Cambiamenti di stato

Ogni stato della materia è caratterizzato da un ben determinato contenuto di energia.

Ogni volta che la materia cambia il suo stato fisico è necessario che cambi anche il suo contenuto di energia.
Quindi per far avvenire un cambiamento di stato è necessario fornire o sottrarre energia ad un corpo, ad esempio mediante il calore.

Lo stato solido è quello a minimo contenuto energetico, quello liquido è a contenuto intermedio e quello gassoso a massimo contenuto energetico: per far passare un solido allo stato liquido e un liquido allo stato gassoso è necessario quindi fornire energia mentre per le trasformazioni inverse (da gassoso a liquido a solido) è necessario sottrarre energia.
 

Per ognuno dei passaggi di stato possiamo riportare un esempio riferendoci, per semplicità, a fenomeni a tutti noti.

Fusione: fornendo energia termica a un pezzo di ghiaccio che si trova a zero gradi centigradi questo si fonde e si ottiene acqua a zero gradi centigradi. Ciò risulta vero se l'acqua non contiene sostanze disciolte, altrimenti la temperatura di fusione risulta inferiore.

Solidificazione: sottraendo energia termica all’acqua che si trova a zero gradi centigradi si ottiene ghiaccio a zero gradi centigradi. Anche tale fenomeno dipende dal grado di purezza dell'acqua: si pensi al sale che viene sparso d'inverno sulle strade, proprio per abbassare il punto di solidificazione dell'acqua, ed evitare così che sul manto stradale si formino lastre di ghiaccio.

Vaporizzazione: fornendo energia termica all’acqua essa si riscalda fino alla temperatura di 100 °C. Durante tale fase una parte di acqua evapora. Un ulteriore riscaldamento provoca l’ebollizione dell’acqua. La temperatura di ebollizione di qualsiasi liquido dipende dalla pressione del vapore con cui si trova a contatto: un aumento della pressione provoca un innalzamento della temperatura di ebollizione mentre una diminuzione della pressione ne provoca un abbassamento.
 

Condensazione: raffreddando il vapor acqueo a pressione costante si ha la formazione di condensa, ossia di goccioline di acqua che provengono dalla condensazione del vapore.
Si pensi al fenomeno tipicamente invernale della nebbia, causata dall'abbassamento della temperatura dell'aria che diviene satura di umidità, che quindi inizia a condensare.
Anche la temperatura di condensazione dipende dalla pressione a cui si trova il vapore: l’aumento dell’una comporta l’aumento dell’altra e viceversa.
 

Brinamento: la formazione della brina è un fenomeno molto noto, che avviene d’inverno. Di notte, quando la temperatura esterna scende al di sotto della temperatura di rugiada, l’umidità presente nell’aria si deposita sul terreno e, se si è sotto lo zero, forma istantaneamente dei cristalli di ghiaccio.
 

Sublimazione: le palline di naftalina che si mettono negli armadi passano direttamente dallo stato solido allo stato di vapore, senza diventare liquide, quando sono a contatto con l'aria.

Pagina 393S072