Autore Autore Titolo Zanichelli editore 2009 1 Valitutti

Autore, Autore. Titolo © Zanichelli editore 2009 1

Valitutti, Tifi, Gentile La Chimica della Natura

1. Misure e grandezze

1. 1 La chimica studia la materia e le sue trasformazioni

La chimica • 1 • La chimica studia la composizione, la struttura e le trasformazioni della materia. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 5

La chimica • 2 • Tutti i materiali sono formati da atomi o ioni, che si aggregano in strutture più grandi (es. molecole, solidi ionici. . ) • Atomi e ioni possono passare inalterati da una struttura ad un’altra, da un corpo ad un altro. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 6

La chimica • 3 Durante la nostra vita, sicuramente abbiamo respirato almeno una molecola dell’aria già respirata da famosi personaggi storici come Cesare, Gesù e Galileo. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 7

Conoscere la materia Per conoscere la materia è necessario: 1. Effettuare misure rigorose 2. Interpretare i risultati delle misure Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 8

1. 2 Il Sistema Internazionale

Quantità dimensionate 59 m rappresenta una lunghezza 59 m 3 rappresenta un volume 59 kg rappresenta una massa 59 è un numero puro Una quantità dimensionata è un numero (spesso derivante da un esperimento) moltiplicato per un’unità di misura. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 Autore, Autore. Titolo © Zanichelli editore 2009 10

Le grandezze fisiche • Le grandezze fisiche sono grandezze che si possono misurare. • La comunità scientifica ha identificato sette grandezze fondamentali dalle quali possono essere ricavate tutte le altre (grandezze derivate). Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 11

Sistema Internazionale (SI) • 1 Le grandezze fondamentali e le loro unità di misura Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 12

Sistema Internazionale (SI) • 2 Alcune grandezze derivate Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 13

Multipli e sottomultipli Principali prefissi delle unità di misura Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 14

Notazione scientifica esponenziale Il diametro della Terra misura circa 12000000 m ovvero 1, 2 x 106 m Il raggio dell’atomo di idrogeno è circa 0, 000005 m ovvero 5 x 10 -11 m Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 15

1. 3 Le grandezze possono essere intensive o estensive

Proprietà intensive ed estensive Le proprietà della materia Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 17

Lunghezza • 1 • Il metro è lo spazio percorso dalla luce nel vuoto durante un intervallo di tempo pari a 1/ 299 792 458 secondi. • Il metro è grande per esprimere le dimensioni di atomi, molecole e lunghezze d’onda della luce. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 18

Lunghezza • 2 • È più comodo usare il nanometro: 1 nm = 10 -9 m • O, più raramente, l’ Ångstrom: 1Å = 10 -10 m Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 19

Tempo • Il secondo è definito come l’intervallo di tempo necessario alla radiazione emessa dal cesio-133 (133 Cs) per produrre 9 192 631 770 vibrazioni. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 20

Volume • 1 • Il volume è una grandezza derivata. • La sua unità di misura SI è il metro cubo (m 3). • Le misure di volume sono molto frequenti in laboratorio chimico, e nella vita quotidiana. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 21

Volume • 2 Per convertire le misure espresse in decimetri cubi o centimetri cubi in millilitri ricordiamo che: 1 L = 10 -3 m 3 = 1 dm 3 = 1000 cm 3 = 1000 m. L In figura: 1 m. L = 1 cm 3 = 10 -3 dm 3 Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 22

Massa e Peso • 1 • Massa e peso sono due concetti diversi. • La massa è una proprietà fondamentale della materia. • Il peso (o forza peso) è la forza con cui la Terra attira una certa massa. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 23

Massa e Peso • 2 • La massa è la misura dell’inerzia di un corpo, cioè della resistenza che esso oppone alla variazione del suo stato di quiete o di moto. • La sua unità di misura nel SI è il kg. • La massa campione è un cilindro di Pt-Ir conservato a Sèvres. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 24

Massa e Peso • 3 La misura della massa si effettua attraverso il confronto con masse note. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 25

Massa e Peso • 4 • Il peso (o forza peso) è la forza con cui la Terra attira una certa massa e dipende dall’accelerazione di gravità: g ≈ 9. 8 m/s 2. • P=m∙g Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 26

Massa e Peso • 5 • Il peso è una forza, e la sua unità di misura nel SI è il Newton • 1 N = 1 kg ∙ 1 m/s 2 • Una massa di 1 kg pesa circa 10 N: P = m ∙ g = 1 kg ∙ 9. 8 m/s 2 = 9. 8 N Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 27

Massa e Peso • 6 È possibile determinare il peso di un corpo usando un dinamometro: il peso si ricava per confronto con la forza di richiamo della molla. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 28

Massa e Peso • 7 Sulla Terra, una palla da bowling, che ha una massa pari a 4 kg, pesa 39 N Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 29

Massa e Peso • 8 Sulla Luna il peso della stessa palla da bowling è 6. 4 N, circa 1/6 di quello che ha sulla Terra Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 30

Massa e Peso • 9 Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 31

Densità • 1 Ogni corpo ha una densità caratteristica, definita dal rapporto tra la sua massa e il suo volume: densità = massa /volume L’olio galleggia sull’acqua perché è meno denso. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 32

Densità • 2 La densità è una proprietà intensiva perché non dipende dalla quantità di materia presente nel campione. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 33

Densità • 3 • Per quasi tutti i materiali un aumento di temperatura fa aumentare il volume, e quindi diminuire la densità (il ghiaccio fa eccezione). Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 34

Densità • 4 • Un aumento di pressione su un gas fa sempre diminuire sensibilmente il suo volume e quindi aumentare la sua densità. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 35

Densità • 5 • Nel SI la densità si misura in kg/m 3. • Si usano anche g/cm 3, g/m. L • Per i gas si usano i g/L. • La densità relativa è il rapporto tra la massa di un corpo a 20°C e la massa di un uguale volume di acqua distillata a 4°C. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 36

Densità • 6 La densità di alcuni materiali Solidi Densità (g/cm 3) Gas Densità (g/L) Argento 10. 5 Aria 1. 29 Cemento 0. 82 – 1. 95 Idrogeno 0. 089 Vetro 2. 5 – 2. 8 Ossigeno 1. 43 Liquidi Densità (g/cm 3) Materiale Densità relativa Mercurio 13. 6 Acqua pura 1. 00 Olio di oliva 0. 92 Alcool etilico 0. 794 Sangue 1. 06 Naftalene 1. 15 Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 37

Peso specifico Il peso specifico è il rapporto tra il peso di un corpo e il suo volume. Nel SI si esprime in Newton/m 3. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 38

La mole • 1 • La mole ci permette di sapere quante particelle (mondo microscopico) sono contenute in una massa di sostanza (mondo macroscopico) che pesiamo con la bilancia. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 39

La mole • 2 • Una mole è una quantità di sostanza che contiene 6. 022 x 1023 particelle (costante di Avogadro). • Una mole contiene sempre lo stesso numero di particelle ma una mole di idrogeno pesa meno di una mole di mercurio! Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 40

La mole • 3 • Definizione: la mole è la quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguale al numero di atomi contenuti in 12 g di 12 C. • È l’unita di misura SI della quantità di sostanza (grandezza fondamentale) Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 41

Una mole di alcuni elementi grafite (C) 12. 0 g zinco (Zn) 65. 4 g Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 mercurio (Hg) 200. 6 g zolfo (S) 32. 0 g rame (Cu) 63. 6 g 42

Temperatura • 1 • La temperatura di un oggetto è una misura del suo stato termico. • Non va confusa con il calore, che è invece un modo di trasferire energia. • È una grandezza intensiva. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 43

Temperatura • 2 • La temperatura si misura con il termometro, sfruttando la capacità dei liquidi (es. alcool, mercurio), i solidi e i gas di dilatarsi all’aumentare della temperatura. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 44

Temperatura • 3 Scala Celsius Scala Kelvin t (°C) = T (K) – 273. 15 T (K) = t (°C) + 273. 15 Le due scale sono spostate di 273. 15 gradi Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 45

Taratura di un termometro Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 46

Energia • 1 • L’energia è la capacità di un corpo di eseguire lavoro o trasferire calore. • L’energia esiste sotto varie forme. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 47

Energia • 2 • Il lavoro compiuto da una forza costante su un oggetto che si sposta nella stessa direzione e verso della forza è il prodotto della forza per lo spostamento: L = F ∙ s Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 48

Energia • 3 • Lavoro ed energia nel SI si misurano in Joule ( J = N ∙ m = kg ∙ m 2/s 2 ). • L’energia termica si può esprimere in calorie ( 1 cal= 4, 18 J ). • Altri tipi di energia sono l’energia potenziale e l’energia cinetica. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 49

Energia • 4 Un corpo in movimento possiede energia cinetica. La relazione vale sia per una palla da tennis, sia per un atomo, sia per un’auto. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 50

Energia • 5 • L’energia chimica (ad es. contenuta nei combustibili o nei cibi) è energia potenziale. • Può essere trasformata in calore o altra forma di energia mediante reazioni chimiche. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 51

Energia • 6 • L’energia potenziale è l’energia posseduta da un corpo in virtù della sua posizione o composizione. • Per esempio l’energia potenziale gravitazionale è Ep = m ∙ g ∙ h (massa ∙ accelerazione di gravità ∙ altezza dal suolo) Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 52

Conservazione dell’energia • 1 • L’energia si trasforma, cambia aspetto ma non scompare né si crea dal nulla. • La legge di conservazione dell’energia sancisce che, in qualsiasi processo, l’energia totale si conserva. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 53

Conservazione dell’energia • 2 Il peso, inizialmente, possiede energia potenziale Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 54

Conservazione dell’energia • 3 La forza esercitata dal peso spinge il palo nel terreno (compie lavoro) Durante la caduta, l’energia potenziale si trasforma in energia cinetica. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 55

Calore • 1 • Il calore è una modalità di trasferimento di energia da un corpo a temperatura più elevata a uno a temperatura più bassa. • Il trasferimento cessa quando i due corpi hanno la stessa temperatura. Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 56

Calore • 2 Il corpo più caldo trasferisce calore al corpo piu freddo… Valitutti, Tifi, Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011 … fino a quando i due corpi raggiungono la stessa temperatura. 57