LA MATERIA E I SUOI STATI
Nei giorni scorsi abbiamo cominciato a conoscere questa importante branca delle Scienze, raccontando di che cosa si occupa e ripercorrendo a grandi passi la sua storia.
Oggi passiamo a conoscere un pochino meglio gli argomenti di cui si occupa.
LA MATERIA E I SUOI STATI. Che cos’è la materia
Abbiamo detto che la Chimica studia la materia e i suoi cambiamenti. Ma che cos’è la materia???
Tutto quello che ci circonda è materia!
Una definizione semplice è
“MATERIA è qualsiasi cosa che occupi uno spazio ed abbia una massa”
In generale, per materia si intende tutto ciò che possiede una certa massa e che occupi un certo volume.
Come detto, compito dei chimici è quello di studiare la materia per capire di che cosa è fatta e come si trasforma.
L’esperienza ci insegna che i corpi sono costituiti da particolari tipi di materia, i materiali, che presentano proprietà che li caratterizzano e che li distinguono. Per esempio, una brocca può essere di vetro e un’altra di plastica: l’uso è lo stesso e anche alcune proprietà possono essere le stesse, tuttavia i materiali che le costituiscono sono diversi e ben distinguibili.
La massa di un corpo (dove corpo è una qualunque porzione limitata di materia) rappresenta la quantità di materia.
Volume, massa e peso sono alcune delle qualità o proprietà della materia sulla cui osservazione si basa il suo studio scientifico. Altre proprietà della materia sono per esempio: la densità (data dal rapporto massa/ volume), la durezza, il colore, l’odore, la temperatura, la conducibilità elettrica, lo stato fisico (solido, liquido o aeriforme).
Parleremo meglio in seguito di come caratterizzare la materia, per poterne definire in termini quantitativi il comportamento.
LA MATERIA E I SUOI STATI. Gli stati della materia
Di solito la materia si presenta in TRE STATI FISICI
- GASSOSO → non ha volume e forma propria. Può essere compresso
- LIQUIDO → ha volume proprio ma non forma propria. Incomprimibile
- SOLIDO → ha volume proprio e forma propria. Incomprimibile
Allo stato solido, la materia ha una forma e un volume ben definiti. Esempi di solidi sono il legno, la ceramica, il marmo…
Allo stato liquido, invece, i corpi hanno un volume ben definito ma assumono la forma del corpo che li contiene (acqua, olio, vino,…)
I corpi gassosi, infine, non hanno né forma né volume proprio (aria, ossigeno, vapore,…)
Questi stati sono noti come STATI DI AGGREGAZIONE della materia
Spesso gli stati SOLIDO E LIQUIDO vengono indicati insieme come “STATI CONDENSATI”.
Invece LIQUIDI E GAS vengo indicato come FLUIDI.
IL QUARTO STATO DELLA MATERIA
In realtà ai tre stati precedenti va aggiunto un QUARTO STATO, il PLASMA, definito come
un gas ionizzato costituito da una miscela quasi neutra di elettroni liberi, ioni (atomici o molecolari) e specie neutre interagenti tra di loro.
Un plasma si ottiene fornendo alle molecole di un gas calore sufficiente a dissociare le molecole e a ionizzare atomi e molecole del gas stesso. Ne torneremo a parlare in seguito
LA MATERIA E I SUOI STATI: i cambiamenti della materia
La materia può cambiare in due modi, subendo TRASFORMAZIONI FISICHE OPPURE CHIMICHE
Si verifica una TRASFORMAZIONE FISICA quando un oggetto cambia dimensione o aspetto, ma la disposizione e la composizione dei suoi atomi resta la stessa.
Esempi di trasformazioni fisiche sono lo scioglimento del ghiaccio oppure la rottura di una bottiglia di vetro
Si verifica una TRASFORMAZIONE CHIMICA (REAZIONE) quando cambia sia l’aspetto che la composizione di un oggetto. Le reazioni chimiche portano di solito alla formazione di nuovi composti a partire da quelli di partenza.
Quando bruciamo la legna, per esempio, abbiamo a che fare con una reazione chimica: il legno si trasforma in cenere e altri prodotti, perdendo la sua composizione originaria e modificando il suo aspetto.
Possiamo passare da uno stato di aggregazione ad un altro senza che la composizione chimica della sostanza cambi
Talvolta è difficile stabilire se abbiamo a che fare con una trasformazione chimica o fisica. Possiamo comunque decidere sulla base di quello che succede alla composizione o alla struttura della materia oppure in base alla reversibilità del cambiamento.
Infatti di solito le trasformazioni fisiche sono reversibili, quelle chimiche invece no.
RICORDA : quando parliamo di “COMPOSIZIONE”, ci riferiamo ai tipi di atomi presenti e alle loro proprietà.
Con STRUTTURA, invece, intendiamo la disposizione degli atomi nello spazio e gli uni rispetto agli altri. Di solito le reazioni chimiche comportano cambiamenti nella composizione e/o nella struttura, quelle fisiche no.
LA MATERIA E I SUOI STATI: PASSAGGI DI STATO
Le trasformazioni da uno stato di aggregazione a un altro
Sono detti passaggi di stato le trasformazioni dei materiali da uno stato di aggregazione a un altro. I passaggi di stato sono esempi di trasformazioni fisiche.
In generale, fornendo energia sotto forma di calore a un materiale, otteniamo il passaggio da uno stato di aggregazione in cui le particelle sono associate nel modo più compatto e ordinato (solido) a stati in cui sono associate in modo via via meno compatto e ordinato (liquido e aeriforme).
Se invece togliamo calore, otteniamo il passaggio inverso, da uno stato “disordinato” ad uno più ordinato.
Per ogni materiale, formato da una determinata sostanza, i passaggi di stato avvengono a temperature ben precise, a seconda della pressione a cui si opera.
Per esempio, l’acqua allo stato liquido diventa vapore (ebollizione) a 100 ° C e si trasforma in ghiaccio (solidificazione) a 0 ° C.
Finché tutta la massa della sostanza non si è trasformata, la sua temperatura si mantiene costante: per esempio, quando l’acqua bolle, nonostante continuiamo a fornirle calore, la sua temperatura si mantiene costante a 100 ° C.
DURANTE I CAMBIAMENTI DI STATO LA TEMPERATURA RESTA COSTANTE
Il calore fornito a temperatura costante si chiama CALORE LATENTE e corrisponde alla differenza di energia cinetica delle particelle nei due stati di aggregazione alla stessa temperatura e pressione.
Il calore latente assorbito in una trasformazione viene ceduto nella trasformazione inversa.
Dei passaggi di stato torneremo a parlare in seguito più dettagliatamente.
Per il momento ci basta sapere che cambiando la temperatura di un corpo possiamo cambiare il suo stato di aggregazione e che, durante i passaggi di stato, la temperatura resta costante.
Il passaggio da solido a liquido si chiama FUSIONE, mentre quello inverso si chiama SOLIDIFICAZIONE.
Si chiama EBOLLIZIONE il passaggio da liquido a gas, mentre il passaggio inverso, da gas a liquido, prende il nome di CONDENSAZIONE
Possiamo avere anche il passaggio diretto da SOLIDO A GAS: si chiama SUBLIMAZIONE. Il passaggio inverso si chiama invece BRINAMENTO.
