Fisica e chimica classe 8: Particelle, stati della materia e gas
Fisica e chimica, classe 8 (Portogallo): Tutta la materia è fatta di particelle in movimento; la loro libertà e vicinanza distinguono solidi, liquidi e gas e spiegano come sono legati temperatura, volume e pressione di un gas.
La materia è fatta di particelle
Tutto ciò che è materia è fatto di particelle minuscole, sempre in movimento, con spazio vuoto tra l'una e l'altra. Per questo una goccia di colorante si diffonde da sola in un bicchiere d'acqua, senza che nessuno mescoli. In un solido le particelle sono molto vicine e vibrano soltanto sul posto; in un liquido sono vicine ma scivolano le une sulle altre; in un gas sono molto distanti e si muovono liberamente in tutte le direzioni.
Come sappiamo che le particelle esistono?
Nessuno vede le particelle, ma vediamo ciò che provocano. Il colorante si diffonde da solo nell'acqua. L'odore del profumo raggiunge l'altro lato della stanza. L'aria si comprime in una siringa chiusa, l'acqua quasi no: in un gas c'è molto spazio vuoto tra le particelle, in un liquido quasi nessuno. Ogni osservazione è una prova a favore del modello particellare, ed è così che un modello si afferma in scienza: perché spiega ciò che si osserva.
La siringa chiusa: volume, pressione, temperatura
Chiudi la punta di una siringa con 60 mL di aria e spingi lo stantuffo fino a 30 mL. Le particelle sono le stesse, ma il volume è la metà: ce ne sono il doppio per mL (60 ÷ 30 = 2) e più urti contro le pareti ogni secondo, quindi la pressione sale e lo stantuffo resiste. Poi fissa un palloncino all'imboccatura di una bottiglia e mettila in acqua calda: le particelle si muovono più in fretta, urtano più forte e il palloncino si gonfia. Qualitativamente: a temperatura costante, meno volume dà più pressione; più temperatura fa salire pressione o volume.
Riscaldare non fa crescere le particelle
Molti pensano che, riscaldando un gas, le sue particelle si gonfino. Non si gonfiano: ogni particella mantiene la stessa dimensione. Cambia l'agitazione, cioè la velocità con cui si muovono. In un gas più caldo le particelle percorrono più strada e urtano più forte, perciò il gas occupa più volume o fa più pressione. Quando pensi «il palloncino si è gonfiato», pensa «più veloci e più distanti», mai «più grandi».
Pompe, pneumatici e bombolette spray
Quando gonfi la gomma di una bici metti più aria nello stesso volume: più particelle, più pressione. Dopo un lungo viaggio la pressione dei pneumatici di un'auto è un po' più alta, perché l'aria si è scaldata. Per questo le bombolette spray avvertono di non lasciarle al sole né vicino a una fiamma: il gas all'interno si scalda e la pressione sale. Un sacchetto di patatine chiuso si gonfia in montagna, dove la pressione esterna è minore.
Metti alla prova quello che hai imparato
Quale frase descrive le particelle di un gas?
- a) Sono molto vicine e vibrano soltanto sul posto
- b) Sono vicine ma scivolano le une sulle altre
- c) Sono molto distanti e si muovono liberamente in tutte le direzioni
Risposta corretta: c) Sono molto distanti e si muovono liberamente in tutte le direzioni — Giusto: grandi distanze e movimento libero rendono un gas facile da comprimere e da espandere.
Una siringa con la punta chiusa contiene 60 mL di aria. Lo stantuffo viene spinto a 30 mL, a temperatura costante. Che cosa succede?
- a) La pressione scende, perché c'è meno spazio
- b) Ci sono il doppio di particelle per mL e più urti contro le pareti, quindi la pressione sale
- c) Le particelle si restringono per stare nel volume minore
- d) Non cambia nulla, perché il numero di particelle è lo stesso
Risposta corretta: b) Ci sono il doppio di particelle per mL e più urti contro le pareti, quindi la pressione sale — Giusto: 60 ÷ 30 = 2, quindi le stesse particelle si stringono in metà spazio e urtano più spesso le pareti.
Un palloncino fissato all'imboccatura di una bottiglia si gonfia quando la bottiglia va in acqua calda. Che cosa lo spiega?
- a) Le particelle d'aria si muovono più in fretta e urtano più forte; la dimensione non cambia
- b) Ogni particella d'aria si gonfia quando viene riscaldata
- c) Il calore crea particelle d'aria in più dentro la bottiglia
Risposta corretta: a) Le particelle d'aria si muovono più in fretta e urtano più forte; la dimensione non cambia — Giusto: il calore agita di più le particelle, non le ingrandisce, e il gas spinge il palloncino verso l'esterno.
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