La struttura atomico-molecolare della materia e il legame chimico

Gli stati fisici della materia

Se scegliamo a caso diversi campioni di materia (che possiamo chiamare materiali) formati da una o più sostanze, il primo e più evidente criterio di classificazione è quello che si basa sullo stato fisico o stato di aggregazione in cui si presentano: questo può essere solido, liquido o aeriforme.

I materiali allo stato solido sono relativamente incomprimibili, e hanno una forma e un volume ben definiti (per esempio, ghiaccio, sale da cucina, ferro, roccia).

I materiali allo stato liquido sono relativamente incomprimibili, hanno un volume definito e una forma indefinita (per esempio, acqua, mercurio, olio, alcol).

I materiali allo stato aeriforme (gas e vapori) sono facilmente comprimibili, e hanno una forma e un volume indefiniti per cui riempiono completamente lo spazio di un recipiente in cui sono contenuti (per esempio, il vapor d'acqua, e i gas presenti nell'atmosfera, quali l'ossigeno e l'azoto).

Uno stesso materiale può presentarsi in ciascuno dei tre differenti stati fisici. Ciò dipende, oltre che dalla sua natura chimica, che determina l'entità delle forze di coesione che mantengono "aggregate'' le sue particelle costituenti, dalle condizioni di temperatura e pressione che influenzano l'energia delle particelle e quindi le forze di coesione stesse (v. tab. 1.4).

Sono detti passaggi di stato le trasformazioni dei materiali da uno stato di aggregazione a un altro. In generale, fornendo energia sotto forma di calore a un materiale si favorisce 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). L'inverso avviene sottraendo calore. Per ogni materiale formato da una determinata sostanza, i passaggi di stato avvengono a temperature ben determinate, a seconda della pressione a cui si opera (di norma si fa riferimento alla pressione atmosferica); per esempio, un massa d'acqua liquida si trasforma in 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. Questo 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.

Tab. 1.4: Stati di aggregazione

Tabella 1.4 STATI DI AGGREGAZIONE
stato caratteristiche
solido
possiede forma e volume propri; è praticamente incomprimibile; presenta spesso struttura cristallina che si riflette nella forma geometrica regolare
le particelle sono molto vicine tra loro, con limitatissime possibilità di movimento, a causa di forze di coesione di elevata intensità
liquido
possiede volume proprio; è praticamente incomprimibile; assume la forma del recipiente che lo contiene
le particelle sono più distanziate rispetto al caso di un solido e posseggono una maggiore possibilità di movimento, essendo le forze di coesione meno forti
aeriforme
non possiede forma e volume propri; si comprime facilmente; tende a occupare tutto il volume del recipiente che lo contiene
le particelle hanno distanze reciproche molto elevate, per cui l'influsso delle forze di coesione è minimo; esse sono quindi dotate di movimento rapido, continuo e disordinato

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