1° GIORNO

Mappa 1° giorno

Riflessioni post

1° giorno

2° GIORNO 3° giorno

simulazione Movie 600 kBMovie 4,6 MB

3° GIORNO

Modello particellare

Il modello particellare fin qui elaborato prevede solo la pesenza di particelle libere nello spazio vuoto.Esso spiega diverse proprietà dell'aria:

1. che l'aria occupa sempre tutto il volume a disposizione, anche quando questo è molto grande.

2. che l'aria può essere forzata ad occupare un volume molto piccolo.

3. che l'aria oppone poca resistenza al movimento e che le sue parti si possono rimescolare e muovere le une nelle altre senza difficoltà.

Il modello continuo, in cui l'aria è semplicemente un gas senza particelle, un fluido continuo, cioè senza vuoti, molto elastico e leggero, difficilmente può spiegare tutte queste proprietà, specialmente la terza.

Compressione dell’aria

Clicca pervedere lainterpretazionemicroscopica

Ipotesi sulle cause della resistenza alla compressione dell’aria

DIFFUSIONE DELL’AMMONIACA IN ARIA

Il palloncino viene posto nella beuta, dalla quale si aspira l’aria.

Cosa accade al palloncino?

I N T E R P RET A Z I O N E P A R T I C E L L A R E

Clicca sullo sfondo per le altre simulazioni

La sublimazione e il modello particellare

La sublimazione è un fenomeno analogo all'evaporazione, anche se è evidente solo per alcuni solidi con scarse forze di coesione tra le particelle. La velocità netta di sublimazione è più rapida in assenza d'aria, anche se la quantità di solido che riesce a sublimare in un recipiente chiuso dipende solo dalla temperatura e dal volume e non dalla presenza o meno dell'aria. La stessa considerazione vale anche per l'evaporazione. La pressione raggiunta dai vapori provenienti da un solido o da un liquido in un recipiente chiuso dipende solo dalla temperatura e non dalla presenza di altri gas. L'aria rallenta il passaggio allo stato gassoso perché ostacola la diffusione, così che i vapori prodotti saturano subito la regione vicina alla superficie della fase condensata, fungendo da involucro protettivo.

Sia per la sublimazione che per l'evaporazione, se i vapori non vengono allontanati si raggiunge presto la saturazione, situazione in cui il passaggio delle particelle dal vapore alla fase condensata avviene con la stessa probabilità del passaggio inverso.

Diffusione del permanganato in acqua

Per poter diffondere nel liquido, le particelle del permanganato di potassio devono prima distaccarsi dal solido. Questo processo è diverso dalla sublimazione, come si può evidenziare constatando che tale sostanza, lasciata all'aria, non ha alcuna tendenza a diminuire di peso. Se le particelle del permanganato si distaccano ciò dev'essere dovuto all'interazione con le particelle dell'acqua. Una volta che le particelle di permanganato si sono disperse tra quelle dell'acqua, diffondono più rapidamente a temperatura più alta. Infatti a temperatura più alta si ha maggiore agitazione termica.

Il fenomeno dell'evaporazione alla luce del modello particellare

Dalla "giornata" precedente gli allievi hanno imparato che le particelle dell'aria sono in continuo movimento, cosa non difficile da accettare se si considera la mobilità e la facilità di diffusione dei gas. Il moto delle particelle dei liquidi e dei solidi è ben più difficile da assimilare, data la loro apparente staticità, in una fase in cui è già difficile digerire la natura discontinua della materia. È possibile giungere a un conflitto cognitivo con cui tentare, almeno, di destabilizzare le concezioni spontanee. Si chieda agli allievi di scegliere tra le seguenti spiegazioni microscopiche alternative dell'evaporazione (o della sublimazione).

1. Modello statico: le particelle si distaccano dalla superficie perché sollecitate dagli urti delle molecole dell'aria, anche se trattenute dalle forze di coesione; 

2. Modello dinamico: le particelle si distaccano dalla superficie perché sono dotate di un'agitazione termica caotica, che fa sì che alcune vincano le forze di attrazione, ma sono ostacolate dalle particelle dell'aria che urtano la superficie. 

La maggior parte degli allievi opterà per il modello statico. A questo punto si può proporre l'esperimento seguente. Si confronta la diminuzione di peso di un recipiente contenente alcol, posto in una beuta da cui si aspira l'aria, con la diminuzione di peso di un identico recipiente lasciato nella beuta con aria a pressione normale, durante lo stesso tempo. Se i due recipienti si facevano equilibrio in una bilancia a due piatti, quello rimasto in assenza d'aria risulterà più leggero dopo l'evaporazione.

Un analogo esperimento, ma con una bilancia sensibile almeno al milligrammo, può essere effettuato per la sublimazione dell'antitarme a base di para-diclorobenzene. Eliminando l'aria si ha un incremento del fenomeno dell'evaporazione o della sublimazione; quindi il fenomeno non è provocato dall'aria, ma deve essere una tendenza spontanea del liquido che evapora o del solido che sublima. La tendenza delle particelle a lasciare il liquido - a causa della loro agitazione termica - può essere correlata all'ebollizione, che richiede un innalzamento di temperatura e, quindi, di agitazione termica. Che il maggior grado di agitazione delle particelle del liquido è necessario a vincere la pressione esterna dell'aria, può essere evidenziato con un altro semplice esperimento: si aspirano 1-2 mL di alcol con una siringa, della quale si chiude poi l'ago infilandolo in una gomma, evitando l'entrata di aria. Se si solleva il pistone rapidamente, si constata l'ebollizione dell'alcol per qualche secondo: in assenza di aria le particelle dell'alcol si trasferiscono in massa nello spazio vuoto, come gas, e questa può essere considerata una prova del loro moto a temperatura ambiente. L'ebollizione non va considerata conseguenza dell'aspirazione, come ci inducono a fare le nostre concezioni spontanee. La forza occorrente per la trazione del pistone va imputata alla resistenza della pressione dell'aria esterna. Se la siringa chiusa e contenente l'alcol viene posta nella beuta da vuoto, aspirando l'aria dalla stessa beuta si trova che il pistone si solleva da solo per lasciare spazio alle particelle che, nuovamente, evaporano spontaneamente. Il non essere consapevoli della presenza pervasiva dell'aria è alla base di tutte le nostre concezioni intuitive errate sui fenomeni che coinvolgono la pressione e gli aeriformi. Il raffreddamento che accompagna il fenomeno dell'evaporazione è anch'esso facilmente osservabile e può essere associato al prelievo energetico occorrente per vincere le forze di coesione che tengono unite le particelle.