5. I cambiamenti di stato

5 I cambiamenti di stato Quando la temperatura si abbassa il vapore acqueo presente nell’aria passa allo stato liquido, formando le goccioline d’acqua della nebbia; quando la temperatura scende ancora di più, il vapore acqueo può diventare direttamente ghiaccio, formando la brina; quando la temperatura aumenta, il ghiaccio passa allo stato liquido, fondendo. I fenomeni descritti sono esempi di cambiamenti di stato, cioè passaggi di una sostanza, in questo caso l’acqua, da uno stato di aggregazione all’altro. Tutte le sostanze possono passare da uno stato all’altro quando cambia la temperatura. Quali sono e perché avvengono i cambiamenti di stato? Osserva lo schema in basso: se si riscalda un solido, l’agitazione delle sue molecole aumenta e i legami che le tengono unite si allentano. Le molecole non mantengono più le loro posizioni e cominciano a scorrere le une sulle altre: il solido diventa liquido, si ha la fusione. Continuando a fornire calore, le molecole si staccano completamente le une dalle altre e acquistano libertà di movimento: il liquido diventa aeriforme, si ha la vaporizzazione. Quando si raffredda un aeriforme, l’agitazione delle molecole diminuisce sino a che si possono di nuovo stabilire legami tra esse: l’aeriforme diventa liquido, si ha la liquefazione (o condensazione). Continuando a sottrarre calore, le molecole rallentano sempre più i loro movimenti e si legano strettamente fra loro: il liquido diventa solido, si ha la solidificazione. Esistono poi due particolari passaggi di stato: dallo stato solido a quello aeriforme, senza passare dallo stato liquido, e viceversa. Nel primo caso si parla di sublimazione, nel secondo caso di sublimazione da gas o brinamento. Raffreddandosi, la lava del vulcano da liquida diviene solida HAI CAPITO CHE... I cambiamenti di stato sono dovuti all’aumento o alla diminuzione della temperatura dei corpi. Con l’aumento della temperatura si passa dallo stato solido allo stato liquido e allo stato aeriforme; viceversa nel caso di diminuzione della temperatura. 5.1 Da solido a liquido e viceversa Poiché l’acqua è presente sulla Terra in tutti e tre gli stati, è semplice studiare i suoi passaggi di stato. Durante questi fenomeni le grandezze da considerare e misurare sono la temperatura e il tempo. Come varia la temperatura durante la fusione del ghiaccio?Le fasi dell’esperimento e il grafico illustrano il passaggio dallo stato solido a quello liquido dell’acqua. In una provetta contenente acqua allo stato liquido è stato inserita la sonda del termometro. Poi la provetta è stata posta nel surgelatore per qualche ora e quando è stata estratta la temperatura rilevata era -5 °C ( 3 ). È stato avviato il cronometro. All’inizio la temperatura aumenta rapidamente: questo aumento è dovuto al calore fornito dall’ambiente in cui avviene l’esperimento, che è più caldo del ghiaccio ( 4 ). A 0 °C il ghiaccio fonde, ma, benché continui il riscaldamento da parte dell’ambiente, la temperatura resta costante fino a che il ghiaccio si trasforma in acqua. L’energia fornita non fa aumentare la temperatura, ma viene utilizzata per il cambiamento di stato, per indebolire cioè la forza di coesione tra le molecole. Questa energia è chiamata calore latente, cioè “nascosto”, perché i suoi effetti non sono evidenziati da un aumento di temperatura. Quando il ghiaccio non c’è più, si può constatare che la temperatura dell’acqua aumenta di nuovo ( 5 ). Registrando i dati della temperatura a ogni minuto si ottiene il grafico a fianco. L’acqua fonde quindi a 0 °C, e alla stessa temperatura avviene il passaggio inverso, la solidificazione. Fusione e solidificazione avvengono per ogni sostanza a una temperatura specifica, detta punto di fusione o di solidificazione. Quasi tutti i metalli fondono a una temperatura molto alta, tranne il mercurio che a temperatura ambiente è liquido e solidifica solo a -39 °C. Anche le rocce fondono ad alte temperature: la lava che fuoriesce da un vulcano in eruzione è formata proprio da rocce fuse. PUNTO DI FUSIONE O DI SOLIDIFICAZIONE DI ALCUNE SOSTANZE Ferro 1530 °C Acciaio 1350 °C Vetro 1 100 °C Rame 1080 °C Oro 1070 °C Piombo 327 °C Acqua 0 °C Mercurio -39 °C Alcol -130 °C Analizza In quanto tempo la temperatura del ghiaccio passa da -5 °C a 0 °C? Che cosa indica il tratto orizzontale? Che cosa avviene a fine fusione? HAI CAPITO CHE... Fusione e solidificazione avvengono per ciascuna sostanza a una temperatura specifica. per saperne di più Perché quando nevica viene sparso il sale sulle strade? Quando nevica, ma anche quando si prevede che la temperatura scenda al di sotto degli 0 °C, per evitare la formazione di ghiaccio sulle strade entrano in funzione dei macchinari che spargono sale. Perché questa pratica? Analizza i due grafici che rappresentano la variazione della temperatura durante la solidificazione dell’acqua e dell’acqua salata. Come osservi, l’acqua salata inizia a solidificare a una temperatura di almeno 2 gradi più bassa e perché solidifichi completamente la temperatura deve scendere a -5 °C. 5.2 Da liquido ad aeriforme L’acqua di una pentola messa sul fuoco passa dallo stato liquido a quello di vapore formando delle bolle che all’inizio sono di piccole dimensioni ma in breve tempo si ingrossano e creano un movimento rapido e tumultuoso in tutta la massa. Questo tipo di vaporizzazione è chiamato ebollizione. Come varia la temperatura dell’acqua durante l’ebollizione?Le fasi dell’esperimento e il grafico in basso illustrano i passaggi di stato dell’acqua. La sonda del termometro è stata introdotta in una ampolla, contenente acqua, che è stata posta su un fornello ( 6 ). La temperatura cresce rapidamente e già prima di 100 °C nell’acqua cominciano a formarsi delle bollicine ( 7 ). A 100 °C l’acqua bolle, ma, benché continui il riscaldamento, la temperatura resta costante fino a che tutta l’acqua si trasforma in vapore: l’energia fornita non fa aumentare la temperatura, ma viene utilizzata per il cambiamento di stato, per rompere i legami tra le molecole. Se si scalda ancora il vapore ottenuto, la temperatura aumenta oltre i 100 °C ( 8 ). Registrando i dati della temperatura a ogni minuto si ottiene il grafico a sinistra. La temperatura di 100 °C a cui l’acqua bolle è detta punto di ebollizione dell’acqua. Ogni sostanza ha il suo determinato punto di ebollizione. Analizza Che cosa indica il tratto orizzontale nel grafico? I liquidi possono vaporizzare senza bollire? Se il passaggio da liquido a vapore arriva lentamente, interessa solo la superficie e non dipende da una precisa temperatura si ha l’evaporazione. Hai di sicuro osservato l’evaporazione dell’acqua ogni volta che, dopo aver lavato il pavimento, si aspetta che asciughi. I liquidi evaporano in tempi diversi, alcuni velocemente come l’alcol, l’acetone, l’etere; altri evaporano lentamente, come gli oli e il mercurio. L’evaporazione non dipende solo dal tipo di sostanza ma anche da alcune condizioni. Da quali fattori dipende l’evaporazione? I disegni illustrano tre fattori che influenzano l’evaporazione. Due bacinelle uguali contengono la stessa quantità di liquido, il fattore che cambia è la temperatura ( 9 ). Maggiore è la temperatura, maggiore è l’evaporazione. Le molecole del liquido ricevono più calore, aumenta perciò la loro velocità di movimento e si “staccano” facilmente dal liquido. Due bacinelle di forma diversa contengono la stessa quantità di acqua e sono nelle stesse condizioni ambientali. La variabile è l’estensione della superficie del liquido esposta all’aria (10). Maggiore è la superficie esposta, maggiore è l’evaporazione. È facile capire che ciò accade perché un maggior numero di molecole possono “staccarsi” dal liquido per passare nell’aria. Lo stesso lenzuolo se è messo ad asciugare quando l’aria è mossa dal vento, asciuga più facilmente (11). Maggiore è la ventilazione, maggiore è l’evaporazione. In una giornata umida e senza vento l’evaporazione avviene molto lentamente perché l’aria è carica di vapore acqueo e il numero di molecole che passano dall’acqua all’aria, evaporando, è uguale al numero di molecole che passano dall’aria all’acqua tornando allo stato liquido. Tale situazione è detta di vapore saturo. Hai già sicuramente sperimentato questo fenomeno in estate, quando, per cercare un po’ di refrigerio, si usa l’aria condizionata che è secca, povera di vapore acqueo, oppure ci si mette in una corrente d’aria o la si genera con un ventilatore o un ventaglio. HAI CAPITO CHE... L’acqua bolle a 100 °C. Se la vaporizzazione avviene in modo tumultuoso è detta ebollizione. Analizza Qual è la condizione che varia nelle tre coppie di immagini? In quali casi è maggiore l’evaporazione? >> VERSO LE COMPETENZE Fai le giuste ipotesi a. Perché l’inchiostro asciuga più in fretta se agiti il foglio? b. Perché i panni vengono messi ad asciugare accuratamente stesi? c. Se inumidisci un dito con alcol, avverti una sensazione di freddo. Sai perché? Prova a mettere un batuffolo di cotone imbevuto di alcol sul bordo di un termometro e annota la temperatura. Tieni il cotone sul bulbo, rileva poi la temperatura alcune volte, per esempio ogni minuto, e scrivi i dati in tabella. Che cosa noti? TEMPO (MINUTI) TEMPERATURA (° C) 1 ..... 2 ..... 3 ..... 5.3 Da aeriforme a liquido Il passaggio di stato da aeriforme a liquido prende nomi diversi a seconda che l’aeriforme sia un vapore o un gas. Il fenomeno si chiama condensazione se la sostanza è un vapore: il vapore acqueo condensa a formare la nebbia quando la temperatura scende; se provi ad alitare su un vetro o uno specchio freddo vedrai il vapore acqueo contenuto nell’aria che fuoriesce dalla tua bocca condensare in piccole gocce e appannare il vetro o lo specchio. Si usa il termine liquefazione se la sostanza è un gas. Anche l’aria può liquefare: l’aria è una miscela di gas, costituita principalmente da azoto e ossigeno che liquefanno rispettivamente a -196 °C e -183 °C, temperature davvero molto basse. I gas liquefatti si ottengono solo diminuendo la temperatura?All’interno di una bomboletta spray, il gas è allo stato liquido non perché è stato raffreddato, ma perché è stato compresso, cioè sottoposto ad alte pressioni: la pressione produce un avvicinamento delle molecole del gas e fa in modo che le forze di attrazione siano sufficienti per tenerle unite nello stato liquido. La pressione dunque è, insieme alla temperatura, uno dei fattori che condizionano i passaggi di stato. PUNTO DI EBOLLIZIONE O LIQUEFAZIONE DI ALCUNE SOSTANZE Ferro 2730 °C Rame 2310 °C Piombo 1620 °C Mercurio 1357 °C Olio di lino 316 °C Acqua 100 °C Alcol 78 °C Acetone 56 °C Etere 34 °C Ammoniaca -33 °C Azoto -196 °C Ossigeno -183 °C per saperne di piùLa regolazione della temperatura corporea Il corpo umano, quando la temperatura ambientale sale, oppure quando aumenta la produzione interna di calore (per esempio in seguito a uno sforzo), elimina all’esterno del sudore. Le gocce di sudore, evaporando, sottraggono calore e ristabiliscono così la normale temperatura corporea. Per tale motivo senti freddo quando sei sudato e ti trovi in un ambiente in cui c’è una corrente d’aria che aumenta il processo di evaporazione. Il vapore acqueo condensa in piccole gocce su un vetro freddo e lo fa appannare. HAI CAPITO CHE... La condensazione del vapore avviene per raffreddamento. La liquefazione dei gas avviene per compressione. Il gas liquefatto torna allo stato aeriforme quando fuoriesce dalla bomboletta. 5.4 Da solido ad aeriforme e viceversa Alcune sostanze passano direttamente dallo stato solido ad aeriforme senza passare attraverso lo stato liquido. Il fenomeno è la sublimazione. Quali sostanze sublimano?La naftalina e la canfora un tempo erano molto usate per eliminare le tarme dai cassetti e dagli armadi; si inserivano tra maglioni e cappotti di lana, sotto forma di palline o cubetti che in poco tempo sembravano consumarsi sino a scomparire, lasciando però la traccia del loro odore inconfondibile. Nei cassetti non si trovava neppure una goccia di liquido, chiaro segno che avveniva la sublimazione. L’anidride carbonica solida, conosciuta come ghiaccio secco, non fonde ma sublima. Il ghiaccio secco è utilizzato per molti scopi; in campo medico e alimentare per mantenere bassa la temperatura, nello spettacolo per produrre un vapore molto scenografico. Il passaggio di stato da gas a solido, senza passare attraverso lo stato liquido, è la sublimazione da gas o brinamento, poiché questo fenomeno è tipico della brina che, a causa delle basse temperature, si forma a partire dal vapore acqueo su terreno e piante. L’anidride carbonica sotto forma gassosa non condensa mai, non diventa cioè liquida, in normali condizioni di pressione dell’aria, ma diventa direttamente solida a -78,5 C°. per saperne di più Raffreddare con l’azoto L’azoto è un gas che costituisce il 78% dell’aria che circonda la Terra, incolore, insapore, inodore. Può passare allo stato liquido se fortemente compresso e può essere conservato in particolari contenitori che lo mantengono isolato dall’ambiente esterno a una temperatura di -196 °C. Se l’azoto liquido viene liberato dal contenitore, torna allo stato di gas assorbendo grandi quantità di calore e facendo così abbassare velocemente la temperatura; per tale motivo è utilizzato come potente refrigerante. L’azoto liquido viene adoperato nell’industria alimentare per surgelare rapidamente i cibi, nelle cucine dei grandi ristoranti per trasformare verdure e carni in modo alternativo alla tradizionale cottura e per la produzione del gelato, e nella ricerca scientifica, se è necessario operare a basse temperature. Un altro campo di utilizzo dell’azoto liquido è la chirurgia dermatologica: attraverso la crioterapia, cioè la cura attraverso il freddo, è possibile trattare alcune malattie della pelle come ad esempio le verruche. HAI CAPITO CHE... La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido a quello aeriforme. La sublimazione da gas o brinamento è il passaggio diretto dallo stato aeriforme a quello solido. Ghiaccio secco. Brina. >> VERSO LE COMPETENZE Scegli lo schema corretto Giulia appoggia su una bilancia un cilindro graduato contenente acqua. Sul suo quaderno disegna lo schema A . Quale schema farà Giulia dopo la solidificazione della stessa acqua? Scegli il disegno esatto e giustifica la tua risposta. Interpreta uno schema a. In quale ambiente si svolgono gli esperimenti? b. In quale ambiente la pressione atmosferica è minore? (hPa = etto pascal, unità di misura della pressione) c. In quale ambiente l’acqua bolle prima? Perché? per saperne di più Allarme riscaldamento globale La Terra sta soffocando di caldo. Il 23 settembre 2013 a Stoccolma si sono riuniti scienziati di tutto il mondo per dare l’allarme del peggior riscaldamento globale riscontrato negli ultimi anni. Il riscaldamento globale è un fenomeno di innalzamento della temperatura superficiale del Pianeta, in special modo dell’atmosfera e delle acque di mari e oceani. Le cause sono legate in gran parte (95%) alle attività umane come l’uso di combustibili fossili e la deforestazione. Tali attività generano un aumento della concentrazione della CO2 (anidride carbonica) nell’aria che sembra essere in stretta relazione con l’aumento della temperatura. Il riscaldamento globale porterà notevoli modificazioni nel clima di tutte le regioni del mondo che dovranno subire, a seconda dei casi, un aumento dei fenomeni di desertificazione, inondazioni, tempeste cicloniche, scomparsa di specie animali e vegetali. Aumenterà la fusione dei ghiacci accumulati nei ghiacciai e nella banchisa polare con conseguente innalzamento del livello degli oceani: tutto ciò avrà anche gravi ripercussioni sulla vita umana: si stima che 150-200 milioni di persone saranno costrette a migrare, 25 milioni di bambini si ammaleranno per i cambiamenti climatici e 100 milioni di bambini non avranno risorse alimentari sufficienti. + 20% L’aumento di concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera rispetto al 1958. 1,7 gradi Il riscaldamento terrestre atteso nel periodo 2081-2100 con provvedimenti per ridurre le emissioni. 4,8 gradi L’aumento massimo della temperatura terrestre nel 2100 con elevate emissioni serra. 19 cm L’aumento dei livelli degli oceani dal 1901. L’acidità è aumentata del 26%. 26-82 cm Il possibile aumento del livello degli oceani nel 2100.00. 545 miliardi Le tonnellate complessive di carbonio rilasciate nell’atmosfera dalla fine del Settecento. -1,6% Il calo delle coperture nevose primaverili dal 1967 al 2012.
5 I cambiamenti di stato Quando la temperatura si abbassa il vapore acqueo presente nell’aria passa allo stato liquido, formando le goccioline d’acqua della nebbia; quando la temperatura scende ancora di più, il vapore acqueo può diventare direttamente ghiaccio, formando la brina; quando la temperatura aumenta, il ghiaccio passa allo stato liquido, fondendo. I fenomeni descritti sono esempi di cambiamenti di stato, cioè passaggi di una sostanza, in questo caso l’acqua, da uno stato di aggregazione all’altro. Tutte le sostanze possono passare da uno stato all’altro quando cambia la temperatura. Quali sono e perché avvengono i cambiamenti di stato? Osserva lo schema in basso: se si riscalda un solido, l’agitazione delle sue molecole aumenta e i legami che le tengono unite si allentano. Le molecole non mantengono più le loro posizioni e cominciano a scorrere le une sulle altre: il solido diventa liquido, si ha la fusione. Continuando a fornire calore, le molecole si staccano completamente le une dalle altre e acquistano libertà di movimento: il liquido diventa aeriforme, si ha la vaporizzazione. Quando si raffredda un aeriforme, l’agitazione delle molecole diminuisce sino a che si possono di nuovo stabilire legami tra esse: l’aeriforme diventa liquido, si ha la liquefazione (o condensazione). Continuando a sottrarre calore, le molecole rallentano sempre più i loro movimenti e si legano strettamente fra loro: il liquido diventa solido, si ha la solidificazione. Esistono poi due particolari passaggi di stato: dallo stato solido a quello aeriforme, senza passare dallo stato liquido, e viceversa. Nel primo caso si parla di sublimazione, nel secondo caso di sublimazione da gas o brinamento. Raffreddandosi, la lava del vulcano da liquida diviene solida HAI CAPITO CHE... I cambiamenti di stato sono dovuti all’aumento o alla diminuzione della temperatura dei corpi. Con l’aumento della temperatura si passa dallo stato solido allo stato liquido e allo stato aeriforme; viceversa nel caso di diminuzione della temperatura. 5.1 Da solido a liquido e viceversa Poiché l’acqua è presente sulla Terra in tutti e tre gli stati, è semplice studiare i suoi passaggi di stato. Durante questi fenomeni le grandezze da considerare e misurare sono la temperatura e il tempo. Come varia la temperatura durante la fusione del ghiaccio?Le fasi dell’esperimento e il grafico illustrano il passaggio dallo stato solido a quello liquido dell’acqua. In una provetta contenente acqua allo stato liquido è stato inserita la sonda del termometro. Poi la provetta è stata posta nel surgelatore per qualche ora e quando è stata estratta la temperatura rilevata era -5 °C ( 3 ). È stato avviato il cronometro. All’inizio la temperatura aumenta rapidamente: questo aumento è dovuto al calore fornito dall’ambiente in cui avviene l’esperimento, che è più caldo del ghiaccio ( 4 ). A 0 °C il ghiaccio fonde, ma, benché continui il riscaldamento da parte dell’ambiente, la temperatura resta costante fino a che il ghiaccio si trasforma in acqua. L’energia fornita non fa aumentare la temperatura, ma viene utilizzata per il cambiamento di stato, per indebolire cioè la forza di coesione tra le molecole. Questa energia è chiamata calore latente, cioè “nascosto”, perché i suoi effetti non sono evidenziati da un aumento di temperatura. Quando il ghiaccio non c’è più, si può constatare che la temperatura dell’acqua aumenta di nuovo ( 5 ). Registrando i dati della temperatura a ogni minuto si ottiene il grafico a fianco. L’acqua fonde quindi a 0 °C, e alla stessa temperatura avviene il passaggio inverso, la solidificazione. Fusione e solidificazione avvengono per ogni sostanza a una temperatura specifica, detta punto di fusione o di solidificazione. Quasi tutti i metalli fondono a una temperatura molto alta, tranne il mercurio che a temperatura ambiente è liquido e solidifica solo a -39 °C. Anche le rocce fondono ad alte temperature: la lava che fuoriesce da un vulcano in eruzione è formata proprio da rocce fuse. PUNTO DI FUSIONE O DI SOLIDIFICAZIONE DI ALCUNE SOSTANZE Ferro 1530 °C Acciaio 1350 °C Vetro 1 100 °C Rame 1080 °C Oro 1070 °C Piombo 327 °C Acqua 0 °C Mercurio -39 °C Alcol -130 °C Analizza In quanto tempo la temperatura del ghiaccio passa da -5 °C a 0 °C? Che cosa indica il tratto orizzontale? Che cosa avviene a fine fusione? HAI CAPITO CHE... Fusione e solidificazione avvengono per ciascuna sostanza a una temperatura specifica. per saperne di più Perché quando nevica viene sparso il sale sulle strade? Quando nevica, ma anche quando si prevede che la temperatura scenda al di sotto degli 0 °C, per evitare la formazione di ghiaccio sulle strade entrano in funzione dei macchinari che spargono sale. Perché questa pratica? Analizza i due grafici che rappresentano la variazione della temperatura durante la solidificazione dell’acqua e dell’acqua salata. Come osservi, l’acqua salata inizia a solidificare a una temperatura di almeno 2 gradi più bassa e perché solidifichi completamente la temperatura deve scendere a -5 °C. 5.2 Da liquido ad aeriforme L’acqua di una pentola messa sul fuoco passa dallo stato liquido a quello di vapore formando delle bolle che all’inizio sono di piccole dimensioni ma in breve tempo si ingrossano e creano un movimento rapido e tumultuoso in tutta la massa. Questo tipo di vaporizzazione è chiamato ebollizione. Come varia la temperatura dell’acqua durante l’ebollizione?Le fasi dell’esperimento e il grafico in basso illustrano i passaggi di stato dell’acqua. La sonda del termometro è stata introdotta in una ampolla, contenente acqua, che è stata posta su un fornello ( 6 ). La temperatura cresce rapidamente e già prima di 100 °C nell’acqua cominciano a formarsi delle bollicine ( 7 ). A 100 °C l’acqua bolle, ma, benché continui il riscaldamento, la temperatura resta costante fino a che tutta l’acqua si trasforma in vapore: l’energia fornita non fa aumentare la temperatura, ma viene utilizzata per il cambiamento di stato, per rompere i legami tra le molecole. Se si scalda ancora il vapore ottenuto, la temperatura aumenta oltre i 100 °C ( 8 ). Registrando i dati della temperatura a ogni minuto si ottiene il grafico a sinistra. La temperatura di 100 °C a cui l’acqua bolle è detta punto di ebollizione dell’acqua. Ogni sostanza ha il suo determinato punto di ebollizione. Analizza Che cosa indica il tratto orizzontale nel grafico? I liquidi possono vaporizzare senza bollire? Se il passaggio da liquido a vapore arriva lentamente, interessa solo la superficie e non dipende da una precisa temperatura si ha l’evaporazione. Hai di sicuro osservato l’evaporazione dell’acqua ogni volta che, dopo aver lavato il pavimento, si aspetta che asciughi. I liquidi evaporano in tempi diversi, alcuni velocemente come l’alcol, l’acetone, l’etere; altri evaporano lentamente, come gli oli e il mercurio. L’evaporazione non dipende solo dal tipo di sostanza ma anche da alcune condizioni. Da quali fattori dipende l’evaporazione? I disegni illustrano tre fattori che influenzano l’evaporazione. Due bacinelle uguali contengono la stessa quantità di liquido, il fattore che cambia è la temperatura ( 9 ). Maggiore è la temperatura, maggiore è l’evaporazione. Le molecole del liquido ricevono più calore, aumenta perciò la loro velocità di movimento e si “staccano” facilmente dal liquido. Due bacinelle di forma diversa contengono la stessa quantità di acqua e sono nelle stesse condizioni ambientali. La variabile è l’estensione della superficie del liquido esposta all’aria (10). Maggiore è la superficie esposta, maggiore è l’evaporazione. È facile capire che ciò accade perché un maggior numero di molecole possono “staccarsi” dal liquido per passare nell’aria. Lo stesso lenzuolo se è messo ad asciugare quando l’aria è mossa dal vento, asciuga più facilmente (11). Maggiore è la ventilazione, maggiore è l’evaporazione. In una giornata umida e senza vento l’evaporazione avviene molto lentamente perché l’aria è carica di vapore acqueo e il numero di molecole che passano dall’acqua all’aria, evaporando, è uguale al numero di molecole che passano dall’aria all’acqua tornando allo stato liquido. Tale situazione è detta di vapore saturo. Hai già sicuramente sperimentato questo fenomeno in estate, quando, per cercare un po’ di refrigerio, si usa l’aria condizionata che è secca, povera di vapore acqueo, oppure ci si mette in una corrente d’aria o la si genera con un ventilatore o un ventaglio. HAI CAPITO CHE... L’acqua bolle a 100 °C. Se la vaporizzazione avviene in modo tumultuoso è detta ebollizione. Analizza Qual è la condizione che varia nelle tre coppie di immagini? In quali casi è maggiore l’evaporazione? >> VERSO LE COMPETENZE Fai le giuste ipotesi a. Perché l’inchiostro asciuga più in fretta se agiti il foglio? b. Perché i panni vengono messi ad asciugare accuratamente stesi? c. Se inumidisci un dito con alcol, avverti una sensazione di freddo. Sai perché? Prova a mettere un batuffolo di cotone imbevuto di alcol sul bordo di un termometro e annota la temperatura. Tieni il cotone sul bulbo, rileva poi la temperatura alcune volte, per esempio ogni minuto, e scrivi i dati in tabella. Che cosa noti? TEMPO (MINUTI) TEMPERATURA (° C) 1 ..... 2 ..... 3 ..... 5.3 Da aeriforme a liquido Il passaggio di stato da aeriforme a liquido prende nomi diversi a seconda che l’aeriforme sia un vapore o un gas. Il fenomeno si chiama condensazione se la sostanza è un vapore: il vapore acqueo condensa a formare la nebbia quando la temperatura scende; se provi ad alitare su un vetro o uno specchio freddo vedrai il vapore acqueo contenuto nell’aria che fuoriesce dalla tua bocca condensare in piccole gocce e appannare il vetro o lo specchio. Si usa il termine liquefazione se la sostanza è un gas. Anche l’aria può liquefare: l’aria è una miscela di gas, costituita principalmente da azoto e ossigeno che liquefanno rispettivamente a -196 °C e -183 °C, temperature davvero molto basse. I gas liquefatti si ottengono solo diminuendo la temperatura?All’interno di una bomboletta spray, il gas è allo stato liquido non perché è stato raffreddato, ma perché è stato compresso, cioè sottoposto ad alte pressioni: la pressione produce un avvicinamento delle molecole del gas e fa in modo che le forze di attrazione siano sufficienti per tenerle unite nello stato liquido. La pressione dunque è, insieme alla temperatura, uno dei fattori che condizionano i passaggi di stato. PUNTO DI EBOLLIZIONE O LIQUEFAZIONE DI ALCUNE SOSTANZE Ferro 2730 °C Rame 2310 °C Piombo 1620 °C Mercurio 1357 °C Olio di lino 316 °C Acqua 100 °C Alcol 78 °C Acetone 56 °C Etere 34 °C Ammoniaca -33 °C Azoto -196 °C Ossigeno -183 °C per saperne di piùLa regolazione della temperatura corporea Il corpo umano, quando la temperatura ambientale sale, oppure quando aumenta la produzione interna di calore (per esempio in seguito a uno sforzo), elimina all’esterno del sudore. Le gocce di sudore, evaporando, sottraggono calore e ristabiliscono così la normale temperatura corporea. Per tale motivo senti freddo quando sei sudato e ti trovi in un ambiente in cui c’è una corrente d’aria che aumenta il processo di evaporazione. Il vapore acqueo condensa in piccole gocce su un vetro freddo e lo fa appannare. HAI CAPITO CHE... La condensazione del vapore avviene per raffreddamento. La liquefazione dei gas avviene per compressione. Il gas liquefatto torna allo stato aeriforme quando fuoriesce dalla bomboletta. 5.4 Da solido ad aeriforme e viceversa Alcune sostanze passano direttamente dallo stato solido ad aeriforme senza passare attraverso lo stato liquido. Il fenomeno è la sublimazione. Quali sostanze sublimano?La naftalina e la canfora un tempo erano molto usate per eliminare le tarme dai cassetti e dagli armadi; si inserivano tra maglioni e cappotti di lana, sotto forma di palline o cubetti che in poco tempo sembravano consumarsi sino a scomparire, lasciando però la traccia del loro odore inconfondibile. Nei cassetti non si trovava neppure una goccia di liquido, chiaro segno che avveniva la sublimazione. L’anidride carbonica solida, conosciuta come ghiaccio secco, non fonde ma sublima. Il ghiaccio secco è utilizzato per molti scopi; in campo medico e alimentare per mantenere bassa la temperatura, nello spettacolo per produrre un vapore molto scenografico. Il passaggio di stato da gas a solido, senza passare attraverso lo stato liquido, è la sublimazione da gas o brinamento, poiché questo fenomeno è tipico della brina che, a causa delle basse temperature, si forma a partire dal vapore acqueo su terreno e piante. L’anidride carbonica sotto forma gassosa non condensa mai, non diventa cioè liquida, in normali condizioni di pressione dell’aria, ma diventa direttamente solida a -78,5 C°. per saperne di più Raffreddare con l’azoto L’azoto è un gas che costituisce il 78% dell’aria che circonda la Terra, incolore, insapore, inodore. Può passare allo stato liquido se fortemente compresso e può essere conservato in particolari contenitori che lo mantengono isolato dall’ambiente esterno a una temperatura di -196 °C. Se l’azoto liquido viene liberato dal contenitore, torna allo stato di gas assorbendo grandi quantità di calore e facendo così abbassare velocemente la temperatura; per tale motivo è utilizzato come potente refrigerante. L’azoto liquido viene adoperato nell’industria alimentare per surgelare rapidamente i cibi, nelle cucine dei grandi ristoranti per trasformare verdure e carni in modo alternativo alla tradizionale cottura e per la produzione del gelato, e nella ricerca scientifica, se è necessario operare a basse temperature. Un altro campo di utilizzo dell’azoto liquido è la chirurgia dermatologica: attraverso la crioterapia, cioè la cura attraverso il freddo, è possibile trattare alcune malattie della pelle come ad esempio le verruche. HAI CAPITO CHE... La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido a quello aeriforme. La sublimazione da gas o brinamento è il passaggio diretto dallo stato aeriforme a quello solido. Ghiaccio secco. Brina. >> VERSO LE COMPETENZE Scegli lo schema corretto Giulia appoggia su una bilancia un cilindro graduato contenente acqua. Sul suo quaderno disegna lo schema A . Quale schema farà Giulia dopo la solidificazione della stessa acqua? Scegli il disegno esatto e giustifica la tua risposta. Interpreta uno schema a. In quale ambiente si svolgono gli esperimenti?   b. In quale ambiente la pressione atmosferica è minore? (hPa = etto pascal, unità di misura della pressione)   c. In quale ambiente l’acqua bolle prima? Perché?   per saperne di più Allarme riscaldamento globale La Terra sta soffocando di caldo. Il 23 settembre 2013 a Stoccolma si sono riuniti scienziati di tutto il mondo per dare l’allarme del peggior riscaldamento globale riscontrato negli ultimi anni. Il riscaldamento globale è un fenomeno di innalzamento della temperatura superficiale del Pianeta, in special modo dell’atmosfera e delle acque di mari e oceani. Le cause sono legate in gran parte (95%) alle attività umane come l’uso di combustibili fossili e la deforestazione. Tali attività generano un aumento della concentrazione della CO2 (anidride carbonica) nell’aria che sembra essere in stretta relazione con l’aumento della temperatura. Il riscaldamento globale porterà notevoli modificazioni nel clima di tutte le regioni del mondo che dovranno subire, a seconda dei casi, un aumento dei fenomeni di desertificazione, inondazioni, tempeste cicloniche, scomparsa di specie animali e vegetali. Aumenterà la fusione dei ghiacci accumulati nei ghiacciai e nella banchisa polare con conseguente innalzamento del livello degli oceani: tutto ciò avrà anche gravi ripercussioni sulla vita umana: si stima che 150-200 milioni di persone saranno costrette a migrare, 25 milioni di bambini si ammaleranno per i cambiamenti climatici e 100 milioni di bambini non avranno risorse alimentari sufficienti. + 20% L’aumento di concentrazione di anidride carbonica nell’atmosfera rispetto al 1958. 1,7 gradi Il riscaldamento terrestre atteso nel periodo 2081-2100 con provvedimenti per ridurre le emissioni.  4,8 gradi L’aumento massimo della temperatura terrestre nel 2100 con elevate emissioni serra. 19 cm L’aumento dei livelli degli oceani dal 1901. L’acidità è aumentata del 26%.  26-82 cm Il possibile aumento del livello degli oceani nel 2100.00.  545 miliardi Le tonnellate complessive di carbonio rilasciate nell’atmosfera dalla fine del Settecento. -1,6% Il calo delle coperture nevose primaverili dal 1967 al 2012.