Un passaggio di stato o trasformazione di stato o cambiamento di stato è un passaggio tra uno stato della materia verso un altro. Nei passaggi di stato varia l'energia interna della materia in modo tale da variare l'interazione tra le molecole che formano la materia.
La somministrazione di energia, ad esempio, aumenta l'energia interna della materia; in questo stato, le molecole vibrano e iniziano ad allontanarsi fino a quando l'energia non è sufficientemente elevata da permettere il passaggio di stato. Viceversa, quando l'energia è allontanata dalla materia, le forza di attrazione tra le particelle predomina e, di conseguenza, si assiste all'aumento della coesione delle molecole. Questa osservazione è facilmente verificabile riscaldando del ghiaccio: le molecole di acqua coese, a causa della bassa energia interna, iniziano a vibrare e - sebbene a livello microscopico - allontanarsi, fino a quando l'energia interna non è sufficientemente elevata per avviare il passaggio di stato verso lo stato liquido.
Schematizzazione dei vari passaggio di stato possibili.
Temperatura e variazione di stato
I cambiamenti di stato sono associati alla temperatura della materia poiché essa stessa è una funzione dell'energia interna. All'aumentare dell'energia interna aumenta la temperatura che, invece, diminuisce quando la sostanza perde energia. È importante notare che, durante la fase di trasformazione di stato, è necessario fornire un quantitativo di energia alla sostanza sufficiente per operare la trasformazione ma, allo stesso tempo, la temperatura della sostanza rimane costante fino a quando non è raggiunto il nuovo stato della materia.
Grafico energia/temperatura
L'energia necessaria per operare una variazione di stato è nota per alcune molecole semplici o complesse; allo stesso modo, anche la temperatura di fusione e di ebollizione rappresentano dei parametri conosciuti. Ad esempio, nella tabella sottostante, sono presenti i valori di temperatura e di energia necessari per la trasformazione di stato dell'acqua pura.
Energia e passaggio di stato dell'acqua
| Passaggio di stato |
Temperatura °C |
Energia (J/g) |
|---|
| Fusione |
0 |
333 |
| Ebollizione |
100 |
2260 |
L'acqua pura necessità di un quantitativo di energia affinché possa avvenire un passaggio di stato.
L'atomo e la sua struttura: Nucleo (protone, neutrone) e guscio esterno (elettrone).
Proprietà dell'atomo: Numero atomico, numero di massa, peso atomico, raggio atomico.
Specie chimiche: Ossidi.
Meccanica quantistica dell'elettrone: Ipotesi di De Broglie, orbitale atomico, numero quantico principale, numero quantico secondario, spin, salto quantico.
Configurazione elettronica: ibridizzazione sp3, ibridizzazione sp2, ibridizzazione sp, struttura di Lewis.
Legame chimico: Legame debole, legame ionico, legame metallico. Regola dell'ottetto, legame covalente, legame covalente dativo, energia di legame.
Stato della materia: Solido, liquido, aeriforme (gas).
Chimica delle soluzioni: Soluzione (solvente e soluto), concentrazione (molarità , normalità , frazione molare). Idrolisi, prodotto ionico dell'acqua.
Equilibrio chimico: Legge di azione di massa, costante di equilibrio.
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