Els estats d'agregació de la matèria i els seus canvis

Els estats d'agregació de la matèria

Sólid: mantenir un volum estable, tenir forma pròpia, ser incompressibles.

Líquid: mantenir un volum estable, no tenir forma pròpia, ser incompressibles.

Gas: No tenir volum propi (ocupar tot l'espai), no tenir forma pròpia, ser compressibles.

Tot això s'anomena estats d'agregació de la matèria.

Canvis d'estat i temperatura

Quan una substància s'escalfa, es produeixen canvis en el seu estat d'agregació. Succeeix el mateix quan la substància es refreda. Tot i que és difícil percebre-ho, el volum de les substàncies canvia: Quan apliquem calor sobre una substància, aquesta es dilata, és a dir, el seu volum augmenta. L'aplicació de calor sobre una substància provoca que es dilati, és a dir, que n'augmenti el volum. No obstant això, la massa de la substància es manté constant. Per tant: La calor provoca que la densitat d'una substància disminueixi. Igualment, podem comprovar que la major part de les substàncies són més denses en estat sòlid que en estat líquid; i també que són més denses en estat líquid que en estat gasós. Tanmateix, hi ha algunes excepcions sorprenents. La més destacada és el cas de l'aigua. Quan l'aigua es solidifica, augmenta el seu volum. El gel, per tant, és menys dens que l'aigua líquida i per això flota a sobre d'ella. Diem que l'aplicació de calor sobre un gas fa que n'augmenti el volum; i que la pèrdua de calor en provoca la disminució. Malgrat això, els gasos ocupen sempre tot el volum disponible. Quines conseqüències tenen aquests fets combinats? Si el gas es troba en un recipient rígid, que no pot variar de volum, l'augment o disminució de calor provoca canvis en la pressió que el gas exerceix sobre les parets del recipient. Si la temperatura del gas augmenta, el gas tendeix a dilatar-se i, per tant, la pressió que exerceix sobre el recipient que el conté també augmenta. Si la temperatura del gas disminueix, la pressió que exerceix el gas disminueix. Aquest efecte es pot observar fàcilment si el recipient és elàstic i respon als canvis de pressió, com és el cas d'un globus. Si apliquem prou calor sobre un gas, la pressió que aquest exerceix sobre el recipient que el conté pot arribar a ser tan intensa que rebenti les parets del recipient, encara que siguin rígides. Aquesta és la base del poder destructiu d'algunes explosions.

Punt de fusió

La temperatura a la qual un sòlid es transforma en líquid s'anomena punt de fusió. Aquesta temperatura coincideix amb el punt de solidificació, que s'anomena així quan el procés és invers. Cada substància té un punt de fusió característic. El punt de fusió de l'aigua és de 0 ºC. El del ferro és de 1.535 ºC. Quan una quantitat determinada d'una substància passa de sòlida a líquida o viceversa, la seva temperatura es manté constant fins que tota la substància ha experimentat el canvi d'estat. Aquesta temperatura correspon al punt de fusió.

Punt d'ebullició

La temperatura a partir de la qual una substància no pot mantenir-se en estat líquid i es transforma en gas s'anomena punt d'ebullició. Aquesta temperatura coincideix amb el punt de condensació, que s'anomena així quan el procés és l'invers. Cada substància té un punt d'ebullició específic. El punt d'ebullició de l'aigua és de 100 ºC. El del ferro és de 2.750 ºC. Quan una quantitat determinada d'una substància líquida bull, la seva temperatura es manté constant fins que es completa el canvi d'estat. Aquesta temperatura correspon al punt d'ebullició.

Ebullició davant d'evaporació

Quan escalfem un líquid fins al seu punt d'ebullició, es vaporitza tot (passa a estat gasós). No obstant això, els líquids també es vaporitzen sense necessitat d'arribar al seu punt d'ebullició. La diferència entre la vaporització que es produeix a la temperatura d'ebullició i la que es produeix per sota d'aquesta temperatura radica en el lloc en què es dóna. Per sota de la temperatura d'ebullició, el líquid només es vaporitza per la superfície. Aquest fenomen s'anomena evaporació. Però a la temperatura d'ebullició, el líquid es vaporitza per tot arreu: per això surten bombolles. Quan un líquid es vaporitza per tot el seu volum, es troba en ebullició.

Condensació

De la mateixa manera que un líquid pot vaporitzar-se a qualsevol temperatura per sota del punt d'ebullició (i per sobre del punt de solidificació), un gas pot romandre sense liquar-se dins del mateix rang de temperatures. Quan un gas transmet la seva escalfor al medi que l'envolta, aquest es liqua. Aquest fenomen l'anomenem condensació. Això es produeix quan traiem l'alè sobre un vidre fred. El vapor d'aigua que expulsem es refreda en contacte amb el vidre i es transforma en diminutes gotes d'aigua. A vegades podem observar com una substància en estat sòlid es transforma en gas directament, sense haver passat primer per l'estat líquid. El mateix fenomen es pot donar en sentit contrari. Sublimació directa: s'anomena així el fenomen en què una substància en estat sòlid es transforma en gasosa directament. Aquest fenomen s'utilitza en concerts i discoteques per produir boira a partir de neu carbònica. Sublimació inversa: s'anomena així el fenomen en què una substància en estat gasós es transforma en sòlida directament. El gebre es produeix quan el vapor d'aigua present a l'atmosfera es congela i es transforma en gel directament. La sublimació inversa també es coneix com a deposició.