I CAMBIAMENTI DI STATO DELLA MATERIA

Prerequisiti

Esperienza 1

Problema

Osservazione di vari passaggi di stato per rispondere ai quesiti nati dalla discussione:

1.  arrivare a capire qualcosa di più relativamente a  temperatura e calore

2.    cosa succede alla temperatura nel passaggio di stato

3.    cosa succede al calore

4.     cosa succede alla materia

5.     tutti i materiali si comportano allo stesso modo

Ipotesi di lavoro

Proviamo a scaldare materiali, variando il tipo, poi variando il peso dello stesso materiale, infine variando la sorgente…

Materiale

Provettoni, provette, reticella e treppiede, lampada ad alcool, piastra elettrica, bacchette di vetro, bilancia analitica, cera, paradiclorobenzolo, salolo (salicilato di fenile), acqua, ghiaccio, termometri (-10, 150°), termoscopio e sonda on-line PASCO.

Procedimento

A - ci siamo procurati un beaker con ghiaccio tritato poi abbiamo inserito un termometro (fusione).

B - ci siamo procurati dei provettoni contenenti 9 g, 11 g e 15 g di PDB (paradiclorobenzolo). 
Abbiamo inserito le provette, ognuna in un beaker con acqua messo a sua volta sopra una reticella posta su un treppiede che viene scaldato da una lampada ad alcool  accesa oppure da una piastra elettrica.

C - abbiamo tritato due o tre candele con un coltello, inserito la cera in una provetta posta a scaldare nel beaker con acqua;  
D - abbiamo rilevato per i casi B e C i dati anche in solidificazione.  
E - abbiamo scaldato sulla fiamma anche una sostanza chiamata salolo (salicilato di fenile) e abbiamo rilevato i dati prima col termometro a mercurio poi con la sonda on-line collegata col computer con un programma che ci consente di ottenere subito il grafico.  

Osservazioni  quantitative

Si vedano tabelle e grafici:  

ghiaccio

PDB

cera

 

Osservazioni

Nel caso del ghiaccio abbiamo visto che un po’ alla volta si scioglieva e abbiamo anche tentato di accelerare il fenomeno: c’era chi agitava con una bacchetta di vetro, chi invece alitava sul beaker, chi ha erroneamente pensato di tenere caldo il beaker con un panno di lana (è peggio, perché un isolante e quindi rallenta il fenomeno, ma non abbiamo dati sperimentali corretti), chi invece avvicinava una sorgente di calore, elettrica o a fiamma di alcol, ma si scioglieva immediatamente e l’esperimento terminava.

Nel caso del PDB, in fusione ci sono stati problemi notevoli, ci si aspettava, come per il ghiaccio, una sosta di temperatura che, invece, è salita ugualmente, forse perché c’è molta materia e si scioglie a isolette; spostando il termometro all’interno si rilevavano molte variazioni di temperatura.

Per il raffreddamento invece abbiamo dei dati costanti per tutta la durata del fenomeno.

Nel caso della cera invece non otteniamo una sosta termica neanche in solidificazione.

Le prove on-line col Salolo ci hanno stupito molto. Il grafico è interessante.

Prima scende, poi risale un po’ e, infine, si stabilizza e fa un  pianerottolo a 39°C. Da dove prenderà il calore se l’ha già ceduto?  

Discussione e conclusioni

Come mai succede questo?

La sorgente che può essere artificiale oppure l’ambiente, come nel caso del ghiaccio, è più calda del ghiaccio stesso, viceversa per il PDB è più calda la sostanza dell’ambiente stesso, eppure per un po’ di tempo, a volte 20/30 minuti la temperatura registrata col termometro si è mantenuta costante.

Cosa succede allora dentro la materia?

Qualche studente ipotizza: ad esempio, nel caso del ghiaccio, il calore gli serve per sciogliersi, assorbe calore per poter passare allo stato liquido, poi successivamente raggiunge la stessa temperatura dell’ambiente.