Appunti di chimica: la teoria cinetica della materia

Gli stati di aggregazione sono proprietà macroscopiche della materia che possono essere colte dai nostri sensi senza l'aiuto di strumenti. Esse trovano la loro spiegazione, come sempre in chimica, al livello nanoscopico. La teoria che interpreta gli stati fisici e i passaggi di stato a questo livello è detta teoria cinetica della materia, ed è proprio questo l'argomento che andremo ad approfondire in questi appunti.

In un aeriforme le particelle sono relativamente lontane le une dalle altre. Esse sono libere di spostarsi in ogni punto del recipiente che le contiene e si muovono casualmente a velocità assai elevate, molto più rapidamente che in un liquido. Le particelle si urtano fra loro e contro le pareti del recipiente, ma meno spesso che in un liquido, ed esercitano reciprocamente forze attrattive piuttosto deboli a causa della distanza intercorsa tra esse. La teoria cinetica, pur essendo fondata su postulati piuttosto semplici, è un utile modello scientifico per interpretare le proprietà della materia nei tre stati fisici. A tal fine però, si deve considerare anche la diversa disposizione nello spazio delle particelle nei tre stati. In un solido le particelle si attraggono fortemente l'una con l'altra; in altri termini ci sono legami fra le particelle tali da mantenerle vicine. Esse hanno poca libertà di movimento: disposte in modo regolare in un reticolo cristallino, sono in grado soltanto di vibrare intorno a una posizione fissa.

In un liquido le particelle sono ancora molto vicine fra loro, ma poiché la loro attrazione reciproca è più debole che nei solidi, hanno una maggiore libertà. I loro movimenti sono casuali, gli urti frequenti, anche se in ogni particella riesce a mantenersi a una distanza costante dalle altre. In media hanno un'energia maggiore delle particelle della stessa sostanza in forma solida. L'invariabilità della distanza fra le particelle e la loro vicinanza spiegano la costanza del volume dei liquidi e la loro incompressibilità.

L'aggettivo "cinetico" deriva dal verbo greco "kinèo", che significa "muovere". La teoria cinetica, infatti, spiega le proprietà fisiche della materia sulla base dei moti delle particelle di cui essa è formata, come le prove scientifiche di cui disponiamo sembrano confermare. I punti principali della teoria sono i seguenti: tutta la materia è formata da minuscole particelle sempre in movimento, invisibili a occhio nudo; sostanze diverse sono costituite da tipi differenti di particelle (atomi, molecole, ioni) che hanno specifiche dimensioni; più alta è la temperatura, maggiore è l'energia cinetica media delle particelle; a una data temperatura, le particelle più pesanti si muovono con maggiore lentezza di quelle leggere.

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