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6.1 I passaggi tra stati di aggregazione
Qualsiasi sostanza a seconda della temperatura può essere solida, liquida o gassosa. Ogni passaggio di stato è accompagnato dall’assorbimento o dalla liberazione di energia.
Una sostanza all’aumentare della temperatura richiede una energia maggiore per vincere le forze attrattive. Quando invece avviene il viceversa, ovvero che le molecole si avvicinano, l’energia corrisponde al lavoro positivo compiuto dalle forze intermolecolari.
6.2 La temperatura di fusione e di solidificazione
Il processo di fusione avviene in una temperatura ben determinata di una sostanza che passa dallo stato solido a quello liquido. Un esempio lo è lo stagno che una volta liquefatto alla temperatura maggiore di 232 °C, lo stagno si scioglie. Una volta arrivato allo scioglimento, il termometro indica che lo stagno diluisce finché raggiunge 232 °C, ovvero il valore della temperatura di fusione. Lo stagno da quel momento inizia a solidificarsi, lasciando la temperatura costante. Una raggiunta la solidificazione, la temperatura diminuisce.
6.3 Il calore latente di fusione e di solidificazione
Si chiama calore latente di fusione, la sostanza che ha una quantità necessaria per fondere completamente l’unità di massa, quando si trova alla temperatura di fusione. E ciò è dato da una formula, in cui consideriamo delta la quantità di energia necessaria a fondere una massa di un materiale, e il calore latente di fusione Lf.
Delta E
Lf = ------------------------
Massa
Questa grandezza si misura nel Sistema Internazionale in J/Kg.
Il calore latente di solidificazione si applica in maniera negativa perché il delta E è negativo.
Il motivo perché ci dà un risultato negativo, è dovuto alla temperatura che se resta costante, anche l’energia cinetica rimarrà costante, mentre quella interna diminuisce perché viene ceduta energia all’esterno. Le molecole al posto di muoversi senza direzione, si raggruppano in strutture cristalline regolari.
6.4 La vaporizzazione e la condensazione. Il calore latente di vaporizzazione.
La vaporizzazione è la trasformazione di una sostanza dallo stato liquido a quello aeriforme. La condensazione invece è il passaggio dallo stato aeriforme allo stato liquido.
Un esempio semplice, si può fare con una pentola d’acqua quando si trova sul fuoco, la sua temperatura aumentando, sprigiona sulla superficie del vapore e a 100 °C l’acqua inizia a bollire.
Il passaggio inverso avviene grazie al calore latente di vaporizzazione cioè, se più sarà maggiore l’energia dallo stato liquido ad aeriforme per sprigionare l’energia delle molecole, maggiore sarà l’energia per lo stato inverso per attrarre le molecole..
Questa serie di passaggi è data da una formula in cui il calore latente di vaporizzazione appare Lv
Delta E
Lv =-----------------------
Massa
6.5 Il vapore saturo e la sua pressione
Quando si parla di evaporazione, intendiamo la fuga di molecole dalla superficie di un liquido. Il liquido trovandosi a una certa temperatura, le molecole, si muoveranno verso l’esterno con una energia cinetica molto grande, come è indicato nella teoria di Maxwell.
Il vapore formatosi sopra il liquido viene continuamente soffiato via e il processo di evaporazione continua a muoversi maggiormente. Le molecole che sono sottratte al liquido, le molecole che restano tendano di diminuire di velocità e a sua volta diminuisce la temperatura del liquido.
Quando invece il vapore rimane sopra il liquido, le molecole in una gran parte si trovano nello stato di vapore e ritornano dentro il liquido. L’evaporazione se avviene in un ambiente chiuso vi sarà una fuoriuscita di molecole dal liquido. Con l’aumentare della densità del vapore cresce il numero di molecole che escono dal liquido e dopo un po’ di tempo raggiunge uno stato di equilibrio.
La pressione del vapore saturo
La pressione del vapore saturo è quella pressione che esercita sulle pareti del recipiente . Si misura il vapore saturo lasciando evaporare il liquido ad ambiente vuoto, lo strumento è un manometro. Il manometro posto all’interno del recipiente, misura dopo un po’ di tempo la misura di questa grandezza.
Il manometro a una determinata temperatura, può misurare una sostanza che cambia di grandezza a seconda della temperatura.
Se invece il liquido evapora in un ambiente aperto, la pressione del vapore saturo è una parte della pressione totale..
Un esempio, se ci troviamo di trovarci in una ambiente saturo di vapore con la temperatura di 20 °C e la pressione atmosferica misurata da un manometro, a 101 x 105 Pa.(La pressione è uguale a 2300 Pa.). Il vapore dell’acqua contribuisce alla pressione totale di 2300 Pa., ovvero per il 2%. Ciò spiega che la pressione del vapore saturo di 100 °C è esattamente uguale alla pressione atmosferica. La temperatura arriva a 100 °C la pressione interna dovuta al vapore eguaglia quella esterna, Le bollicine crescono di diametro e sono spinte secondo la legge di Archimede, ovvero l’acqua bolle.
6.6 La condensazione e la temperatura critica
Per condensare un vapore si potrebbe aumentare di pressione, mantenendo la temperatura costante o lo si può raffreddare mantenendo costante la pressione.Come ?
A temperatura costante, aumentando la pressione che sia maggiore del vapore saturo. Il vapore costretto a liquefarsi perché il vapore saturo è la massima pressione a cui il vapore può sussistere. Il vapore saturo una volta compresso, occupa un volume minore.
Invece a pressione costante, quando il vapore passa allo stato liquido diminuendo la temperatura. Diminuendo la temperatura, più bassa sarà la pressione del vapore saturo. In questo caso si condensa la quantità di vapore necessaria affinché la pressione del vapore che rimane sia eguale alla pressione del vapore saturo a quella temperatura.
Esistono sostanze gassose che non si possono liquefarsi, come l’azoto e l’ossigeno. Per il caso della temperatura critica , questi tipi di sostanze non si possono liquefarli anche se si sottopongono ad altissime pressioni e ciò spiga come mai un gas si chiama sostanza aeriforme che si trova al di sopra della sua temperatura critica, quando invece una sostanza aeriforme è una temperatura inferiore e prende il nome di vapore.
Il diagramma di fase
Il diagramma di fase è una tabella dove vengono rappresentate le curve isoterme a diversi valori dalla temperatura. In questa tabella troviamo una zona verde che rappresentano le sostanze che si comportano come un gas perfetto e sono dei vapori. La zona gialla invece rappresentata un gas. Poi c’e la zona rosa che è posta al di sotto della linea viola e rappresenta sistemi in cui si ha un liquido in equilibrio con il suo vapore. Dopo ancora troviamo la zona azzurra che corrisponde ai grandi aumenti della pressione, i liquidi sono quasi incompressibili.
6.7 Il vapore d’acqua nell’atmosfera
La nostra atmosfera è composta da sostanze come l’ossigeno(23%) l’azoto(75,5%) e l’anidride carbonica(1,5%). A 10 Km di altezza troviamo nell’aria dei vapori d’acqua che sono stati evaporati dai mari, dai fiumi e dai laghi e anche dall’acqua che impregna il terreno. Questi vapori d’acqua si condensano e formano nubi, piogge, neve, grandine e anche uragani.
La quantità di vapore d’acqua può variare molto, ma in nessun caso la pressione può superare la pressione del vapore saturo alla temperatura dell’aria. Ciò accade che il vapore d’acqua si condensa sottoforma di nuvole o di nebbia.
Si chiama umidità relativa dell’aria il rapporto tra la pressione effettiva del vapore d’acqua, che si misurano in maniera effettiva. Uno strumento che serve a misurare l’umidità dell’aria è l’igrometro. Ne esistono tanti di igrometri, uno principale è l’igrometro a cappella.
Nebbia, neve, rugiada,brina
Quando la temperatura diminuisce e il vapore d’acqua è saturo, il vapore d’acqua si condensa e si formano minutissime goccioline che costituiscono le nebbie e le nubi.
Il processo di varie formazioni delle varie precipitazioni atmosferiche è molto complicato. Una nube è a bassa temperatura, all’interno si formano dei cristallini di ghiaccio che quando cadono diventano sempre più grossi e quando si urtano si solidificano. D’inverno la temperatura a terra è a sotto zero, questi cristallini di ghiaccio arrivano a terra sottoforma di neve. La temperatura a terra è se è maggiore di zero la neve si fonde è diventa pioggia.
Un fenomeno lo vediamo nelle notti serene d’inverno, quando la superficie del terreno si raffredda per irraggiamento. Il vapore d’acqua dell’atmosfera si condensa sottoforma di piccole goccioline che chiamiamo rugiada. Quando invece il vapore d’acqua passa dallo stato aeriforme, allo stato gassoso e la temperatura del suolo e inferiore a 0°C si ha la brina.
6.8 La sublimazione
La sublimazione si ha il passaggio dallo stato solido allo stato aeriforme. I cristalli si possono sublimare , ma la maggior parte dei solidi questa sublimazione è nulla, perché riscaldandoli si liquefanno prima che la loro pressione di vapore abbia raggiunto un valore considerevole. In questo caso fanno eccezione alcuni solidi come la naftalina, la canfora e lo iodio. Un esempio di questi è lo iodio che prendendo un pezzetto di questa sostanza , riscaldato leggermente, sprigiona dei vapori violacei, dopo un po’ di tempo lo iodio è diventato vapore per sublimazione.
Fonte: http://spazioinwind.libero.it/scarpulla_massimiliano/Tesine%20di%20fisica/Documento%20cap%20VI.doc
Sito web da visitare: http://spazioinwind.libero.it/scarpulla_massimiliano
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