Gli stati di
aggregazione della materia ed i passaggi di stato
Iodio bisublimato - Sodio - Alcool etilico - Ghiaccio - Pompa
per vuoto ad acqua - Beuta da vuoto - Tubo in gomma da vuoto -
Vetreria. Richiami teorici:Ogni elemento chimico può esistere allo stato gassoso, allo stato liquido e in quello solido. Il passaggio da uno all'altro di questi stati è detto passaggio di stato. La maggior parte degli elementi, in condizioni ambientali, si
trova allo stato solido. Fanno eccezione mercurio e bromo che
sono allo stato liquido e neon, elio, argon, kripton, xenon, radon, idrogeno, azoto, ossigeno, fluoro, cloro
che sono allo stato gassoso. Variando la temperatura oppure la pressione ( o
entrambe ) , ogni elemento può mutare il suo stato fondamentale. Aumentando
la temperatura e diminuendo la pressione si ottiene, di regola, un passaggio solido
liquido gassoso. Ovviamente il percorso inverso lo si ottiene
diminuendo la temperatura ed aumentando la pressione. Stato solido: le particelle costituenti la materia sono
strettamente unite una all'altra in modo più o meno
geometricamente ordinato. Dette particelle sono dotate di energia
propria ed oscillano intorno al proprio punto di applicazione; da
questo non possono, però, muoversi in quanto sono circondate da
altre particelle. Stato liquido: le particelle hanno una energia cinetica
maggiore di quella dello stato solido, possono muoversi disordinatamente
ed urtarsi tra loro. Minori rispetto allo stato solido sono le forze
coesive, tanto che nell'interfaccia un certo numero di
particelle, può sottrarsi del tutto all'attrazione delle altre,
passando allo stato gassoso. I liquidi, infatti, esistono sempre
in presenza del loro gas. Stato gassoso: le particelle si muovono in maniera
caotica e le forze di coesione sono del tutto trascurabili. Esiste un quarto stato di aggregazione, il plasma, che
si ha portando un gas a temperature superiori a 5000 °C. In tale situazione
uno o più elettroni esterni si staccano formando uno ione; il
plasma è, quindi, formato da cationi e da elettroni in
equilibrio tra loro. Le stelle sono, ad esempio, allo
stato di plasma così come lo è la materia presente nei " tubi
al neon ". Esecuzione dell'esperienza:Parte prima: fusione del ghiaccio: Si pone in un becker un cubetto di ghiaccio e si
osserva il passaggio ad acqua liquida che avviene a
temperatura ambiente ( fusione ). Si sottopone poi il
becker a moderato riscaldamento coprendolo con un vetro da
orologio; si nota la vaporizzazione dell'acqua. Il vapore
d'acqua subito condensa sul fondo del vetro da orologio a
causa della temperatura più bassa di questo trasformandosi,
nuovamente in acqua allo stato liquido. La solidificazione
a ghiaccio implica una ulteriore sottrazione di calore che
può essere effettuata solo in un freezer. Parte seconda: sublimazione dello iodio: In un becker perfettamente asciutto si pongono alcuni
cristalli di iodio, si copre con un vetro da orologio su
cui è posto, come refrigerante, un cubetto di ghiaccio; si
sottopone il becker a moderato riscaldamento sul bunsen e si
osserva uno svolgimento di vapori rossastri, senza la formazione
di liquido ( sublimazione ). Sul fondo del vetro da
orologio, a causa della sua temperatura più bassa, si può
osservare, dopo pochi secondi, il riformarsi di cristalli
grigiastri di iodio, senza passaggio all'intermedio liquido ( brinamento
). Lo iodio brinato sul fondo del vetro da orologio può essere eventualmente riconosciuto con trattamento con un solvente apolare, ad esempio tetracloruro di carbonio che lo scioglierà facilmente con il tipico colore rosso-viola. Parte terza: fusione del sodio: In una provetta si pone un pezzettino di sodio, circa
2-3 grammi, avendo cura di asciugarlo perfettamente dal petrolio della
conserva. Si porta la provetta al bunsen fino a completa fusione del
metallo, fusione che avviene a circa 98 °C. La vaporizzazione
del metallo è molto più difficile da ottenere in quanto
richiede un riscaldamento a circa 890 °C. Parte quarta: influenza della pressione sulla temperatura di ebollizione: Modificando la pressione in cui si opera cambia il punto di ebollizione di un liquido. Nel caso dell'alcool etilico a pressione ambiente,
circa 760 mm di Hg, la temperatura di ebollizione, ovvero
di passaggio allo stato gassoso, è di circa 78 °C; se si
abbassa drasticamente la pressione, utilizzando una beuta da
vuoto collegata ad una pompa ad acqua, è possibile causare il
passaggio allo stato gassoso col solo calore della mano posta sul
fondo della beuta. Si versano nella beuta da vuoto 100 mL circa di alcool
etilico commerciale, la si tappa e la si collega tramite un
tubo da vuoto alla pompa ad acqua. La pompa deve essere collegata
ad un rubinetto di portata adeguata. Facendo defluire l'acqua la
pompa inizia a creare una depressione all'interno della beuta;
quando la pressione diviene almeno 1/10 di quella ambientale, il
solo calore della mano posta sul fondo della beuta risulta
sufficiente a portare l'alcool etilico all'ebollizione.
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