Tutto ciò che ci circonda, anche ciò che è invisibile ai nostri occhi, come l’aria, si chiama“materia”.
La materia è fatta di atomi, cioè è fatta dall’unione di tanti mattoncini che possono trovarsi quasi liberi (gas nobili) o tenuti insieme da un “legame” più o meno forte. Noi li immagineremo come tante palline. Non possiamo vedere gli atomi singoli a occhio nudo, sono troppo piccoli, possiamo vedere solo il risultato dell’unione di un numero molto grande di essi. Qualche esempio?
Un pezzo di ferro è fatto di atomi di Ferro (tutti uguali); il sale da cucina è fatto di atomi di Cloro e di Sodio; l’acqua è fatta di atomi di Ossigeno e di Idrogeno, essi formano prima dei gruppi di tre (le “molecole” di acqua, fatte di un atomo di Ossigeno e due atomi di Idrogeno), poi moltissime molecole si legano tra loro a formare l’acqua o il ghiaccio; lo zucchero è fatto di atomi di Carbonio, Ossigeno e Idrogeno, che prima si uniscono in grandi molecole (un grande “gruppo” con 11 atomi di Ossigeno, 12 atomi di Carbonio e ben 22 atomi di Idrogeno!). Il Ferro, l’Ossigeno, l’Idrogeno etc. si chiamano “elementi chimici”. Ne conoscete altri? Il Calcio, il Fosforo, l’Oro, l’Argento, il Neon, il Rame, lo Zolfo, il Silicio… In natura esistono circa 100 diversi elementi chimici, elencati nella Tavola Periodica, i quali combinandosi tra loro danno origine a tutta la materia che conosciamo.
Due oggetti ci appaiono diversi se gli elementi chimici che li costituiscono sono diversi. Ma il contrario non è sempre vero! Infatti esistono materiali completamente diversi i cui atomi costituenti sono gli stessi. La differenza la fa il modo in cui questi atomi si legano tra loro! Un esempio: il diamante e la grafite… Il diamante è fatto di atomi di Carbonio, la grafite, cioè la punta della matita, è fatta di atomi di… Carbonio! Avete capito bene, sono entrambi fatti di atomi di Carbonio, ma legati tra loro in modo diverso. Infine, c’è un’altra ragione per cui la materia costituita dagli stessi atomi si può presentare in modo diverso: il suo stato. Gli stati della materia, sulla Terra, sono quasi esclusivamente TRE: stato solido, stato liquido e stato gassoso. Anche in questo caso la differenza è dovuta a come gli atomi e le molecole della materia sono legati tra loro. Sapete di cosa è fatto il ghiaccio? Lo abbiamo detto prima: il ghiaccio è fatto di atomi di Idrogeno e Ossigeno, legati insieme a formare molecole proprio come avviene nelll’acqua! Perché si presenta in un modo diverso? Perché il modo in cui le sue molecole sono legate tra loro è diverso, e il modo dipende dalla temperatura! Il ghiaccio, più freddo, è acqua nel suo stato solido. E qual è lo stato gassoso dell’acqua? Il vapore! Tutta la materia può cambiare stato.

Esperimento 1) Cambiamento di stato dell’acqua, liquido-solido.
L’acqua a temperatura ambiente è liquida. Per cambiare il suo stato bisogna cambiare la sua temperatura. Proviamo a riempire una bottiglia di plastica da mezzo litro con acqua del rubinetto. Riempitela fino al tappo, chiudetela bene e lasciatela nel congelatore per un giorno intero. Passato il giorno, andate a riprendere la bottiglia dal congelatore e osservate cosa è successo:

-l’acqua non è più nel suo stato liquido, ma ora è nel suo stato solido, che si chiama ghiaccio. Le sue molecole sono sempre fatte di due atomi di Idrogeno e uno di Ossigeno, ma ora sono legate tra loro in modo diverso.

-Potete osservare l’effetto che la nuova disposizione delle molecole ha avuto: esse ora hanno bisogno di più spazio, ma la bottiglia era piena e non lasciava altro spazio. Cosa è successo? Il ghiaccio ha rotto la bottiglia e si è “allargato”.

Esperimento 2) Cambiamento di stato dell’acqua, liquido-vapore.
Prendete un pentolino e riempitelo fino a metà di acqua del rubinetto. Mettetelo a scaldare sul fornello a gas o su un fornello elettrico. Dopo qualche minuto osserverete il vapore uscire dal pentolino. L’acqua sta passando dallo stato liquido a quello gassoso. Se lasciate il pentolino sul fuoco tutta l’acqua diventerà vapore. L’acqua passa allo stato gassoso anche senza usare il fornello. È solo più lenta, ma se lasciate un po’ di acqua in un pentolino per alcuni giorni sul tavolo della vostra cucina, alla fine osserverete che tutta l’acqua si è trasformata in vapore. Se però continuate a fare trasformare l’acqua in vapore, specialmente in inverno, sui vetri della vostra cucina inizierà a comparire un velo opaco: la condensa. L’acqua sotto forma di vapore infatti, a contatto con il vetro freddo, cambia di nuovo il suo stato e ritorna ad essere liquida.
Questo processo avviene sulla Terra in continuazione: parte dell’acqua degli oceani diventa vapore, si sposta nell’atmosfera, incontra aria più fredda e diventa di nuovo liquida sotto forma di pioggia. Se l’aria è molto fredda, diventa ghiaccio e abbiamo la neve o la grandine.