❄ Fisica · Termologia · Materia

Passaggi
di Stato

La materia può trasformarsi continuamente.
Ghiaccio che fonde, acqua che evapora, vapore che condensa:
ogni passaggio di stato rivela il profondo legame tra energia,
moto molecolare e struttura microscopica della materia.

Cosa sono i passaggi di stato?

I passaggi di stato sono trasformazioni fisiche della materia
nelle quali una sostanza cambia stato di aggregazione senza modificare la propria composizione chimica.
Le molecole rimangono le stesse,
ma cambia il modo in cui esse si muovono,
interagiscono e si dispongono nello spazio.

Quando un corpo assorbe energia termica,
l’agitazione molecolare aumenta progressivamente.
Le particelle possono allora allontanarsi,
rompere parzialmente i legami intermolecolari
e passare da una struttura ordinata a una più libera e disordinata.

🧊

Fusione

Passaggio dallo stato solido a quello liquido.
Le particelle acquistano energia e diventano più libere di muoversi.

💧

Solidificazione

Trasformazione inversa della fusione.
Il sistema perde energia e le particelle rallentano.

☁

Evaporazione

Le molecole più energetiche riescono ad abbandonare il liquido trasformandosi in vapore.

🌫

Condensazione

Il gas perde energia e ritorna allo stato liquido.

Il calore latente

Durante un passaggio di stato la temperatura rimane costante,
anche se il sistema continua ad assorbire energia.
Questo fenomeno dimostra che il calore fornito
non viene utilizzato per aumentare l’agitazione termica,
ma per modificare la struttura interna della materia.

$Q = mL$

Q

Energia termica necessaria per il cambiamento di stato.

m

Massa della sostanza.

L

Calore latente caratteristico della sostanza.

La curva di riscaldamento

Quando una sostanza viene riscaldata,
la temperatura aumenta progressivamente.
Tuttavia,
durante il passaggio di stato compare un plateau:
la temperatura rimane costante nonostante continui il trasferimento di energia.

Nel tratto orizzontale,
l’energia assorbita serve esclusivamente
a rompere i legami intermolecolari.
Per questo motivo la temperatura non aumenta.

Simulatore interattivo dei passaggi di stato

Esplora il comportamento della materia durante il riscaldamento:
fusione, ebollizione, calore latente e curva di riscaldamento
in un laboratorio virtuale completamente interattivo.

Avvia il simulatore

Esempio svolto

Quanta energia è necessaria per fondere
$2\ kg$
di ghiaccio alla temperatura di
$0^\circ C$ ?

Per il ghiaccio:

$L_f = 3,34 \times 10^5\ J/kg$

$Q = mL$

$Q = 2 \cdot 3,34 \times 10^5 = 6,68 \times 10^5\ J$

Servono quindi
$668000\ J$
di energia per fondere completamente il ghiaccio.

Dalla materia
alla termodinamica

I passaggi di stato mostrano che l’energia può modificare profondamente la struttura della materia.

Finora abbiamo studiato il calore e i suoi effetti: l’aumento della temperatura, la propagazione dell’energia termica e le trasformazioni della materia.

Il passo successivo consiste nel comprendere come il calore possa essere trasformato in lavoro e come l’energia governi l’evoluzione dei sistemi fisici.

Da qui nasce la termodinamica.

L’energia può cambiare lo stato della materia senza cambiare la temperatura.

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