Versa una bevanda ghiacciata in un bicchiere in una calda giornata estiva e presto si formeranno delle gocce d'acqua sulla parte esterna del bicchiere. Come avviene questa condensa sul vetro e da dove viene l'acqua? Una comprensione degli stati e delle fasi della materia risponde a queste domande.
Stati della materia
Consideriamo tre degli stati della materia: solido, liquido e gas.
In un solido, le particelle sono ravvicinate come blocchi di costruzione e hanno una forma definita. Le particelle del solido non si muoveranno molto, ma avranno una vibrazione dalle particelle subatomiche come gli elettroni costantemente in movimento.
liquidi si adatterà alla forma di un contenitore, proprio come una bevanda ghiacciata versata nel bicchiere, dove il liquido riempie il contenitore. Nei liquidi, le particelle sono impacchettate in modo lasco e possono scorrere l'una intorno all'altra.
gas non hanno una forma definita e si espanderanno per riempire un contenitore. C'è così tanto spazio tra le particelle gassose che le particelle raramente entrano in contatto l'una con l'altra.
Stati della materia: cambiamenti di fase
L'acqua può muoversi attraverso i tre stati della materia a seconda della temperatura. Può essere trovato come solido nel ghiaccio, nell'acqua liquida e come gas nel vapore acqueo.
Si consideri il diagramma di flusso sottostante di come gli stati della materia si incrociano l'uno nell'altro; i processi con cui ciò avviene sono denominati:
Solido → in fusione si trasforma in → liquido → in evaporazione si trasforma in → gas
Il contrario è:
Gas → in condensazione si trasforma in → liquido → in congelamento si trasforma in → solido
Notare che il processo di condensazione è quando un gas si trasforma in un liquido. Con l'acqua, questo significa che il vapore acqueo si è trasformato in acqua liquida.
Una definizione di chimica della condensazione è il processo di una sostanza che cambia da uno stato gassoso a uno liquido. Questo processo è causato da un cambiamento principalmente della temperatura, ma anche della pressione.
Processo di condensazione ed energia
Rivedere il diagramma di flusso per il gas in un liquido:
Gas → in condensa si trasforma in → liquido
Ricordiamo anche come agivano le molecole sia allo stato gassoso che liquido. In un gas, le particelle hanno un'elevata energia cinetica. In un liquido, hanno meno energia cinetica. Un gas deve perdere energia per diventare un liquido.
Le molecole d'acqua allo stato gassoso perdono energia termica, rallentano il loro movimento e iniziano ad "incollarsi" tra loro per formare un liquido.
Condensazione: Ciclo dell'acqua
Sul vetro sono apparse delle perle d'acqua e, dalla definizione, questo significa che vapore acqueo si è condensato in liquido sulla superficie del vetro.
Questo vapore acqueo è sempre presente nell'aria, anche nelle giornate limpide. L'acqua condensa ed evapora sempre (l'opposto della condensazione) nell'aria. Afferrare il ciclo dell'acqua nel punto di condensazione può aiutare a riconoscere come si forma l'acqua su un bicchiere freddo.
Nel ciclo dell'acqua, il vapore acqueo spinto nell'atmosfera superiore più fredda rallenta la velocità di evaporazione fino a una velocità inferiore a quella di condensazione. La condensazione avviene a un ritmo più rapido e le molecole d'acqua gassosa si condensano attorno a minuscole particelle sospese nell'aria particelle di polvere, sale e fumo per formare minuscole goccioline che possono crescere raccogliendo più acqua liquida molecole.
Condensa su Vetro
Simile all'atmosfera superiore più fresca, poiché il vetro nel nostro esempio dall'inizio diventa freddo da il ghiaccio nella bevanda, raggiunge una temperatura in cui la condensazione avviene ad una velocità maggiore di evaporazione. Anche in una giornata calda, e anche se l'aria calda può contenere più vapore acqueo dell'aria fredda, c'è un limite massimo alla quantità di vapore acqueo che l'aria può contenere.
Il movimento delle particelle può spiegare questo aumento della velocità di condensazione. Quando l'aria calda entra in contatto con il vetro freddo, il calore viene trasferito dall'aria calda al vetro freddo. La perdita di calore nell'aria circostante fa sì che il vapore acqueo del vetro perda energia. Una volta persa l'energia, il vapore acqueo si condensa in liquido sul vetro.
Una volta che il ghiaccio si sarà sciolto nella bevanda, la temperatura del liquido all'interno del bicchiere e l'aria circostante si riequilibreranno e non si formerà più condensa sul bicchiere.