Come avviene il passaggio di stato e il trasferimento di calore, guida pratica con esercizi risolti e commentati
Il passaggio di stato è il momento in cui una sostanza cambia stato fisico, ovvero da solido a liquido o da liquido a gassoso. Ogni sostanza ha delle temperature specifiche in cui avvengono tali trasformazioni, note come temperatura di fusione e temperatura di ebollizione.
Quando si fornisce calore a una sostanza solida e questa raggiunge la sua temperatura di fusione, necessita di ulteriore calore per completare il passaggio di stato da solido a liquido. Lo stesso vale per il passaggio di stato da liquido a gassoso. La quantità di energia richiesta per il passaggio di stato dipende dalla sostanza, dalla sua massa e dal tipo di passaggio.
È possibile calcolare la quantità di calore assorbita o rilasciata durante questi processi utilizzando le seguenti formule:
– Per la fusione: Q = m · ΔH_fus
– Per l’ebollizione: Q = m · ΔH_eb
Dove Q rappresenta la quantità di calore, m la massa della sostanza e ΔH_fus e ΔH_eb i calori molari di fusione e di ebollizione rispettivamente.
I calori molari di fusione e di ebollizione variano da sostanza a sostanza. Ecco alcuni valori tabulati:
– Ammoniaca: ΔH_fus = 5.65 kJ/mol, ΔH_eb = 23.4 kJ/mol
– Etanolo: ΔH_fus = 4.60 kJ/mol, ΔH_eb = 43.5 kJ/mol
– Metanolo: ΔH_fus = 3.16 kJ/mol, ΔH_eb = 35.5 kJ/mol
– Ossigeno: ΔH_fus = 0.44 kJ/mol, ΔH_eb = 6.82 kJ/mol
– Acqua: ΔH_fus = 6.01 kJ/mol, ΔH_eb = 40.7 kJ/mol
Esercizi risolti:
1. Calcolare il calore assorbito da 31.6 g di ghiaccio a 0°C per passare allo stato liquido.
2. Calcolare la massa di metanolo che passa dallo stato di vapore a quello liquido quando sono rilasciati 20.0 kJ.
3. Calcolare la quantità di calore necessaria perché 2.00 moli di ghiaccio alla temperatura di – 30.0 °C passino alla temperatura di 140 °C.
Per ogni esercizio vengono spiegati i passaggi per risolverlo, applicando le formule e i valori noti per ottenere la quantità di calore necessaria in ogni situazione.