Solidi, liquidi e gas

Scuola primariaChimica100 g di acqua in un matraccio chiuso a pressione atmosferica normale, riscaldati o raffreddati a velocità costante

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

  1. 1Premi «Avvia riscaldamento». Guarda il termometro salire fino a raggiungere 0 °C. Che cosa succede ai cubetti di ghiaccio e alle particelle?
  2. 2Continua a scaldare mentre il ghiaccio si scioglie. Osserva la temperatura. Aumenta mentre nel matraccio c’è ancora del ghiaccio?
  3. 3Scalda l’acqua fino a 100 °C. Descrivi le bolle. Che cosa contengono?
  4. 4Osserva il palloncino mentre l’acqua bolle. Perché si gonfia, anche se non viene aggiunto nulla nel matraccio?
  5. 5Imposta la piastra riscaldante su «Raffredda». Riproduci il filmato al contrario: dove va il vapore acqueo e quando ricompare il ghiaccio?
  6. 6Osserva la curva di riscaldamento. Che cosa richiede più calore: sciogliere il ghiaccio o far evaporare tutta l’acqua?

Il modello

Calore necessario per riscaldare ghiaccio, acqua o vapore: massa per calore specifico per aumento della temperatura (per gli alunni più grandi)
Calore necessario per fondere o far evaporare senza variazioni di temperatura: massa per calore latente

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

  1. Q1Il gelato si scioglie in mano, ma non nel congelatore. Che cosa cambia?
  2. Q2Una pozzanghera scompare in una giornata di sole senza mai raggiungere i 100 °C. Dove è finita l’acqua?
  3. Q3Perché si formano gocce d’acqua all’esterno di un bicchiere freddo di succo?
  4. Q4Il vapore è la nuvola bianca che si vede sopra un bollitore? Spiega che cos’è davvero quella nuvola.
  5. 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.