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Classificazione della materia

by Adriana Carelli
Stati della materia

I tre stati della materia

Gli stati della materia sono 3 : solido, liquido e gassoso

Punti chiave

  • La materia può esistere in uno di questi stati: solido, liquido e gassoso
  • Nello le forze di coesione tra le molecole sono intense, i solidi hanno forma propria e volume proprio
  • Nello le forze di coesione tra le molecole sono deboli, i liquidi hanno volume proprio ma prendono la forma del recipiente
  • Nello le forze di coesione tra le molecole sono trascurabili, i gas prendono sia la forma che il volume dal contenitore

Termini chiave

  • solido

Un corpo che ha forma e volume proprio senza un contenitore, le molecole non sono libere di muoversi o vibrare perché i legami tra loro sono intensi.

  • liquido

Una sostanza che prende la forma del contenitore ma ha un volume proprio. Le molecole hanno legami deboli e sono costantemente in movimento.

  • gas

Una sostanza che prende sia la forma che il volume del contenitore, le molecole hanno legami trascurabili e si muovono velocemente.

Altri stati della materia

In casi estremi possono verificarsi anche altri stati, come quello di plasma, i condensati di Bose Einstein, oltre ad avere stati della materia intermedi fra i tre principali, ad esempio lo stato granulare (esempio la sabbia) dove i singoli pezzetti sono solidi ma l’insieme si comporta da liquido. Altro stato è quello spugnoso (esempio le spugne), sono solidi con dentro bolle d’aria.

In questa immagine vediamo i passaggi di stato

Gli stati della materia in dettaglio

Stato solido

In questo stato le forze attrattive tra le particelle (atomi, ioni o molecole) sono molto intense, consistendo in legami chimici veri e propri (solidi ionici, covalenti e metallici) o in legami intermolecolari. Queste forze attrattive impediscono alle particelle di spostarsi reciprocamente e consentono ad esse solo piccole oscillazioni (moti vibrazionali), in altre parole, la velocità delle particelle nello stato solido è di modesta entità.

I solidi hanno forma e volume propri e sono incomprimibili

Solidi cristallini

I cristalli si formano in processi detti di cristallizzazione,in seguito al graduale disporsi, secondo uno schema regolare e ripetitivo, di particelle (atomi, ioni e molecole) intorno a raggruppamenti ordinati di dimensioni submicroscopiche detti nuclei. I solidi cristallini naturali, formati da un elemento o da un composto chimico, costituiscono i minerali. I minerali possono essere cristalli isolati oppure aggregati cristallini e in tal caso danno origine alle rocce costituenti della crosta terrestre.

Solidi amorfi

Una minoranza delle sostanze solide presenta una struttura interna disordinata, analoga a quella dei liquidi, infatti vengono anche definiti liquidi ad altissima viscosità. L’esempio più comune è il vetro, per questo motivo lo stato in cui si trovano è definito stato vetroso. I vetri per riscaldamento prima rammolliscono e poi diventano liquidi senza una temperatura di fusione ben definita. Oltre al vetro sono amorfi anche le gomme e alcune materie plastiche.

Stato liquido

I liquidi presentano proprietà intermedie tra i solidi e i gas. Nello stato liquido le particelle possono muoversi scorrendo liberamente le une sulle altre, ma la loro velocità media è inferiore a quella dei gas. I liquidi pertanto hanno:

  • volume proprio ma non forma propria
  • sono poco comprimibili
  • presentano una densità assai maggiore dei gas ( a parità di temperatura e pressione)
  • diffondono l’uno nell’altro più lentamente dei gas
  • un liquido passa allo stato gassoso se riscaldato e passa allo stato solido se raffreddato

Stato gassoso

Le particelle che costituiscono la materia allo stato gassoso possiedono un’energia cinetica che prevale sulle forze di reciproca attrazione. Pertanto:

  • I gas non hanno né forma né volume proprio
  • Le particelle tendono ad occupare tutto lo spazio disponibile, urtandosi continuamente tra di loro e contro le pareti del recipiente (questi urti determinano la pressione del gas)
  • Tutti i gas, indipendentemente dalla loro natura , possiedono proprietà fisiche simili, in particolare il loro comportamento in relazione a variazioni di pressione, volume e temperatura è descrivibile da leggi valide per tutte le sostanze allo stato gassoso.

Un gas a una temperatura inferiore alla sua temperatura critica può anche essere chiamato vapore. Un vapore può essere liquefatto attraverso la compressione senza raffreddamento

Stato supercritico

Un fluido si dice essere in uno stato supercritico (e si dice fluido supercritico) quando si trova in condizioni di temperatura superiore alla temperatura critica e pressione superiore alla pressione critica. In queste condizioni le proprietà del fluido sono in parte analoghe a quelle di un liquido (ad esempio la densità) ed in parte simili a quelle di un gas (ad esempio la viscosità).

I fluidi nello stato supercritico trovano applicazione come solventi industriali, in sostituzione di quelli organici. In particolare l’anidride carbonica supercritica è largamente utilizzata, per esempio nell’estrazione della caffeina per produrre il caffè decaffeinato.

 

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