stati di aggregazione
stati di aggregazione
Ciò che distingue solidi, liquidi e gas
La materia esiste in tre stati di aggregazione: solido, liquido e gassoso. I corpi passano da uno stato di aggregazione all’altro in funzione della quantità di calore che viene loro aggiunto o sottratto. Gran parte dei fenomeni atmosferici sono dovuti ai cambiamenti di stato di aggregazione dell’acqua
Stesse molecole, ma diverso ordine
Diamo per scontato che con il freddo l’acqua si trasformi in ghiaccio. Ma quali sono le cause di questo cambiamento? Nel ghiaccio le molecole d’acqua si dispongono in modo ordinato, strato dopo strato, e formano i cristalli. Questa disposizione ordinata e rigida delle molecole è tipica dello stato solido, uno dei tre stati di aggregazione della materia. I solidi sono caratterizzati da un volume definito e da una forma stabile.
Nell’acqua liquida le molecole sono invece molto più libere: rimangono a stretto contatto l’una con l’altra, ma si muovono in tutte le direzioni, cambiando posizione in ogni istante. Lo stato liquido è un altro degli stati di aggregazione, e i liquidi sono caratterizzati da un volume definito mentre non hanno una forma propria. Nella bottiglia, nel bollitore o in un qualunque altro recipiente la stessa quantità di latte occupa lo stesso volume, però la forma che assume è diversa ed è quella del recipiente.
Ancora diversa è la situazione delle molecole d’acqua quando la sostanza è allo stato gassoso; le molecole si muovono in ogni direzione, sono lontane l’una dall’altra e possono occupare tutto lo spazio disponibile. Quando una goccia d’acqua sul bordo del lavabo evapora, le molecole che la costituivano si diffondono in tutta la stanza. I gas non hanno né un volume costante né una forma propria.
Il calore e i cambiamenti di stato
Il mondo delle molecole è strettamente governato dagli scambi di energia. In particolare, tra i corpi avvengono scambi di calore e si ha il passaggio da uno stato di aggregazione all’altro in seguito all’acquisto o alla perdita di energia sotto forma di calore. L’acqua nella cella frigorifera congela perché cede calore all’ambiente molto freddo del frigorifero. L’acqua liquida perde energia e diminuisce la propria temperatura fino al punto di congelare: a questo punto le molecole d’acqua si organizzano stabilmente nella struttura ordinata del ghiaccio.
Per una sostanza ogni cambiamento di stato avviene (a una data pressione esterna) a una determinata temperatura, che le è caratteristica: per esempio, l’acqua, alla pressione normale, congela a 0 °C e bolle (cioè passa dallo stato liquido a quello gassoso) a 100 °C. Il passaggio dallo stato liquido a quello solido è detto solidificazione. Il passaggio inverso, da solido a liquido è detto fusione, e avviene quando un corpo solido acquista tanto calore che le particelle che lo compongono si liberano dalle forze che le vincolano nel cristallo, e si muovono liberamente nel liquido.
Se il liquido continua a ricevere calore, le sue molecole diventano sempre più ricche di energia, fino al punto in cui, tumultuosamente, il liquido si trasforma in gas: qui il passaggio di stato è detto ebollizione.
Se l’assorbimento di calore da parte del liquido è lento si ha un fenomeno più tranquillo, l’evaporazione, in cui le particelle che passano allo stato gassoso sono solo quelle della superficie del liquido, e non quelle dell’intera massa del corpo, come avviene nell’ebollizione. Il passaggio inverso, da gas (o vapore) a liquido, è chiamato liquefazione o condensazione.
Vi sono ancora due altri cambiamenti di stato possibili: la sublimazione è il passaggio diretto da solido a gas, mentre la transizione diretta da gas a solido è detta brinamento o deposizione (v. fig.).
I cambiamenti di stato e i fenomeni atmosferici
I cambiamenti di stato dell’acqua che avvengono continuamente nell’ambiente domestico diventano fenomeni grandiosi, imponenti quando si verificano su scala planetaria. Gran parte dei fenomeni atmosferici non sono altro che cambiamenti di stato: la pioggia è dovuta alla caduta al suolo delle minuscole goccioline d’acqua che costituiscono le nuvole. Le nuvole a loro volta sono formate proprio dalla condensazione del vapore acqueo in goccioline d’acqua liquida. In certe condizioni le goccioline che formano le nuvole diventano ghiaccio e si forma neve o grandine. La riserva di vapore acqueo dell’atmosfera è continuamente rifornita dall’evaporazione di acque dalle grandi superfici degli oceani e dei laghi. Evaporazione e condensazione sono così i fenomeni cruciali del grande ciclo dell’acqua che coinvolge tutto il nostro pianeta.