Îngheţarea este transformarea materiei lichide sau topite în materie solidă. Fierberea este transformarea unui lichid în gaz sau vapori. Aceşti termeni sunt valabili pentru toate substanţele , nu doar pentru apă .





Fierul topit se solidifică , sau îngheaţă , la aproximativ 1535° C, astfel încât la orice temperatură mai mică decât aceasta , fierul , corect spus , este îngheţat . Deci " îngheţat " nu înseamnă neapărat şi " rece "

Punctele de fierbere şi de îngheţare ale unei substanţe variază ân funcţie de presiune . Atfel, chiar dacă vorbim despre apă , termenii "îngheţare" şi "fierbere" pot să nu aibă sensurile obişnuite . De exemplu , apa fierbe la temperatura camerei dacă presiunea aerului din jur este foarte redusă. Astfel este evident că "fiert" nu înseamnă întotdeauna şi "fierbinte".

Chiar şi în condiţii normale de presiune, multe substanţe fierb la temperaturi extrem de joase. Acestea sunt substanţele pe care în mod normal le considerăm gaze. Azotul şi oxigenul, de exemplu, sunt principalele gaze din aer. Motivul pentru care în condiţii normale sunt gaze, este că ele au temperatura de fierbere cu mult sub zero - aproximativ -196° C (azotul) şi -183° C (oxigenul). Astfel, chiar şi în cele mai reci regiuni ale Pământului aceste substanţe se află la o temperatură peste punctul lor de fierbere şi de aceea ele apar în stare gazoasă.



Stările de agregare



Pentru a înţelege fierberea şi topirea , trebuie întâi să ştim de ce o su
bstanţă este un solid , un lichid sau un gaz. Aceste stări sunt cunoscute sub numele de stări de agregare. În general, la o temperatură constantă, solidul are o mărime şi o formă fixă. Lichidul îşi schimbă forma prin curgere, deşi volumul său rămâne constant. Însă la gaz nu este fixă nici mărimea, nici forma. Gazul se împrăştie sau se restrânge, umplând recipiente de orice mărime sau formă în care este pus.

Aproape întreaga materie este formată din atomi, care sunt grupaţi în molecule. Aceste molecule se află în mişcare continuă, şi energia acestei mişcări, adică energia cinetică, determină o stare de agregare solidă, lichidă sau gazoasă. La un solid, moleculele au o energie cinetică mică şi vibrează în puncte fixe. La un lichid, moleculele au destulă energie cinetică pentru a învinge forţa de atracţie pe care o au unele faţă de altele ; asfel ele se pot mişca, schimbând şi forma lichidului. La un gaz, moleculele au o energie cinetică mare şi se pot mişca aproape liber.



Transformarea lichidului în gaz



Moleculele unui lichid nu se mişcă toate cu aceiaşi viteză. Unle se mişcă atât de repede încât pot să treacă de suprafaţa lichidului şi să iasă în aer formând gaze sau vapori. De exemplu, dacă lăsăm neacoperit un pahar cu apă într-o cameră caldă timp de mai multe zile, nivelul apei va scădea treptat până ce paharul se goleşte. Acest proces de evaporare apare la suprafaţa lichidului, şi nu trebuie confundat cu fierberea, în care transformarea în vapori are loc în toată masa lichidului.

Deoarece starea de agregare a unei substanţe - indiferent că este solidă, lichidă sau gazoasă - depinde de mişcarea moleculeleor sale, ea poate fi schimbată prin modificarea energiei cinetice. Adesea noi schimbăm starea de agregare a unei substanţe supunând-o la căldură, care este o formă de energie. De exemplu, când fierbem apa, ea se transformă într-un gaz numit abur, deoarece căldura face moleculele apei să se mişte îndeajuns de repede încât forţa de atracţie pe care o execită unele asupra altora să nu mai fie suficient de puternică pentru a le ţine laolaltă. Astfel moleculele se eliberează sub formaă de abur, şi spunem că apa fierbe. Acest fapt are loc în condiţii normale la 100 °C.









Transformarea gazului în lichid



Aburul revine în forma de apă lichidă dacă se răceşte îndeajuns. Acest efect se poate observa adesea dacă se lasă să fiarbă apa într-un ceainic. Suprafeţele reci din încăpere devin umede pentru că o parte din aburii produşi scad în temperatură când intră în contact cu ele. Astfel moleculele aburilor se mişcă mai încet şi aburii se transformă din nou în apă lichidă. Se spune că aburii se condensează revenind la starea lichidă, iar efectul se numeşte condensare.

Deşi uneori folosim cuvântul "aburi" când ne referim la norişorii albi formaţi deasupra ceainicului, aburii sunt de fapt invizibili. Norişorii albi pe care îi vedem sunt formaţi din picături minuscule de apă lichidă. Acestea se formează prin condensarea aburilor care ies din ceainic şi intră în contact cu aerul relativ rece din jur. Dacă privim prin orificiul ceainicului când apa din el fierbe, vom vedea că norişorii albi se formează la o distanţă mică de acesta. Însă chiar lângă orificiu există o porţiune transparentă unde apa este încă gazoasă, deoarece nu s-a răcit încă suficient pentru a se condensa la starea lichidă.



Transformarea lichidului în solid



Putem transforma un lichid într-un solid prin reducerea temperaturii. Aceasta se poate face prin înconjurarea lichidului cu o substanţă mai rece. Reducerea temperaturii determină încetinirea moleculelor lichidului. În cele din urmă ele nu se mai pot mişca în interiorul substanţei şi vibrează doar în poziţii fixe. Când ajunge în acest stadiu, lichidul a devenit solid, şi spunem că a îngheţat. De exemplu, apa îngheaţă în condiţii normale la 0° C şi se transformă în gheaţă.

Majoritatea substanţelor formează cristale când trec din stare lichidă în stare solidă. Clorura de sodiu (sarea de bucătărie) , de exemplu, formează cristale de formă cubică.

Solidele pot reveni în stare lichidă prin creşterea temperaturii, care face viteza moleculelor să crească din nou.

Când încălzim un solid pentru a-l transforma în lichid, substanţa absoarbe căldură şi temperatura sa începe să crească. Dar când îşi atinge punctul de topire, temperatura sa rămâne constantă chiar dacă substanţa continuă să absoarbă căldură. Această căldură folosită pentru transformarea, la punctul său de topire, a solidului în lichid la aceeaşi temperatură se numeşte căldură latentă de fuziune (topire). Numai după ce întregul solid s-a transformat în lichid temperatura va începe să crească din nou.

Vaporizarea



Dacă încălzim lichidul în continuare, temperatură sa creşte până el îşi atinge punctul de firbere. Apoi temperatura rămâne constantă, în timp ce tot mai multă căldură este absorbită pentru transformarea lichidului la punctul său de fierbere în gaz la aceeaşi temperatură. Căldura absorbită care face posibilă această transformare se numeşte căldură latentă de vaporizare. Odată ce substanţa s-a transformat în gaz, temperatura sa va începe din nou să crească doar dacă i se furnizează mai multă căldură.

Dacă se răceşte un gaz, la început temperatura va scădea. Apoi, când el atinge punctul de topire al substanţei, gazul îşi pierde căldura latentă de vaporizare şi se transformă în lichid la aceeaşi temperatură. Numai după ce întregul gaz s-a transformat în lichid temperatura va începe să scadă din nou.

Răcirea continuă pentru a determina temperatura să scadă până ce lichidul îşi atinge punctul de îngheţare. Apoi lichidul îşi pierde căldura latentă de fuziune şi se transformă în solid la aceeaşi temperatură. Când întregul lichid s-a solidificat, temperatura substanţei începe din nou să scadă.



De ce pluteşte gheaţa



Majoritatea substanţelor se dilată când sunt încălzite şi se contractă când sunt răcite. Mercurul dintr-un termometru, de exemplu, se dilată şi se extinde de-a lungul unui tub îngust indicând creşterea







temperaturii. Deoarece mercurul îngheaţă la o temperatură de -39° C, el nu este potrivit pentru termometre folosite în regiuni reci.

Şi apa se dilată în general la încălzire şi se contractă la răcire. Totuşi , când se răceşte până la 4° - 0° C, apa îşi măreşte volumul. O conductă de apă poate crăpa iarna, dacă îngheaţă apa din ea şi formează un volum mare de ghaţă. Gheaţa exercită o forţă asupra conductei, uneori suficientă ca aceasta să crape.



Dilatarea apei



Deoarece apa se dilată când este îngheţată, gheaţa - forma solidă a apei - are o densitate mai mică decât apa lichidă. Cu alte cuvinte, un volum dat de gheaţă cântăreşte mai puţin decât un volum egal de apă.

În jurul Polului Sud şi al Polului Nord al Pământului, apa îngheţată formează gheţari. Unele dintre aceste blocuri de gheaţă plutitoare au mărimi incredibile. În 1956, cel mai mare aisberg descoperit vreodată a fost localizat în Pacificul de Sud. Suprafaţa era mai mare de 31.000 km ˛- aproximativ 1,5 ori mărimea Ţării Galilor.