Stato della materia

Con stato della materia (o stato di aggregazione delle molecole) si intende una classificazione convenzionale degli stati che può assumere la materia a seconda delle proprietà meccaniche che manifesta.

I principali stati della materia

La distinzione tra gli stati della materia viene storicamente fatta basandosi sulle seguenti differenze qualitative:

• una materia allo stato solido ha un volume e una forma propria;
• una materia allo stato liquido ha un volume proprio, ma acquisisce la forma del recipiente che la contiene;
• una materia allo stato aeriforme non ha né volume né forma propria, ma si espande fino a occupare tutto lo spazio disponibile.
• una materia allo stato plasmatico può somigliare a un gas non avendo forma propria e può espandersi come un aeriforme, dal quale si distingue per la sua ionizzazione.

Stati di aggregazione della materia e passaggi di stato.

Solido

Nello stato solido i costituenti della materia sono legati da forze molto intense che consentono soltanto moti di vibrazione, nella maggior parte dei casi le molecole si distribuiscono secondo un reticolo cristallino o in maniera amorfa. L'unico modo per variare la forma di un solido consiste nell'applicazione di forze abbastanza intense da spezzare i legami, causando però la rottura o il taglio del corpo.

Liquido

Nello stato liquido le forze tra i componenti della materia sono meno intense ed essi sono liberi di scorrere gli uni sugli altri. Un liquido va incontro a variazioni di volume molto meno marcate rispetto ai gas tanto che nel linguaggio comune si dice impropriamente che il volume dei liquidi non varia, ma questo non è vero: piuttosto, a parità di variazione di temperatura ΔT o variazione di pressione ΔP, la variazione di volume nei liquidi è molto più bassa della variazione di volume nei gas e tende ad assumere la forma del recipiente nel quale è contenuto.

Aeriforme

Nello stato aeriforme le interazioni sono estremamente deboli ed ai costituenti è consentito muoversi indipendentemente, non hanno dunque forma propria e tendono ad espandersi ed occupare tutto il volume disponibile, risultando comprimibili.

Particolari aeriformi sono i gas, i vapori e i fluidi supercritici.

Plasma

Lo stato plasmatico è simile a un gas ma è ionizzato, costituito da un insieme di elettroni e ioni e globalmente neutro (la cui carica elettrica totale è nulla). In quanto tale, il plasma è considerato come il quarto stato della materia, che si distingue quindi dal solido, il liquido e l'aeriforme, mentre il termine "ionizzato" indica che una frazione significativamente grande di elettroni è stata strappata dai rispettivi atomi.

Plasma di quark e gluoni

Il plasma di quark e gluoni (QGP: Quark-Gluon Plasma) è uno stato della cromodinamica quantistica (QCD) che esiste solamente a temperature e/o densità estremamente elevate. Si ritiene che l'intero Universo si sia trovato nello stato di QGP per i primi 20-30 microsecondi della sua esistenza, ovvero subito dopo il big bang.

Il plasma di quark e gluoni può essere ricreato in laboratorio facendo collidere nuclei di atomi pesanti ad energie relativistiche. I risultati di esperimenti di questo tipo, condotti al Super Proto Sincrotrone del CERN di Ginevra negli anni '80 e '90, hanno permesso al CERN di annunciare, nel 2000, la scoperta di un "nuovo stato della materia" [1].

Attualmente quattro esperimenti presso il RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) del Brookhaven National Laboratory stanno continuando questo sforzo. Con l'entrata in funzione dell'LHC (Large Hadron Collider) al CERN altri esperimenti si sono aggiunti alla ricerca; uno di essi (ALICE) è stato progettato in particolare per lo studio del QGP, anche se stanno partecipando gli esperimenti CMS e ATLAS.

Altri stati

Nella scienza moderna in realtà questa semplice classificazione risulta inadeguata a descrivere esaustivamente le numerose possibilità che ha la materia di organizzarsi. Il plasma è stato probabilmente il primo nuovo stato della materia ad essere aggiunto a questa catalogazione, ma ce ne sono molti altri, i quali compaiono in condizioni particolari di temperatura e pressione:

• Ghiaccio - ce ne sono vari tipi, denominati ghiaccio I, ghiaccio II, ghiaccio III e così via fino al ghiaccio XV.
• Superfluido: elio a bassissime temperature.
• Stato supercritico
• Supersolido
• Colloidale
• Neutronio
• Materia fortemente simmetrica
• Materia fortemente asimmetrica
• Materia strana
• Condensato chirale
• Materia degenere
• Plasma di quark e gluoni
• Condensato di Bose-Einstein
• Cristallo liquido.

Cambiamenti di stato

Con i precedenti stati della materia, qui sopra menzionati riscontriamo i passaggi di stato della materia:

• sublimazione: passaggio dallo stato solido a quello aeriforme o gassoso;
• brinamento: passaggio dallo stato gassoso a quello solido;
• fusione: passaggio dallo stato solido a quello liquido;
• solidificazione: passaggio dallo stato liquido a quello solido;
• evaporazione: passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme;
• condensazione: passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido.
• liquefazione: passaggio dallo stato gassoso (o aeriforme) allo stato liquido per sola compressione, soltanto se l'aeriforme è a temperatura inferiore alla temperatura critica.

Bibliografia

• Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori, 29ª ed., Dante Alighieri, 1987.

Voci correlate

• Cristalli liquidi
• Fase (chimica)
• Aeriforme
• Liquido
• Solido
• Fisica del plasma
• Fluido
• Superfluido
• Colloide
• Stato supercritico
• Cambiamento di stato
• Entalpia
• Cristallo di Wigner

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Collegamenti esterni

• Esperienze in laboratorio - Gli stati di aggregazione della materia ed i passaggi di stato, su itchiavari.org.

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