Le seguenti attività si rivolgono ad una popolazione di scuola media e superiore, anche se alcuni contenuti sono accessibili a studenti di scuola elementare più avanzati. La pagina è anche un eccellente ripasso per studenti di livello superiore. Tutti gli esercizi fanno uso di javascript che fornisce un ambiente più interattivo.

Tutto sulla Terra può essere spiegato in termini di 4 stati (fasi) della materia – solido, liquido, gas e plasma.

Quali sono le proprietà di un solido?

Una sostanza in fase solida è relativamente rigida, ha un volume e una forma definiti.

Gli atomi o le molecole che compongono un solido sono impacchettati vicini e non sono comprimibili.

Perché tutti i solidi hanno una certa energia termica, i suoi atomi vibrano. Tuttavia, questo movimento è molto piccolo e molto rapido, e non può essere osservato in condizioni ordinarie.

Quali sono i diversi tipi di solidi?

Ci sono quattro tipi di solidi cristallini —

	Solidi ionici– Queste sostanze hanno un punto di fusione definito e contengono legami ionici. Un esempio potrebbe essere il cloruro di sodio (NaCl). Visualizza la struttura 3-D di un cristallo di sale.
	Solidi covalenti — Queste sostanze appaiono come una singola molecola gigante fatta di un numero quasi infinito di legami covalenti. Un esempio potrebbe essere la grafite. Visualizza la struttura 3-D della grafite).
	I solidi molecolari sono rappresentati come unità ripetute composte da molecole. Un esempio potrebbe essere il ghiaccio. Visualizza la struttura 3-D del ghiaccio.
	I solidi metallici sono unità ripetute costituite da atomi di metallo. Gli elettroni di valenza nei metalli sono in grado di saltare da un atomo all’altro.

Solidi amorfi
I solidi amorfi non hanno un punto di fusione definito o unità ripetute regolari. Un solido amorfo è un solido in cui non c’è un ordine a lungo raggio delle posizioni degli atomi a differenza di quelli dei solidi cristallini. Un esempio di un solido amorfo è il vetro per finestre. Inoltre molti polimeri come il polistirene sono amorfi. I solidi amorfi possono esistere in due stati distinti, lo stato “gommoso” e lo stato “vetroso”. La temperatura di transizione tra lo stato vetroso e quello gommoso è chiamata temperatura di transizione vetrosa o Tg.

Nota interessante sui solidi: Mentre l’assenza totale di massa è un’impossibilità, gli aerogel sembrano andarci molto vicino. Gli aerogel sono i solidi più leggeri e hanno una densità di 1,9 mg per cm3 o 1,9 kg/m3 (526,3 volte più leggero dell’acqua). A volte chiamato fumo congelato, gli aerogel sono polimeri a cellule aperte con pori di diametro inferiore a 50 nanometri.

Quali sono le proprietà di un liquido?

I liquidi hanno un volume definito, ma sono in grado di cambiare la loro forma scorrendo.

I liquidi sono simili ai solidi in quanto le particelle si toccano. Tuttavia le particelle sono in grado di muoversi.

Siccome le particelle possono toccarsi, le densità dei liquidi saranno vicine a quelle di un solido.

Siccome le molecole del liquido possono muoversi, prenderanno la forma del loro contenitore.

Quali sono le proprietà specifiche dei liquidi?

Viscosità –La resistenza di un liquido al flusso è chiamata la sua viscosità

Tensione superficiale – Il risultato dell’attrazione tra le molecole di un liquido che fa agire la superficie del liquido come un sottile film elastico sotto tensione. La tensione superficiale fa sì che l’acqua formi gocce sferiche.

Pressione di vapore — La pressione che un solido o un liquido esercita quando è in equilibrio con il suo vapore a una data temperatura.

Punto di ebollizione — Quando la pressione del vapore = pressione atmosferica.

Quali sono le proprietà di un gas?

I gas non hanno volume o forma definiti. Se non costretti, i gas si spargono all’infinito. Se confinati prenderanno la forma del loro contenitore. Questo perché le particelle di gas hanno abbastanza energia per vincere le forze di attrazione. Ciascuna delle particelle è ben separata, risultando in una densità molto bassa.

Qual è il quarto stato della materia?

Il quarto stato della materia è il plasma. Il plasma è un gas ionizzato, un gas in cui viene fornita sufficiente energia per liberare elettroni da atomi o molecole e permettere ad entrambe le specie, ioni ed elettroni, di coesistere. In effetti un plasma è una nuvola di protoni, neutroni ed elettroni in cui tutti gli elettroni si sono staccati dalle rispettive molecole e atomi, dando al plasma la capacità di agire come un insieme piuttosto che come un mucchio di atomi. I plasmi sono lo stato di materia più comune nell’universo e comprendono più del 99% del nostro universo visibile e la maggior parte di quello non visibile. Il plasma si presenta naturalmente e costituisce la materia del nostro sole, il nucleo delle stelle e si presenta nei quasar, nelle pulsar che emettono raggi X e nelle supernove. Sulla terra, il plasma si trova naturalmente nelle fiamme, nei fulmini e nelle aurore. La maggior parte dei plasmi spaziali hanno una densità molto bassa, per esempio il vento solare che ha una media di solo 10 particelle per cm cubo. Le collisioni tra particelle sono improbabili – quindi questi plasmi sono definiti senza collisioni.

E ora un quinto stato — Bose Einstein?

Il collasso degli atomi in un singolo stato quantico è conosciuto come condensazione di Bose o condensazione di Bose-Einstein è ora considerato un quinto stato della materia.

Di recente, gli scienziati hanno scoperto il condensato di Bose-Einstein, che può essere pensato come il contrario di un plasma. Si verifica a bassissima temperatura, vicino al punto in cui gli atomi non si muovono affatto. Un condensato di Bose-Einstein è una fase gassosa superfluida formata da atomi raffreddati a temperature molto vicine allo zero assoluto. Il primo condensato di questo tipo fu prodotto da Eric Cornell e Carl Wieman nel 1995 all’Università del Colorado a Boulder, usando un gas di atomi di rubidio raffreddato a 170 nanokelvin (nK). –In queste condizioni, una grande frazione degli atomi collassa nello stato quantico più basso, producendo un superfluido. Questo fenomeno è stato previsto negli anni ’20 da Satyendra Nath Bose e Albert Einstein, sulla base del lavoro di Bose sulla meccanica statistica dei fotoni, che è stato poi formalizzato e generalizzato da Einstein.