1. Osservazione e sperimentazione:
* Ice che si scioglie: Puoi osservare che il ghiaccio si scioglie quando viene applicato il calore. Se dovessi semplicemente aggiungere calore a un blocco di ghiaccio, la temperatura aumenterebbe fino a raggiungere 0 ° C (32 ° F). Tuttavia, la temperatura rimane costante a questo punto fino a quando tutto il ghiaccio si scioglie. Questa temperatura costante indica che l'energia termica viene utilizzata per rompere i legami tra molecole d'acqua, cambiando lo stato da solido a liquido, piuttosto che aumentare la temperatura.
* Acqua bollente: Allo stesso modo, quando l'acqua bolle, la sua temperatura rimane a 100 ° C (212 ° F) anche con l'applicazione di calore continua. Ciò dimostra che l'energia viene utilizzata per il cambiamento di stato (liquido in gas) invece di aumentare la temperatura.
* Freezing e condensa: Anche i processi inversi mostrano questo. L'acqua di congelamento richiede la rimozione del calore e la condensa del vapore rilascia calore.
2. Calorimetria:
* Capacità termica specifica: Ogni sostanza ha una specifica capacità termica, che è la quantità di calore richiesta per aumentare la temperatura di 1 grammo di quella sostanza di 1 grado Celsius. Quando una sostanza subisce un cambio di stato, l'energia termica richiesta è significativamente superiore a quella necessaria per aumentare semplicemente la sua temperatura. Ciò indica che l'energia viene utilizzata per rompere o formare legami, non solo per aumentare l'energia cinetica delle molecole.
* Entalpia di fusione e vaporizzazione: Questi valori rappresentano la quantità di calore richiesto per sciogliere o vaporizzare una quantità specifica di sostanza. I valori sono significativi, evidenziando la grande quantità di energia necessaria per questi cambiamenti di stato.
3. Spiegazione del livello molecolare:
* Forze intermolecolari: Lo stato della materia è determinato dalla forza delle forze intermolecolari (FMI) tra le molecole. Gli stati solidi hanno forti FMI, tenendo strettamente le molecole. I liquidi hanno FMI più deboli, consentendo un maggiore movimento. I gas hanno FMI molto deboli, che consentono alle molecole di distribuire liberamente. La rottura o la formazione di questi legami richiede energia significativa.
* Energia cinetica: Quando viene aggiunta l'energia termica, le molecole all'interno di una sostanza guadagnano energia cinetica e si muovono più velocemente. Durante un cambio di stato, questa maggiore energia viene utilizzata per superare i FMI tenendo insieme le molecole.
4. Il calore di fusione e vaporizzazione:
* calore di fusione: La quantità di calore necessaria per cambiare 1 grammo di una sostanza da un solido a un liquido nel suo punto di fusione.
* calore di vaporizzazione: La quantità di calore necessaria per cambiare 1 grammo di una sostanza da un liquido a un gas nel suo punto di ebollizione.
Conclusione:
Le prove supportano in modo schiacciante l'idea che i cambiamenti di stato richiedono energia che altrimenti causerebbe un aumento della temperatura. Questa energia viene utilizzata per superare le forze intermolecolari che tengono le molecole nel loro stato attuale e consentire loro di passare a un diverso stato di materia.
