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Curve di riscaldamento e di raffreddamento


Riscaldando a pressione esterna costante una sostanza pura allo stato solido si osserva che un rapido aumento della temperatura della sostanza fino a quando, nonostante si continui a erogare calore, essa rimane costante. A partire da questo momento si osserva il cambiamento di stato di aggregazione della sostanza solida la quale passa allo stato liquido. Tale fenomeno viene indicato con il nome di fusione e la temperatura alla quale tale fenomeno si verifica viene detta temperatura di fusione. Quest’ultima è caratteristica di ogni sostanza ed è una grandezza intensiva: essa non dipende dalla quantità di materia o dalle dimensioni del campione ma solo dalla natura della sostanza e dalle condizioni in cui si trova. La quantità di calore che deve essere fornita a una quantità di sostanza affinché essa passi dallo stato solido a quello liquido viene detta calore latente di fusione; se la quantità di sostanza corrisponde a una mole , tale calore prende il nome di calore latente molare di fusione e in genere ha come unità di misura cal/mol. Quando tutta la sostanza è passata allo stato liquido il calore che viene ad essa fornito fa nuovamente aumentare la sua temperatura fino a quando essa, pur continuando a somministrare calore, rimane costante. Da questo punto in poi si osserva il cambiamento di stato di aggregazione della sostanza che passa dalla fase liquida a quella di vapore, senza che la temperatura subisca alcuna variazione. Tale processo va sotto il nome di ebollizione e la temperatura costante a cui esso si verifica vien detta temperatura di ebollizione della sostanza. Quest’ultima è caratteristica di ogni sostanza. La quantità di calore che deve essere fornita a una quantità di sostanza affinché essa passi dallo stato liquido a quello di vapore  viene detta calore latente di ebollizione (evaporazione); se la quantità di sostanza corrisponde a una mole , tale calore prende il nome di calore latente molare di ebollizione (evaporazione). I passaggi di stato di aggregazione e cioè quelli solido-liquido e liquido-vapore vengono rappresentati in un diagramma ponendo i dati della temperatura della sostanza contro i dati del calore fornito. In questo modo si ottengono delle curve caratteristiche dette curve di riscaldamento il cui tipico andamento ideale è rappresentato in figura:

curva di riscaldamento

la lunghezza dei tratti b e d, la cui proiezione sull’asse delle ascisse fornisce rispettivamente l’ammontare del calore latente di fusione e di quello latente di evaporazione della sostanza pura dipende sia dalla quantità iniziale di sostanza, sia dalla sua natura chimica, sia dalla velocità con la quale la sostanza viene riscaldata. Comunque essi hanno la caratteristica peculiare di un andamento orizzontale che rispecchia la costanza della temperatura in questi intervalli. Poiché gli stati di aggregazione della materia sono interconvertibili si verificano fenomeni esattamente opposti a quelli descritti, se a pressione costante, si sottrae calore ad una data massa di sostanza allo stato aeriforme come, ad esempio, ad una data quantità di vapore acqueo. In questo caso si verifica dapprima il passaggio di stato vapore-liquido che prende il nome di condensazione o liquefazione. La temperatura costante a cui il fenomeno si verifica è detta temperatura di condensazione mentre il calore messo in gioco nel processo, che in questo caso viene liberato dal sistema è detto calore latente di liquefazione. Alla medesima pressione il punto di ebollizione e il punto di condensazione di una data sostanza coincidono, e così pure coincidono numericamente il suo calore latente molare di evaporazione e di condensazione con la differenza che il calore latente di evaporazione viene assorbito mentre quello di condensazione viene liberato dalla sostanza. Una volta che tutta la sostanza è passata dallo stato di vapore a quello liquido, continuando a sottrarre calore, la sua temperatura diminuisce fino a quando diviene di nuovo costante quando si verifica il passaggio di stato liquido-solido che prende il nome di solidificazione o cristallizzazione. Anche in questo caso viene definita la temperatura di solidificazione e il calore latente di solidificazione. Il diagramma rappresentativo dei passaggi di stato descritti ( vapore-liquido, liquido-solido) è conosciuto come curva di raffreddamento di una sostanza il cui andamento ideale è mostrato in figura:

curva di raffreddamento

che è analogo ma di verso opposto alla curva di riscaldamento. Alcune volte, in dipendenza della pressione esterna alla quale viene riscaldata una sostanza solida, può capitare che essa passi direttamente allo stato aeriforme senza fondere ovvero si verifica il passaggio di stato:

solido aeriforme

Un simile fenomeno prende il nome di sublimazione e la temperatura alla quale si verifica tale fenomeno è detta temperatura di sublimazione, mentre il calore messo in gioco nel processo viene indicato con il nome di calore latente di sublimazione. Se ci si riferisce ad una mole di sostanza si parla di calore latente molare di sublimazione; ovviamente il calore latente molare di sublimazione di una sostanza è dato dalla somma del suo calore latente di fusione e del suo calore latente molare di evaporazione calcolati alla medesima pressione.

Il processo inverso:

vapore liquido

prende il nome di brinamento o di deposizione e anche in questo caso viene definito la temperatura di brinamento (deposizione) e il calore latente di brinamento (deposizione). Anche in questo caso vale la seguente regola: alla medesima pressione, il punto di brinamento e il punto di sublimazione coincidono e così pure coincidono il calore latente molare di brinamento e il calore latente molare di sublimazione. Nella figura:

passaggi di stato

vengono schematizzati i passaggi di stato di aggregazione della materia.

Autore: Chimicamo

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