Stato solido |
Esistono sostanze in cui gli atomi sono costretti a rimanere vincolati in
posizioni molto rigide: siamo di fronte ad un solido come il sale da cucina (NaCl),
in cui gli ioni positivi del
sodio sono legati fortemente a quelli negativi del cloro. Le loro rispettive
posizioni danno origine a cristalli di forma cubica.
Un solido possiede una forma ed un volume proprio.
Stato liquido |
Quando le sostanze sono legate in modo da avere più libertà di movimento, ma comunque limitata al recipiente in cui queste sono contenute, allora siamo di fronte ad un liquido, come l’acqua, l’alcool o il mercurio. In queste tre sostanze gli atomi o le particelle di cui sono composte sono libere di scivolare l’una rispetto all’altra.
Un liquido possiede un volume proprio ma prende la forma del recipiente in cui è contenuto.
Stato aeriforme |
Ci sono sostanze in cui invece ogni particella è libera di muoversi rispetto
alle altre e non ha legami con le altre: i gas, che tendono ad espandersi fino
ad occupare tutto il volume a loro disposizione.
Un gas non ha né forma né volume propri.
fig. 1: lago artificiale in alta Val Formazza (Piemonte)
Nella foto qui a fianco possiamo notare l’acqua nei suoi tre stati
fisici: solida nelle nevi che coprono le montagne, liquida nel lago e
gassosa nelle nuvole che coprono il cielo.
Sono i tre aspetti del ciclo dell’acqua che tutti conosciamo.
Ma
cos'è che fa cambiare lo stato fisico con cui una sostanza si presenta ai
nostri occhi?
Sappiamo che è la temperatura che determina i
passaggi da uno stato all’altro. Vediamo in che modo.
Da un punto di vista microscopico, la temperatura
esprime l’agitazione con cui le particelle, atomi o molecole, si muovono. A
basse temperature corrispondono agitazioni più ridotte rispetto a temperature
più elevate. Prendiamo come esempio l’acqua sotto forma solida, il ghiaccio:
all’interno di questo solido ogni molecola d’acqua è legata a quelle vicine
tramite legami ad idrogeno, un tipo di legame debole che costringe le molecole a
sistemarsi geometricamente nello spazio. La temperatura di un blocco di ghiaccio
è al di sotto dello zero centigrado. Quando la temperatura sale ogni molecola
d’acqua aumenta la sua agitazione e, ad un certo punto, i legami a idrogeno si
rompono e si riformano in continuazione, trattenendo le molecole vicine tra
loro. A questo punto ogni molecola è libera di scivolare attorno alle altre e
si ha lo stato liquido. Questo avviene attorno agli zero gradi. Aumentando la
temperatura i legami idrogeno non possono più formarsi e ogni molecola è
libera di muoversi nello spazio indipendentemente dalle altre: si ha lo stato
gassoso.