La materia che ci circonda può presentarsi in tre forme diverse: solida, liquida e gassosa. Quando cambia forma, passa da uno stato all'altro grazie al calore o al freddo: questi cambiamenti si chiamano passaggi di stato e accadono ogni giorno sotto i nostri occhi.
Che cos'è la materia e i suoi stati
Tutto ciò che possiamo toccare, vedere o respirare è fatto di materia, dalla pietra più dura fino all'aria invisibile che ci circonda durante la giornata. La materia può presentarsi in tre stati principali: solido, liquido e aeriforme, e ciascuno ha caratteristiche molto precise che possiamo osservare. Un solido ha una forma propria che non cambia se non lo rompiamo o lo scaldiamo, come succede a un cubo di legno appoggiato sul banco. Un liquido invece non ha una forma propria e prende quella del recipiente che lo contiene, come l'aranciata che versiamo nel bicchiere durante la merenda. Un aeriforme, infine, occupa tutto lo spazio disponibile e si diffonde ovunque, come fa il profumo della mamma quando si sparge per tutta la stanza. Questi tre stati non sono fissi per sempre: la stessa sostanza può passare dall'uno all'altro se cambiamo la temperatura intorno ad essa.
La fusione: dal solido al liquido
Quando un solido viene scaldato a sufficienza, le sue particelle iniziano a muoversi più velocemente finché esso si trasforma in liquido: questo passaggio si chiama fusione. Ogni sostanza ha una sua temperatura precisa alla quale fonde, detta punto di fusione, e questo numero è diverso da materiale a materiale. Il ghiaccio, per esempio, fonde a zero gradi centigradi e si trasforma nell'acqua che beviamo, mentre il ferro deve raggiungere temperature altissime per diventare liquido nelle fonderie. Un esempio quotidiano molto facile da osservare è il gelato dimenticato fuori dal congelatore, che diventa una pozza appiccicosa sul tavolo della cucina. Un altro esempio è la candela accesa: la cera solida vicino alla fiamma si scioglie e cola lungo i fianchi formando piccole gocce. La fusione richiede sempre calore, perché senza energia termica le particelle del solido non riescono ad allontanarsi tra loro.
La solidificazione: dal liquido al solido
Il passaggio opposto alla fusione si chiama solidificazione e avviene quando un liquido viene raffreddato fino a diventare un solido. Anche in questo caso esiste una temperatura precisa, detta punto di solidificazione, che corrisponde esattamente al punto di fusione della stessa sostanza. L'acqua liquida, ad esempio, si solidifica a zero gradi e forma i cubetti di ghiaccio che usiamo per rinfrescare le bevande durante le giornate calde. Anche il cioccolato fuso che la nonna versa negli stampini diventa solido in frigorifero, prendendo la forma di simpatici animaletti pronti da mangiare. La solidificazione avviene perché, togliendo calore, le particelle rallentano e si avvicinano tra loro fino a restare ferme in posizioni ordinate. Possiamo notare che durante questo passaggio la sostanza spesso cambia anche aspetto, diventando più dura e compatta al tatto.
L'evaporazione e l'ebollizione: dal liquido all'aeriforme
Un liquido può trasformarsi in vapore, cioè in uno stato aeriforme, attraverso due fenomeni simili ma distinti che si chiamano evaporazione ed ebollizione. L'evaporazione è lenta e silenziosa e avviene solo sulla superficie del liquido, a qualunque temperatura, anche quando non fa molto caldo. Possiamo vederla nei panni stesi al sole che dopo qualche ora diventano asciutti, oppure nelle pozzanghere che lentamente scompaiono dal cortile dopo la pioggia. L'ebollizione invece è rapida e rumorosa, avviene a una temperatura precisa chiamata punto di ebollizione e coinvolge tutto il liquido contemporaneamente. Quando la mamma mette su l'acqua per la pasta e vediamo le bollicine salire dal fondo della pentola, stiamo osservando proprio l'acqua che bolle a cento gradi centigradi. In entrambi i casi il liquido si trasforma in vapore acqueo, un gas invisibile che si mescola con l'aria.
La condensazione: dall'aeriforme al liquido
Il passaggio dall'aeriforme al liquido si chiama condensazione e avviene quando un vapore viene raffreddato e ritorna allo stato liquido. Questo fenomeno è molto comune e possiamo osservarlo in tantissime situazioni della vita quotidiana, basta fare un po' di attenzione. Un esempio bellissimo sono le goccioline che si formano all'esterno di un bicchiere pieno di acqua ghiacciata in una giornata d'estate, quando il vapore presente nell'aria incontra il vetro freddo. Anche le nuvole nel cielo si formano per condensazione: il vapore acqueo salito dai mari e dai fiumi raggiunge l'aria fredda dell'alta quota e si trasforma in minuscole goccioline. Quando in cucina solleviamo il coperchio della pentola, vediamo le gocce d'acqua attaccate sotto: anche queste sono il risultato del vapore che si è condensato. La condensazione è il fenomeno che permette al ciclo dell'acqua di funzionare in natura.
La sublimazione e il brinamento: i passaggi diretti
Esistono anche due passaggi di stato un po' speciali che saltano completamente lo stato liquido e si chiamano sublimazione e brinamento. La sublimazione è il passaggio diretto dal solido all'aeriforme senza diventare prima liquido, e si verifica in alcune sostanze particolari come la naftalina o il ghiaccio secco. Le palline di naftalina che la nonna mette negli armadi per allontanare le tarme, infatti, dopo qualche mese spariscono senza lasciare alcuna pozza sul ripiano. Il brinamento invece è il passaggio opposto, dall'aeriforme direttamente al solido, e lo osserviamo nelle notti d'inverno quando si forma la brina. I prati e i parabrezza delle automobili al mattino sono ricoperti da piccoli cristalli bianchi proprio perché il vapore acqueo, a contatto con superfici molto fredde, si è trasformato direttamente in ghiaccio. Questi due passaggi sono più rari ma altrettanto importanti per capire come si comporta la materia.
Il ciclo dell'acqua in natura
Tutti i passaggi di stato che abbiamo studiato lavorano insieme in un grande ciclo naturale che riguarda l'acqua del nostro pianeta. Il sole riscalda l'acqua dei mari, dei laghi e dei fiumi, facendola evaporare verso l'alto sotto forma di vapore acqueo invisibile. Salendo nell'atmosfera il vapore incontra strati d'aria più freddi e si condensa formando le nuvole, che sono enormi raccolte di minuscole goccioline. Quando le goccioline diventano troppo pesanti cadono sulla terra come pioggia, oppure si solidificano in neve o grandine se la temperatura è molto bassa. L'acqua che torna sulla terra alimenta i fiumi, riempie i laghi e raggiunge di nuovo il mare, dove tutto ricomincia da capo. Grazie a questo ciclo continuo, l'acqua del pianeta non finisce mai, ma viene continuamente riciclata dalla natura per noi e per tutti gli esseri viventi.
Ricorda
I punti chiave che devi tenere a mente sono questi:
- La materia esiste in tre stati: solido, liquido e aeriforme.
- La fusione trasforma un solido in liquido grazie al calore.
- La solidificazione trasforma un liquido in solido togliendo calore.
- L'evaporazione e l'ebollizione trasformano un liquido in vapore.
- La condensazione trasforma un vapore in liquido raffreddandolo.
- La sublimazione e il brinamento sono passaggi diretti tra solido e aeriforme.
Piccolo esercizio di verifica da svolgere sul quaderno: disegna uno schema con tre riquadri intitolati solido, liquido e aeriforme, poi collegali con sei frecce e scrivi sopra ciascuna freccia il nome del passaggio di stato corrispondente, indicando anche se serve calore o raffreddamento. Sotto lo schema, descrivi con parole tue un esempio della tua giornata in cui hai visto avvenire uno di questi passaggi.