Curve di riscaldamento e raffreddamento

Il riscaldamento o raffreddamento di una sostanza porta a cambi di temperatura, seguiti da cambiamenti di fase. Il riscaldamento di una sostanza aumenta l’energia termica delle sue molecole, che si rifltte in un aumento della temperatura fino a raggiungere un punto di transizione. Quando la sostanza ha assorbito abbastanza calore, le forze attrattive fra le sue molecole sono superate, portando ad una transizione di fase a temperatura costante.Una volta completata la transizione, il riscaldamento provoca un nuovo aumento della temperatura. Quando il calore viene rimosso dalla sostanza, la diminuzione dell’energia termica delle sue molecole corrisponde ad un abbassamento della temperatura, fino a raggiungere un punto di transizione. Quindi, la temperatura rimane costante poiché le forze intermolecolari più forti vengono ristabilite durante il cambio di fase.Il comportamento di una sostanza in risposta a variazioni di temperatura può essere modellato usando curve di riscaldamento o curve di raffreddamento, dove la variazione di temperatura viene tracciata in funzione del calore aggiunto o del calore rimosso. Pensate a un becher pieno di cubetti di ghiaccio, inizialmente a 20 C.Man mano che il calore fluisce, la temperatura del ghiaccio aumenta costantemente. La quantità di calore assorbita per riscaldare il ghiaccio dipende dalla capacità termica specifica del ghiaccio.Una volta raggiunto il punto di fusione del ghiaccio, la temperatura smette di salire nonostante il calore scorra di continuo. Gli effetti del calore assorbito indeboliscono le forze intermolecolari, fino a quando il ghiaccio si scioglie completamente in acqua liquida. Il plateau dell’equilibrio solido-liquido è caratteristico della transizione di fase a temperatura costante.La variazione di entalpia fra l’inizio e la fine del plateau indica la quantità di calore necessaria per il processo di fusione, o in altre parole, l’entalpia di fusione dell’acqua. Al termine del processo di fusione, il calore assorbito determina un corrispondente aumento lineare della temperatura. La capacità termica specifica dell’acqua determina la quantità di calore assorbito.Al punto di ebollizione, la temperatura smette di salire. Il calore assorbito invece contribuisce a vincere le forze attrattive fra le molecole d’acqua fino a quando l’acqua vaporizza completamente. Il plateau dell’equilibrio liquido-gas rappresenta la transizione di fase a temperatura costante.La variazione di entalpia fra l’inizio e la fine del plateau è l’entalpia di vaporizzazione dell’acqua. Dopo che tutto il liquido si è trasformato in vapore, il calore aggiuntivo fa aumentare di nuovo la temperatura.