Un mondo fatto di materia
La materia è tutto ciò che ci circonda e occupa uno spazio: scopriamo insieme come si presenta nei suoi tre stati principali.
Guardati intorno per un momento: il banco di legno, il quaderno di carta, l'acqua nella borraccia, l'aria che respiri sono tutti esempi di materia. Ogni oggetto del mondo, anche il più piccolo granello di sabbia o la nuvola più lontana nel cielo, è fatto di materia. Gli scienziati hanno scoperto che la materia può presentarsi in tre forme diverse, chiamate stati, e ogni stato ha caratteristiche speciali. Imparare a riconoscere questi stati ti permetterà di osservare il mondo con occhi nuovi e curiosi. In questa lezione viaggeremo dentro un cubetto di ghiaccio, dentro un bicchiere d'acqua e perfino dentro una bolla di sapone.
Che cos'è la materia
La materia è tutto ciò che possiede un peso e occupa uno spazio, cioè ha un volume proprio. Quando metti un libro sulla bilancia, la lancetta si sposta perché il libro contiene materia che ha una sua massa. Anche cose che sembrano leggerissime, come un palloncino gonfio, sono fatte di materia: dentro al palloncino c'è aria, e l'aria è materia anche se non la vediamo. Un altro esempio quotidiano è il profumo della mamma: quando si sparge nella stanza non riesci a vederlo, ma le minuscole particelle profumate arrivano fino al tuo naso. La materia, infatti, è formata da piccolissimi pezzettini invisibili che gli scienziati chiamano molecole. Queste molecole si comportano in modo diverso a seconda dello stato in cui si trovano, ed è proprio questo il segreto dei tre stati della materia.
Lo stato solido
I solidi sono materiali che hanno una forma propria e un volume proprio che non cambiano facilmente nel tempo. Se prendi una gomma da cancellare e la sposti dall'astuccio al banco, la sua forma rimane esattamente la stessa, perché le molecole dei solidi sono molto vicine e tenute strette le une alle altre. Pensa a una fila di bambini che si tengono per mano molto stretti: possono muoversi pochissimo e restano tutti in ordine. Un sasso raccolto al parco resta un sasso anche dentro la tua tasca, e una statuetta di porcellana mantiene il suo aspetto per anni e anni. Alcuni solidi però possono essere modellati con forza, come la plastilina o la creta, perché sono morbidi. Anche in questo caso, finché non li tocchi, la loro forma resta uguale: questa è la caratteristica più importante dello stato solido.
Lo stato liquido
I liquidi sono materiali che hanno un volume proprio, ma non hanno una forma propria: prendono sempre la forma del recipiente che li contiene. Se versi il succo di frutta da una bottiglia stretta a una tazza larga, la quantità di succo rimane la stessa, ma cambia il modo in cui si dispone. Le molecole dei liquidi sono ancora vicine tra loro, ma riescono a scivolare le une sulle altre, come tante biglie dentro un sacchetto. Per questo i liquidi scorrono, colano e si possono versare facilmente. Pensa allo sciroppo che cola lentamente sul pancake o all'olio che si stende sulla padella: entrambi si muovono e si adattano. Tutti i liquidi, però, vanno sempre verso il basso a causa della forza di gravità, e in un recipiente formano una superficie piatta e orizzontale.
Lo stato gassoso
I gas non hanno né una forma propria né un volume proprio: si espandono e riempiono tutto lo spazio disponibile. Le loro molecole sono lontanissime tra loro e si muovono in tutte le direzioni a grande velocità, come api che volano dentro un'arnia gigantesca. Quando apri una bottiglia di acqua frizzante, senti il rumore del gas che esce e sale verso l'alto formando le bollicine. Un altro esempio molto comune è il profumo del pane appena sfornato, che dalla cucina raggiunge ogni angolo della casa, persino la cameretta. I gas sono spesso invisibili, ma esistono davvero e a volte si possono percepire grazie all'olfatto o al tatto, come quando senti il vento sulla guancia. L'aria che respiriamo è una miscela di gas diversi, fra cui l'ossigeno, fondamentale per la nostra vita.
I passaggi di stato
La stessa materia può passare da uno stato all'altro se cambia la sua temperatura, cioè se viene riscaldata o raffreddata. Quando il ghiaccio si scalda diventa acqua: questo passaggio si chiama fusione e succede ogni volta che lasci un ghiacciolo fuori dal congelatore. Se invece l'acqua bolle nella pentola, si trasforma in vapore acqueo e questo passaggio si chiama evaporazione, come quando vedi il vapore salire dalla pasta che cuoce. Esistono anche i passaggi opposti: il vapore che tocca lo specchio del bagno torna acqua, e questo fenomeno si chiama condensazione. Quando l'acqua del freezer diventa cubetto di ghiaccio, avviene la solidificazione, lo stesso processo che fa nascere le stalattiti di ghiaccio in montagna. Ricorda quindi che i passaggi di stato dipendono sempre dal caldo e dal freddo.
Curiosità e osservazioni nel mondo reale
La natura ci offre uno spettacolo continuo di passaggi di stato, e basta osservare con attenzione per accorgersene. La rugiada del mattino, ad esempio, si forma quando il vapore acqueo dell'aria notturna tocca le foglie fredde e si trasforma in goccioline: è una vera condensazione naturale. Anche la nebbia, che a volte avvolge le strade in autunno, è formata da minuscole gocce d'acqua sospese nell'aria. Sulla cima delle montagne, invece, il vapore può trasformarsi direttamente in cristalli di neve, saltando lo stato liquido. In cucina succedono molte trasformazioni: il burro nella padella calda passa da solido a liquido, mentre il brodo bollente lascia salire una nuvoletta di vapore. Tutti questi fenomeni dimostrano che la materia è dinamica, viva e in continuo movimento intorno a noi.
Ricorda
Ecco i punti chiave da non dimenticare mai:
- La materia è tutto ciò che ha un peso e occupa uno spazio.
- Esistono tre stati principali: solido, liquido e gassoso.
- I solidi hanno forma e volume propri, i liquidi solo volume, i gas nessuno dei due.
- I passaggi di stato dipendono dal calore e dal freddo: fusione, solidificazione, evaporazione e condensazione.
- Anche ciò che non si vede, come l'aria o il vapore, è comunque materia.
Ora prendi il quaderno e prova questo piccolo esercizio di verifica: 1. disegna tre recipienti diversi (un cubo di legno, un bicchiere d'acqua e un palloncino gonfio); 2. scrivi sotto ogni disegno lo stato della materia corrispondente; 3. aggiungi una frase che spieghi perché quel materiale appartiene a quello stato, ricordandoti di citare la forma e il volume.