Chimica laboratorio Stati della materia e passaggi di

Chimica & laboratorio Stati della materia e passaggi di stato

Prerequisiti Conoscere il S. I. Sapere che la temperatura è una grandezza fondamentale del S. I. Conoscere e comprendere i concetti di calore e temperatura Conoscere le unità di misura utilizzate per esprimere il calore e la temperatura Conoscere e il termometro 2

materia Conoscere e comprendere il significato di trasformazione in senso fisico e chimico, riuscire a fare esempi e saperle distinguere Sapere e comprendere il significato dei termini “stato fisico” e “stato di aggregazione” della materia Conoscere e comprendere gli stati della materia dal punto di vista macroscopico Conoscere e comprendere i parametri caratterizzanti dei tre stati (pressione, temperatura, densità, volume, forma) Conoscere e comprendere i passaggi di stato e come pressione e temperatura li influenzano Conoscere l’evaporazione e i parametri che la caratterizzano anche in contrapposizione all’ebollizione Saper interpretare e costruire in laboratorio una curva di riscaldamento/raffreddamento 3

Trasformazioni • Possono essere: – Fisiche: non modificano la natura intima della materia, non si producono nuove sostanze, le sostanze di partenza rimangono tali ma cambiano aspetto – Chimiche: modificano la natura intima della materia, si producono nuove sostanze, si consumano le sostanze di partenza Trasformazioni/fenomeno Fiammifero che brucia (combustione) Acqua che bolle (evaporazione/ebollizione) Ferro che fonde (fusione) Pasta che cuoce Formazione della nebbia (condensazione) Mosto d’uva che diventa vino (fermentazione) Candela che si consuma (combustione+fusione) Spugna che assorbe acqua Produzione di acquavite (distillazione) Fisiche Chimiche

Grandezze fisiche Sono tutte quelle grandezze che caratterizzano una sostanza e che possono essere modificate senza cambiare la natura intima di quella sostanza Le grandezze fisiche sono collegate alle proprietà fisiche o possono esserne un sinonimo La descrizione macroscopica di un corpo, di una sostanza o di un fenomeno passa attraverso le grandezze e/o proprietà fisiche Gli aspetti macroscopici di un corpo o di un fenomeno sono tutti quelli che possiamo percepire e osservare con i nostri sensi, direttamente o con uno strumento 5

Macro e micro Proprietà macroscopiche: Sono le caratteristiche osservabili e/o misurabili direttamente Sono la misura degli effetti prodotti da un numero grandissimo di particelle Proprietà microscopiche Sono le proprietà e/o le caratteristiche presentate dalle singole particelle costituenti la materia Ad ogni proprietà microscopica corrisponde una proprietà macroscopica Proprietà macro Proprietà micro temperatura Velocità particelle pressione N° urti delle particelle volume Numero, volume, distanza tra le particelle 6

Stati della materia La materia può presentarsi in tre diversi stati di aggregazione Ciascuno stato presenta caratteristiche macroscopiche particolari Solido Liquido Aeriforme Stato Forma Volume Densità Solido Costante Elevata/costante Liquido Variabile Costante Media/costante Aeriforme Variabile Bassa/variabile 7

Aggregazione Gli stati della materia sono chiamati anche di aggregazione perché Dipendono da come le particelle che compongono la materia si dispongono nello spazio e da come interagiscono La teoria che descrive la materia come un insieme di piccolissime particelle invisibili riunite per formare un continuo apparente è chiamata Teoria particellare della materia Tutte le descrizioni che parlano della materia sotto questo punto di vista sono definite Aspetti microscopici della materia 8

Descrizione particellare del solido Si descrive il solido microscopicamente Particelle disposte in modo ordinato Non si allontanano l’una dall’altra ma possono vibrare Ci sono legami stabili Ciascuna particella forma il massimo numero di interazioni con le sue vicine 9

Descrizione particellare del liquido Le particelle si dispongono in modo disordinato Sono legate ma i legami sono instabili Si formano e si spezzano in continuazione Si muovono costantemente ma non si possono allontanare le une dalle altre Possono solo scorrere 10

Descrizione particellare aeriforme Le particelle si muovono in modo disordinato e molto velocemente Ci sono urti continui tra particelle e sulle pareti del contenitore Non ci sono legami Possono allontanarsi le une dalle altre 11

Prova a rispondere La condizione in cui può trovarsi la materia: solido, liquido, aeriforme Stato fisico o di aggregazione Tipo di materia avente caratteristiche proprie che la differenziano da tutte le altre Sostanza pura Qualunque sostanza che occupa un volume e possiede una massa Materia Cosa rende differenti i tre stati della materia La disposizione delle particelle che formano quella sostanza e come sono legate tra loro 12

Passaggi di stato liquido solido aeriforme Temperatura Pressione 13

Proprietà fisiche La temperatura dei passaggi di stato è una proprietà fisica di una sostanza È un parametro fisico caratterizzante Molte sostanze possono essere riconosciute attraverso la loro temperatura di ebollizione o di fusione Sono denominate anche “Punti fissi” Perché la temperatura rimane costante durante tutto il passaggio di stato Perché è sempre quel valore di temperatura Perché i passaggi di stato inversi avvengono alla stessa temperatura Altre proprietà fisiche possono essere Stato fisico Densità Colore Odore Durezza 14

Punti di ebollizione e di fusione Tf (°C) Teb (°C) -219 -183 -115, 5 78 0 100 Zolfo 119 444 Sale 801 1465 1083 2600 Sostanza Ossigeno Alcol etilico Acqua Rame 15

Studiare il fenomeno in laboratorio Curve di riscaldamento La curva di fusione di un solido (curva di riscaldamento dell’acqua) Sosta termica Temperatura (°C) Tf (P=1 atm) solido Solido + liquido Tempo di riscaldamento (min) 16

Studiare il fenomeno in laboratorio Curve di riscaldamento La curva di evaporazione di un liquido (curva di riscaldamento dell’acqua) Sosta termica Temperatura (°C) Teb (100 °C a P=1 atm) acqua + vapore Tempo di riscaldamento (min) 17

La curva di raffreddamento del vapor acqueo Il grafico della condensazione ha un andamento inverso rispetto all’ebollizione va po re Temperatura (°C) Tc=100°C (P=1 atm) liquido + vapore liq u ido Tempo di raffreddamento(min)

Temperatura (°C) Tutto insieme Solido + liquido Liquido + aeriforme solido Tempo di riscaldamento (min) 19

Curve di miscugli La curva di riscaldamento di un miscuglio (omogeneo o eterogeneo) è diversa da quella di una sostanza pura Teb > 100 °C Temperatura (°C) Teb = 100 °C Tempo di riscaldamento (min) 20

L’evaporazione è un fenomeno che riguarda solo la superficie del liquido, le particelle sufficientemente veloci possono vincere le forze di attrazione che le legano alle altre particelle e diventare vapore. Forze di coesione Le particelle in superficie devono vincere forze di attrazione di minore entità rispetto a quelle presenti all’interno del liquido L’evaporazione è favorita dall’aumento della superficie del liquido, dalla ventilazione, dall’incremento della temperatura. La velocità con cui il liquido evapora è diversa da liquido. Se il recipiente è aperto il liquido si raffredda e cala di livello.

Domande e risposte 1 Che cosa succede alla temperatura durante l’ebollizione di una sostanza? A. aumenta B. diminuisce C. rimane costante D. non è prevedibile Risposta giusta C Le temperature dei passaggi di stato sono denominate punti fissi infatti il calore fornito è utilizzato dalla sostanza per modificare il suo stato di aggregazione 22

Domanda 1 bis Cosa significa “Calore latente di fusione” È il calore necessario per modificare lo stato di aggregazione, da solido a liquido, di una sostanza pura

Domande e risposte 2 Che cosa è lo stato solido? È uno stato di aggregazione in cui la materia mantiene forma e volume Che cosa è lo stato liquido? È uno stato di aggregazione in cui la materia mantiene volume proprio ma non la forma Che cosa è lo stato aeriforme? È uno stato di aggregazione in cui la materia non mantiene forma ne volume 24

Domande e risposte 3 Che cosa succede alla temperatura durante l’ebollizione di una soluzione? A. aumenta B. diminuisce C. rimane costante D. non è prevedibile Risposta giusta A Infatti le proprietà fisiche dei miscugli omogenei (soluzioni) sono diverse dai componenti puri e dipendono dalla concentrazione del miscuglio 25

Domande e risposte 4 Quali sono le proprietà fisiche di un miscuglio eterogeneo? Sono quelle dei due componenti puri 26

Attività di laboratorio • Titolo: – Fusione del tiosolfato di sodio (sostanza pura) – Na 2 S 2 O 3 • Obiettivi: – Determinare il punto di fusione del tiosolfato – Verificare che durante il passaggio di stato (fusione e solidificazione) avviene una sosta termica – Verificare che la temperatura di fusione coincida con la temperatura di solidificazione • Altri aspetti che saranno verificati/valutati – Valutazione dei rischi (uso del tiosolfato – uso di una piastra riscaldante) – Materiali e sostanze utilizzate – soprattutto strumenti di misura – Apparecchiatura utilizzata – funzionamento e limiti – Tabella dei dati