CAMBIAMENTI DI STATO

Gli atomi e le molecole IN NATURA ESISTONO 92 PARTICELLE ELEMENTARI, DETTE ATOMI , CHE COSTITUISCONO L’UNITÀ STRUTTURALE PIÙ PICCOLA DELLA MATERIA. GLI ATOMI SONO COSTITUITI DA UN NUCLEO, NEL QUALE SI TROVANO I PROTONI (PARTICELLE CARICHE POSITIVAMENTE) E I NEUTRONI ( CHE SONO NEUTRI, CIOÈ SENZA CARICA), ATTORNO AL QUALE IN VARIE POSIZIONI ORBITANO GLI ELETTRONI (PARTICELLE MOLTO PIÙ PICCOLE DELLE PRECEDENTI E CARICHE NEGATIVAMENTE). DATO CHE IL NUMERO DELLE CARICHE NEGATIVE È UGUALE A QUELLO DELLE CARICHE POSITIVE, GLI ATOMI RISULTANO ELETTRICAMENTE NEUTRI.

Gli atomi e le molecole LA MATERIA SI FORMA CON LA STESSA LOGICA CHE PRESIEDE AL GIOCO DELLE COSTRUZIONI DOVE, A PARTIRE DA ALCUNE TIPOLOGIE LIMITATE DI MATTONCINI E CON UN PO’ DI FANTASIA, È POSSIBILE CREARE MOLTISSIMI OGGETTI. ALLO STESSO MODO COMBINANDOSI FRA LORO, GLI ATOMI DANNO LUOGO ALLE MOLECOLE DI TUTTE LE SOSTANZE PRESENTI IN NATURA. IL LAVORO NECESSARIO PER SEPARARE DUE MOLECOLE PUÒ ESSERE MAGGIORE O MINORE A SECONDA DELL’ENERGIA, DETTA ENERGIA DI LEGAME, CHE LE TIENE INSIEME. L’ENERGIA DI LEGAME ESPRIME IL LAVORO CHE UNA FORZA DEVE COMPIERE PER SOTTRARRE UNA MOLECOLA ALL’ATTRAZIONE DELLA MOLECOLA VICINA.

STORIA DELL’ATOMO

L'ATOMO NELLA FILOSOFIA GRECA V SECOLO A.C. I FILOSOFI GRECI LEUCIPPO, DEMOCRITO ED EPICURO RIBADISCONO CHE IL NASCERE NON É CHE UN "AGGREGARSI DI COSE CHE SONO", E IL MORIRE UN "DISGREGARSI”. ATTRIBUENDO ALLE PARTICELLE ULTIME DELLA MATERIA TERMINE ATOMO (DAL GRECO ÀTOMOS:NON-DIVISIBILE) NON PERCETTIBILE CON I SENSI, MA SOLO CON L'INTELLIGENZA. L'ATOMO VIENE PENSATO COME "PIENO“, SI SUPPONE NECESSARIAMENTE IL VUOTO, SENZA VUOTO GLI ATOMI NON POTREBBERO DIFFERENZIARSI E NEMMENO MUOVERSI. LE TRASFORMAZIONI DELLE SOSTANZE VENGONO SPIEGATE IPOTIZZANDO CHE GLI ATOMI SONO IN CONTINUO MOVIMENTO.

L'ATOMO NEL MEDIOEVO E RINASCIMENTO DOMINATA DALLE IDEE DI ARISTOTELE, LA MATERIA E’ COMPOSTA IN PROPORZIONI VARIABILI DA QUATTRO ELEMENTI FONDAMENTALI E DI QUATTRO QUALITA’. ELEMENTI QUALITA’ TERRA SECCA-FREDDA ARIA UMIDA-CALDA ACQUA FREDDA–UMIDA FUOCO CALDO-SECCO SEGUE UN LUNGO PERIODO, CHE SI ESTENDE FINO AL XVI SECOLO, E DURANTE IL QUALE, IN APPLICAZIONE DELLA TEORIA DI ARISTOTELE PIÚ O MENO RIMANEGGIATA, CONTINUA LA VANA RICERCA DELLA "PIETRA FILOSOFALE" ; É IL PERIODO DELL'ALCHIMIA.

L’ATOMO DAL 1600 AL 1850 SI PRESUME ESISTENZA DI PIU’ ELEMENTI IL CHIMICO ANTOINE LAVOISIER INDIVIDUA UN NUMERO ABBASTANZA NUTRITO DI ELEMENTI. JOHN DALTON, INSEGNANTE ELEMENTARE, NEL TEMPO LIBERO SI DEDICAVA ALLE SCIENZE NATURALI RITENEVA CHE GLI ATOMI FOSSERO DOTATI DI GANCI CHE LI TENEVANO UNITI, ATTRIBUIVA A CIASCUN ATOMO OLTRE CHE UNA RAPPRESENTAZIONE SIMBOLICA ANCHE UN PESO. NEL 1850 PUBBLICO’ UNA TABELLA CHE IN SEGUITO VENNE ESTESA E MIGLIORATA.

L'ATOMO DAL 1850 AL 1900 NEL 1897 IL FRANCESE JOHN JOSEPH THOMSON ERA RIUSCITO AD IDENTIFICARE L’ELETTRONE ED ESPOSE IL PRIMO MODELLO ATOMICO: IPOTIZZO’ CHE L’ATOMO AVESSE UNA STRUTTURA OMOGENEA, CON LA MASSA E LA CARICA POSITIVA DISTRIBUITE UNIFORMEMENTE IN TUTTO L’ATOMO ED INSERITI ALL’INTERNO GLI ELETTRONI.

L'ATOMO DAL 1900 AI GIORNI NOSTRI NEL 1911 IL NEOZELANDESE E. RUTHERFORD PROPONE UN MODELLO ATOMICO PLANETARIO: MASSA E CARICA POSITIVA SONO CONCENTRATE IN UNA PARTE MOLTO PICCOLA DELL'ATOMO, MENTRE GLI ELETTRONI SONO DISTRIBUITI TUTT'INTORNO E OCCUPANO TUTTO IL RESTO DELL'ATOMO. p n

NEL 1913 IL DANESE N. BOHR ESPONE UN NUOVO MODELLO ATOMICO, SECONDO IL QUALE GLI ELETTRONI POSSONO MUOVERSI, SENZA IRRAGIARE, SU ORBITE CIRCOLARI STAZIONARIE. IL SUO MODELLO É SUCCESSIVAMENTE PERFEZIONATO DAL TEDESCO A. SOMMERFELD, CHE IPOTIZZÓ LA FORMA ELITTICA DELLE ORBITE PERMESSE.

DURANTE GLI ANNI ‘20 GRAZIE AL CONTRIBUTO DI L.V. DE BROGLIE, N.BOHR, W. PAULI, W. HEISEMBERG, E. SCHROEDINGER LA STRUTTURA DELL'ATOMO VIENE INTERPRETATA SECONDO IL MODELLO, TUTT'OGGI ACCETTATO COSTITUITA DA: PROTONI (DOTATI DI CARICA POSITIVA), NEUTRONI (ELETTRICAMENTE NEUTRI) ED ELETTRONI (DOTATI DI CARICA NEGATIVA). N.BOHR L.V. DE BROGLIE W. PAULI W. HEISEMBERG E. SCHROEDINGER

Gli aspetti macroscopico, microscopico e particellare della materia LA MATERIA È TUTTO CIÒ CHE POSSIEDE UNA MASSA E OCCUPA UN VOLUME, CIOÈ UNA PORZIONE DI SPAZIO UN CAMPIONE MACROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO A OCCHIO NUDO UNA O PIÙ PARTICELLE DI MATERIA NON SI POSSONO VEDERE NEMMENO CON I PIÙ POTENTI MICROSCOPI UN CAMPIONE MICROSCOPICO DI MATERIA PUÒ ESSERE VISTO CON IL MICROSCOPIO OTTICO

Gli stati della materia A LIVELLO MACROSCOPICO LE SOSTANZE POSSONO ASSUMERE TRE STATI : SOLIDO, LIQUIDO E AERIFORME. 1. LO STATO SOLIDO HA UNA FORMA È UN VOLUME PROPRIO (UN LINGOTTO D’ORO NON MODIFICA LE SUE CARATTERISTICHE GEOMETRICHE). 2. LO STATO LIQUIDO HA UN VOLUME PROPRIO MA NON FORMA PROPRIA (L’OLIO ASSUME LA FORMA DEL RECIPIENTE CHE LO CONTIENE, PUR OCCUPANDO SEMPRE UN UGUALE VOLUME). 3. LO STATO AERIFORME NON HA NÉ FORMA NÉ VOLUME PROPRI (TENDE A ESPANDERSI, OCCUPANDO TUTTO LO SPAZIO DEL CONTENITORE, QUALUNQUE FORMA E VOLUME ESSO ABBIA).

Gli stati della materia: solido, liquido e gassoso Stato solido Stato liquido Stato gassoso ogni particella si muove indipendentemente dalle altre le particelle si muovono, ma interagiscono tra di loro Movimento vibrano attorno a delle delle posizioni fisse particelle: variabile: la stessa del contenitore costante Volume: costante Forma: costante, rigida e fissa

Gli stati della materia Il reticolo cristallino è la struttura, che cambia a seconda del tipo di solido, determinata dal modo con il quale gli atomi o le molecole prendono posizione gli uni accanto agli altri.

CAMBIAMENTI DI STATO IL PASSAGGIO DA UNO STATO DELLA MATERIA ALL’ALTRO PRENDE IL NOME DI CAMBIAMENTO DI STATO. QUALUNQUE SOSTANZA PUÒ PASSARE DA UNO STATO DI AGGREGAZIONE A UN ALTRO. LA CONDIZIONE PERCHÉ CIÒ AVVENGA È FORNIRLE O SOTTRARLE ENERGIA.

Cambiamenti di stato BRINAMENTO CONDENSAZIONE SOLIDIFICAZIONE aeriforme liquido EVAPORAZIONE solido FUSIONE SUBLIMAZIONE

CONDENSAZIONE BRINAMENTO SUBLIMAZIONE VAPORIZZAZIONE FUSIONE AERIFORME BRINAMENTO CONDENSAZIONE SUBLIMAZIONE VAPORIZZAZIONE SOLIDO FUSIONE LIQUIDO SOLIDIFICAZIONE

CICLO DELL’ACQUA O CICLO IDROLOGICO SI RIFERISCE AI CONTINUI SCAMBI DI MASSA IDRICA TRA L‘ATMOSFERA, LA TERRA, LE ACQUE SUPERFICIALI, LE ACQUE SOTTERRANEE E GLI ORGANISMI. OLTRE ALL'ACCUMULO IN VARIE ZONE (COME GLI OCEANI CHE SONO LE PIÙ GRANDI ZONE DI ACCUMULO IDRICO), I MOLTEPLICI CICLI CHE COMPIE L'ACQUA TERRESTRE INCLUDONO CINQUE PRINCIPALI PROCESSI FISICI: CONDENSAZIONE EVAPORAZIONE, PRECIPITAZIONE, INFILTRAZIONE, E FLUSSO SOTTERRANEO.

PRECIPITAZIONE L'ACQUA CHE CADE SULLA SUPERFICIE TERRESTRE DALL'ATMOSFERA. COMPRENDE PIOGGIA, NEVE,  NEVISCHIO E NEBBIA. ACQUE DI SUPERFICIE: FIUMI, RUSCELLI, BACINI E LAGHI, IN CUI L'ACQUA SCORRE DALLE ZONE PIÙ ALTE A QUELLE PIÙ BASSE. FLUSSI SOTTERRANEI SONO ACQUE CHE GIACCIONO SOTTOTERRA, SPESSO L'ACQUA SI INFILTRA NELLA TERRA E VIENE FERMATA SOLO DA MATERIALE IMPERMEABILE, COME L'ARGILLA. L’ACQUA SCORRE ATTRAVERSO IL SUOLO PER RAGGIUNGERE LE ACQUE DI SUPERFICIE. L'ACQUA SCORRE SEMPRE VERSO IL BASSO, PER EFFETTO DELLA GRAVITÀ. INTERCETTAZIONE PROCESSO PER CUI LE PRECIPITAZIONI NON RAGGIUNGONO IL SUOLO; DURANTE LA SUA DISCESA IN ATMOSFERA, L'ACQUA INCONTRA VARI OSTACOLI CHE LE IMPEDISCONO DI PROSEGUIRE IL SUO CICLO NEL SUOLO. DI SOLITO SI TRATTA DI PIANTE ED ALBERI, MA NELLE ZONE URBANE ANCHE EDIFICI

CONDENSAZIONE PROCESSO PER CUI IL VAPOR D'ACQUA, ACQUA TRASFORMATA ALLO STATO GASSOSO DAL CALORE DEL SOLE, RISALENDO NELL'ATMOSFERA, SI RAFFREDDA E SI RITRASFORMA IN LIQUIDO. EVAPORAZIONE IL CALORE EMESSO DAL SOLE RISCALDA L'ACQUA IN SUPERFICIE E LA TRASFORMA IN VAPORE D'ACQUA, CHE SI MESCOLA CON L'ARIA E SALE NELL'ATMOSFERA, RAFFREDDANDOSI VIA VIA E DANDO ORIGINE A MILIONI DI GOCCIOLINE D'ACQUA. QUESTE SI RAGGRUPPANO FORMANDO LE NUVOLE. QUANDO LE GOCCIOLINE FLUTTUANTI ALL'INTERNO DELLE NUVOLE SI SCONTRANO TRA LORO, SI UNISCONO A FORMARE GOCCE PIÙ GROSSE. QUANDO INFINE QUESTE DIVENTANO TROPPO PESANTI PER RIMANERE SOSPESE IN ARIA, CADONO AL SUOLO COME PRECIPITAZIONI. LA LORO TEMPERATURA DETERMINA SE CADRANNO AL SUOLO COME PIOGGIA O NEVE.

FUSIONE E SOLIDIFICAZIONE SE FORNIAMO CALORE CON REGOLARITÀ A UN SOLIDO, OSSERVIAMO CHE INIZIALMENTE LA SUA TEMPERATURA AUMENTA. POI, PERÒ, COMINCIA UNA FASE DURANTE LA QUALE LA TEMPERATURA SI MANTIENE INVARIATA E, CONTEMPORANEAMENTE, SI VERIFICA IL PROCESSO DI FUSIONE. LA FUSIONE È IL PASSAGGIO DI UNA SOSTANZA DALLO STATO SOLIDO A QUELLO LIQUIDO CHE AVVIENE A TEMPERATURA COSTANTE. LA TEMPERATURA COSTANTE ALLA QUALE SI VERIFICA LA FUSIONE VIENE INDICATA COME TEMPERATURA DI FUSIONE.

FUSIONE E SOLIDIFICAZIONE STATO LIQUIDO STATO SOLIDO PUNTO DI VISTA MICRO-SCOPICO A CAUSA DEL CALORE FORNITO AUMENTA L’ENERGIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLE A CAUSA DEL CALORE FORNITO SI INDEBOLISCONO I LEGAMI MOLECOLARI PUNTO DI VISTA MACROSCOPICO LA TEMPERATURA AUMENTA LA TEMPERATURA RESTA COSTANTE CHE COSA ACCADE

LA CURVA DI FUSIONE DELL’ACQUA (CURVA DI RISCALDAMENTO DI UN SOLIDO) ghiaccio ghiaccio + acqua acqua Temperatura (°C) ACQUA Tf (0°C a P=1 atm) GHIACCIO + ACQUA GHIACCIO SOSTA TERMICA tempo di riscaldamento (min)

FUSIONE LA QUANTITÀ DI CALORE NECESSARIA PER TRASFORMARE L’UNITÀ DI MASSA DI UNA SOSTANZA DALLO STATO SOLIDO A QUELLO LIQUIDO, UNA VOLTA CHE SI TROVA ALLA TEMPERATURA DI FUSIONE (COST.), SI CHIAMA CALORE LATENTE DI FUSIONE ( Cf). DEFINIAMO IL CALORE LATENTE DI FUSIONE COME IL RAPPORTO FRA CALORE ASSORBITO Q DALLA SOSTANZA E LA SUA MASSA m: A PARTIRE DALLA FORMULA SI DETERMINA L’UNITÀ DI MISURA:

PERCHE’ LA TEMPERATURA NON AUMENTA DURANTE LA FUSIONE ? DURANTE LA FUSIONE, IL CALORE NON VIENE IMPIEGATO PER FAR AUMENTARE L’ENERGIA CINETICA DELLE MOLECOLE MA PER SPEZZARE I LEGAMI MOLECOLARI. SOLO QUANDO LA SOSTANZA HA SUBITO COMPLETAMENTE IL PASSAGGIO DI STATO, IL CALORE VIENE IMPIEGATO PER AUMENTARE L’ENERGIA CINETICA DELLE MOLECOLE E LA TEMPERATURA RICOMINCIA A SALIRE

ANDAMENTO DELLA TEMPERATURA IN FUNZIONE DEL TEMPO DURANTE LA SOLIDIFICAZIONE PUNTO DI VISTA MICRO- SCOPICO A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DI CALORE L’ENERGIA CINETICA MEDIA DELLE MOLECOLE DIMINUISCE A CAUSA DELLA DIMINUZIONE DI CALORE SI INDEBOLISCONO I LEGAMI MOLECOLARI PUNTO DI VISTA MACROSCOPICO LA TEMPERATURA DIMINUISCE LA TEMPERATURA RIMANE COSTANTE Che cosa accade

CURVA DI RAFFREDDAMENTO DELL’ACQUA tempo di raffreddamento (min) IL GRAFICO DELLA SOLIDIFICAZIONE HA UN ANDAMENTO INVERSO RISPETTO ALLA FUSIONE SOSTA TERMICA Temperatura (°C) liquido liquido + solido T=0°C solido tempo di raffreddamento (min)

GRAFICO TEMPERATURA -TEMPO PER UNA SOSTANZA AMORFA: SOSTANZE CHE PUR AVENDO LA CONSISTENZA DEI SOLIDI, NON HANNO STRUTTURA CRISTALLINA. ESEMPIO VETRO, PLASTICA E CERA. liquida fonde solida PRIMA DELL’ISTANTE T1 LA SOSTANZA È SOLIDA, TRA T1 E T2 LA SOSTANZA RAMMOLLISCE E FONDE; DOPO T2 LA SOSTANZA È LIQUIDA. OSSERVAZIONE LA TEMPERATURA AUMENTA DURANTE TUTTO IL PROCESSO