voi stati fisici della materia sono determinati dalla distanza tra molecole, connessioni molecolari e energia cinetica che muove le particelle in un campione. Sono loro:
- solido;
- liquido;
- gassoso;
- plasma;
- Condensato di Bose-Einstein.
Nel stato solido, abbiamo molecole ben assemblate con poco movimento. All'estremo opposto ci sono i stato gassoso è il plasma, in cui le molecole hanno una spaziatura tra loro e un'elevata energia cinetica. Materiali in stato liquido sono nel mezzo, non hanno una forma fisica definita, hanno più energia cinetica di un materiale solido e una minore distanza tra le molecole rispetto ai materiali gassosi. oh Condensato di Bose-Einstein è una scoperta relativamente nuova che ruota attorno all'idea di avere un campione senza movimento tra le molecole, cioè senza energia cinetica.
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Stato solido
Le molecole di un materiale allo stato solido si connettono con una forza sufficiente che risulta in formato e volume definiti. In questo stato abbiamo
poca energia cinetica tra le particelle e, sebbene vi sia un piccolo movimento tra di esse, non è possibile visualizzarlo macroscopicamente (ad occhio nudo).La forma di un solido può essere modificata quando il materiale è sotto l'azione di una forza meccanica (rottura, graffio, ammaccatura) o quando si verifica una variazione di temperatura e pressione. Ogni tipo di materiale ha resistenza a tali impatti o a cambiamenti esterni, secondo la loro natura.
Esempio
A titolo di esempio, possiamo citare il oro, materiale solido a temperatura ambiente con punto di fusione di 1064,18 °C e punto di ebollizione di 2855,85 °C.
stato liquido
nello stato liquido, non esiste una forma fisica definita, ma c'è un volume definito, che ci impedisce di comprimere in modo significativo il materiale. I liquidi hanno forza Intermolecolare debole, che consente di manipolare e separare parti di un campione con facilità. La forza di attrazione tra le molecole impedisce loro di muoversi liberamente come un gas. Inoltre, la tensione superficiale (forza di attrazione tra molecole uguali) è ciò che rende possibile la formazione di goccioline.
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- Esempio
L'esempio più abbondante e accessibile che abbiamo di materiale allo stato liquido in condizioni normali di temperatura e pressione è il acqua, considerato anche un solvente universale.
stato gassoso
Un materiale allo stato gassoso non ha forma o volume definiti. Ha un'elevata capacità di espansione grazie al alta energia cinetica. Quando posto in un contenitore, il gas si diffonde indefinitamente e, se in queste condizioni di confinamento, il gas si riscalda, si avrà un aumento dell'energia cinetica e un aumento della pressione del sistema.
Vale anche la pena notare la differenza tra gas e vapore. Nonostante si trovino nello stesso stato fisico, hanno natura diversa. oh vapore, posto ad alta pressione o abbassando la temperatura ritorna allo stato liquido. voi gas, a loro volta, sono sostanze che, in condizioni normali, sono già allo stato gassoso e, per liquefarsi, è necessario avere contemporaneamente un aumento di pressione e temperatura.
Per saperne di più:Differenza tra gas e vapore
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Esempio
Un esempio di una sostanza gassosa si trova comunemente all'interno di palloncini da festa, il gas elio, il quale è un gásei nobile e monoatomico (molecola di un atomo), trovandosi allo stato gassoso per normali condizioni di temperatura e pressione. IL densità dell'elio è più piccolo di quello dell'aria atmosferica, il che fa galleggiare i palloncini.
Fattori che determinano gli stati fisici
Ciò che determina lo stato fisico della materia è il l'organizzazione delle sue molecole, la distanza tra di esse e l'energia cinetica (energia di movimento). Ogni elemento ha un punto di fusione e di ebollizione che definiscono il punto critico, cioè dove temperatura e pressione l'elemento mantiene o cambia il suo stato fisico. Questo punto critico varia a seconda della natura del materiale. Inoltre, per ogni elemento, abbiamo diverse forze intermolecolari, che influenzano anche lo stato fisico.
Cambiamenti di stato fisico
Eventuali cambiamenti di stato fisico si verificano con variazioni di temperatura e pressione. Guarda cosa sono:
- Fusione: passaggio dallo stato solido allo stato liquido per riscaldamento.
- Vaporizzazione: passaggio dallo stato liquido a quello gassoso. Questo processo può avvenire in tre modi diversi:
Bollente: Il passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso avviene riscaldando il sistema in modo uniforme, come nel caso di un bollitore dove parte dell'acqua evapora durante il riscaldamento.
Riscaldamento: Il passaggio dallo stato liquido a quello gassoso avviene improvvisamente, in quanto il materiale subisce un rapido e significativo sbalzo di temperatura. Un esempio è quando una goccia d'acqua cade su una piastra calda.
Evaporazione: Il cambiamento avviene gradualmente, in quanto evapora solo la superficie di contatto del liquido con il resto dell'impianto. Esempio: stendere i panni sullo stendibiancheria.
- Condensazione o liquefazione: passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido mediante raffreddamento.
- solidificazione: si verifica quando la temperatura si abbassa ulteriormente, determinando il congelamento, cioè il passaggio da uno stato liquido a uno solido.
- sublimazione: è il passaggio dallo stato solido allo stato gassoso senza passare per lo stato liquido. Questo processo avviene quando la sostanza ha un alto punto di fusione e un'elevata pressione di vapore. Esempio: ghiaccio secco e naftalina.
Nota: Lo stesso termine o risublimazione viene utilizzato per il processo inverso (passaggio dallo stato gassoso allo stato solido).
altri stati fisici
Nel 1932, Irving Langmuir, nel premio Nobel di Chimica, aggiunse il termine plasma ad una condizione della materia che era stata studiata fin dal 1879. È uno stato fisico in cui le particelle sono altamente energizzate, hanno una distanza tra loro e poca o nessuna connessione tra le molecole. Queste proprietà sono abbastanza simili a quelle dello stato gassoso, tranne per il fatto che l'energia cinetica di un plasma è molto maggiore di quella di un gas.
Questo tipo di condizione della materia non comune in natura terrestre, tuttavia è abbondante nell'Universo, poiché le stelle sono fondamentalmente sfere di plasma ad alte temperature. Artificialmente è già in grado di manipolare e aggiungere valore al plasma, che è anche commercialmente utilizzato in televisori al plasma, lampade fluorescenti, conduttori a LED, tra gli altri.
Nel 1995, il çOnda Bose-Einsteinsteinè stato stabilito come uno stato fisico della materia. Eric Cornell e Carl Weiman, usando magneti e laser, hanno raffreddato un campione di rubidio, un metallo alcalino, fino a quando l'energia tra le particelle era vicina allo zero. Sperimentalmente si è notato che le particelle unite, cessando di essere più atomi e cominciando a comportarsi in unità, come un "superatomo".
Il condensato di Bose-Einstein ha caratteristiche di un superfluido (fluido senza viscosità e alta conduttività elettrica) ed è stato utilizzato negli studi quantistici per studiare i buchi neri e il paradosso onda-particella.
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Esercizi risolti
domanda 1- (Fasopra)Orologio:
I – Un sassolino di naftalina lasciato nell'armadio.
II – Un recipiente d'acqua rimasto nel congelatore.
III- Una ciotola d'acqua rimasta nel fuoco.
IV – La fusione di un pezzo di piombo quando riscaldato.
Questi fatti sono correttamente collegati ai seguenti fenomeni:
LÀ. sublimazione; II. solidificazione; III. Evaporazione; IV. Fusione.
B) io. sublimazione; II. sublimazione; III. Evaporazione; IV. Solidificazione.
C) io. Fusione; II. sublimazione; III. Evaporazione; IV. Solidificazione.
D) io. Evaporazione; II. solidificazione; III. Fusione; IV. sublimazione.
HEY. Evaporazione; II. sublimazione; III. Fusione; IV. Solidificazione.
Risoluzione
Alternativa A.
I – Sublimazione: la naftalina è un composto non polare con un punto di ebollizione molto alto. Questo composto passa dallo stato solido allo stato gassoso senza passare per lo stato liquido.
II – Solidificazione: L'acqua sottoposta a congelamento a bassa temperatura di congelamento, che chimicamente chiamiamo solidificazione, ovvero il passaggio dallo stato liquido allo stato solido.
III – Evaporazione: L'acqua lasciata in un recipiente sul fuoco subisce un aumento di temperatura. Il punto di ebollizione dell'acqua è di 100°C, quindi quando l'impianto raggiunge questa temperatura, comincerà ad evaporare, passando dallo stato liquido a quello solido.
IV – Fusione: il piombo ha un punto di fusione di 327,5°C, che è una temperatura relativamente alta; tuttavia, la fusione del piombo è un processo comune nelle industrie, che altro non è che il passaggio dallo stato solido a quello liquido.
Domanda 2 - (Mackenzie-SP)
Analizzando i dati in tabella, misurati a 1 atm, possiamo dire che, ad una temperatura di 40 °C e 1 atm:
A) etere ed etanolo sono in fase gassosa.
B) l'etere è in fase gassosa e l'etanolo è in fase liquida.
C) entrambi sono in fase liquida.
D) l'etere è nella fase liquida e l'etanolo è nella fase gassosa.
E) entrambi sono in fase solida.
Risoluzione
Alternativa B. Se il punto di ebollizione è il punto in cui la sostanza si trasforma in uno stato gassoso, l'etanolo a 40°C sarà ancora allo stato liquido. L'etere ha un punto di ebollizione inferiore, che è di 34°C, quindi a 40°C sarà allo stato gassoso.
Domanda3 – (Unicampo)Gli iceberg galleggiano nell'acqua di mare, proprio come il ghiaccio in un bicchiere di acqua potabile. Immaginate la situazione iniziale di un bicchiere d'acqua e ghiaccio, in equilibrio termico ad una temperatura di 0°C. Con il tempo il ghiaccio si scioglie. Finché c'è ghiaccio, la temperatura del sistema
A) rimane costante ma il volume del sistema aumenta.
B) rimane costante ma il volume del sistema diminuisce.
C) diminuisce e il volume del sistema aumenta.
D) diminuisce, così come il volume del sistema.
Risoluzione
Alternativa B. La temperatura rimane costante fino a quando l'iceberg non si scioglie completamente, poiché c'è uno scambio di calore alla ricerca dell'equilibrio termico tra le due fasi della materia. L'acqua è uno dei pochi elementi che ammettono densità diverse per diversi stati fisici dello stesso composto.
Visivamente possiamo vedere che la densità del ghiaccio è inferiore. Nel caso dell'iceberg e in un bicchiere d'acqua e ghiaccio, il ghiaccio rimane in superficie. Questo accade perché, quando l'acqua è congelata, nel processo di formazione del ghiaccio, acquista volume, ma la massa rimane la stessa di quando era acqua allo stato liquido. Pertanto, quando l'iceberg si scioglie, il volume del sistema diminuisce.
Di Laysa Bernardes Marques de Araújo
Insegnante di chimica
