Esercizi: I passaggi di stato

Copia e completa lo schema con il nome di ogni passaggio di stato:

1. a) Da solido a liquido: $\dots$
2. b) Da liquido a gas: $\dots$
3. c) Da gas a liquido: $\dots$
4. d) Da liquido a solido: $\dots$
5. e) Da solido a gas, senza passare per il liquido: $\dots$

In una bibita con ghiaccio, i cubetti diventano sempre più piccoli fino a scomparire. Quale passaggio di stato ha subito il ghiaccio? Indica lo stato iniziale, lo stato finale e il nome del passaggio.

Quando l'acqua bolle in un bollitore, il vapore esce dal beccuccio. Come si chiama il passaggio di stato da liquido a gas? Fai un altro esempio della vita quotidiana in cui avviene lo stesso passaggio.

Quando fai la doccia con acqua calda, lo specchio del bagno si appanna e si copre di goccioline. Quale passaggio di stato subisce il vapore acqueo toccando lo specchio freddo? Scrivi il suo nome e la sua direzione (da quale stato a quale stato).

Per fare il ghiaccio in casa, Leo riempie d'acqua una vaschetta per i cubetti e la mette nel congelatore. Quale passaggio di stato subisce l'acqua? Scrivi il suo nome e la sua direzione (da quale stato a quale stato).

Le palline di canfora che si mettono negli armadi contro le tarme si consumano a poco a poco senza bagnare nulla intorno: passano direttamente da solido a gas. Come si chiama questo passaggio di stato?

A quale temperatura fonde il ghiaccio? E a quale temperatura bolle l'acqua al livello del mare? Esprimile in gradi Celsius.

Marco scalda un pentolino con ghiaccio e acqua e osserva il termometro: finché resta del ghiaccio non fuso, la temperatura non sale. La figura mostra l'allestimento.

Che cosa succede alla temperatura di una sostanza mentre avviene un passaggio di stato? Sale, scende o resta costante?

Identifica il passaggio di stato che avviene in ciascun caso e ragiona se la sostanza assorbe calore dall'ambiente o lo cede:

1. a) La rugiada del mattino: goccioline d'acqua sull'erba.
2. b) I vestiti bagnati che si asciugano al sole.
3. c) La paraffina liquida di una candela che diventa solida quando la spegni.

Giulia scalda del ghiaccio tritato che esce dal congelatore a $-10\ ^\circ\text{C}$ e misura la temperatura ogni minuto: prima sale fino a $0\ ^\circ\text{C}$; poi resta fissa a $0\ ^\circ\text{C}$ per $6\ \text{min}$ mentre compare dell'acqua; infine torna a salire. La figura mostra il grafico temperatura-tempo ottenuto da Giulia.

1. a) In quale tratto c'è solo ghiaccio?
2. b) Che cosa sta succedendo durante il tratto orizzontale a $0\ ^\circ\text{C}$? In quali stati si trova l'acqua in quel tratto?

La pentola della nonna bolle e il termometro da cucina segna $100\ ^\circ\text{C}$. Alzi la fiamma al massimo e il vapore esce con più forza, ma il termometro continua a segnare $100\ ^\circ\text{C}$, come mostra la figura.

1. a) Quale passaggio di stato sta avvenendo?
2. b) Se arriva più calore, perché la temperatura non sale? A che cosa serve quell'energia?

Una pozzanghera in strada si asciuga al sole a $20\ ^\circ\text{C}$ senza che l'acqua bolla. Invece l'acqua di una pentola bolle solo quando raggiunge i $100\ ^\circ\text{C}$. In entrambi i casi l'acqua passa da liquido a gas. Spiega la differenza tra evaporazione ed ebollizione: quale parte del liquido si trasforma in gas in ciascun caso e a quali temperature può avvenire ciascuna?

Dopo aver lavato il pavimento della cucina, vuoi che si asciughi il prima possibile. Si asciugherà prima in una giornata calda o in una fredda? Aiuta aprire la finestra perché circoli l'aria? Dai due motivi, pensando a che cosa aiuta le particelle d'acqua a sfuggire dalla superficie del pavimento.

Quando ti disinfettano una ferita con l'alcol, la pelle si asciuga in pochi secondi e senti una sensazione di freddo nella zona.

1. a) Quale passaggio di stato subisce l'alcol sulla pelle?
2. b) La vaporizzazione richiede calore per avvenire: da dove lo prende l'alcol? Perché senti freddo?

Una mattina molto fredda, il parabrezza dell'auto si ritrova coperto di brina: il vapore acqueo dell'aria è passato direttamente a ghiaccio, senza essere prima liquido. Che passaggio di stato è? In che cosa assomiglia e in che cosa differisce dalla formazione della rugiada?

Dopo una nevicata arriva una settimana fredda e secca, senza che la temperatura salga sopra $0\ ^\circ\text{C}$. Eppure la neve del marciapiede diminuisce giorno dopo giorno senza bagnare il suolo. Quale passaggio di stato spiega che la neve scompaia senza sciogliersi? Spiegalo.

In un esperimento di laboratorio si scalda un pentolino con ghiaccio a $-5\ ^\circ\text{C}$ con una fiamma costante e si annota la temperatura ogni minuto: la temperatura sale e raggiunge i $0\ ^\circ\text{C}$ al minuto $2$; resta a $0\ ^\circ\text{C}$ fino al minuto $10$; poi torna a salire fino a $100\ ^\circ\text{C}$, che raggiunge al minuto $20$, e lì rimane mentre l'acqua bolle.

1. a) Descrivi come sarebbe il grafico temperatura-tempo: quali tratti crescenti e quali tratti orizzontali (soste) ha, e a quali temperature si trovano.
2. b) In quale stato si trova l'acqua al minuto $5$? E al minuto $15$?
3. c) Quanti minuti è durata la fusione del ghiaccio?
4. d) Che cosa sta succedendo in ciascuna sosta? Perché la temperatura non sale in esse anche se la fiamma resta accesa?

Scaldando una sostanza sconosciuta, il suo grafico temperatura-tempo mostra due soste: una a $50\ ^\circ\text{C}$ e un'altra a $120\ ^\circ\text{C}$, come mostra la figura.

1. a) Che cosa significa ciascuna sosta?
2. b) In quale stato si trova la sostanza a $25\ ^\circ\text{C}$? E a $90\ ^\circ\text{C}$?
3. c) Potrebbe trattarsi di acqua? Spiega perché i punti di fusione e di ebollizione servono a identificare le sostanze.

In un rifugio di montagna a $2000\ \text{m}$ di altitudine, l'acqua bolle a circa $93\ ^\circ\text{C}$, perché la pressione dell'aria è minore che al livello del mare.

1. a) Pensi che un uovo sodo si cuocia lì prima o più lentamente che in spiaggia? Giustifica la risposta.
2. b) In una pentola a pressione accade il contrario: l'acqua bolle sopra i $100\ ^\circ\text{C}$. Perché il cibo si cuoce prima al suo interno?

Nei concerti si usa il ghiaccio secco (anidride carbonica solida, molto fredda) per creare una nuvola bianca che copre il pavimento del palco.

1. a) Il ghiaccio secco passa direttamente da solido a gas senza sciogliersi: come si chiama questo passaggio di stato?
2. b) La nuvola bianca non è l'anidride carbonica, che è invisibile, ma goccioline d'acqua che si formano quando il vapore acqueo dell'aria si raffredda vicino al ghiaccio secco: quale passaggio di stato subisce quel vapore acqueo? Spiega la catena completa di passaggi che produce la nuvola.

Un'ustione da vapore acqueo a $100\ ^\circ\text{C}$ è più grave di un'ustione da acqua bollente a $100\ ^\circ\text{C}$, anche se entrambi sono alla stessa temperatura. Suggerimento: a contatto con la pelle, il vapore prima condensa e passa a liquido. Usa il suggerimento per spiegare perché il vapore cede più calore alla pelle dell'acqua bollente.

Metti un bicchiere con acqua a $20\ ^\circ\text{C}$ nel congelatore, che è a $-18\ ^\circ\text{C}$.

1. a) Descrivi come sarebbe il grafico di raffreddamento dell'acqua: quali tratti decrescenti e quale tratto orizzontale (sosta) avrebbe, e a quale temperatura si troverebbe la sosta.
2. b) Quale passaggio di stato avviene durante quella sosta?
3. c) Se ripeti l'esperienza con il doppio dell'acqua, la sosta durerà più o meno tempo? Motiva la risposta.

In inverno, Alberto stende i panni bagnati in casa. I panni impiegano molto ad asciugarsi e, dopo alcune ore, i vetri delle finestre si appannano.

1. a) Quale passaggio di stato subisce l'acqua dei panni?
2. b) Da dove vengono le goccioline sulle finestre? Spiega il percorso dell'acqua dai panni al vetro, nominando i due passaggi di stato che avvengono.
3. c) Proponi due modi per accelerare l'asciugatura dei panni e giustificali.

L'alcol etilico bolle a $78\ ^\circ\text{C}$. In laboratorio scaldi contemporaneamente, con la stessa fiamma, un bicchiere con acqua e uno con la stessa quantità di alcol, entrambi alla stessa temperatura iniziale.

1. a) Quale dei due arriva prima alla sosta di ebollizione?
2. b) Quando entrambi bollono, quale è a temperatura maggiore?
3. c) Quale proprietà caratteristica di ciascuna sostanza mette in evidenza questo esperimento? A che cosa può servire conoscerla?

Sfida del tema. Perché la temperatura non cambia mentre il ghiaccio si scioglie? Indaga il grafico di fusione dell'acqua nella tua cucina.

1. Misura con il termometro la temperatura ambiente attuale della cucina. Metti alcuni cubetti di ghiaccio con un po' d'acqua in un bicchiere.

2. Misura la temperatura ogni $2\text{ min}$ con un termometro da cucina (incertezza di $\pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) mescolando con cura, finché tutto il ghiaccio non è fuso e per $4\text{ min}$ ancora.

3. Registra le misure in una tabella con le loro incertezze ($t \pm 1\text{ s}$, $T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$) e traccia il grafico della temperatura in funzione del tempo, individuando la sosta termica del passaggio di stato.

4. Scrivi una breve relazione scientifica spiegando, secondo la teoria cinetico-molecolare, che cosa accade all'energia cinetica, alle forze di coesione e all'ordine delle particelle nella sosta e nella successiva salita verso la temperatura ambiente.

Verrà valutato:

• Registrazione rigorosa dei dati con le loro incertezze e corretta tracciatura del grafico.

• Identificazione precisa del passaggio di stato e della sosta di fusione.

• Spiegazione coerente del fenomeno utilizzando il modello cinetico-molecolare.