Gli stati della materia

Detti anche stati di aggregazione della materia

Osservando la materia che ci circonda, mentre girovaghiamo tranquilli durante una bella vacanza, possiamo agevolmente accorgerci che essa si manifesta in tre modalità possibili:

- allo stato solido, come le montagne, i prati gli scogli in riva al mare;

- allo stato liquido, come il mare che batte sugli scogli, i fiumi che alloggiano nel loro alveo, e la lava che erutta dai vulcani,

- allo stato gassoso, come l’aria nel cielo, il vapore acqueo delle nubi e lo smog che respiriamo in città quando torniamo dalla vacanza.

la roccia vulcanica (solida) si fonde in lava (liquida) per
fusione e cade in acqua, la quale si trasforma in gas
(evaporazione), mentre la lava ritorna allo stato solido
(solidificazione)

Ognuno di questi tre stati possiede delle sue particolari proprietà, vediamo quali.

La caratteristica fondamentale della materia è quella di avere una massa e un volume. (approfondisci)

La materia allo stato solido ha una massa, un volume e una forma propria dove il volume si esprime in una forma specifica, definita.

La materia allo stato liquido detiene anch’essa una massa ed un volume, ma in questo caso il volume non ha una sua forma definita, bensì assume, di volta in volta, quella del contenitore che lo ospita. Un sasso in un bicchiere rimane con la sua forma, mentre l’acqua assume la forma del bicchiere.

La materia allo stato gassoso ha anch’essa una massa ma né un volume né una forma propria. il volume dei gas non è fisso, ma si adatta, sia in forma che in misura, al contenitore. I gas possono infatti essere compressi in un contenitore rigido, in questo caso il volume resta uguale ma aumenta la massa. Se insuffliamo dell’elio in un palloncino cambia sia la massa che il volume il quale modifica le pareti del contenitore. Se in qualche modo comprimiamo dall'esterno un contenitore chiuso pieno di gas, la massa rimane la stessa, ma diminuisce il volume. Se mettiamo la stessa quantità di un gas in un contenitore ancora più piccolo il suo volume diminuirà ulteriormente, ma potremo osservare una cosa interessante: che aumenta la sua densità e quindi anche la pressione che esercita sulle pareti del contenitore. Ad esempio se comprimiamo un palloncino otteniamo che:
- la massa del gas contenuto si mantiene uguale;
- il volume diminuisce;
- la forma cambia;
- il palloncino scoppia perché l'involucro che contiene il gas non è abbastanza robusto per resistere alla pressione del gas costretto in uno spazio sempre più piccolo.

Passaggi di stato

Ma come fa la materia a passare da uno stato all’altro? I responsabili di questo cambiamento sono la temperatura e la pressione.

La temperatura fornisce energia e questa energia induce l’allontanamento reciproco delle molecole che compongono una sostanza; in questo modo aumenta il volume.

La pressione esercita una forza che influenza il passaggio di stato, ad esempio la pressione atmosferica: più è intensa, più difficile sarà far bollire l’acqua per la pasta. Questo perché l’atmosfera spinge sulla superficie dell’acqua rendendo difficoltoso il distacco di molecole di acqua, le quali, in alta montagna, evaporano con molta più facilità.

Come si chiamano i passaggi di stato:

- solido – liquido: fusione (ghiaccio – acqua),

- liquido – gassoso: evaporazione (acqua – vapore acqueo),

- gassoso – liquido: condensazione (ad esempio quando il vapore acqueo nelle nuvole si condensa e piove),

- liquido – solido: solidificazione (quello che accade all’acqua quando si fabbricano i ghiaccioli).

Tutto ciò dipende dalla temperatura e dalla pressione. Ad esempio, il vapore acqueo che sale dal mare, arrivato ad una certa altezza oltre la quale non riesce a proseguire, incontra temperature più basse e si ammassa (aumenta la pressione) condensandosi.

Esistono anche passaggi di stato tra un estremo e l’altro:

- solido – gassoso: sublimazione, avviene in condizioni speciali di temperatura e pressione che per la loro eccezionalità impongono questo passaggio, ad esempio il ghiaccio secco (anidride carbonica congelata a -78°C, che sembra proprio ghiaccio: all’aria libera sublima producendo fumo, infatti si utilizza nel mondo dello spettacolo), o la canfora che tende a trasformarsi direttamente da solido a gas;

- gassoso – solido: brinamento, ad esempio quando il vapore acqueo dell’aria, a basse temperature, si trasforma direttamente in cristalli aghiformi di ghiaccio: la brina.