La materia è tutto ciò che ha massa e occupa uno spazio: dall'aria che respiriamo al banco di scuola, ogni cosa è fatta di particelle in movimento che, a seconda di come si dispongono, danno origine a stati diversi.
In natura osserviamo che gli oggetti possono presentarsi in forme molto differenti, eppure la chimica li riconduce tutti a un'unica grande categoria chiamata materia. Già nella scuola primaria avete imparato a distinguere il ghiaccio dall'acqua e dal vapore, ma al liceo conviene affrontare il discorso con uno sguardo più scientifico e sistematico. Useremo il concetto di particella per spiegare ciò che i nostri occhi non vedono, cioè il livello microscopico. Capire come si comportano queste particelle è la chiave per interpretare i fenomeni macroscopici come la fusione, l'evaporazione o la pressione di un gas. La materia, infatti, non è mai immobile: anche un solido apparentemente fermo è animato da continue vibrazioni interne. Questo modo di ragionare costituisce il cosiddetto modello particellare, uno strumento fondamentale per la chimica e la fisica.
Gli stati di aggregazione e il modello particellare
La materia si presenta principalmente in tre stati di aggregazione, ai quali la fisica moderna affianca anche il plasma, tipico delle stelle e dei fulmini. Nello stato solido le particelle sono molto vicine, disposte in posizioni fisse e legate da forze intense, perciò il corpo mantiene forma e volume propri. Nello stato liquido le particelle restano vicine ma possono scorrere le une sulle altre, e questo spiega perché un liquido conserva il volume ma assume la forma del recipiente. Nello stato gassoso, invece, le particelle sono molto distanti e si muovono in modo disordinato e velocissimo, riempiendo qualsiasi contenitore disponibile. Pensiamo al profumo di una torta appena sfornata: le particelle gassose si propagano per tutta la cucina perché non hanno né forma né volume propri. Questa mobilità crescente passando da solido a gas è la chiave per ricordare le proprietà di ciascuno stato.
I passaggi di stato e l'energia
Fornendo o sottraendo calore, una sostanza può passare da uno stato all'altro senza cambiare la propria identità chimica, ma solo il modo in cui le particelle si dispongono. I principali passaggi di stato sono sei e hanno nomi precisi che vanno conosciuti con cura. Riscaldando un corpo abbiamo: 1. fusione (da solido a liquido); 2. vaporizzazione (da liquido ad aeriforme, che comprende evaporazione ed ebollizione); 3. sublimazione (da solido direttamente ad aeriforme, come nella naftalina). Raffreddando un corpo abbiamo invece: 1. solidificazione (da liquido a solido); 2. condensazione o liquefazione (da aeriforme a liquido); 3. brinamento (da aeriforme direttamente a solido, come la brina sui prati invernali). Durante un passaggio di stato la temperatura della sostanza resta costante perché tutta l'energia fornita viene usata per rompere i legami fra le particelle, non per scaldarle. Questa energia nascosta si chiama calore latente e spiega perché il ghiaccio in fusione resta a zero gradi finché non si è sciolto del tutto.
Ricorda
- La materia è tutto ciò che ha massa e volume, ed è composta da particelle in continuo movimento la cui disposizione determina lo stato di aggregazione.
- Solidi, liquidi e gas si distinguono per la distanza fra le particelle e per la libertà del loro moto, da cui derivano forma e volume del corpo.
- I passaggi di stato avvengono a temperatura costante perché l'energia fornita serve a modificare i legami fra le particelle, non ad aumentarne l'agitazione termica.
Piccolo esercizio di verifica: sul quaderno disegna tre riquadri intitolati solido, liquido e gas; in ciascuno rappresenta con dei pallini la disposizione delle particelle, poi scrivi accanto a ogni riquadro il nome del passaggio di stato che porta a quello successivo, sia riscaldando sia raffreddando.