La teoria cinetico-molecolare

Mentre prepari una bibita usi acqua del rubinetto, metti qualche cubetto di ghiaccio e, in fondo alla cucina, esce vapore da una pentola. Nomina i tre stati in cui si può trovare l'acqua e scrivi un esempio di vita quotidiana per ciascuno, diverso da quelli che compaiono qui.

Completa la frase con le parole mancanti: «Secondo la teoria cinetico-molecolare, tutta la materia è formata da $\dots$ molto piccole che sono in continuo $\dots$». Spiega poi con parole tue perché non possiamo vedere queste particelle.

Aitana lascia sullo scaffale della sua camera un sasso raccolto in spiaggia. Il sasso non cambia né forma né dimensione, ovunque si trovi. La figura mostra come sono ordinate le particelle all'interno di un solido come lui.

Spiega, con la teoria cinetico-molecolare, perché i solidi hanno forma e volume propri. Pensa a come sono unite le loro particelle e a come si muovono.

In un solido le particelle vibrano quasi senza cambiare posto; in un liquido scivolano le une sulle altre; in un gas si muovono liberamente in tutto il recipiente. Collega ciascun tipo di movimento a una di queste osservazioni e giustifica il collegamento:

1. a) Un blocco di ferro conserva sempre la sua forma.
2. b) L'acqua di una bottiglia si può versare in un bicchiere.
3. c) L'aria di un palloncino riempie tutto il suo interno.

Luca versa il succo da un bicchiere largo in una bottiglia stretta: il succo cambia forma, ma la quantità di succo è la stessa. La figura mostra il succo nei due contenitori.

Spiega perché un liquido ha volume proprio ma non forma propria, pensando a come si muovono le sue particelle.

Paola tappa con il dito l'uscita di una siringa piena d'aria e spinge lo stantuffo: l'aria si può comprimere parecchio. Se riempie la siringa d'acqua e ripete la prova, lo stantuffo si muove appena. La figura rappresenta le due prove.

Quale differenza c'è tra le particelle di un gas e quelle di un liquido che spiega questo risultato?

Ugo lascia cadere, con cura e senza mescolare, una goccia d'inchiostro in un bicchiere d'acqua. Dopo un po', tutta l'acqua si è colorata, come si vede nella figura.

Quale fenomeno è avvenuto? Spiegalo con la teoria cinetico-molecolare: che cosa fanno le particelle dell'inchiostro e quelle dell'acqua?

Quando si gonfia un pallone, l'aria che entra finisce per occupare tutto il suo interno. Non importa che il pallone sia sferico, come quelli da calcio, o ovale, come quelli da rugby: l'aria lo riempie sempre completamente. Nella figura sono rappresentate le sue particelle dentro il pallone.

Spiega che cosa fanno le particelle di un gas e perché i gas non hanno né forma né volume propri.

In una piccola bombola di gas da campeggio c'è gas sufficiente per riempire molti palloncini grandi. Come è possibile che tanto gas stia in un recipiente così piccolo? Collegalo agli spazi vuoti che ci sono tra le particelle di un gas.

Giulia si mette del profumo sul polso in camera sua e, poco dopo, suo fratello lo sente dal salotto senza che ci sia corrente d'aria. Come sono arrivate le particelle del profumo fino al naso di suo fratello? Come si chiama questo fenomeno?

Se esce un po' di gas da una bombola di butano, lo si sente in tutta la cucina in pochi secondi. Invece, una goccia d'inchiostro in un bicchiere d'acqua impiega diversi minuti a colorarlo completamente. Perché pensi che la diffusione sia molto più rapida nei gas che nei liquidi? Pensa alla distanza tra le particelle e a quanto sono libere di muoversi.

Passando davanti a un panificio senti l'odore del pane appena sfornato, ma l'odore non arriva all'istante: impiega qualche secondo a percorrere i pochi metri fino a te, anche se le particelle dell'aroma si muovono molto velocemente. Che cosa succede a queste particelle lungo il percorso? Pensa alle particelle d'aria che già ci sono tra il panificio e il tuo naso.

A casa di Carla, la minestra calda appena servita si sente dal corridoio, mentre il gazpacho freddo si sente appena finché non avvicini il naso al piatto. Spiega la differenza con la teoria cinetico-molecolare: che effetto ha la temperatura sulle particelle e come influisce questo sulla diffusione dell'odore?

In laboratorio, Luca prepara due bicchieri: uno con acqua fredda di frigorifero e uno con acqua calda. Lascia cadere una goccia di colorante in ciascuno, nello stesso momento e senza mescolare, come si vede nella figura.

1. a) Prevedi che cosa si osserverà in ciascun bicchiere dopo cinque minuti.
2. b) Spiega la tua previsione con la teoria cinetico-molecolare.
3. c) Enuncia una conclusione generale che metta in relazione la temperatura con la velocità della diffusione.

Un bicchiere d'acqua dimenticato sul davanzale di una finestra si abbassa di livello dopo alcune settimane, anche se nessuno ne beve. Spiega, con la teoria cinetico-molecolare, che cosa succede alle particelle più veloci della superficie dell'acqua. Poi prevedi che cosa accadrebbe al livello dell'acqua se il bicchiere fosse chiuso ermeticamente e giustificalo.

Un materassino gonfiabile appena gonfiato è duro: premendolo con la mano, senti che oppone resistenza. Spiega, con la teoria cinetico-molecolare, che cosa fanno le particelle d'aria contro le pareti interne del materassino e perché questo spiega la resistenza che avvertiamo.

Marta confronta due palloni: uno sgonfio, che è molle, e uno appena gonfiato, che è duro. Dentro il secondo ci sono molte più particelle d'aria, come si vede nella figura.

Spiega, pensando agli urti delle particelle contro le pareti del pallone, perché il pallone gonfio è più duro.

Su una bomboletta di deodorante si legge: «Non esporre a temperature superiori a $50\ ^\circ\text{C}$». La bomboletta è ermetica e contiene gas sotto pressione. Spiega che cosa succede alle particelle del gas quando la bomboletta si scalda e perché la bomboletta può arrivare a scoppiare.

Dopo una lunga passeggiata in bici in un giorno caldo, Omar sente le ruote più dure di quando è partito, senza aver usato la pompa e senza forature. Spiega, con la teoria cinetico-molecolare, che cosa è successo alle particelle d'aria all'interno delle ruote.

I palloni sonda che misurano il tempo atmosferico vengono lanciati mezzi gonfi. Salendo, la pressione dell'aria esterna diventa sempre minore e il pallone si gonfia sempre di più fino a scoppiare. La figura mostra il pallone al lancio e ad alta quota.

Spiega, pensando agli urti delle particelle all'interno e all'esterno, perché il pallone si ingrandisce al diminuire della pressione esterna.

Una bottiglia di plastica vuota e ben chiusa viene lasciata in un'auto al sole: dopo un po' è bombata, come gonfiata. Se la metti in frigorifero per qualche ora, appare raggrinzita, schiacciata verso l'interno. Spiega i due cambiamenti con la teoria cinetico-molecolare: che cosa fanno le particelle dell'aria all'interno in ciascun caso e che cosa succede alla pressione.

Una pallina da ping-pong ammaccata, ma senza buchi, viene immersa in acqua calda e recupera la sua forma rotonda.

1. a) Spiega perché il calore dell'acqua aiuta a toglierle l'ammaccatura: che cosa fanno le particelle d'aria all'interno?
2. b) Il trucco funzionerebbe se la pallina avesse un piccolo buco? Giustifica la risposta.

Valeria riempie una siringa con $10\ \text{mL}$ di aria, tappa l'uscita con il dito e spinge lo stantuffo fino a portare l'aria a $5\ \text{mL}$.

1. a) È cambiato il numero di particelle d'aria dentro la siringa?
2. b) Che cosa succede al numero di urti delle particelle contro le pareti in ogni secondo?
3. c) La pressione dell'aria aumenta o diminuisce? Motiva le tre risposte.

Progetta un esperimento per verificare che le particelle di un gas sono in continuo movimento usando solo un deodorante per ambienti spray, un cronometro e un metro a nastro. Indica:

1. a) Che cosa faresti e che cosa misureresti.
2. b) Quale risultato ti aspetti di ottenere.
3. c) A quale conclusione arriveresti se il risultato confermasse la teoria.