I passaggi di stato sono tra gli argomenti di fisica più semplici da capire perché li vediamo accadere quotidianamente sotto i nostri occhi.
Tuttavia, non tutti conoscono i nomi esatti dei passaggi di stato, come e perché avvengono.
Dato che i passaggi di stato sono spesso oggetto di verifica alle superiori e rientrano nel programma di fisica del test di medicina e odontoiatria, veterinaria e professioni sanitarie, abbiamo deciso di approfondire l’argomento.
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Cosa sono i passaggi di stato
Iniziamo questa lezione con la definizione di passaggi di stato:
i passaggi di stato sono trasformazioni fisiche della materia.
Detto in altri termini, i passaggi di stato della materia sono quei fenomenici fisici che permettono a un corpo di passare da uno stato all’altro. Questo passaggio è reversibile. Ad esempio, l’acqua che si solidifica in ghiaccio può tornare allo stato liquido.
I passaggi di stato sono anche detti cambiamenti di fase.
Ma quali sono gli stati della materia? Gli stati della materia più conosciuti sono 3:
- solido
- liquido
- gassoso
Questi tre sono gli stati della materia di cui tutti abbiamo esperienza nella vita reale. Per completezza, dobbiamo precisare che esiste un 4° stato della materia, quello plasmatico. Lo stato plasmatico della materia è detto anche stato ionizzato. La materia si trova allo stato plasmatico quando abbiamo ioni ed elettroni liberi di atomi a cui sono stati sottratti elettroni.
Quindi, quanti sono gli stati della materia? La risposta corretta è 4.
In fisica, affinché un passaggio di stato si verifichi è necessario fornire o sottrarre calore a un corpo. La caratteristica principale dei passaggi di stato è che questi fenomeni accadono a temperatura costante. La temperatura di un corpo rimane costante durante il passaggio di stato perché il calore, ossia l’energia, viene usato per rompere o creare legami non per innalzare o abbassare la temperatura.
L’esempio classico è quello dell’acqua che bolle. Durante il processo, la temperatura è fissa a 100° C fino alla sua completa trasformazione in vapore. Infatti, fornendo calore le molecole oscillano, si distanziano e i legami si rompono.
Leggi anche l’approfondimento sul calore latente e guarda la videolezione con esercizi.
Quali sono i passaggi di stato
I passaggi di stato più conosciuti sono 6. Quali sono i 6 passaggi di stato?
Dati i primi 3 stati della materia, i passaggi avvengono in successione e in modo reversibile:
Solido ↔ Liquido ↔ Gassoso
Quindi, in ordine da sinistra a destra avremo: 1) il passaggio da solido a liquido, 2) da liquido a gassoso e viceversa 3) da gassoso a liquido, 4) da liquido a solido. A questi 4 cambiamenti di fase, bisogna aggiungere il passaggio diretto 5) da solido a gassoso e viceversa 6) da gassoso a solido.
I nomi dei 6 passaggi di stato sono:
- fusione, da solido a liquido
- solidificazione, da liquido a solido
- vaporizzazione, da liquido a gassoso
- condensazione, da gassoso a liquido
- sublimazione, da solido a gassoso
- brinamento, da gassoso a solido
Questi 6 trasformazioni possono essere raggruppate in 3 coppie:
- fusione e solidificazione
- vaporizzazione e condensazione
- sublimazione e brinamento
Ma poiché come detto sopra, gli stati della materia sono 4, a questi 6 passaggi ne vanno aggiunti altri 2. Per cui, per precisione è bene dire che i passaggi di stato sono 8.
Dato lo stato gassoso ↔ stato plasmatico, avremo questi due ulteriori passaggi di stato:
- ionizzazione, da gassoso a plasmatico
- deionizzazione, da plasmatico a gassoso
Vediamo nel dettaglio i primi 6 passaggi di stato.
Fusione
La fusione è il passaggio di stato da solido a liquido. Durante il processo di fusione si verifica un aumento di volume della materia. Il ghiaccio fa eccezione, perché il suo volume si riduce quando fonde.
La fusione è un processo endotermico, ossia è un fenomeno che avviene per acquisizione di calore, oppure per somministrazione di calore e/o diminuzione della pressione.
La temperatura di fusione del ghiaccio è 0° C.
Sono esempi di fusione il passaggio del ghiaccio in acqua e del burro fuso.
Solidificazione
La solidificazione è il passaggio di stato da liquido a solido. Per ottenerlo, la temperatura deve scendere al punto di solidificazione, che alle stesse condizioni coincide con quello di fusione.
La fusione è un processo esotermico, ossia è un fenomeno che avviene per sottrazione di calore.
Sono esempi di solidificazione il passaggio dell’acqua in ghiaccio e quello della cera sciolta.
Vaporizzazione
La vaporizzazione è il passaggio di stato da liquido a gassoso. Per verificarsi la materia deve acquisire calore (processo endotermico) o la pressione deve diminuire.
La vaporizzazione va distinta in:
- evaporazione, quando il passaggio di stato avviene in modo lento e non percettibile, come nel caso del bucato che si asciuga al sole o dell’acqua di una pozzanghera che evapora al sole.
- ebollizione, quando il cambiamento di stato è tumultuoso, ne è esempio l’acqua che bolle.
Un’ulteriore differenza tra evaporazione ed ebollizione sta nella temperatura a cui avvengono. L’evaporazione si verifica a qualsiasi temperatura, l’ebollizione solo a una specifica, nel caso dell’acqua a 100° C.
Condensazione
La condensazione è il passaggio di stato da gassoso a liquido. Per ottenerlo, deve esserci una sottrazione di calore (processo esotermico).
Il classico esempio di condensazione è quello del vapore dell’acqua che bolle e forma delle gocce quando entra in contatto con la superficie più fredda del coperchio della pentola.
Sempre nel campo del passaggio di stato da gassoso a liquido, in fisica distinguiamo la condensazione, relativa al vapore, dalla liquefazione, che si riferisce ai gas e che avviene per compressione e/o sottrazione di calore.
Sublimazione
Che cos’è la sublimazione? La sublimazione è il passaggio di stato da solido a gassoso. Per ottenerlo deve esserci un’acquisizione di calore.
Non tutte le sostanze possono sublimare. Tra queste ci sono la canfora e la naftalina.
Brinamento
Il brinamento è il passaggio di stato da gassoso a solido. Per ottenerlo deve verificarsi una sottrazione di calore.
Il nome stesso di questo passaggio di stato ci fa pensare alla brina, ossia al vapore acqueo che durante la notte, a specifici valori di pressione e temperatura, si trasforma in sottili aghi di ghiaccio.
Per approfondire e capire meglio questi fenomeni fisici, guarda anche la videolezione sui passaggi di stato con un esercizio svolto dalla nostra tutor di fisica.
Video nel testo di Eleonora Parlanti, tutor WAU!
Immagine in evidenza di Myriams-Fotos da Pixabay
