Ogni sostanza presenta particolari punti di ebollizione, congelamento e vaporizzazione. Questi parametri dipendono in larga misura dalla costituzione della sostanza stessa, come ad esempio la struttura molecolare e la disposizione nello spazio, ed ad un numero di altri fattori esterni ad essai. I diagrammi di stato di una sostanza rappresentano i vari punti cruciali per quanto riguarda i passaggi di stato definendo, in un asse cartesiano, valori di temperatura e di calore. Ricordarsi che la temperatura è la misura del calore e quest’ultimo si risolve nella velocità delle molecole componenti la sostanza.
L’acqua presenta un particolare diagramma, diverso dalle altre sostanze, in cui si rilevano i passaggi tra i vari stati (solido, liquido, aeriforme) a seconda della temperatura e del calore somministrato. L’esempio può essere meglio compreso immaginando di avere un recipiente sottoposto a pressione costante di 1atm con dentro dell’acqua. Il liquido presenta una temperatura iniziale inferiore a 0°C per cui si presenta allo stato solido (ghiaccio) e successivamente viene fornito calore al sistema in maniera graduale. L’acqua ghiacciata rimarrà tale fino a quando il calore somministrato non avrà innalzato la temperatura fino a O°C, a quel punto il cubetto di ghiaccio passerà dallo stadio solido a quello liquido.
Nonostante venga fornito calore al sistema la temperatura persiste a zero gradi fino ad un determinato momento perchè il calore fornito ha lo scopo di rompere i legami intramolecolari che conferiscono all’acqua carattere di liquido, il calore fornito prende il nome di calore latente di fusione. Una volta che i legami sono stati spezzati il calore fornito si risolve in una maggiore velocità delle molecole dell’acqua che conseguentemente innalza la temperatura. Raggiunta la soglia critica di 100°C l’acqua, ad una pressione di 1atm, va in ebollizione. Come avviene per il calore latente di fusione esiste anche un calore latente di vaporizzazione che “prepara” l’acqua liquida a vaporizzarsi.
Il precedente diagramma non tiene conto della pressione poiché si impone la pressione pari ad 1atm. Per una diagramma ancora più completo si può realizzare un diagramma di stato dell’acqua che tiene conto della pressione.
Il diagramma di stato dell’acqua sopra proposto tiene conto del variare della pressione e della temperatura. La pressione è espressa in mmHg e la temperatura in gradi Centigradi. Il punto triplo è un punto localizzato a circa 4,5mmHg con 0,01°C ed è l’intorno in cui l’acqua presenta conformazione di solido di liquido e di gas. E’ un punto difficilmente osservabile, se non in laboratorio, a causa della particolare pressione che equivale a porre il composto sotto vuoto. Anche minimi sbalzi di temperatura potrebbero spostare il punto in altri luoghi del diagramma rendendo l’acqua solida, liquida o aeriforme. E’ interessante notare che a 760mmHg (corrispondenti ad 1atm) di pressione e a 0gradi centigradi esatti l’acqua è in equilibrio tra stato solido e stadio liquido. Lo stesso equilibrio lo si ha a 760mmHg e 100° con l’acqua egualmente liquida e aeriforme.
