Presentazione , mediante immagini e grafici( non in scala) di alcune caratteristiche fisiche dell’acqua Tensione di vapore temperatura di congelamento, di ebollizione, punto triplo, punto critico Passaggi di stato, variazione di volume, densità salinità, stati allotropici,

Pressione atmosferica costante: sostanza = H20 pura racchiusa in contenitore raffreddabile da esterno 150°C 50°C 0°C -10°C vapore vapore vapore vapore solido solido liquido liquido Con la diminuzione della temperatura l’acqua si presenta in sequenza con tre stati diversi :vapore, liquido, solido

Il vapore , mediante raffreddamento, inizia la condensazione e passaggio allo stato liquido quando la temperatura risulta 100°C 150°C-100°C 100°C-0°C 0°C 0°C-10°C vapore vapore vapore vapore solido solido liquido liquido Il sistema liquido-vapore , per ulteriore raffreddamento, raggiunge una temperatura di 0°C :ha inizio la solidificazione (congelamento) che prosegue, a temperatura costante (0°C) fino a completa trasformazione del liquido in solido Proseguendo il raffreddamento, persiste il sistema solido-vapore con diminuzione della temperatura

Temperatura °C Condensazione (ebollizione) 100°C Solidificazione(fusione) 0°C Tempo (calore sottratto) Vapore+ liquido vapore Liquido+ solido-(vapore) Solido+ vapore Vapore in raffreddamento >> condensazione a 100°C prosegue fino a inizio congelamento 0°C : temperatura costante durante la solidificazione; riprende a diminuire quando tutto il liquido è solidificato

Pressione atmosferica 760 mm Hg Pressione o tensione del vapore 10°C 50°C 100°C 100°C 110°C Acqua liquida in contenitore chiuso, con possibilità di riscaldamento e misurazione della tensione del vapore che va liberandosi e risulta in equilibrio con lo stato liquido (evaporazione e ricondensazione) per ogni particolare temperatura la tensione del vapore aumenta con l’aumentare della temperatura quando raggiunge un valore pari a quello della pressione esercitata sul liquido( pressione atmosferica) si verifica la ebollizione durante la quale la temperatura rimane costante (100°C) fino a quando tutto il liquido si è trasformato in vapore ulteriore riscaldamento innalza la temperatura del vapore

Punto triplo con temperatura superiore a temperatura di congelamento Pressione atmosfere Punto triplo per H20 temperatura 0.0075 °C pressione 4.58 torr.livello del mare temperatura e pressione alla quale possono coesistere i tre stati di aggregazione:solido-liquido-vapore 1 a liquido Grafico non in scala Punto triplo con temperatura superiore a temperatura di congelamento 4.58 torr solido P=1 a Vuoto P=0 vapore 0°C T°C Tc= 0.9975°C 0.0075°C Tc= 0°C Diminuendo la pressione si alza la temperatura di congelamento

Pressione atmosfere 1 a liquido Grafico non in scala Congelamento a 0°C e 1 atmosfera solido vapore T°C -2°C 0°C aumentando la pressione si abbassa la temperatura di congelamento

Il punto di congelamento si innalza con l’aumentare della pressione Pressione atmosfere Anidride carbonica CO2 liquido solido Punto triplo -56°C ; 5.1 a 67 a 5.11 a 1 a gassoso T °K 217°K -56°C 298°K=25°C A temperatura 25°C la CO2 in bombola, liquida,deve essere a 67 a Con pressione < 5.11 a , il solido sublima in gas senza la fase di fusione

Temperatura critica: temperatura caratteristica per ogni sostanza al di sopra della quale, anche esercitando elevate pressioni, non si può ottenere il passaggio dallo stato di gas allo stato liquido (è necessario anche raffreddarlo) La pressione necessaria per liquefare il gas che si trova alla temperatura critica si definisce Pressione critica Pressione (pascal) Pressione(pascal) Punto critico Punto critico liquido solido liquido solido 374°C 2*10^7 Pa 31°C 7*10^6 Pa gas gas Punto triplo Punto triplo °C °C H20 CO2

Immagini solo indicative di tendenza, non in scala volume Massa dell’acqua costante, volume variabile con la temperatura volume minimo a 4°C 8°C 6°C 2°C 0°C 4°C temperatura Densità = massa / volume massima densità quando volume è minimo , a 4°C in diminuzione sopra e sotto i 4°C Immagini solo indicative di tendenza, non in scala

Temperatura di congelamento (o fusione) con pressione atmosferica 0°C La pressione elevata esercitata dal ghiaccio alla base presso il fondo roccioso inclinato provoca una fusione a contatto del suolo che permette lo scivolamento gravitativo verso il basso H20 liquida H20 solida Temperatura di congelamento (o fusione) con pressione atmosferica 0°C Temperatura di congelamento (o fusione) con pressione maggiore di atmosferica -1°C…-2°C…-3°C

Parte del ghiaccio fonde sotto il filo La temperatura di congelamento si abbassa ( o di fusione si alza) per effetto della pressione esercitata sul ghiaccio dal filo metallico al quale sono appese della masse che forniscono una elevata pressione localizzata nella ridotta superficie di contatto filo-ghiaccio Parte del ghiaccio fonde sotto il filo Il filo occupa lo spazio lasciato libero da acqua che lo ricopre e rigela aria vuoto 0°C + 0.0075°C pressione abbassa il punto di congelamento

D= 5 Kg/1 dm.c Densità =massa / volume Massa = 5 Kg Volume= 1 dm.c compatta Principio di Archimede: un corpo immerso in un liquido riceve una spinta verticale verso l’alto pari al peso del volume di liquido spostato D= 5 Kg/5 dm.c Massa = 5 Kg Volume= 5 dm.c cava H20 : massa 1 Kg volume 1 dm.c D= 1 Kg/1 dm.c La sferetta immersa sposta 1 dm.c di acqua, ricevendo una spinta inferiore a quella necessaria per non sprofondare La sfera più grande, a parità di massa, se immersa, sposta 5 dm.c di acqua e riceve una spinta pari a quella necessaria per non sprofondare

Immersione parziale se sfera cava con volume ancora più grande La sferetta immersa sposta 1 dm.c di acqua, ricevendo una spinta inferiore a quella necessaria per non sprofondare La sfera più grande, a parità di massa, se immersa, sposta 5 dm.c di acqua e riceve una spinta pari a quella necessaria per non sprofondare:immersione totale Immersione parziale se sfera cava con volume ancora più grande

Densità = massa / volume (Kg / dmq) Due volumi uguali di acqua (liquida e solida) hanno massa diversa liquido > solido Densità liquido > densità solido Solido (ghiaccio) posto in acqua liquida, rimane emerso parzialmente essendo meno denso : per il principio di Archimede risulterà immersa la porzione di ghiaccio con un volume che sposti un volume equivalente di acqua con massa pari a quella totale del solido. Masse uguali di acqua e ghiaccio presentano volume diverso : liquido < solido

Un corpo con densità < di quella dell’acqua (es Un corpo con densità < di quella dell’acqua (es.ghiaccio) ha una parte immersa in % diversa in funzione della densità, salinità, dell’acqua nella quale si immerge essendo minore il volume di acqua da spostare per ottenere la spinta costante necessaria secondo il principio di Archimede bassa salinità Salinità crescente Masse uguali in volumi diversi per diversa salinità, densità

La ebollizione dell’acqua pura avviene a 100°C se la pressione esercitata sul liquido e 1 atmosfera La ebollizione dell’acqua pura avviene a temperatura < 100 °C se la pressione esercitata sul liquido è inferiore a 1 atmosfera La ebollizione dell’acqua pura avviene a temperatura > 100 °C se la pressione esercitata sul liquido è superiore a 1 atmosfera

L’acqua pura , in particolari condizioni, (mancanza di polveri, nuclei di condensazione..) può mantenersi liquida a temperature inferiori a quella di congelamento (0°C) (acqua sovraffusa o sovraraffreddata (metastabile) Goccioline micrometriche in nubi a 10000-13000 metri con temperatura fino a -40°C; acqua a -2°C in fluidi organici di animali (pesci) antartici con molecole crioprotettrici L’acqua solida (ghiaccio) , in particolari condizioni,pressioni 20.000, 25.000 atmosfere può mantenersi solida (con strutture cristalline variabili, forme allotropiche) anche a temperature superiore a quella di congelamento normale 0°C (ghiaccio II-III-V-VI-VII(100°C , 25.000 at. Ghiaccio bollente) -VIII e altri) Presentano densità anche doppia del ghiaccio I (normale) e realizzano transizioni di fase nello stesso stato solido, modificando la struttura cristallina

Sublimazione: passaggio diretto dallo stato solido a quello di vapore mediante riscaldamento H20 solida (ghiaccio) >>> sublimazione >>> vapore acqueo iodio solido >>> sublimazione >>> vapore Vapore acqueo >>>> sublimazione inversa, brinamento >>ghiaccio vapore di iodio >>> sublimazione inversa >>> cristallizzazione La maggior parte dei liquidi solidificando riduce il volume (aumenta la densità) L’acqua e alcuni metalli e leghe (bismuto, antimonio, gallio …aumentano il volume (si riduce la densità) con la solidificazione(congelamento) Pb 82% , Sb 15% , Sn 3 % lega per caratteri di stampa aumenta volume raffreddandosi

Forme allotropiche : lo stesso elemento può presentarsi, nello stesso stato fisico, con diversa strutturazione dei legami che uniscono i componenti forme in funzione di temperatura, pressione, concentrazione C grafite, diamante, grafene, fullerene (solido) S monoclino, rombico (solido) O Ossigeno, ozono (gassoso) H2O ghiaccio I, II, III, V, VI. VII….X,XI XII..(solido) C S O H20

In solidificazione congelamento vapore liquido Solido(ghiaccio) Le molecole dell’acqua H20 sono interconnesse da legami in modo variabile in funzione della temperatura e pressione presenti In solidificazione congelamento vapore liquido Solido(ghiaccio) Volume in aumento nel congelamento densità in siminuzione neve ghiaccio H20

La neve si forma in genere a temperature molto inferiori a quella del congelamento dell’acqua, quando il vapore presente(nelle nubi) congela attorno a germi di congelamento(polveri, spore) La neve , forma nella quale si cristallizza il ghiaccio I normale presenta tipi di cristallizzazione spazialmente molto diversi, in funzione delle condizioni del tempo (temperatura, umidità..) Osservazioni in laboratorio e in parte in ambiente naturale mostrano una particolare dipendenza della morfologia cristallina risultante specialmente in funzione della temperaturaTra 0°C e -3°C : planari a simmetria esagonale tra -3°C e -5°C aghiformi a temperature più basse (-22°C, -25°C ) planari se bassa umidità dendritiche se aria più umida a temperature ancora più basse: prismatiche