Cambiamenti di stato

Passaggio della materia da uno stato fisico all'altro

Solidificazione - Fusione - Vaporizzazione - Condensazione - Brinamento - Sublimazione - Contenuto energetico

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

Passaggi di stato ed energia

Ogni volta che la materia cambia il suo stato fisico, cioè che avviene un passaggio di stato, 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 scambi di calore. Quello in gioco è sempre calore latente.

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: cambiamento di stato da solido a liquido

Fornendo energia termica a un pezzo di ghiaccio che si trova a zero gradi centigradi questo si fonde, cioè subisce il passaggio di stato da solido a liquido, 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: cambiamento di stato da liquido a solido

Sottraendo energia termica all’acqua che si trova a zero gradi centigradi si ottiene ghiaccio a zero gradi centigradi: si verifica il cambiamento di stato della solidificazione. 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. Anche nella crioscopia si sfrutta tale proprietà.

Vaporizzazione: cambiamento di stato da liquido a gas

Il cambiamento di stato da liquido a gas è detto vaporizzazione. La vaporizzazione di un liquido può avvenire in due modi diversi: evaporazione ed ebollizione.
Fornendo energia termica all’acqua essa si riscalda fino alla temperatura di 100 °C. Durante tale fase avviene l'evaporazione di una parte di acqua. Quando si raggiungono i 100 °C inizia 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: cambiamento di stato da gas a liquido

Raffreddando il vapor acqueo a pressione costante si ha la formazione di condensa, ossia di goccioline di acqua che provengono dalla condensazione del vapore. Il passaggio di stato da gas a liquido è detto proprio condensazione.
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: cambiamento di stato da gas a solido

Il brinamento, cioè 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. Il cambiamento di stato da gas a solido è detto brinamento.
In un circuito frigorifero avviene il brinamento dell'evaporatore quando le temperature in gioco sono negative.

Sublimazione: cambiamento di stato da solido a gas

Il fenomeno della sublimazione è tipico delle palline di naftalina che si mettono negli armadi assieme agli indumenti di lana: esse passano direttamente dallo stato solido allo stato di vapore, senza diventare liquide, quando sono a contatto con l'aria. Questo passaggio di stato è detto sublimazione.