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ALTRE STRUTTURE DELLA MATERIA.

2) LIQUIDO. 3) AERIFORME. 4) PLASMA.
legami fra le particelle sempre più deboli o assenti, finché anche loro (forse) spariscono

2) LIQUIDO (si vedano i paragrafi "Lubrificanti, Viscosità assoluta, Viscosità relativa, Resistenza del mezzo" nel capitolo Elementi di meccanica applicata). Una vecchia definizione diceva che il liquido ha volume proprio mentre la forma è quella del recipiente che lo contiene. Naturalmente questa è una definizione piuttosto sommaria, tuttavia si può cominciare da qui.
La forza che lega le molecole (coesione) può essere modesta (per esempio nell'alcool) oppure piuttosto grande (per esempio nel catrame) o addirittura così grande che non c'è più bisogno di recipiente per contenerlo (gelatina, cristallo liquido). Tutto però in forte relazione con la temperatura: in vicinanza della solidificazione la coesione cresce molto; viceversa vicino alla vaporizzazione essa diminuisce rapidamente.

3) AERIFORME. Una vecchia definizione diceva che il gas tende a riempire tutto lo spazio a disposizione. Questo è vero solo se il gas, meglio l'aeriforme, è lontano da campi gravitazionali. Infatti le molecole sono soggette alle leggi di attrazione e quindi si stratificano secondo il loro peso specifico (vedi il paragrafo "Marte" nel capitolo Elementi di meccanica celeste e astrofisica). Inoltre la presenza di ioni crea anche legami di tipo elettrico. In ogni caso comunque la caratteristica fondamentale degli aeriformi è l'estrema mobilità delle particelle e ciò favorisce i moti convettivi in tutte le direzioni appena sia presente una qualunque differenza di pressione o di temperatura. E' molto importante dal punto di vista applicativo ricordare che l'aeriforme pone dei limiti alla fase di condensazione: non è possibile condensare (portare allo stato liquido) se prima non ci si è portati al disotto della temperatura critica (per avere aria liquida bisogna scendere sotto i - 180 °C).

4) PLASMA. E' la materia costitutiva del nucleo delle stelle e si forma quando la temperatura sale oltre il milione di °C. In modo sommario il plasma è costituito da un "minestrone" di protoni, neutroni ed elettroni, più o meno liberi per effetto della loro enorme energia cinetica, anche se sottoposti a pressioni inimmaginabili.
La situazione da noi esaminata deriva dal far crescere indefinitamente la temperatura partendo da un pezzo di ferro. Nella fase preliminare di formazione del plasma possiamo pensare che le molecole di gas si urtano fra loro con tanta energia da "rompersi" nei loro componenti, prima espellendo gli elettroni (con la conseguente formazione di nucleoni(1)), e successivamente rompendo anche i nuclei. A questo punto però è possibile che nuclei elementari (tendenzialmente di deuterio) si uniscano per formare nuclei di elio con la produzione di energia.
Naturalmente non è questo il processo di formazione delle stelle, ma esattamente l'opposto, cioè all'inizio nell'universo c'è solo idrogeno che si raggruma in nubi, all'interno delle quali si formano raggruppamenti di atomi sempre più grandi e compatti. L'aumento di pressione fa crescere la temperatura, ecc. (vedi i paragrafi "Big Bang" e "Energia solare" nel capitolo Elementi di meccanica celeste e astrofisica).
Una interessante considerazione è questa: dopo aver ridotto allo stato di plasma un certo materiale, è possibile, con il raffreddamento, riottenere lo stesso materiale di partenza? La risposta non può che essere "quasi" negativa(2). Supponiamo che il nostro materiale abbia peso atomico 100 e numero atomico 50; ciò significa che nel nucleo si trovano 50 neutroni e 50 protoni e intorno ci sono 50 elettroni. Allo stato di plasma troveremo presumibilmente 150 oggetti liberi (se lavoriamo con un solo atomo, altrimenti ...). Sottraendo calore è assai improbabile che gli stessi oggetti si riuniscano ordinatamente nello stesso modo; sarà molto più semplice che si riuniscano un neutrone, un protone e un elettrone(3), andando a costruire atomi di deuterio(4)!

(1) I nucleoni sono atomi privi completamente della loro nuvola di elettroni. Fu questo lo stato iniziale della materia nel tempo immediatamente successivo al Big - Bang.
(2) Per rendere conto ai miei alunni della estrema improbabilità di un simile evento, mi servo della seguente immagine: la probabilità di ottenere lo stesso materiale di partenza è uguale a quella che una scimmia, battendo sui tasti di una macchina per scrivere, componga la Divina Commedia. Inoltre la probabilità che si ottenga lo stesso pezzo di ferro con la stessa forma è che alla fine la scimmia firmi la composizione Dante Alighieri. Ciò naturalmente non è impossibile, ma ... Vedi in proposito il paragrafo "La legge dei grandi numeri" nel capitolo Teoria degli errori.
(3) Per riunire due protoni (carica elettrica positiva uguale) occorre una energia ottenibile solo nelle esplosioni delle stelle (novae e supernovae) con temperature dell'ordine dei miliardi di °C.
(4) Il deuterio è una "varietà" di idrogeno (la terza è il trizio) nel nucleo del quale c'è un neutrone insieme al protone. Il deuterio è presente anche nell'acqua comune, che allora prende il nome di "acqua pesante" ed è utilizzata come moderatore della fissione dell'uranio nelle centrali atomiche.