I passaggi di stato delle sostanze pure avvengono a temperature ben precise e caratteristiche per ogni sostanza; queste temperature rimangono costanti per tutta la durata del processo. Nel caso della fusione del ghiaccio, ad esempio, la temperatura resta costante per tutto il processo anche se il sistema continua ad assorbire energia dall'ambiente sotto forma di calore.
Tale quantità di energia è chiamata calore latente di fusione. Nel caso della fusione, il calore assorbito viene utilizzato per vincere le forze di coesione che mantengono le molecole fisse, vicine le une alle altre. Come la fusione, anche l'ebollizione è un processo che richiede energia.
Il calore latente di vaporizzazione (o di ebollizione), fornito durante l'ebollizione della sostanza, viene utilizzato per indebolire le forze di coesione tra le particelle del liquido, permettendo loro di allontanarsi fino a passare allo stato di vapore.
Un esempio di questo fenomeno è visibile nella curva di riscaldamento dell'acqua distillata, dove si nota che durante la fusione e durante l'ebollizione la temperatura rimane costante.
Esempio Pratico: Fusione del Ghiaccio
Svolgiamo un esempio per rendere più chiare le idee. Supponiamo di volere determinare la quantità di calore necessaria per fondere un cubetto di ghiaccio di massa 120 g che si trova alla temperatura di 0°C. Pertanto per fondere 120 g di ghiaccio che si trovano alla temperatura di 0°C è necessario fornire una quantità di calore pari a 40.020 J. Nel S.I.
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Confronto tra Acetone, Alcol Etilico e Pentano
Consideriamo un esperimento in cui 0,5 mL di alcol etilico, 0,5 mL di pentano e 0,5 mL di acetone vengono posti a evaporare in tre recipienti uguali, misurando poi l'abbassamento di temperatura. I risultati sono i seguenti:
- Alcol etilico: diminuzione di temperatura di 7°C
- Pentano: diminuzione di temperatura di 1°C
- Acetone: diminuzione di temperatura di 4°C
Da questi dati possiamo dedurre alcune informazioni importanti:
- Calore latente di vaporizzazione: L'alcol etilico presenta il maggior calore latente di vaporizzazione.
- Forze di coesione: Il pentano ha molecole che si attraggono con minori forze di coesione.
- Velocità di evaporazione: Il pentano evapora più rapidamente.
Calore Latente di Fusione del Ghiaccio
Sapendo che il calore latente di fusione del ghiaccio è pari a 334 J/g, possiamo calcolare quanto calore è necessario per far fondere 5g di ghiaccio:
334 J/g * 5 g = 1670 J
Pertanto, sono necessari 1670 J per fondere 5g di ghiaccio.
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