Gli stati condensati I liquidi e i solidi

I liquidi Hanno densità maggiore rispetto ai gas: le loro molecole sono costrette a stare vicine a causa delle forze attrattive. Sono assai poco comprimibili. Per questo motivo costituiscono, come i solidi, uno stato condensato della materia. Gli stati condensati della materia si hanno quando le reciproche interazioni sono forti. I liquidi diffondono (dentro un altro liquido) ma meno rapidamente dei gas. L’elevato addensamento riduce la possibilità di movimento. I liquidi sono in grado di fluire, cioè scorrere all’interno di tubature, come i gas, ma non si espandono. Tutti i liquidi, inoltre, possiedono una viscosità, cioè una resistenza allo scorrimento.

Forze di interazione Le forze di interazione tra le molecole di un liquido agisco in diversi modi: Se facciamo riferimento alle molecole all’interno di un liquido, le forze agiscono in tutte le direzioni. Dette forze sono dette di coesione. Non sono altro che le forze di attrazione di natura elettrostatica che si creano tra le particelle di una stessa sostanza tenendole unite e opponendosi alle eventuali forze esterne che invece tendono a separarle. Se le molecole sono a contatto con le pareti del contenitore allora le forze sono dirette verso dette pareti e verso le molecole interne. Le forze tra le molecole e le pareti vengono dette di adesione. Queste si verificano a causa di attrazioni molecolari tra materiali di natura differente messi a contatto. Ad esempio, la capillarità è dovuta alle forze di coesione tra le molecole del liquido, e le forze di adesione tra il liquido e le pareti del capillare. Le due forze intervengono in maniera diversa in base alla natura del liquido: se si tratta di acqua le forze di adesione tra il liquido ed il vetro sono più intense delle forze di coesione. In questo caso il menisco che si forma sarà concavo. Nel caso, invece, del mercurio, le forze di coesione sono più forti di quelle di adesione: il menisco sarà convesso.

Forze di interazione Se le molecole si trovano nello stato superficiale del liquido, allora le forze di interazione intervengono tra le molecole sottostanti e quelle dell’aria sopra il liquido. Ovviamente in maniere diverse. Le forze tra le molecole degli strati superficiali e l’aria prendono il nome di forze di tensione superficiale. Queste sono le forze che agiscono lungo la superficie di separazione tra il liquido e il mezzo con cui è a contatto. Liquidi quali l’acqua e il mercurio mostrano resistenza a spandersi mentre, al contrario, sono propensi a formare gocce, in quanto la goccia ha la superficie minore a parità di volume.

Forze di coesione Lo stato fisico di una sostanza dipende da due fattori molto importanti: la temperatura e le interazioni di tipo attrattivo dette forze di coesione. Queste sono debolissime nei gas, meno deboli nei liquidi, molto intense nei solidi. Possiamo, quindi, asserire che il motivo per il quale noi troviamo la stessa materia nei tre diversi stati di aggregazione, risiede, appunto, dal rapporto tra l’agitazione termica e le forze attrattive. Nei gas, ad esempio, l’agitazione termica è più forte delle debolissime forze di coesione, quindi le particelle sono libere. Nei liquidi le forze attrattive sono più intense e in grado di contrastare in parte l’agitazione termica, quindi le particelle hanno una minore libertà di movimento e non si possono allontanare reciprocamente. Nei solidi sono le forze di coesione a prevalere nettamente, quindi le particelle hanno un movimento molto limitato.

Transizione dallo stato liquido a quello di vapore Il passaggio di stato di un liquido ad aeriforme, può avvenire in due diversi modi: la evaporazione, che coinvolge gli strati superficiali del liquido (cioè quelli a contatto con l’aria); l’ebollizione, tramite un processo tumultuoso, coinvolge tutte le molecole del liquido. La evaporazione si verifica a tutte le temperature. Il processo di evaporazione è sempre accompagnato da un processo di condensazione. In questo caso le molecole che sono evaporate, venendo a contatto con gli strati dell’aria, sicuramente più freddi del liquido, condensano, cioè riprendono lo stato di liquido. Se questo processo avviene in un ambiente aperto, la parte evaporata si disperde nell’ambiente e il liquido, piano piano, si trasformerà tutto in vapore. Quando il processo di evaporazione avviene, invece, in un ambiente chiuso, abbiamo una continua trasformazione di molecole, a livello superficiale, e, quindi, passaggi di stato da liquido ad aeriforme e viceversa. In questo caso, detto di equilibrio dinamico, il numero di molecole che evaporano è uguale al numero di molecole condensate. Il livello di liquido resta costante. La parte di vapore che resta tra il liquido e il contenitore prende il nome di vapore saturo. La velocità di evaporazione di un liquido

Transizione dallo stato liquido a quello di vapore dipende da diversi fattori: Natura del liquido, cioè in base alle forze di coesione intrinseche alla natura del liquido stesso. Temperatura, al crescere della temperatura cresce il numero di molecole che abbandonano lo stato di liquido per passare allo stato di aeriforme. Esempio: asciugare i capelli all’aria o tramite l’asciugacapelli. Superficie evaporante. Esempio stendere un panno bagnato, con l’idea di farlo asciugare stendendolo tutto chiuso su se stesso oppure stendendolo tutto aperto. Ventilazione. Quando il vapore staziona sulla superficie del liquido rallenterà l’evaporazione. Ecco perché stendiamo i panni ad asciugare all’aria aperta. Nel caso dell’ebollizione, il processo riguarda tutte le molecole del liquido, a causa dei movimenti convettivi. Quando il processo di ebollizione avviene all’interno di un ambiente chiuso (es. pentola a pressione), l’ambiente chiuso blocca la pressione di vapore saturo e costringe le molecole che dallo stato liquido passano a quello aeriforme a rimanere all’interno dell’ambiente. Ciò consente di ottenere temperature più alte al momento dell’ebollizione. Anche 120°.

Viscosità E’ la resistenza che un liquido mostra allo scorrimento. Esempio: l’acqua è meno viscosa del miele, quindi è più fluida. La viscosità aumenta con l’aumentare delle forze attrattive tra le molecole e diminuisce all’aumentare della temperatura.

I solidi I solidi hanno una densità elevata Sono incomprimibili Sono rigidi e indeformabili, in quanto le loro particelle non possono spostarsi l’una rispetto all’altra, ma solo vibrare intorno a posizioni fisse. Al loro interno presentano una struttura ordinata detta cristallino (esempio i minerali), ma esistono anche solidi non cristallini, come il vetro, e vengono chiamati amorfi. La struttura interna di un cristallino è composta da: Nodi che rappresentano le precise posizioni delle particelle Periodi e filari che rappresentano le disposizioni tridimensionali nello spazio delle particelle Piano reticolare dato dall’intersezione di filari paralleli tra loro e disposti su uno stesso piano Il reticolo tridimensionale complessivo composto dall’intersezione dei piani reticolari.

I solidi: passaggi di stato Durante i passaggi di stato si verificano delle soste termiche cioè situazioni in cui una certa quantità di sostanza acquista o cede calore senza che si registrino variazione della sua temperatura. Calore latente è la quantità di calore fornita ad una sostanza oppure ceduta da essa durante un passaggio di stato.