1 Curtis et al Il nuovo Invito alla

1 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

H. Curtis, N. S. Barnes, A. Schnek, A. Massarini, G. Valitutti, M. Falasca, P. Amadio Il nuovo Invito alla biologia. blu 2 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia 3 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Lezione 1 I sistemi materiali 4 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Cos’è un sistema Un sistema è una porzione delimitata di materia. Un bicchiere di acqua è un esempio di sistema. 5 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Gli stati di aggregazione della materia /1 La materia può esistere in tre stati fisici, detti stati di aggregazione della materia: • stato solido; • stato liquido; • stato aeriforme. 6 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Gli stati di aggregazione della materia /2 I tre stati di aggregazione della materia hanno proprietà caratteristiche. 7 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Fase, sistemi omogenei e sistemi eterogenei /1 Si dice fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà intensive uniformi. Un sistema costituito da una sola fase è detto omogeneo. Un sistema costituito da due o più fasi è detto eterogeneo. 8 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Fase, sistemi omogenei e sistemi eterogenei /2 Definizione Sostanza Miscuglio Sistema omogeneo è costituito da una sola fase acqua pura, oro puro, cloruro di sodio puro acqua di rubinetto, sale marino, acciaio, leghe metalliche Sistema eterogeneo è costituito da due o più fasi acqua pura e ghiaccio acqua e sabbia, legno, granito, latte, marmo, fumo, sabbia 9 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Un esempio di sistema eterogeneo Il sistema acqua-olio è un sistema eterogeneo. Poiché l’olio è un liquido che non si scioglie in acqua, nel bicchiere avremo due strati liquidi (due distinte fasi): l’acqua sotto e l’olio sopra. 10 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Sostanze pure e miscugli La materia può essere suddivisa in sostanze pure e miscugli. • Un sistema è puro solo se è formato da una singola sostanza. Le sostanze pure hanno caratteristiche e composizione costanti. • Un sistema formato da due o più sostanze è un miscuglio. Anche i miscugli possono essere omogenei o eterogenei. 11 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I miscugli omogenei o soluzioni Un miscuglio omogeneo di due o più sostanze è chiamato soluzione. Il componente più abbondante del miscuglio è il solvente, mentre i componenti meno abbondanti si chiamano soluti. 12 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I miscugli eterogenei /1 Un miscuglio eterogeneo è costituito da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili. I miscugli eterogenei possono presentare aspetti anche molto diversi al variare dello stato di aggregazione delle fasi che li costituiscono. 13 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I miscugli eterogenei /2 • La schiuma è un tipico esempio di miscuglio costituito dalla dispersione di gas in un liquido. • La nebbia è un miscuglio acqua-aria. • Il fumo è un miscuglio eterogeneo di un solido in un gas. • L’emulsione è un miscuglio tra due o più liquidi immiscibili. 14 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I colloidi costituiscono una classe di materiali che ha caratteristiche intermedie tra quelle dei miscugli omogenei e quelle dei miscugli eterogenei. I colloidi sono: • sol, se la fase disperdente, liquida o gassosa, prevale su quella solida; • gel, se prevale la fase solida sulla fase disperdente. 15 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Lezione 2 I miscugli omogenei o soluzioni 16 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La solubilità Una soluzione è satura quando ha un corpo di fondo che non si può ulteriormente sciogliere. La solubilità è la quantità massima di soluto che si può sciogliere in una determinata quantità di solvente a una certa temperatura. 17 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Soluzioni diluite e soluzioni concentrate • Le soluzioni con molto solvente rispetto al soluto sono diluite. • Le soluzioni con poco solvente rispetto al soluto sono concentrate. 18 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La concentrazione di una soluzione /1 La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione o di solvente in cui il soluto è disciolto. La concentrazione si esprime in diversi modi: 1. concentrazione percentuale in massa (% m/m); 19 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La concentrazione di una soluzione /2 2. concentrazione percentuale massa su volume (% m/V); 2. concentrazione percentuale in volume (% V/V). Se si conosce la densità di una soluzione si può usare per la conversione: 2. % m/V = % m/m × d 20 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Lezione 3 Gli stati fisici e i passaggi di stato 21 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I passaggi di stato /1 I passaggi di stato sono trasformazioni fisiche avvengono per variazioni di temperatura o pressione. I passaggi di stato portano a cambiamenti di densità. 22 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I passaggi di stato /2 • La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido. • L’evaporazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore. • La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido allo stato di vapore. 23 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

I passaggi di stato /3 • La condensazione è il passaggio dallo stato di vapore allo stato liquido. • La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato solido. • Il brinamento è il passaggio diretto dallo stato di vapore allo stato solido. 24 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Passaggi di stato e densità A parità di massa, nel passaggio di un materiale dallo stato liquido allo stato aeriforme, il volume aumenta e la densità diminuisce. Nel passaggio allo stato solido la densità, di solito, aumenta. Il ghiaccio è un’eccezione perché è meno denso dell’acqua. 25 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La curva di riscaldamento /1 Le curve di riscaldamento e raffreddamento si possono usare per distinguere le sostanze pure dai miscugli. Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento e temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche in funzione della pressione a cui avviene il passaggio di stato. La curva di riscaldamento si ottiene fornendo calore nel tempo e misurando la temperatura. 26 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La curva di riscaldamento /2 La curva di riscaldamento ha due soste termiche. 27 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La temperatura di fusione La temperatura alla quale coesistono acqua e ghiaccio è denominata temperatura di fusione. È una proprietà intensiva dell’acqua distillata e delle sostanze pure. Terminata la fusione si ha la sosta termica. 28 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La temperatura di ebollizione Se il vapore esercita una pressione uguale alla pressione atmosferica si ha la tensione di vapore. La temperatura alla quale la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna è detta temperatura di ebollizione. 29 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La curva di raffreddamento si ottiene raffreddando il sistema nel tempo. La curva di raffreddamento ha due soste termiche. 30 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La temperatura di condensazione e di solidificazione /1 Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono: • temperatura di condensazione; • temperatura di solidificazione. 31 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La temperatura di condensazione e di solidificazione /2 • Se i due passaggi di stato (condensazione ed ebollizione) avvengono alle stesse condizioni di pressione, la temperatura di condensazione è uguale alla temperatura di ebollizione. • Se i due passaggi di stato (solidificazione e fusione) avvengono alle stesse condizioni di pressione, la temperatura di solidificazione è uguale alla temperatura di fusione. 32 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Passaggi di stato e temperatura I passaggi di stato delle soluzioni e dei miscugli, in generale, non avvengono a temperature costanti. In un miscuglio, la curva di riscaldamento e quella di raffreddamento non hanno soste termiche ben definite. 33 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

Lezione 4 Le tecniche di separazione dei miscugli 34 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La filtrazione è il metodo per separare, per mezzo di filtri, i materiali solidi da un miscuglio liquido o gassoso. 35 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La centrifugazione è il metodo per separare miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi aventi densità diversa. 36 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

L’estrazione è il metodo per separare i componenti di un miscuglio per mezzo di un solvente. La cromatografia è il metodo per separare i componenti di un miscuglio che si spostano con velocità diverse su un supporto (fase fissa), trascinati da un solvente (fase mobile). 37 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La distillazione /1 La distillazione si basa sulla diversa volatilità dei componenti di miscele liquide. Minore è la temperatura di evaporazione, maggiore è la volatilità. 38 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017

La distillazione /2 La distillazione può essere: • semplice se permette di separare un liquido da soluti non volatili; • frazionata se permette di separare liquidi a punto di ebollizione molto vicino tra loro. 39 Curtis et al. , Il nuovo Invito alla biologia. blu © Zanichelli editore 2017