I cambiamenti di stato

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1 I cambiamenti di stato

2 1. I passaggi tra stati di aggregazione Le sostanze possono passare dall'uno all'altro dei tre stati di aggregazione mediante scambi di calore. La freccia rossa indica assorbimento di calore da una fonte esterna da parte della sostanza, quella blu la cessione di calore all'esterno.

3 2. La fusione e la solidificazione Fornendo calore a un solido, esso passa allo stato liquido seguendo tre leggi sperimentali: 1. a pressione fissata, la fusione avviene alla temperatura di fusione, determinata e specifica della sostanza; 2. la temperatura resta costante durante tutto il passaggio di stato; 3. l'energia necessaria per fondere una massa m è direttamente proporzionale alla massa stessa.

4 La fusione e la solidificazione Grafico temperatura-tempo di un blocco di stagno posto su una fiamma costante. A) Allo stato solido ΔT è direttamente proporzionale agli intervalli di tempo, cioè al calore fornito. B) Durante il passaggio di stato T resta costante. C) T riprende a salire proporzionalmente al tempo quando tutta la sostanza è allo stato liquido.

5 La fusione e la solidificazione La terza legge della fusione è espressa dall'equazione: Il calore latente di fusione corrisponde alla quantità di energia necessaria per fondere completamente 1 kg di una data sostanza. è la quantità di calore necessaria per fondere una massa m di sostanza.

6 Le leggi della solidificazione Levando lo stagno fuso dalla fiamma, la temperatura varia nel tempo secondo il grafico: diminuisce in modo direttamente proporzionale al tempo allo stato liquido e a quello solido; durante il passaggio di stato di solidificazione resta costante.

7 Il calore latente dal punto di vista microscopico Nel reticolo cristallino di un solido, gli atomi o le molecole oscillano attorno alle loro posizioni di equilibrio.

8 Il calore latente dal punto di vista microscopico Durante la fusione, il calore fornito non serve ad aumentare l'energia cinetica dei grani della sostanza, ma a scindere i legami tra di essi; durante la solidificazione, il calore ceduto riforma i legami. L'energia di fusione E è direttamente proporzionale al numero di legami del reticolo; questo numero di legami è direttamente proporzionale al numero di atomi o molecole, quindi alla massa della sostanza.

9 3. La vaporizzazione e la condensazione Fornendo calore a un liquido, esso passa allo stato gassoso con l'ebollizione, come nel grafico (dello stagno): Dal grafico si vede che l'ebollizione ha le stesse caratteristiche della fusione.

10 La vaporizzazione e la condensazione L'ebollizione segue tre leggi sperimentali: 1. a pressione fissata, il liquido bolle alla temperatura di ebollizione, determinata e specifica della sostanza; 2. la temperatura resta costante durante tutto il passaggio di stato; 3. l'energia necessaria per trasformare in vapore una massa m in ebollizione è direttamente proporzionale alla massa stessa.

11 La vaporizzazione e la condensazione La terza legge dell'ebollizione è espressa dall'equazione: Il calore latente di vaporizzazione corrisponde alla quantità di energia necessaria per trasformare completamente in vapore 1 kg di una data sostanza, mantenendo costante la sua temperatura. è la quantità di calore necessaria per vaporizzare una massa m di sostanza.

12 La vaporizzazione e la condensazione Il passaggio di stato liquido vapore avviene anche per evaporazione: l'ebollizione avviene ad una temperatura specifica, l'evaporazione può avvenire a tutte le temperature in cui la sostanza è liquida; l'ebollizione riguarda tutto il liquido, mentre l'evaporazione è superficiale; durante l'evaporazione la temperatura non rimane costante.

13 Il raffreddamento per evaporazione L'evaporazione dipende dal fatto che riescono a liberarsi solo le molecole del liquido che: sono sulla superficie; hanno il verso della velocità rivolto all'esterno; hanno K sufficiente a sfuggire alle forze di coesione. La fuga di queste molecole abbassa l'energia cinetica media delle molecole del liquido, che quindi si raffredda.

14 La condensazione È il fenomeno inverso della vaporizzazione. Ad esempio, il vapore acqueo dell'aria condensa sulle pareti di un bicchiere più freddo. L'energia ceduta all'ambiente è:

15 4. Il vapore saturo e la sua pressione Facciamo evaporare l'acqua in un recipiente chiuso con una pompa per ottenere il vuoto:

16 Il vapore saturo e la sua pressione La quantità di acqua evaporata si rileva dalla pressione raggiunta nel recipiente dopo aver estratto l'aria. Appena si fa il vuoto l'evaporazione avviene rapidamente e la pressione nel recipiente cresce;successivamente l'evaporazione rallenta; alla fine l'acqua smette di evaporare: il manometro è fermo. La pressione di vapore saturo è quella che il vapore esercita sulle pareti del recipiente quando l'evaporazione smette di avvenire. Il suo valore aumenta con la temperatura ed è specifico di ogni sostanza

17 Il vapore saturo e la sua pressione Il fenomeno si spiega a livello molecolare. L'evaporazione cessa quando l'ambiente è saturo di vapore.

18 Pressione del vapore saturo e ebollizione La temperatura di ebollizione di un liquido è quella per cui la pressione di vapore saturo uguaglia la pressione atmosferica. Il suo valore aumenta con la temperatura ed è specifico di ogni sostanza. Durante il riscaldamento, nel liquido si formano bollicine di vapore alla pressione di vapore saturo di quella temperatura.

19 Pressione del vapore saturo e ebollizione Questo spiega perché in montagna, con pressione più bassa, l'acqua bolle a temperature minori di 100 C, mentre nella pentola a pressione a circa 120 C.