Informazioni su questo esperimento
L’acqua è la sostanza più facile da osservare in tutti e tre gli stati: ghiaccio solido, acqua liquida e gas chiamato vapore acqueo. Metti un pallone con del ghiaccio a −20 °C su una piastra riscaldante e riscaldalo. Osserva il termometro, i cubetti di ghiaccio, le bolle e il palloncino che raccoglie il vapore, quindi ingrandisci l’immagine per vedere cosa fanno le particelle. La curva di riscaldamento mostra qualcosa di sorprendente: mentre il ghiaccio fonde e mentre l’acqua bolle, la temperatura non cambia affatto.
Obiettivi di apprendimento
- Nomina i tre stati della materia e fai un esempio per ciascuno.
- Descrivi come sono disposte e come si muovono le particelle in un solido, un liquido e un gas.
- Usa correttamente le parole fondere, congelare, bollire, evaporare e condensare.
- Ricorda che l’acqua pura fonde a 0 °C e bolle a 100 °C alla normale pressione atmosferica.
- Spiega che la temperatura rimane invariata mentre cambia lo stato.
Come si usa
- 1Premi «Avvia riscaldamento». Guarda il termometro salire fino a raggiungere 0 °C. Che cosa succede ai cubetti di ghiaccio e alle particelle?
- 2Continua a scaldare mentre il ghiaccio si scioglie. Osserva la temperatura. Aumenta mentre nel matraccio c’è ancora del ghiaccio?
- 3Scalda l’acqua fino a 100 °C. Descrivi le bolle. Che cosa contengono?
- 4Osserva il palloncino mentre l’acqua bolle. Perché si gonfia, anche se non viene aggiunto nulla nel matraccio?
- 5Imposta la piastra riscaldante su «Raffredda». Riproduci il filmato al contrario: dove va il vapore acqueo e quando ricompare il ghiaccio?
- 6Osserva la curva di riscaldamento. Che cosa richiede più calore: sciogliere il ghiaccio o far evaporare tutta l’acqua?
Il modello
Ipotesi
- Il matraccio è chiuso con un palloncino, quindi l’acqua non fuoriesce e il vapore rimane alla normale pressione atmosferica.
- Tutto il calore della piastra riscaldante passa all’acqua. In un vero laboratorio, una parte del calore si disperde nell’aria e nel vetro.
- Valori utilizzati: calore specifico del ghiaccio, 2,1 J/(g·°C); dell’acqua, 4,18; e del vapore, 2,0; 334 J/g per fondere il ghiaccio e 2257 J/g per far bollire l’acqua.
- Il disegno particellare rappresenta ogni particella come una piccola sfera. È un modello: le vere molecole d’acqua sono troppo piccole per essere viste e sono moltissime di più.
Provalo in classe
- Q1Il gelato si scioglie in mano, ma non nel congelatore. Che cosa cambia?
- Q2Una pozzanghera scompare in una giornata di sole senza mai raggiungere i 100 °C. Dove è finita l’acqua?
- Q3Perché si formano gocce d’acqua all’esterno di un bicchiere freddo di succo?
- Q4Il vapore è la nuvola bianca che si vede sopra un bollitore? Spiega che cos’è davvero quella nuvola.
- Q5Perché ci vuole molto più tempo per far bollire una pentola fino a farla asciugare che per portare l’acqua a ebollizione?
Domande frequenti
Perché la temperatura smette di aumentare mentre il ghiaccio si scioglie?
Nel ghiaccio, le particelle sono tenute insieme secondo uno schema. Sciogliersi significa rompere quello schema, e tutto il calore della piastra calda viene usato per questo, invece di far muovere più velocemente le particelle. La temperatura ricomincia a salire solo quando tutto il ghiaccio si è sciolto.
Qual è la differenza tra ebollizione ed evaporazione?
Entrambi trasformano l’acqua liquida in gas. L’evaporazione avviene lentamente sulla superficie a qualsiasi temperatura. L’ebollizione avviene in tutto il liquido a 100 °C; per questo sul fondo si formano bolle di vapore.
Il vapore è visibile?
No. Il vero vapore, cioè l’acqua allo stato gassoso, è invisibile. La nuvola bianca sopra un bollitore è formata da minuscole goccioline di acqua liquida, che si formano quando il vapore si raffredda nell’aria.
L’acqua bolle sempre a 100 °C?
Solo alla normale pressione atmosferica a livello del mare. In alta montagna la pressione dell’aria è più bassa e l’acqua bolle a una temperatura inferiore: circa 70 °C sulla cima del monte Everest.