Stati di aggregazione
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F I S I C A E C H I M I C AFFF III SSS III CCC AAA EEE CCC HHH III MMM III CCC AAA
Il nostro corpo è fatto di materia. Ma che cosa è la materia?
Ho versato dell’acqua per terra. Perché si è sparsa subito su tutto il pavimento?
Soffiando in un palloncino l’ho riempito d’aria, ma il palloncino è scoppiato… Dove è andata a finire l’aria che c’era dentro?
Ho verdell’acterra.si è sp
Peso 42 kg ma ho saputo che sulla Luna peserei appena 7 kg. Perché?
Percorsodi studio
Stati intermedidella materia
Densità e peso specifico
Che cosa caratterizzai tre stati?
Gli stati di aggregazione
La teoria atomicadella materia
Materia, sostanze e corpi
Massa e peso
Percdi st
2Materia e stati di aggregazione
2PREREQUISITI
Saper osservare e descrivere fatti e fenomeniSaper collocare nel tempo e nello spazio
OBIETTIVI DI APPRENDIMENTOCiò che saprai
Il significato di materia, sostanze e corpiLa differenza dei concetti di massa e peso e di densità e peso specificoLa teoria atomica della materiaGli stati di aggregazione dellamateria e le loro caratteristiche
Ciò che saprai fareRiconoscere le caratteristiche della materia, delle sostanze e dei corpiDistinguere gli stati di aggregazione della materia Individuare proprietà,caratteristiche e differenze dei tre stati di aggregazione
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I PASSAGGIDI STATO
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Materia, sostanze e corpi
Se osservi ciò che ti circonda, ti accorgi di avere vicino un’in-finità di cose straordinariamente diverse fra loro nella forma,nel materiale di cui sono fatte, nel colore, nelle dimensioni…Eppure tutte, ma proprio tutte, hanno una cosa in comune.
Tutto ciò che ci circonda è costituito infatti da un’unica e iden-tica cosa, la materia: l’acqua, l’aria, un albero, un libro, un ani-male, il tuo stesso corpo sono fatti di materia.
Ma che cos’è la materia, questa “cosa” che accomuna corpi tan-to diversi fra loro? Materia è tutto ciò che occupa uno spazio e che puoi percepirecon i tuoi sensi.
FISICA E CHIMICA
Il peso del sasso e il peso dello stesso sasso sbriciolato so-no uguali. Il sasso ha quindi una sua massa, che non variaanche se viene deformato.
Se inserisci un cubetto di ghiaccio in un bic-chiere colmo di acqua fino all’orlo, l’acquafuoriesce per lasciare posto al cubetto dighiaccio. Acqua e ghiaccio non possono infat-ti occupare lo stesso spazio.
Diciamo che:
Materia è tutto ciò che occupa uno spazio ben preciso, che non può essere oc-cupato contemporaneamente da altra materia, ovvero, la materia è impenetrabi-le, ha una massa e quindi un suo peso.
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Materia e stati di aggregazione 2
La materia che costituisce la bottiglia è diversa da quella che costituisce illibro o il tavolo. È vetro la materia che costituisce la bottiglia, carta quelladel libro e legno quella del tavolo. Vetro, carta, legno, ferro, plastica… sonole diverse forme sotto cui si presenta la materia e sono dette sostanze.Una parte limitata di materia o di sostanza forma i corpi che ci circondano.
Il legno con cui è stato costruito il tavolo o la carta che forma il libro deri-vano, come sai, da un essere vivente (le piante), mentre il vetro che costi-tuisce la bottiglia deriva da un minerale (la sabbia).
Una scarpa o una lente di ingrandimento sono corpi forma-ti da più sostanze. La scarpa ha parti in gomma e altre inpelle, la lente di ingrandimento ha una parte in acciaio, unadi vetro e un’altra ancora in legno.
Il pallone, il tavolo o la pinzetta sono corpi for-mati da una sola sostanza. Il pallone è di cuo-io, la scrivania di legno e la pinzetta di accia-io.
• Le diverse forme sotto cui si presenta la materia sono le sostanze.• Le sostanze di origine animale o vegetale si dicono sostanze organiche.• Le sostanze di origine minerale si dicono sostanze inorganiche.
• I corpi costituiti da una sola sostanza si chiamano corpi omogenei.
• I corpi costituiti da più sostanze si chiamano corpi eterogenei.
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Massa e peso
FISICA E CHIMICA
Un corpo ha quindi una massa e un peso. Ma che cosa sono esattamentequeste due grandezze?
La massa di un corpo è la quantità di materia che lo costituisce; essa è per-ciò costante in qualunque luogo avvenga la sua misurazione. Sulla Terra oin un altro punto qualsiasi dello spazio, la quantità di materia che costitui-sce un determinato corpo è infatti sempre la stessa.
L’unità di misura della massa è il chilogrammo-massa (kgm),che è la massa del campione di platino-iridio conservato nel Mu-seo di Pesi e Misure di Sèvres, presso Parigi. Lo strumento permisurarla è la bilancia a due piatti.
La misurazione della massa di un corpo avviene per confrontocon la massa campione: se, ponendo sui piatti della bilancia lamassa campione e il corpo di cui si vuole misurare la massa, labilancia è in equilibrio, la massa campione ci dà la misura del-la massa del corpo.
Poiché la bilancia è in equilibrio con un peso campio-ne di 20 g, la massa della palla di polistirolo è 20 g.
Poiché la bilancia è in equilibrio con un peso campio-ne di 100 g, la massa della palla di gomma è 100 g.
Il peso, o più esattamente la forza peso, di un corpo è la for-za con cui la sua massa è attratta verso il centro della Terradalla forza di gravità che agisce in ogni punto della superfi-cie terrestre.
L’unità di misura del peso diffusa nella pratica è il chilogram-mo-peso (kgp), ma in realtà nel S.I. l’unità di misura adot-tata, come per tutte le forze, è il newton (N): 1 kgp = 9,8 N e 1 N = 0,1 kgp (circa).
corpo di cuimisurarela massa
pesocampione
pesocampione
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o di cuisuraremassa
corpo di cuimisurarela massapeso
campione
100
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Materia e stati di aggregazione 2
Strumenti per misurare il peso sono il dinamometro e la bilan-cia a molla, basati entrambi sulla maggiore o minore deforma-zione di una molla in relazione al peso di un corpo che dipen-de, appunto, dalla forza di gravità.
Poiché la forza di gravità è diversa nei vari punti della Terra, nonesiste nel vuoto e varia su ogni pianeta, anche il peso dipendedal luogo in cui avviene la sua misurazione. Sulla Terra esso èmassimo a livello del mare e diminuisce a mano a mano che au-menta l’altitudine; è nullo nel vuoto e sugli altri pianeti variaal variare della loro forza di gravità.
Massa e peso sono quindi due grandezze completamente di-verse. Come mai allora nell’uso corrente possiamo usare lagrandezza peso al posto della grandezza massa?Per rispondere chiediamoci: “se il peso diminuisce con l’au-mentare dell’altitudine, un corpo con una massa di 45 kg, chea livello del mare pesa 45 kg, quanto pesa al polo Nord, al-l’equatore o a 4000 m di altitudine?”.Come vedi nella figura, la differenza fra la massa, sempre 45 kg, e il peso, 45,09 kg al polo Nord, 44,89 all’equatore e 44,80 kg a 4000 m di altitudine, è minima.
Dal punto di vista quantitativo, non commettiamo quindiun errore tanto grave parlando di peso al posto di massa eusando per entrambi il chilogrammo (kg) come unità di mi-sura; ricordiamoci però che sono due concetti completamen-te diversi fra loro.
a 4000 m pesa44,80 kg
al polo Nordpesa 45,09 kg
a livello del marepesa 45 kg
all’equatorepesa 44,89 kg
��
�� �
�� �
����������
��������
Sulla Luna il peso è 1/6 di quello sulla Terra.
600
Terra
Sulla Terra la massadi un corpo di 60 kgpesa 600 N circa
60 kg
600
100
Luna
Sulla Luna lo stesso corpo avràancora la massa di 60 kg, mail suo peso sarà di 100 N circa
60 kg
schema animato
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FISICA E CHIMICA
Un corpo più grande, cioè di volume maggiore, ha una massa maggiore ri-spetto a uno più piccolo?E due corpi di uguale volume avranno sempre la stessa massa?Può sembrare ovvio rispondere “sì” a entrambe le domande. E invece...
Due corpi di uguale volume possono quindi avere masse diverse e due corpi divolume diverso possono avere uguale massa. Quando, a parità di volume, un cor-po o una sostanza presenta, rispetto a un’altra, una massa maggiore, si dice cheè più densa. La pallina di gomma è più densa di quella di polistirolo, il cubettodi alluminio è meno denso di quello di oro. La densità di un corpo è quindi lamassa che tale corpo ha in un determinato volume ed è tipica di ogni sostanza.
Se invece della massa consideriamo il peso di un corpo, un dinamometro ci dàun risultato analogo: la pallina di gomma, a parità di volume, pesa di più di quel-la di polistirolo.Diciamo che la pallina di gomma ha un peso specifico maggiore, come dire unpeso più “concentrato”, e tale peso specifico è tipico di ogni sostanza.
Esattamente diciamo:
Una pallina di gomma e una di polistirolo dello stes-so volume non hanno la stessa massa.
I due cubetti, uno di alluminio e l’altro d’oro, non han-no lo stesso volume, ma hanno la stessa massa.
Se misuriamo la massa o il peso in grammi e il volume in centimetri cubi, ladensità o il peso specifico si misureranno in grammi per centimetro cubo, g/cm3.
Densità e peso specifico
20 g 20 g
• La densità, d, di una sostanza è la quantità di materia, m, in una sua unità divolume, V, ovvero il rapporto tra la sua massa e il suo volume: d = m/V.
• Il peso specifico, ps, di una sostanza è il peso di una unità di volume di tale so-stanza, ovvero il rapporto tra il suo peso e il suo volume: ps = p/V.
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La teoria atomica della materia
Materia e stati di aggregazione 2
Tutti i corpi che ci circondano sono dunque materia nei suoi diversi aspet-ti, le sostanze.Ma da che cosa dipendono le varie proprietà che distinguono queste sostanze? La diversità delle varie sostanze è dovuta alla costituzione della materia che èspiegata dalla teoria atomica della materia. Comprendiamone il significato.
Prendiamo un granello di sale grosso da cucina (chiamato esattamente cloru-ro di sodio) e spezzettiamolo in piccolissime parti. Le particelle che otteniamo,a parte la dimensione, sono ancora granelli di sale con le stesse caratteristichedel granello iniziale. Continuiamo a spezzettare questi granelli: otterremo granellini ancora più mi-nuscoli di sale e, se fossimo capaci di spezzettare ancora questi ultimi, arriverem-mo a ottenere particelle invisibili a occhio nudo, che sono però ancora sale. Saremmo arrivati agli invisibili mattoni della sostanza “sale”, che prendono ilnome di molecole.
Se potessimo continuare lo spezzettamento, questa molecola di sale “sparireb-be” perché si trasformerebbe in quelli che sono i suoi invisibili costituenti, gliatomi, esattamente un atomo di cloro (simbolo Cl) e uno di sodio (simbolo Na),due sostanze con proprietà specifiche diverse tra loro e dal sale.
In natura esistono 92 tipi di atomi diversi che prendono il nome di elementi chi-mici. Sono dunque questi atomi che, legandosi tra loro secondo leggi ben precise, forma-no le varie molecole che caratterizzano le diverse sostanze che possono essere:
sostanze semplici (o elementi), se le loro molecolesono formate da uno o più atomi tutti uguali fra loro.
sostanze composte (o composti), se le loro moleco-le sono formate da più atomi fra loro diversi.
Molecola di rame formatada un solo atomo
Molecola di fosforo formatada quattro atomi uguali
Molecola di acqua formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno
Molecola di anidride carbonicaformata da due atomi di ossigeno e uno di carbonio
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La molecola è la più piccola particella di una sostanza che conservatutte le caratteristiche della sostanza stessa.
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Gli stati di aggregazione
FISICA E CHIMICA
Se osserviamo attentamente intorno a noi, possiamo notare che una qua-lunque sostanza può avere tre aspetti, ovvero può presentarsi allo stato solido,allo stato liquido o allo stato aeriforme (o gassoso). Questi tre aspetti della ma-teria prendono il nome di stati fisici o stati di aggregazione della materia.
Lo stato solidoUn corpo allo stato solido ha una forma pro-pria che non puoi modificare se non defor-mandolo, occupa uno spazio ben preciso equindi ha un volume proprio e non è com-primibile.
Se osservi ad esempio un bicchiere o unaciotola, ti accorgi che puoi spostarli comevuoi ma essi non cambieranno forma. Noncambiando forma occuperanno sempre lastessa parte di spazio e avranno sempre lostesso volume.
Lo stato liquidoUn corpo allo stato liquido non ha una forma pro-pria ma assume quella del recipiente che lo con-tiene, ha un volume proprio e non è quindi com-primibile.
Come vedi, una stessa quantità di acqua versatain recipienti diversi non cambia il suo volume, masi adatta al recipiente assumendone la forma.
Se provi a spingere il tappo in una bottiglia pie-na d’acqua fino all’orlo, per quanto tu possa pre-mere osserverai che non riesci a spingere se nonfacendo fuoriuscire dell’acqua: nono-stante la pressione esercitata, l’acquanon si comprime.
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Lo stato aeriformeUn corpo allo stato aeriforme non ha né volume né for-ma propri; esso occupa infatti tutto lo spazio a sua di-sposizione, ed è facilmente comprimibile.
Come puoi osservare, l’aria che soffi nel palloncino oc-cuperà tutto lo spazio dentro di esso; se il palloncinoscoppia, occuperà tutto lo spazio che c’è attorno.
Materia e stati di aggregazione 2
Completa le seguenti affermazioni.
Materia è tutto ciò che
Le sostanze sono le
La molecola è la
Una sostanza si dice semplice se
Una sostanza si dice composta se
Gli stati di aggregazione della materia sono
, e .
SE HAI IMPARATO…
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Se provi a premere un palloncino pieno di aria, osserverai che puoideformarlo come vuoi in quanto l’aria in esso contenuta si compri-me facilmente.
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Che cosa caratterizza i tre stati?
FISICA E CHIMICA
Come possiamo spiegarci le diverse caratteristiche delle sostanze nello sta-to solido, liquido e aeriforme? Ritorniamo all’intima costituzione della materia,le invisibili molecole che la costituiscono. Queste molecole, all’interno della ma-teria stessa, sono in continuo movimento e si tengono vicine, “attratte” le unedalle altre da particolari forze.
All’interno di un corpo allo statosolido le molecole possiedono unalimitatissima agitazione termicae sono strettamente legate da unafortissima forza di coesione.Ciò rende un solido compatto, dal-la forma ben precisa e con un vo-lume proprio.
All’interno di un corpo allo statoliquido le molecole possiedonouna maggiore agitazione termi-ca e sono debolmente legate dauna lieve forza di coesione.Ciò rende un liquido capace diadattarsi al recipiente che locontiene pur mantenendo inalte-rato il suo volume.
All’interno di un corpo allo statoaeriforme le molecole possiedonouna enorme agitazione termica esono legate da una debolissimaforza di coesione.Ciò rende un gas capace di cam-biare facilmente forma e volume.
Notizie ecuriosità
Cosa succede a livello di agitazione termica e di forza di coesione nei tre statidi aggregazione?
• Il continuo movimento delle molecole prende il nome di agitazione termica.• La forza con cui le molecole si attraggono fra loro è detta forza di coesione.
osservazione animata
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Notizie eNotizie ecuriositàcuriositàNotizie ecuriosità Stati intermedi della materia
Elastica
na sostanza può essere anche densa, fluida e viscosa.U
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Un pezzo di plastilina, del pongo, la creta sidicono plastici perché, se deformati o modificati,conservano la forma acquistata anche se cessala causa che li ha modificati.
La plasticità è lacaratteristica che hannoalcuni corpi di mantenerela forma acquisita dopouna modificazione.
L’elasticità è lacaratteristica che hannoalcuni corpi di poter riprenderela forma iniziale dopo aversubito una deformazione.
Densa, se è formata da materia compatta.
Fluida, se si versafacilmente.
Viscosa, se si versa con difficoltà.
Plastica
tre stati di aggregazione, solido, liqui-do e aeriforme, sono gli stati principalisotto cui si presenta la materia. Una so-
stanza però può avere anche caratteri-stiche intermedie, ad esempio può esse-re elastica e plastica:
I
Una molla di acciaio, una gomma per cancellare,un filo elastico si dicono elastici perché, secompressi, possono deformarsi, ma finita lacausa che li deforma riacquistano la loro formainiziale.
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FISICA E CHIMICA
Materia è tutto ciò che occupa uno spazio ben pre-ciso, che non può essere occupato contemporaneamen-te da altra materia, ovvero, la materia è impenetrabile,ha una massa e quindi un suo peso.
Le diverse forme sotto cui si pre-senta la materia sono le sostanze.
Le sostanze di origine animaleo vegetale si dicono sostanze orga-niche.
Le sostanze di origine mineralesi dicono sostanze inorganiche.
I corpi costituiti da una sola so-stanza si chiamano corpi omogenei.
I corpi costituiti da più sostanze si chiamano corpi ete-rogenei.
La massa di un corpo è la quantità di materia che locostituisce; essa è perciò costante in qualunque luogoavvenga la sua misurazione.
Il peso, o più esattamente la forza peso, di un corpoè la forza con cui la massa di un corpo è attratta versoil centro della Terra dalla forza di gravità.
La densità, d, di una sostanza è la quantità di ma-teria, m, in una sua unità di volume, V, ovvero il rappor-to tra la sua massa e il suo volume: d = m/V.
Il peso specifico, ps, di una sostanza è il peso di unaunità di volume di tale sostanza, ovvero il rapporto trail suo peso e il suo volume: ps = p/V.
La molecola è la più piccola particella di una sostan-za che conserva tutte le caratteristiche della sostanzastessa.
Qualunque sostanza può avere tre aspetti, ovve-ro può presentarsi allo stato solido, allo stato liqui-do o allo stato aeriforme (o gassoso). Questi treaspetti della materia prendono il nome di stati fisi-ci o stati di aggregazione della materia.
Un corpo allo stato solido ha una forma propria chenon puoi modificare se non deformandolo, occupauno spazio ben preciso e quindi ha un volume pro-prio e non è comprimibile.
Un corpo allo stato liquido non ha una forma pro-pria ma assume quella del recipiente che lo contiene,ha un volume proprio e non è quindi comprimibile.
Un corpo allo stato aeriforme non ha né volumené forma propri; esso occupa infatti tutto lo spazioa sua disposizione, ed è facilmente comprimibile.
Prende il nome di agitazione termica il continuomovimento delle molecole.
È detta forza di coesione la forza con cui le mo-lecole si attraggono fra loro.
• All’interno di un corpo allo stato so-lido le molecole possiedono una li-mitatissima agitazione termica esono strettamente legate da unafortissima forza di coesione.
• All’interno di un corpo allo stato li-quido le molecole possiedono unamaggiore agitazione termica esono debolmente legate da una lie-ve forza di coesione.
• All’interno di un corpo allo stato ae-riforme le molecole possiedono unaenorme agitazione termica e sonolegate da una debolissima forza dicoesione.
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Materia e stati di aggregazione 2
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Cio che sai
Ciò che sai
Verifica
Parole chiave
Ricopiale su un quaderno con il loro significato.
Forza di coesione
Agitazione termica
Stato aeriforme
Stato liquido
Stato solido
Stati di aggregazione
Molecola
Peso specifico
Densità
Peso
Massa
Corpo
Sostanza
Materia
1. Rispondi.
a) Che cos’è la materia?
b) Che cosa sono le sostanze?
2. Completa.
a) Una sostanza si dice organica se
b) Una sostanza si dice inorganica se
c) Un corpo si dice omogeneo se
d) Un corpo si dice eterogeneo se
3. Che cosa sono massa e peso?
4. Qual è il termine esatto dello strumento concui si misura:
a) la massa: b) il peso:
5. Che cosa sono densità e peso specifico di unasostanza?
6. Che cosa si intende per “teoria atomica del-la materia”?
7. Completa.a) Una sostanza si dice semplice o elemento se
b) Una sostanza si dice composta se
8. Che cosa sono e quali sono gli “stati di ag-gregazione della materia”?
a)
b)
c)
9. Completa.
a) L’agitazione termica è
b) La forza di coesione è
10.Come variano agitazione termica e forza dicoesione nei tre stati di aggregazione?
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FISICA E CHIMICA
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Cio chesai fareCiò chesai fare
11.Osserva la figura sottostante e individua inessa le sostanze allo stato solido, quelle al-lo stato liquido e quelle allo stato aerifor-me.
14. A quale stato di aggregazione si riferisco-no le seguenti rappresentazioni? Scrivilosotto a ciascuna di esse.
15. La ragazza in figura ha soffiato con la stes-sa intensità e per lo stesso tempo in tre pal-loncini diversi. Quale proprietà degli aeri-formi vuole provare?
16.Quanti newton pesa al livello del mare uncorpo che ha una massa di 500 kg?
4900 N 50 N 4,9 Ncba
a) Solide
b) Liquide
c) Aeriformi
12. La materia occupa uno spazio. Come potre-sti provarlo?
13.Quali delle seguenti molecole rappresenta-no un elemento e quali una sostanza com-posta? Scrivilo sotto a ciascuna di esse.
a) b) c)
d) e)
a) b)
c)
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