Praticamente tutti hanno visto la stessa sostanza allo stato solido, liquido e gassoso all'età di cinque anni al più tardi: quella sostanza è l'acqua. Al di sotto di una certa temperatura (0 ° C o 32 ° F), l'acqua esiste allo stato "congelato" come solido. Tra 0 ° C e 100 ° C (da 32 ° F a 212 ° F), l'acqua esiste come un liquido e oltre il suo punto di ebollizione di 100 ° C/212 ° F, l'acqua esiste come vapore acqueo, un gas.
Altre sostanze che potresti pensare di esistere solo in uno stato fisico o in un altro, come un pezzo di metallo, anche hanno punti di fusione e di ebollizione caratteristici, che possono essere piuttosto estremi in relazione alle temperature di tutti i giorni su Terra.
Il fusione e punti di ebollizione degli elementi, come molte delle loro caratteristiche fisiche, dipendono in gran parte dalla loro posizione nella tavola periodica degli elementi e quindi dal loro numero atomico. Ma questa è una relazione allentata e altre informazioni che puoi raccogliere dalla tavola periodica degli elementi aiutano a determinare il punto di fusione di un determinato elemento.
Cambiamenti di stato nel mondo delle scienze fisiche
Quando un solido passa da una temperatura molto fredda ad una più calda, le sue molecole assumono gradualmente più energia cinetica. Quando le molecole nel solido raggiungono un'energia cinetica media sufficiente, la sostanza diventa a liquido, in cui la sostanza è libera di cambiare forma in base al suo contenitore nonché as gravità. Il liquido si è sciolto. (Andare dall'altra parte, da liquido a solido, si chiama congelamento.)
Allo stato liquido, le molecole possono "scivolare" l'una sull'altra e non sono fissate in posizione, ma mancano dell'energia cinetica per sfuggire nell'ambiente. Tuttavia, una volta che la temperatura diventa sufficientemente alta, le molecole possono sfuggire e allontanarsi molto, e la sostanza è ora un gas. Solo le collisioni con le pareti del contenitore, se presenti, e tra loro limitano il movimento delle molecole di gas.
Cosa influenza il punto di fusione di un elemento o molecola?
La maggior parte dei solidi assume una forma a livello molecolare chiamata solido cristallino, costituita da una disposizione ripetuta di molecole fissate in posizione per creare un reticolo cristallino. I nuclei centrali degli atomi coinvolti rimangono distanziati a una distanza fissa in uno schema geometrico, come un cubo. Quando viene aggiunta energia sufficiente a un solido uniforme, questo supera l'energia che "blocca" gli atomi sul posto, e sono liberi di sgomitare.
Una varietà di fattori contribuiscono ai punti di fusione dei singoli elementi, in modo tale che la loro posizione sulla tavola periodica è solo una guida approssimativa, e anche altri problemi devono essere considerati. In definitiva, dovresti consultare una tabella come quella nelle Risorse.
Raggio atomico e punto di fusione
Potresti chiedere se gli atomi più grandi hanno punti di fusione intrinsecamente più alti, essendo forse più difficili da rompere a causa di più materia in essi. In realtà, questa tendenza non si osserva, in quanto prevalgono altri aspetti dei singoli elementi.
I raggi atomici degli atomi tendono ad aumentare da una riga all'altra ma diminuiscono lungo la lunghezza della riga. I punti di fusione, nel frattempo, aumentano tra le file fino a un certo punto, quindi diminuiscono bruscamente in determinati punti. Il carbonio (numero atomico 6) e il silicio (14) possono formare quattro legami con relativa facilità, ma gli atomi un gradino più in alto sul tavolo non possono, e di conseguenza hanno punti di fusione molto più bassi.
Esiste un andamento della tavola periodica del punto di ebollizione?
Esiste anche una relazione approssimativa tra il numero atomico e il punto di ebollizione degli elementi, con il "salta" per abbassare i punti di ebollizione all'interno delle file seguito da un aumento che si verifica all'incirca nello stesso posti. In particolare, tuttavia, i punti di ebollizione dei gas nobili nella colonna più a destra (periodo 18) sono appena superiori ai loro punti di fusione. Il neon, ad esempio, esiste come liquido solo tra 25 °C e 27 °C!