Per solidificazione si intende il passaggio di un corpo dallo stato liquido allo stato solido; tale processo avviene tramite raffreddamento di un liquido. I passaggi di stato della materia sono quei fenomeni fisici che permettono a un corpo di passare da uno stato all’altro. Questo passaggio è reversibile.
In fisica, affinché un passaggio di stato si verifichi è necessario fornire o sottrarre calore a un corpo. La caratteristica principale dei passaggi di stato è che questi fenomeni accadono a temperatura costante. L’esempio classico è quello dell’acqua che bolle. Durante il processo, la temperatura è fissa a 100° C fino alla sua completa trasformazione in vapore.
Il Processo di Solidificazione
Il calore che viene sottratto al liquido durante la solidificazione fa diminuire la sua temperatura, e quindi anche l'energia cinetica delle sue particelle, il cui movimento diventa pertanto sempre meno caotico. Ad una temperatura sufficientemente bassa, le particelle incominciano ad assumere nella massa della sostanza liquida delle posizioni di equilibrio nello spazio tridimensionale.
Come già detto, durante il processo di solidificazione, la temperatura del liquido rimane costante. Più in particolare, il calore latente di solidificazione è la quantità di energia liberata da 1 g di sostanza in fase di solidificazione. La temperatura di solidificazione è una grandezza caratteristica di ogni sostanza pura e quindi è una proprietà intensiva della materia.
Passaggi di Stato e Calore Latente
Per provocare un cambiamento di fase, occorre fornire o sottrarre una quantità supplementare di calore oltre a quella necessaria a raggiungere la temperatura di trasformazione. La quantità di calore che provoca una variazione di temperatura si definisce calore sensibile. In termodinamica il calore sensibile è la quantità di calore che viene scambiata tra due corpi producendo una diminuzione della differenza di temperatura tra i due corpi.
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Per permettere che ciò avvenga, è necessario fornire o asportare molta più energia, cioè molto più calore. Questa seconda quantità di calore, che è assorbita o ceduta dalla materia durante il cambiamento di fase, si definisce calore latente e lo scambio avviene senza ulteriori variazioni di temperatura (e quindi in modo non apparente).
Esempi di Passaggi di Stato
I passaggi di stato più conosciuti sono 6. Quindi, in ordine da sinistra a destra avremo: 1) il passaggio da solido a liquido (fusione), 2) da liquido a gassoso (vaporizzazione) e viceversa 3) da gassoso a liquido (condensazione), 4) da liquido a solido (solidificazione). Ma poiché come detto sopra, gli stati della materia sono 4, a questi 6 passaggi ne vanno aggiunti altri 2 (ionizzazione e deionizzazione).
- Fusione: passaggio da solido a liquido.
- Solidificazione: passaggio da liquido a solido.
- Vaporizzazione: passaggio da liquido a gassoso.
- Condensazione: passaggio da gassoso a liquido.
- Sublimazione: passaggio da solido a gassoso.
- Brinamento: passaggio da gassoso a solido.
La materia, se sottoposta a variazione di temperatura e pressione, subisce una trasformazione da uno stato fisico ad un altro, chiamato passaggio di stato, una trasformazione fisica e non chimica, perché non viene alterata la composizione della sostanza, ma solo il modo in cui sono legate le particelle.
Quando un corpo è riscaldato, l'energia delle particelle aumenta fino a superare le forze di coesione, determinando il passaggio di stato; viceversa, raffreddandolo, le particelle diminuiscono il loro movimento e si fanno più sentire le forze di coesione.
Tabella dei Passaggi di Stato
| Passaggio di Stato | Descrizione |
|---|---|
| Fusione | Passaggio da solido a liquido |
| Solidificazione | Passaggio da liquido a solido |
| Vaporizzazione | Passaggio da liquido ad aeriforme |
| Condensazione | Passaggio da aeriforme a liquido |
| Sublimazione | Passaggio diretto da solido ad aeriforme |
| Brinamento | Passaggio diretto da aeriforme a solido |
Stati della Materia
Gli stati fisici della materia non sono tre bensì quattro, poiché esiste anche il plasma. I passaggi di stato che vengono studiati a scuola sono sei e riguardano i primi tre, ma in tutto sono otto. Va considerata anche la trasformazione da gas a plasma e il suo inverso.
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- Solido: Stato con forma e volume propri. Atomi e molecole sono strettamente legati fra loro in un reticolo cristallino.
- Liquido: Stato con volume definito ma non una forma, assumono la forma del contenitore. Atomi e molecole sono legati meno saldamente e possono scorrere gli uni sugli altri.
- Gassoso: Sostanze che non hanno né forma né volume propri. Atomi e molecole hanno grande libertà di movimento ma in questo stato la materia è facilmente comprimibile.
- Plasma: Simile al gas ma risulta ionizzato. Fra le sue molecole infatti si muovo cariche elettriche libere, sia ioni positivi che negativi.
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