Che cos’è la curva di raffreddamento di una sostanza pura? Vediamolo insieme.

Se diminuiamo la temperatura di una sostanza, tale sostanza a un certo punto passa da uno stato di aggregazione a un altro.

Per rappresentare con più precisione questo processo, si usa la cosiddetta curva di raffreddamento, cioè un grafico che mostra la diminuzione della temperatura della sostanza durante il raffreddamento in relazione al tempo trascorso (in altre parole, un grafico che ci dice a quanto corrisponde la temperatura della sostanza dopo che è stata raffreddata per un certo tempo).

Come si ottiene la curva di raffreddamento di una sostanza?

Per ottenere la curva di raffreddamento di una sostanza, si prende la sostanza allo stato aeriforme, la si raffredda e, quando si verifica il passaggio da uno stato a un altro, si registrano sia la temperatura sia il tempo trascorso.

La curva di raffreddamento consente di individuare il punto di condensazione e il punto di solidificazione di una sostanza, cioè la temperatura a cui essa diventa rispettivamente liquida e solida.

Le soste termiche

Quando la sostanza raggiunge il punto di condensazione o il punto di solidificazione, la sua temperatura smette momentaneamente di diminuire, anche se continuiamo a raffreddarla. Infatti, la temperatura di una sostanza diminuisce solo quando la sostanza è monofasica, cioè quando è completamente solida, liquida o aeriforme.

Dato che qualsiasi sostanza passa da uno stato all’altro in maniera graduale e non all’improvviso, c’è inevitabilmente un momento in cui la sostanza è a metà tra uno stato e un altro (ad esempio, un po’ liquida e un po’ solida) e in quel momento la sua temperatura non diminuisce. Non appena la sostanza ha cambiato completamente stato, la sua temperatura torna a diminuire.

Questi intervalli temporali in cui la temperatura di una sostanza rimane costante (nonostante la sostanza venga raffreddata) prendono il nome di soste termiche. Il calore sottratto durante le soste termiche viene definito calore latente. 

Nella curva di raffreddamento di qualsiasi sostanza le soste termiche sono in tutto due, una in corrispondenza del punto di condensazione (cioè quando la sostanza passa da aeriforme a liquida) e una in corrispondenza del punto di solidificazione (cioè quando la sostanza passa da liquida a solida).

È importante ricordarsi che la sosta termica di condensazione è sempre maggiore della sosta termica di solidificazione, perché per rendere liquida una sostanza serve sottrarre più calore di quanto se ne debba sottrarre per renderla solida.

La curva di raffreddamento dell’acqua

Questa ad esempio è la curva di raffreddamento dell’acqua (formula chimica H₂O):

Dove:

A	=	Temperatura di partenza
B	=	Punto di condensazione
B-C	=	Sosta termica (condensazione)
D	=	Punto di solidificazione
D-E	=	Sosta termica (solidificazione)

Fino a 100°C, cioè fino al punto di condensazione, l’acqua rimane completamente aeriforme. Non appena viene raggiunta questa temperatura, ha inizio la prima sosta termica e la temperatura smette di diminuire, dato che l’acqua è in parte aeriforme e in parte liquida. 

Una volta che l’acqua è diventata del tutto liquida, la sosta termica finisce e la temperatura torna a diminuire, finché raggiunge 0°, cioè il punto di solidificazione. Ha quindi inizio la seconda sosta termica, che dura fino al completo raggiungimento dello stato solido da parte dell’acqua.

Attenzione

Quando si realizza una curva di raffreddamento, si assume che la pressione (cioè l’altro fattore che insieme alla temperatura determina il passaggio da uno stato a un altro) sia costante.

Se così non fosse, la sostanza non cambierebbe solo per la variazione di temperatura, ma anche per la variazione di pressione (tuttavia, dato che con la curva di raffreddamento stiamo analizzando la temperatura, non ci interessa prendere in considerazione anche quest’altro fattore).

Nella curva di raffreddamento dell’acqua si assume ad esempio che la pressione corrisponda ad 1 atm.

Ricordiamoci infine che, se leggiamo al contrario una qualsiasi curva di raffreddamento (cioè dallo stato solido allo stato aeriforme), otteniamo la curva di riscaldamento di una sostanza.