I vari stati della materia

Gli stati di aggregazione della materia cambiano in base al tipo di forze di interazione tra gli atomi e le molecole. Se sono legati da forze intense allora la materia sarà solida, se sono legati da forze deboli si tratterà di gas. Questo perché i legami intensi impediscono alle molecole di effettuare grandi movimenti, per cui la forma assunta sarà stabile, ovvero solida. Se questi legami, tramite calore, vengono ‘allentati’ allora le molecole avranno possibilità di cambiare forma, diventando liquidi. Nei gas, invece, le forze sono tanto deboli da essere trascurabili e le molecole sono disposte in maniera disordinata.

Lo stato solido

La composizione chimica di un solido assume la forma di un reticolo, ovvero un insieme di molecole strettamente connesse secondo uno schema preciso. La più piccola porzione di un reticolo cristallino è detta cella elementare e, nelle sue tre dimensioni, contiene tutte le informazioni geometriche del solido. Questa cella poi si ripete uguale per tutto lo spazio occupato dal solido.
Le molecole di un solido sono strettamente interconnesse ma non assolutamente immobili: si muovono con un movimento oscillatorio attorno ad un nodo reticolare.
I solidi hanno una forma e un volume definito a una data temperatura e possiedono le seguenti proprietà:
– durezza: la capacità di un corpo di scalfirne un altro
– fragilità: la tendenza a frantumarsi a seguito di un urto
– elasticità: la capacità di cambiare forma se sottoposti ad una forza, ma di riprendere la forma iniziale quando l’azione viene interrotta
– plasticità: la capacità di cambiare forma e mantenerla.

Lo stato liquido

Lo stato liquido è lo stato intermedio tra quello solido e quello gassoso. In questo stato l’energia dei moti di agitazione termica è equivalente a quella delle forze di coesione, per cui sebbene le molecole siano disordinate, rimangono legate tra di loro secondo un ordine. Per questo possono modificare la loro forma in base al recipiente che le contiene e riescono facilmente a mescolarsi tra di loro. Anche i liquidi hanno delle proprietà e sono:
– viscosità: è l’attrito interno del liquido cioè ciò che ostacola lo scorrimento dello stesso. Per cui più alta è la viscosità più difficoltà ha il liquido a scorrere.
– tensione superficiale: è la forza che tiene unite le particelle della superficie del liquido ed è determinata dalle forze di coesione.
– temperatura di ebollizione: dipende dalla pressione esterna ed è la proprietà che permette al liquido di passare allo stato gassoso.

Lo stato gassoso

Il gas non ha né forma né volume, ma si espande fino ad occupare tutto il volume che ha a disposizione. Questo perché le forze attrattive tra le sue molecole sono troppo deboli per tenere queste realmente legate. Le molecole dei gas, infatti, cambiano continuamente posizione. Tuttavia, lo spazio lasciato libero, viene immediatamente occupato da altre molecole di gas. La pressione, quindi, è costante in ogni punto e questo è ciò che enuncia il principio di Pascal.
Nell’analisi dei gas è importante specificare tutti e quattro i parametri termodinamici: massa, volume, temperatura e pressione. Specificare la temperatura e la pressione, sebbene sia importante anche nei solidi e nei liquidi, è assolutamente necessario per i gas. Questi, infatti possono espandersi e comprimersi notevolmente, caratteristiche che invece sono minime e a volte irrisorie negli altri due stati della materia. Dal momento che nei gas l’aumento di temperatura provoca un aumento della forza cinetica con conseguente aumento della pressione, è evidente come questi parametri non possano essere ignorati.

Il passaggio di stato

Il passaggio da uno stato all’altro è dovuto prevalentemente alla temperatura: con un aumento della temperatura le molecole perdono forza di coesione e passano allo stato liquido o gassoso; con una diminuzione della temperatura avviene il contrario. Non tutte le sostanze chimiche, però, possiedono tutti e tre gli stati: alcune si disgregano prima di completare il passaggio. Inoltre, il passaggio di stato implica sempre uno scambio di energia con l’esterno.