Transizione di fase

Transizione di fase Cambiamento dello stato di aggregazione delle molecole di un sistema termodinamico, che induce una trasformazione nell’aspetto macroscopico della sostanza. Una transizione di fase richiede che il sistema termodinamico sia in grado di scambiare energia con un altro sistema, al fine di aumentare o abbassare la propria temperatura. Il calore fornito al sistema per innalzarne la temperatura fino al valore T_c caratteristico della transizione è definito calore latente di transizione: la variazione di energia interna del sistema fa cambiare lo stato di aggregazione molecolare.

La configurazione di un sistema in transizione viene convenientemente descritta da un diagramma di fase, dove, su un sistema di assi cartesiani, vengono riportati i valori di un parametro macroscopico (detto parametro di controllo) del sistema in funzione della temperatura. Le varie fasi del sistema sono indicate sul diagramma come regioni diverse, delimitate da curve, che solitamente si toccano in un punto che corrisponde alla T_c relativa alla transizione.

Nel corso di una transizione di fase, un sistema può venirsi a trovare in uno stato metastabile, ovvero in una configurazione di equilibrio che, se non perturbata da azioni esterne, può permanere all’infinito, ma che si modifica immediatamente se interviene una causa esterna, o una fluttuazione termodinamica; in questo modo il sistema va a mettersi in uno stato stabile. Ciò accade, per esempio, con l’acqua: se raffreddata con un processo estremamente lento, in assenza di impurità, l’acqua può restare liquida anche a temperature molto inferiori a 0 °C (fino a –25 °C): basta però una minima perturbazione o tracce di impurità per innescare il passaggio allo stato di ghiaccio.

È praticamente impossibile effettuare il processo inverso, ossia riscaldare il ghiaccio a temperature superiori a 0 °C, mantenendo lo stato solido: infatti, all’innalzamento della temperatura, si forma immediatamente un sottilissimo strato di liquido alla superficie della sostanza, che provoca l’inizio della fusione di tutta la massa.