Stati della materia
Perché il ghiaccio galleggia, perché in alta montagna l'acqua bolle a 90 °C e perché una siringa diventa sempre più difficile da premere? Varia la temperatura e osserva le particelle disporsi in un cristallo, scorrere nel liquido e allontanarsi nel gas. Poi segui una curva di riscaldamento reale e la legge di Boyle, con dati di OpenStax e NIST.
Informazioni sul corso
Metti sul banco un becher di ghiaccio a −12 °C. OpenStax mostra che cosa succede: dopo dieci minuti il ghiaccio è arrivato a 0 °C e una piccola parte si è sciolta. Trenta minuti dopo ne è fuso altro, ma il termometro segna ancora 0 °C. Soltanto quando non rimane più ghiaccio la temperatura ricomincia a salire, fino a 22.2 °C. Il ghiaccio ha continuato ad assorbire calore dall'ambiente per tutto il tempo: il corso spiega dove è finito quel calore.
Le sei unità trattano che cos'è la materia, le particelle nei solidi, nei liquidi e nei gas, fusione e solidificazione, evaporazione ed ebollizione, curve di riscaldamento e pressione dei gas con la legge di Boyle. Le molecole d'acqua non cambiano: H₂O rimane H₂O nel ghiaccio, nell'acqua e nel vapore. Cambiano la distanza tra le molecole, la forza con cui si attraggono e la velocità con cui si muovono. L'evaporazione avviene soltanto in superficie e a qualsiasi temperatura, mentre l'ebollizione interessa tutto il liquido a una temperatura precisa. La curva di riscaldamento si studia con numeri reali: trasformare 135 g di ghiaccio a −15 °C in vapore a 120 °C richiede 416 kJ, di cui 305 kJ per la sola ebollizione. OpenStax arrotonda ogni passaggio e riporta 416 kJ; sommando i valori non arrotondati si ottengono invece 415.4 kJ, come mostra il modello del laboratorio.
L'ultima unità spiega la pressione dei gas attraverso il movimento delle molecole. Comprimendo il gas a metà del volume, ogni parte della parete riceve il doppio degli urti e la pressione raddoppia. In un esercizio un gas occupa 2.0 L a 100 kPa e viene compresso a 0.50 L alla stessa temperatura: devi trovare la nuova pressione.
Prima di iniziare
Puoi cominciare da qui senza aver mai studiato chimica, perché la prima unità chiede che cos'è la materia. Nell'unità sulla curva di riscaldamento il calore si misura in kilojoule per mole, quindi aiuta la parte sulle moli in Legami chimici, e per le domande sulla legge di Boyle bastano moltiplicazione e divisione.
Alla fine
Saprai distinguere massa e peso, descrivere come si comportano le particelle in un solido, in un liquido e in un gas e spiegare perché il ghiaccio resta a 0 °C mentre fonde. Saprai dire perché l'acqua bolle a circa 90 °C a Leadville, calcolare il calore necessario per fondere il ghiaccio o far bollire l'acqua a partire dalle moli e usare la legge di Boyle per trovare un nuovo volume di gas.
- 1Che cos'è la materiaSulla Luna un'astronauta pesa un sesto di quanto pesa sulla Terra, ma la sua massa non cambia affatto.
- 2Le particelle nei solidi, nei liquidi e nei gasA 30 °C le molecole di azoto nell'aria attorno a te si muovono a circa 519 m/s, più velocemente di un aereo di linea.
- 3Fusione e solidificazioneUn becher di ghiaccio, riscaldato dall'aria della stanza, è rimasto esattamente a 0 °C per oltre mezz'ora mentre il ghiaccio fondeva.
- 4Evaporazione ed ebollizioneA Leadville, in Colorado, a circa 3100 m di quota, la pressione atmosferica è di circa 68 kPa e l'acqua bolle a circa 90 °C.
- 5Curve di riscaldamentoTrasformare 135 g di ghiaccio a −15 °C in vapore a 120 °C richiede 416 kJ, di cui 305 kJ per la sola ebollizione.
- 6Pressione dei gas e legge di BoyleNel 1662 Robert Boyle compresse dell'aria intrappolata fino a un quarto del volume e scoprì che la pressione era aumentata di circa quattro volte.
Fonti di questo corso (8)
- OpenStax Chemistry 2e (openstax.org/books/chemistry-2e): 1.2 Phases and Classification of Matter (matter, three states, plasma, mass and weight, Moon 1/6, conservation of matter, sand and clouds)
- 9.2 gas laws (Boyle's law P1V1 = P2V2, syringe 15.0 mL 13.0 psi to 7.5 mL 26 psi, breathing, divers: every 33 ft of sea water adds 1 atm and halves the air volume at 33 ft, Amontons ~1700, Gay-Lussac ~1800, Charles, STP 273.15 K and 101.325 kPa, -273 °C absolute zero)
- 9.5 kinetic-molecular theory (average kinetic energy proportional to kelvin temperature, KEavg = 3/2 RT, urms = sqrt(3RT/M), N2 at 30 °C 519 m/s, O2 at -23 °C 441 m/s)
- 10.3 phase transitions (vapor pressure, normal boiling point at 1 atm = 101.3 kPa, Leadville 68 kPa about 90 °C, ΔHvap 44.01 kJ/mol at 25 °C and 40.67 kJ/mol at 100 °C, 1.5 L sweat 3600 kJ, ΔHfus 6.01 kJ/mol, ice at -12 °C staying at 0 °C while melting, CO2 sublimation 26.1 kJ/mol, frost is deposition, heating curve example 135 g ice -15 °C to steam 120 °C = 416 kJ with c ice 2.09, water 4.18, steam 1.86 J/g °C, burner turned up does not raise boiling temperature)
- NIST Chemistry WebBook phase change data (webbook.nist.gov: ethanol Tfus 159 K, Tboil 351.5 K; nitrogen Tfus 63.3 K, Tboil 77.34 K; oxygen Tfus 54.8 K, Tboil 90.2 K; mercury Tfus 234.31 K, Tboil 629.81 K; CO2 triple point 216.58 K at 5.185 bar, solid vapour-pressure equation Giauque and Egan 1937 giving 194.7 K at 1 atm)
- USGS Water Science School, Water Density (0.99987 g/cm³ at 0 °C, 1.00000 at 4 °C, 0.95865 at 100 °C; ice about 9% less dense)
- Britannica, Boyle's law (Robert Boyle 1662, air compressed by mercury; Edme Mariotte 1676)
- Boyle's 1662 table (48 spaces at 29 2/16 in, 12 spaces at 117 9/16 in of mercury) as reprinted in J. Appl. Physiol. 87 (1999) 1543.
Consultato il: 2026-10-17