Stati fisici della materia

Appunti di Chimica – Prof. E.M. Bruti
I PASSAGGI DI STATO
La materia può presentarsi in 3 stati fisici diversi: solido, liquido e gassoso.
Soltanto in condizioni particolari, come ad esempio nelle stelle, può esistere un quarto stato
detto di ‘plasma’ (questo particolare stato fisico si utilizza in una importante tecnica analitica:
l’assorbimento atomico).
Poiché la temperatura è direttamente proporzionale all’Energia Cinetica delle particelle che
compongono la materia, tracciamo un grafico dei passaggi di stato della materia. Sull’asse x
poniamo l’Enercia Cinetica (E.cin.) e sull’asse y la Temperatura (T):
T
Brinamento
G
Condensazione o
Liquefazione
Solidificazione
L
Evaporazione
o Ebollizione
S
Fusione
Sublimazione
E.cin.
Le differenze tra ebollizione ed evaporazione sono:
EVAPORAZIONE
Processo spontaneo
Avviene a tutte le temperature alle quali la
sostanza è allo stato liquido
Interessa soltanto le molecole della
superficie
EBOLLIZIONE
Processo forzato (occorre scaldare)
Avviene ad una temperatura precisa
(dipende dalla Pressione atmosferica),
detto Punto di Ebollizione)
Interessa tutta la massa liquida.
Le differenze tra Condensazione e Liquefazione sono :
CONDENSAZIONE
Processo naturale
Avviene abbassando la temperatura al di
sotto del punto di ebollizione della
sostanza.
LIQUEFAZIONE
Processo artificiale
Avviene comprimendo la sostanza allo
stato gassoso (alzando la pressione si
cambia il punto di ebollizione)
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TEORIA CINETICO-MOLECOLARE DELLA MATERIA
La materia è formata da atomi o molecole (‘aggregati’ di atomi). Anche se la materia ci sembra ‘ferma’ in
realtà queste particelle che la compongono sono sempre in movimento. Soltanto allo Zero Assoluto
(zero Kelvin = - 273,15 ° C) le particelle della materia si fermano, cioè assumono Energia Cinetica = 0
(questi sono principi di termodinamica che saranno affrontati negli anni successivi). Dal momento che
quando la temperatura si abbassa, le particelle hanno una minor energia cinetica risulta ovvio come
queste due proprietà siano direttamente proporzionali.
Quindi più un corpo possiede un elevato contenuto di energia termica (temperatura), maggiore sarà il
movimento delle particelle che lo compongono (cioè la loro energia cinetica).
Inoltre, per comprendere i passaggi di stato, occorre sapere che ci sono delle forze che tengono unite
queste particelle. Queste forze si chiamano Legami Deboli. I Legami Forti, invece, sono quelle forze che
tengono assieme gli atomi in una molecola.
Prendiamo come esempio l’acqua: H2O.
Ci sono dei legami forti che tengono uniti i due atomi di idrogeno con l’atomo di ossigeno e ci sono dei
legami deboli che tengono assieme tutte le molecole di acqua.
Quando si fornisce calore ad un corpo si aumenta l’energia cinetica delle particelle che lo compongono,
ad un certo punto il movimento è tale da ‘rompere’ questi legami deboli: si ha un passaggio di stato.
Nello stato solido le particelle sono molto vicine, ordinate e possiedono un moto di vibrazione. Si dice
che i solidi hanno forma e volume propri (definiti).
Nello stato liquido le particelle si muovono abbastanza da rompere parte dei legami deboli e far sì che
gruppi di particelle scivolino sulle altre. Si dice che i liquidi hanno volume proprio e forma impropria
(infatti assumono la forma del contenitore in cui si trovano).
Fornendo ulteriormente energia le particelle si muovono così velocemente da rompere qualsiasi legame
debole che le univa alle altre: diventano indipendenti: siamo allo stato gassoso (o aeriforme ). Lo stato
aeriforme è caratterizzato dal non avere né forma, né volume propri.
Questa energia che è necessaria per rompere, per vincere i legami deboli si definisce calore latente.
Esistono due calori latenti: quello di fusione e quello di ebollizione (o vaporizzazione, questo ultime
termine a volte si usa in ambito meccanico, ma è impreciso). Poiché è necessaria molta più energia per
‘liberare’ ogni particelle dall’altra, il calore latente di ebollizione è circa 7 volte maggiore di quello di
fusione.
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