado di interagire diversamente con noi. Con le nostre sole mani siamo in grado di spostare una cubetto di ghiaccio dal freezer al bicchiere, ma altrettanto facilmente non possiamo far lo stesso con l’acqua del rubinetto che sfugge in fretta dalle nostre dita. Il vapore che esce da una tazza bollente di the, invece, diventa impossibile da toccare, per quanto se ne possa cogliere il calore.

Questi semplici esempi elencati rappresentano i tre principali stati fisici nei quali possiamo trovare la materia, in questo specifico caso l’acqua: lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme.

Il termine “stato” è spesso sostituito con “fase”.

Una delle caratteristiche che contraddistingue i tre stati è l’interazione fra le molecole che costituiscono una sostanza. Se l'interazione è forte la sostanza sarà tendente al solido, se debole un liquido. Se addirittura le molecole risultano abbastanza lontane l’una all’altra, la materia sarà aeriforme (nel linguaggio comune gassosa).

Per questo motivo generalmente i solidi hanno una densità maggiore dei liquidi e dei gas. Dall’interazione intermolecolare derivano altre proprietà come la capacità dei liquidi e dei gas di assumere la forma del recipiente in cui si trovano. I solidi e liquidi, inoltre, mantengono il proprio volume e sono incomprimibili, a pressioni non particolamente alte. I gas, invece, possono essere compressi o espansi modulando la pressione, come succede nei pistoni del motore a scoppio, o a seguito dell'innalzamento della temperatura nel pallone della mongolfiera. Questi due parametri possono permettere alla materia di cambiare le proprie caratteristiche, compiendo un passaggio di stato. I passaggi di stato (o cambiamenti di fase) assumono nomi diversi a seconda dello stato di partenza e dello stato di arrivo.

  • Fusione: solido → liquido
  • Solidificazione: liquido → solido
  • Evaporazione: liquido → gas
  • Condensazione o liquefazione: gas → liquido
  • Sublimazione: solido → gas
  • Brinamento: gas → solido

 

                    Schematizzazione dei passaggi di stato 
 

Per ogni sostanza questi passaggi avvengono a pressioni e temperature specifiche, caratteristiche che sono intrinseche alla sostanza stessa.

L’anidride carbonica a temperatura ambiente e a pressione atmosferica può trovarsi soltanto come gas o come solido. Il ghiaccio secco ha il vantaggio di sublimare senza lasciare traccia di sé, poichè non passa attraverso lo stato liquido. Gas come l’azoto o l’idrogeno invece necessitano pressioni molto alte per essere solo liquefatti, e spesso questo passaggio richiede procedure che hanno costi molto elevati.

               Ghiaccio secco in sublimazione.

Credits: Wikimedia Commons ElfQrin, Christopher.

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