I passaggi di stato

I passaggi di stato

La materia che ci circonda non è sempre uguale: può cambiare aspetto e trasformarsi in qualcosa di nuovo senza perdere la sua identità.

Ogni giorno osserviamo trasformazioni sorprendenti senza rendercene conto, come il vapore che sale dalla pentola o la brina che ricopre l'erba al mattino. Questi fenomeni hanno un nome scientifico preciso e si chiamano passaggi di stato della materia. Capire come funzionano ci aiuta a leggere il mondo con occhi nuovi e a riconoscere la stessa sostanza sotto forme diverse. In questa scheda scopriremo insieme i tre stati principali e i cambiamenti che permettono di passare dall'uno all'altro.

Gli stati della materia

Tutta la materia che esiste intorno a noi può presentarsi in tre forme fondamentali, chiamate stati: solido, liquido e aeriforme. Un corpo solido, come un sasso o un cubetto di ghiaccio, possiede una forma propria e un volume ben definito che non cambia facilmente. Un liquido, come l'acqua nel bicchiere o l'olio nella bottiglia, ha un volume costante ma prende la forma del recipiente che lo contiene. Un aeriforme, come l'aria che respiriamo o il vapore acqueo, non ha né forma né volume propri e tende a occupare tutto lo spazio disponibile. La differenza dipende da come si muovono le minuscole particelle invisibili che compongono ogni sostanza, particelle che possono essere più o meno legate fra loro.

La fusione e la solidificazione

Quando un solido viene riscaldato, le sue particelle iniziano a vibrare con sempre maggiore energia fino a staccarsi e a scorrere liberamente: avviene così la fusione. Un esempio quotidiano lo vediamo quando dimentichiamo un gelato sul tavolo e dopo pochi minuti lo ritroviamo trasformato in una pozzanghera dolce e appiccicosa. Il processo opposto si chiama solidificazione e si verifica quando un liquido viene raffreddato a sufficienza, perdendo calore e fissando le sue particelle in posizioni stabili. Lo possiamo osservare facilmente preparando i cubetti di ghiaccio nel congelatore: l'acqua versata nella vaschetta diventa dura e trasparente dopo alcune ore. Anche la cera della candela che cola e poi indurisce sul piattino racconta la stessa storia, mostrandoci entrambi i passaggi uno dopo l'altro.

L'evaporazione e la condensazione

Il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme prende il nome di evaporazione e avviene quando il calore spinge le particelle a muoversi così velocemente da sfuggire nell'aria. Lo notiamo quando i panni stesi al sole si asciugano oppure quando una pozzanghera scompare lentamente nel pomeriggio dopo la pioggia. Il fenomeno inverso si chiama condensazione e si verifica quando il vapore acqueo, incontrando una superficie fredda, si raffredda e torna allo stato liquido. Possiamo osservarlo sui vetri della cucina mentre la mamma cuoce la pasta, oppure sulla superficie esterna di una bottiglia ghiacciata appena tirata fuori dal frigorifero. Anche le nuvole nascono per condensazione del vapore presente nell'atmosfera, dimostrando che questi fenomeni avvengono su scala enorme in tutto il pianeta.

La sublimazione e il brinamento

Esiste un passaggio meno conosciuto ma davvero interessante in cui un solido si trasforma direttamente in aeriforme senza diventare prima liquido: questo fenomeno si chiama sublimazione. Lo possiamo osservare con la naftalina che, lasciata negli armadi per profumare i vestiti, dopo qualche mese si consuma e scompare senza lasciare tracce bagnate. Il passaggio opposto si chiama brinamento e accade quando il vapore acqueo presente nell'aria diventa direttamente ghiaccio toccando superfici molto fredde. Lo vediamo nelle mattine invernali, quando l'erba dei prati e i parabrezza delle automobili si ricoprono di una sottile patina bianca e cristallina chiamata appunto brina. Questi due passaggi ci ricordano che la natura segue regole precise ma può anche stupirci con scorciatoie inaspettate.

Il ruolo del calore

Tutti i passaggi di stato dipendono da una grandezza fondamentale che si chiama temperatura, perché è il calore a far muovere le particelle più o meno velocemente. Quando aggiungiamo calore a una sostanza, le particelle si agitano di più e tendono a separarsi: ecco perché il ghiaccio fonde e l'acqua evapora. Quando invece togliamo calore, le particelle rallentano e si avvicinano: ecco perché il vapore condensa e l'acqua congela. L'acqua è la sostanza più facile da studiare perché la troviamo naturalmente nei tre stati: ghiaccio sulle montagne, fiumi nelle valli e nuvole nel cielo. Questo continuo scambio fra stati diversi prende il nome di ciclo dell'acqua e rende possibile la vita sulla Terra come la conosciamo.

Ricorda

1. La materia esiste in tre stati principali: solido, liquido e aeriforme, ciascuno con caratteristiche diverse riguardo forma e volume.
2. La fusione trasforma un solido in liquido, mentre la solidificazione compie il percorso opposto raffreddando la sostanza.
3. L'evaporazione porta un liquido a diventare aeriforme, mentre la condensazione riporta il vapore allo stato liquido.
4. La sublimazione e il brinamento sono passaggi diretti tra solido e aeriforme, senza fase liquida intermedia.
5. Tutti questi cambiamenti dipendono dal calore: aggiungerlo o toglierlo decide in quale direzione avviene il passaggio di stato.