Stati della Materia: Solido, Liquido e Gassoso tra Proprietà e Cambiamenti di Fase
Gli Stati di Aggregazione della Materia
Si presenta la materia in tre stati fondamentali: solido, liquido e gassoso.
Lo Stato Solido
Il solido si caratterizza per avere volume e forma fissi, poiché le particelle sono saldamente tenute insieme da forti legami e non possono spostarsi liberamente, ma solo vibrare.
In alcuni solidi, le particelle ordinate appaiono regolarmente in forme geometriche che presentano spigoli vivi e vertici ben definiti, prendendo il nome di cristallo (struttura cristallina).
Il vetro e la plastica presentano invece una struttura amorfa o vitrea.
Lo Stato Liquido
Lo stato liquido si caratterizza per avere volume fisso ma forma variabile, assumendo la forma del recipiente che li contiene.
Nelle sostanze liquide le particelle sono anch'esse unite, ma non così saldamente come nei solidi, perciò possono scorrere le une sulle altre e cambiare posizione.
Lo Stato Gassoso
Lo stato gassoso si caratterizza per avere sia volume che forma variabili.
Le particelle sono molto distanziate le une dalle altre, si muovono liberamente ad alta velocità e occupano tutto lo spazio disponibile.
Le proprietà della materia dipendono dalla posizione in cui si trovano le particelle; per questo motivo si parla di stati di aggregazione della materia.
Teoria Cinetica delle Particelle
La teoria cinetica delle particelle stabilisce che:
- La materia è formata da particelle.
- Le particelle sono in continuo movimento.
Espansione e Compressione
- Si denomina espansione del gas l'aumento della distanza tra le particelle affinché occupino un volume maggiore.
- Si chiama compressione la riduzione della distanza tra le particelle affinché occupino un volume minore.
Cambiamenti di Stato
Il passaggio dallo stato liquido a quello gassoso si denomina evaporazione.
La temperatura alla quale una sostanza bolle e passa dallo stato liquido a quello gassoso (vaporizzazione) si denomina punto di ebollizione, ed è diverso per ciascuna sostanza. Ad esempio, nel caso dell'acqua, il punto di ebollizione è di 100 °C.
Schema dei Passaggi di Stato
- Sublimazione
- Vaporizzazione / Fusione
- Condensazione / Solidificazione
- Sublimazione inversa
Relazioni di Volume e Densità
Occupando volume maggiore nello stato gassoso, poi nello stato liquido e infine nello stato solido:
Volume stato gassoso > Volume stato liquido > Volume stato solido
La sostanza nel primo stato gassoso ha una densità minore rispetto allo stato liquido, e a sua volta la densità del liquido è minore rispetto allo stato solido:
Densità stato gassoso < Densità stato liquido < Densità stato solido
Nota: Nello stato solido (ghiaccio), l'acqua occupa più volume e ha una densità minore rispetto allo stato liquido.
Solidificazione
Il passaggio dallo stato liquido allo stato solido si denomina solidificazione.
La temperatura a cui un liquido solidifica è la stessa temperatura alla quale il solido fonde. Nel caso dell'acqua, il punto di solidificazione è di 0 °C.
Natura dei Cambiamenti di Stato
Durante il cambiamento dello stato di aggregazione della materia si modifica il regime delle particelle costituenti, ma non la loro natura (la sostanza chimica rimane la stessa).