Solido, liquido, gas: le transizioni di fase

Oggi con Michelangelo dovevamo ripassare la lezione di scienze sugli stati della materia, e allora perché non approfittarne e farci su un bel video?

Come forse sapete, la materia si presenta in tre stati: solido, liquido oppure gas (ci sarebbe anche un quarto stato, il plasma, ma per ora lasciamolo stare).

Un solido ha volume e forma propri, un liquido ha un volume ma non una forma, mentre un gas occupa tutto il volume disponibile e prende la forma del recipiente che lo contiene. Ciò significa che se schiacciate con forza un solido, questo (in prima approssimazione) non cambierà forma né diventerà più piccolo; se fate lo stesso con un liquido riuscirete solo a schizzarvi perché cambierà la sua forma ma non si comprimerà, mentre se ci provate con un gas potrete fargli occupare uno spazio più piccolo, avvicinando fra loro gli atomi o le molecole che lo formano e aumentando la sua pressione.

Potete immaginarvi gli atomi o le molecole che formano un materiale come delle bambine o dei bambini che vanno a scuola:

  • In un solido, è come se i bambini fossero in classe: se ne stanno tutti seduti ai loro posti belli ordinati e non si muovono più di tanto.
  • In un liquido, le molecole sono come bambini che giocano a calcio: corrono qua e là senza un ordine preciso, ma stanno comunque vicino perché vogliono giocare assieme.
  • I gas invece sono simili ai bambini quando escono da scuola: corrono in tutte le direzioni, lontani gli uni dagli altri perché ognuno viole andarsene a casa per conto suo e si disperdono per tutto lo spazio disponibile.

I materiali però non se ne stanno sempre nello stesso stato, possono passare da uno all’altro (si dice che subiscono una transizione di fase) a seconda della pressione e della temperatura a cui si trovano. Più caldo fa, più le molecole vorranno muoversi e stare lontane fra loro, quindi all’aumentare della temperatura un materiale passerà dallo stato solido, a quello liquido e infine a quello gassoso.

L’esempio che tutti noi consciamo è quello dell’acqua: quando fa freddo è solida, in forma di ghiaccio, se fa più caldo fonde e diventa liquida e quando la temperatura sale sopra i 100°C, come nella pentola sul fornello, bolle e si trasforma in gas.

Ogni materiale ha degli intervalli di temperatura in cui si trova in un certo stato, l’acqua, per esempio, è solida sotto gli 0°C, liquida tra 0°C e 100°C e gassosa sopra i 100°C (se manteniamo la pressione costante e pari a 1 atmosfera). Esistono però degli altri materiali per cui queste temperature sino diverse, come per esempio il gallio, che abbiamo conosciuto un un video precedente di Esperimentificio.

La cosa interessante delle transizioni di fase da uno stato all’altro della materia è che mentre avvengono, la temperatura non cambia: quando il ghiaccio fonde, la sua temperatura è sempre zero gradi, mentre quando l’acqua bolle resta sempre a 100°C (a pressione di 1 atmosfera) finché non si è tutta trasformata in gas. Questo perché tutta l’energia che forniamo alla sostanza serve per la transizione di fase e non fa aumentare la temperatura.

Le transizioni di fase però non sono solo quelle da solido a liquido a gas, ma ce ne sono anche di altro tipo, come per esempio transizioni di fase a superconduttore o di tipo magnetico. Questa però è un’altra storia e, se volete, ne parleremo in un nuovo video, fatemi sapere se vi va e intanto godetevi il video!

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