Di John Papiewski | Aggiornato il 24 marzo 2022
Ogni materiale sulla Terra subisce cambiamenti di fase prevedibili al variare della temperatura e della pressione. Al centro di queste transizioni c’è l’equilibrio tra energia termica e forze intermolecolari. Quando il calore fornisce energia sufficiente per superare queste forze, una sostanza si sposta dallo stato solido allo stato liquido e allo stato gassoso, ciascuno stato mostrando proprietà fisiche distinte.
In termini scientifici, solidi, liquidi e gas sono chiamati le tre fasi primarie della materia. Una transizione di fase, come la fusione, il congelamento, l'ebollizione o la condensazione, si verifica quando un materiale passa da una fase all'altra. Ogni sostanza ha i suoi caratteristici punti di fusione e di ebollizione, che dipendono dalla sua struttura molecolare e dalla pressione circostante. Ad esempio, il vapore di anidride carbonica diventa ghiaccio secco (CO₂ solida) a -109 °F sotto pressione atmosferica standard e forma un liquido solo in condizioni di alta pressione.
Quando un solido viene riscaldato, la sua temperatura aumenta fino a raggiungere il punto di fusione. A questa temperatura, il calore aggiuntivo non aumenta la temperatura ma viene invece utilizzato come calore di fusione rompere il reticolo del solido e convertirlo in liquido. La temperatura rimane costante finché l'intero campione non si è sciolto. Un processo simile avviene durante l'ebollizione:il calore di vaporizzazione è necessario per trasformare il liquido in gas, mantenendo la temperatura costante fino al completamento del cambio di fase.
La fusione è governata dalla forza delle forze intermolecolari – come le forze di dispersione di London e i legami idrogeno – che tengono insieme le molecole in un reticolo cristallino. I materiali con forze più deboli hanno punti di fusione più bassi; quelli con forze più forti richiedono temperature più elevate per distruggere il reticolo. Quando viene fornita energia termica sufficiente, tutte le molecole superano queste forze e passano alla fase liquida.
L’ebollizione è la transizione da liquido a gas che si verifica quando la pressione del vapore di un liquido è uguale alla pressione atmosferica circostante. A questo punto, le molecole guadagnano abbastanza energia cinetica per sfuggire alla superficie del liquido, formando bolle di vapore in tutto il liquido. All'aumentare della temperatura, più molecole raggiungono la soglia energetica, aumentando la velocità di formazione del vapore fino alla completa vaporizzazione del liquido.
