Transizioni di fase

Le sostanze esistono tipicamente in una delle tre fasi:solido, liquido o gas. La transizione da una fase all'altra cambia in modo significativo in base a come siano ordinate e tenute saldamente le molecole. Le molecole transitano fra le diverse fasi quando la loro energia interna consente loro di trovarsi in uno dei diversi stati.

Ciò dipende da fattori come la potenza delle forze intermolecolari nello stato più condensato o la pressione esercitata sulla sostanza. La temperatura è un riflesso dell'energia interna, quindi i punti di transizione di fase sono spesso descritti in termini di temperatura a una certa pressione. Per esempio, paragoniamo l'acqua e l'acetone.

Mentre l'acqua mostra forti legami idrogeno, le molecole di acetone mostrano deboli forze dipolo-dipolo. A causa delle forze di attrazione più forti, è necessario più calore per trasformare l'acqua in vapore. Questo spiega perché, a una data pressione, il punto di ebollizione dell'acetone è inferiore a quello dell'acqua.

Le transizioni di fase avvengono molecola per molecola, dunque le fasi coesistono durante la transizione. Fino a quando la transizione della massa non é completa, la temperatura non cambia, anche se il calore fluisce verso o dalla sostanza. Un'osservazione simile puo'essere fatta quando il calore viene fornito all'acqua.

La temperatura dell'acqua sale fino a raggiungere il punto di ebollizione, in cui le due fasi liquido e gas coesistono. Il riscaldamento aggiuntivo non aumenta la temperatura dell'acqua liquida, oltre il suo punto di ebollizione;provoca solo un'ebollizione più rapida. La variazione di energia necessaria affinché una mole di una sostanza subisca completamente quella transizione senza un cambiamento di temperatura è detta calore molare o entalpia molare di quella transizione.

Se una sostanza assorbe calore per subire una transizione, l'entalpia della transizione è positiva, rendendolo un processo endotermico. Le transizioni in cui la sostanza perde calore hanno valori di entalpia negativi, rendendole esotermiche. Se una sostanza è tenuta a un punto di transizione in un sistema chiuso, i processi di transizione opposti raggiungeranno uno stato di equilibrio dinamico.