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Curve di riscaldamento e di raffreddamento

  |   Chimica Generale, Termodinamica

Le curve di riscaldamento e di raffreddamento rappresentano i passaggi di stato delle sostanze a seguito di riscaldamento o 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 è indicato con il nome di fusione  e la temperatura alla quale tale fenomeno si verifica è 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 necessaria a una quantità di sostanza affinché  passi dallo stato solido a quello liquido è 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  o J/mol

Quando tutta la sostanza passa allo stato liquido il calore  fornito fa nuovamente aumentare la sua temperatura fino a quando rimane costante.

Da questo punto in poi si osserva il cambiamento di stato   dalla fase liquida a quella di vapore, senza che la temperatura subisca alcuna variazione. Tale processo è detto ebollizione e la temperatura costante a cui esso si verifica detta temperatura di ebollizione.

Quest’ultima è caratteristica di ogni sostanza. La quantità di calore necessaria a una quantità di sostanza per il passaggio dallo stato liquido a quello di vapore  è il calore latente di ebollizione (evaporazione). Se la quantità di sostanza corrisponde a una mole si ha il calore latente molare di ebollizione (evaporazione).

Curve di riscaldamento

I passaggi di stato sono rappresentati nelle curve di riscaldamento 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 è 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. Il calore messo in gioco nel processo, che in questo caso è 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. Coincidono anche il suo calore latente molare di evaporazione e di condensazione. Tuttavia il calore latente di evaporazione è assorbito mentre quello di condensazione è 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 è definita la temperatura di solidificazione e il calore latente di solidificazione.

Curve di raffreddamento

Il diagramma rappresentativo dei passaggi di stato  ( vapore-liquido, liquido-solido) è la curva di raffreddamento 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 è 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. Il calore è 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 è definito la temperatura di brinamento (deposizione) e il calore latente di brinamento (deposizione). 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.

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