La materia è tutto ciò che ha massa e occupa spazio; può presentarsi in tre stati fondamentali (solido, liquido, aeriforme) che dipendono da come si dispongono e si muovono le particelle al suo interno.
Tutto ciò che ci circonda, dal banco di scuola all'aria che respiriamo, è fatto di materia. Ogni oggetto materiale possiede due caratteristiche misurabili: una massa, che indica la quantità di sostanza, e un volume, cioè lo spazio che occupa. La materia non è continua come sembra a occhio nudo, ma è formata da minuscole particelle invisibili in continuo movimento. La velocità di queste particelle e la forza con cui si attraggono fra loro determinano lo stato fisico in cui la materia si presenta. Comprendere questo modello particellare permette di spiegare perché una stessa sostanza, come l'acqua, può apparirci in forme così diverse.
I tre stati della materia
Lo stato solido è caratterizzato da forma e volume propri, perché le particelle sono molto vicine fra loro e legate da forze intense. Queste particelle non possono scorrere, ma vibrano soltanto attorno a una posizione fissa, formando spesso strutture ordinate chiamate reticoli. Lo stato liquido, invece, ha un volume proprio ma non una forma definita: le particelle restano vicine ma riescono a scorrere le une sulle altre, perciò il liquido assume la forma del recipiente che lo contiene. Lo stato aeriforme, comprendente gas e vapori, non ha né forma né volume propri, perché le particelle sono lontanissime e si muovono velocemente in ogni direzione. Per questo motivo un gas tende sempre a espandersi e a riempire tutto lo spazio a disposizione, risultando inoltre facilmente comprimibile. Un esempio quotidiano che riassume bene queste differenze è un cubetto di ghiaccio messo in un bicchiere al sole: prima è solido e mantiene la forma di cubo, poi diventa acqua liquida che prende la forma del bicchiere, e infine, evaporando lentamente, si disperde nell'aria come vapore.
I passaggi di stato
La materia può cambiare stato quando riceve o cede calore, senza però trasformarsi in una sostanza diversa: si parla allora di passaggi di stato. Dal solido al liquido avviene la fusione, mentre il processo inverso, da liquido a solido, si chiama solidificazione. Dal liquido all'aeriforme la materia passa con l'evaporazione, che avviene lentamente in superficie, o con l'ebollizione, che coinvolge tutto il liquido a una temperatura precisa; il passaggio opposto, da aeriforme a liquido, è la condensazione. Esistono inoltre due passaggi diretti fra solido e aeriforme senza fase liquida intermedia: la sublimazione, dal solido al gas, e il brinamento, dal gas al solido, come quando il vapore acqueo dell'aria si trasforma in cristalli di ghiaccio sui prati nelle notti fredde. Durante un passaggio di stato la temperatura della sostanza pura resta costante, perché tutto il calore fornito serve a vincere i legami fra le particelle e non a riscaldare ulteriormente.
Ricorda
- La materia ha massa e volume ed è costituita da particelle in movimento: più i legami sono forti e le particelle vicine, più lo stato è ordinato.
- I tre stati sono solido (forma e volume propri), liquido (solo volume proprio) e aeriforme (né forma né volume propri).
- I passaggi di stato si chiamano fusione, solidificazione, evaporazione/ebollizione, condensazione, sublimazione e brinamento; avvengono scambiando calore e a temperatura costante.
Piccolo esercizio sul quaderno: disegna tre riquadri intitolati solido, liquido e aeriforme, rappresenta con dei pallini la disposizione delle particelle in ciascuno e, sotto, scrivi una freccia per ogni passaggio di stato indicandone il nome e se serve assorbire o cedere calore.