Propriet fisiche delle sostanze Copyright 2006 Zanichelli editore

Proprietà fisiche delle sostanze Copyright © 2006 Zanichelli editore

DI COSA SI OCCUPA LA CHIMICA? studio della composizione e della struttura della materia

Ma chi ha paura della chimica ? Copyright © 2006 Zanichelli editore

LE PROPRIETA’ DELLA MATERIA MASSA PESO misura la quantità di materia di un corpo

LA DENSITA’ Due oggetti che occupano lo stesso volume hanno masse diverse quando la

Grandezze Intensive ed Estensive Proprieta’ che dipendono dalla quantita’ di materia sono chiamate Estensive

Cosa e’ la Temperatura? Qualitativamente, e’ la proprieta’ di un oggetto che determina la

Cosa e’ la Temperatura? …due persone diverse possono definire “caldo” o “freddo” lo stesso

Cos’è il Calore ? Passa da un corpo a temperatura maggiore ad un corpo

Scale di Temperatura Punto di ebollizione Fahrenheit 212 180° Punto di congelamento 32 Celsius

In chimica si usano dei modelli La realta’ e’ spesso troppo complessa per poter

Cosa sono i modelli Un modello e’ una costruzione teorica che cerca di catturare,

Modelli in Chimica Copyright © 2006 Zanichelli editore

La capacità di astrazione L’astrazione e’ una semplificazione di qualche aspetto di un fenomeno

Astrazione Copyright © 2006 Zanichelli editore

Astrazione e Modelli Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente pieno di un

Sistema, Ambiente e Universo Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare la

Sistemi in chimica Vari tipi di sistemi utilizzati in Chimica: Isolato Copyright © 2006

MATERIA MISCUGLIO OMOGENEO • • • SOSTANZA PURA MISCUGLIO ETEROGENEO COMPOSTO ELEMENTO Elemento: una

Miscele , elementi e composti Miscela eterogenea Zolfo ferro Elementi: P bianco, S, Carbonio,

I composti hanno proprietà molto diverse da quelle degli elementi da cui derivano. CLORO

Composti dello stesso tipo di atomi possono avere proprietà anche molto diverse Nera Tenera

La maggior parte delle sostanze presenti sulla terra sono utili all’uomo. Molte sostanze devono

GLI ELEMENTI • Gli elementi non possono essere scomposti, con metodi chimici, in sostanze

LE MOLECOLE L’atomo di un elemento NON conserva le proprietà chimiche e fisiche dell’elemento

I COMPOSTI • I composti sono formati da due o più elementi legati in

LE MISCELE • Sono porzioni di materia costituita da due o più sostanze pure

MISCUGLI • Porzioni di materia non omogenea, formate da due o più individui chimici

LE FASI Per fase si intende ciascuna delle parti fisicamente omogenee che costituiscono un

MISCUGLI ETEROGENEI 1. Nei miscugli eterogenei, i componenti mantengono le proprie caratteristiche e ciò

MISCUGLI ETEROGENEI Ad esempio il latte sembra un miscuglio omogeneo e l’aggettivo “omogeneizzato” che

MISCUGLI ETEROGENEI Il sistema acqua + olio rappresenta un miscuglio eterogeneo a due fasi.

LE SOLUZIONI Miscele omogenee di due o più specie chimiche (solide, liquide o gassose)

LE SOLUZIONI ü Ad esempio la COCA COLA è una soluzione in cui sono

SOLUZIONI ü Gli sciroppi per preparare le granite, ad esempio, sono soluzioni acquose in

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LE PROPRIETA’ DELLA MATERIA MASSA PESO misura la quantità di materia di un corpo e si misura in Kg UM (SI)= Kg forza con cui il corpo è attratto dalla terra per la forza di gravità e si misura in Newton UM (SI)=N N. B. Copyright © 2006 Zanichelli editore La MASSA di un corpo è costante in ogni luogo, ma il PESO varia con la posizione del corpo, essendo dipendente dall’accelerazione di gravità

LA DENSITA’ Due oggetti che occupano lo stesso volume hanno masse diverse quando la materia di cui sono costituiti è diversa Cubo di legno Cubo di ferro La densità è il rapporto tra la massa ed il volume di un corpo: d = m / V e corrisponde alla massa contenuta in un volume unitario. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Grandezze Intensive ed Estensive Proprieta’ che dipendono dalla quantita’ di materia sono chiamate Estensive come lunghezza, volume, massa e peso Proprieta’ indipendenti dalla quantita’ di materia sono chiamate Intensive come la temperatura e la densità Copyright © 2006 Zanichelli editore

Cosa e’ la Temperatura? Qualitativamente, e’ la proprieta’ di un oggetto che determina la sensazione di caldo o di freddo quando lo tocchiamo. E’ quella grandezza … che viene misurata con un termometro. E’ una misura dell’energia cinetica media molecolare. Copyright © 2006 Zanichelli editore

Cosa e’ la Temperatura? …due persone diverse possono definire “caldo” o “freddo” lo stesso oggetto … tuttavia saranno entrambe concordi nel ritenere che l’acqua bollente è piu’ calda del ghiaccio. Possiamo rendere quantitativa questa osservazione, cercando una proprieta’ fisica che varia in modo regolare passando dal freddo al caldo Copyright © 2006 Zanichelli editore

Cos’è il Calore ? Passa da un corpo a temperatura maggiore ad un corpo a temperatura minore… Dipende dalla quantità di materia che viene coinvolta Il calore specifico è la quantità di energia assorbita o ceduta da 1 g di materiale durante un aumento o diminuzione di temperatura di 1°C Copyright © 2006 Zanichelli editore

In chimica si usano dei modelli La realta’ e’ spesso troppo complessa per poter essere studiata in modo semplice, preciso e accurato. Gli scienziati ricorrono a delle semplificazioni, a volte drastiche, in modo però da mantenere sempre le caratteristiche salienti del fenomeno da studiare Una teoria scientifica deve essere la più semplice possibile. . . ma non troppo semplice (A. Einstein) Copyright © 2006 Zanichelli editore

Cosa sono i modelli Un modello e’ una costruzione teorica che cerca di catturare, piu’ o meno fedelmente, uno o piu’ aspetti di un fenomeno Un modello semplifica, diminuisce la complessita’ di un fenomeno, aiuta a capire, ma approssima Scegliere un modello “corretto” è difficile. Complessita’ Copyright © 2006 Zanichelli editore 13

La capacità di astrazione L’astrazione e’ una semplificazione di qualche aspetto di un fenomeno o di un problema, che ci permette di concentrarsi sugli aspetti salienti e non sui dettagli • Una rappresentazione di qualche cosa • Spesso meno dettagliata dell’originale • Nasconde o elimina informazioni poco o non rilevanti • Può essere difficile da capire senza una adeguato allenamento Il colore di un missile e’ irrilevante per calcolare la sua traiettoria Copyright © 2006 Zanichelli editore

Astrazione e Modelli Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente pieno di un Gas. Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione, una sfera. Un bicchiere d’acqua (liquida) NON è, neanche in prima approssimazione, assimilabile ad un gas. n Si devono trascurare i dettagli insignificanti, o trascurabili. . . ma solo quelli. n Un modello È NECESSARIO!!! Copyright © 2006 Zanichelli editore

Sistema, Ambiente e Universo Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare la ‘zona di spazio’ dove avviene il fenomeno da quello che la circonda. Universo SISTEMA + Sistema AMBIENTE = Ambiente Copyright © 2006 Zanichelli editore UNIVERSO

MATERIA MISCUGLIO OMOGENEO • • • SOSTANZA PURA MISCUGLIO ETEROGENEO COMPOSTO ELEMENTO Elemento: una sostanza pura che non può essere scomposta in sostanze più semplici. Composto: una sostanza pura che può essere scomposta in sostanze piu’ semplici. Sistema puro: sistema costituito da una sola sostanza. Miscuglio: unione di due o piu’ sostanze che con il loro contatto non producono una reazione chimica. Miscuglio omogeneo: miscuglio i cui componenti non sono piu’ distinguibili e che si presenta in una fase. Miscuglio eterogeneo: miscuglio i cui componenti sono facilmente distinguibili e che è costituito da due o piu’ fasi.

I composti hanno proprietà molto diverse da quelle degli elementi da cui derivano. CLORO Cl 2 SODIO Na SODALITE Na 4 Al 3 Si 3 O 12 Cl Copyright © 2006 Zanichelli editore CLORURO DI SODIO Na. Cl SILVERITE KCl

Composti dello stesso tipo di atomi possono avere proprietà anche molto diverse Nera Tenera Sfaldabile Buon conduttore di calore ed elettricità Copyright © 2006 Zanichelli editore “Tutti i diamanti del mondo si stanno trasformando in mine per matite” Incolore Trasparente Duro Isolante Si possono produrre diamanti sintetici sottoponendo la grafite a P e T elevate.

La maggior parte delle sostanze presenti sulla terra sono utili all’uomo. Molte sostanze devono essere raffinate e talvolta convertite in altri materiali piu’ utili. ALLUMINIO BAUXITE Il riciclaggio del Al permette di risparmiare il 95% di energia

GLI ELEMENTI • Gli elementi non possono essere scomposti, con metodi chimici, in sostanze più semplici. • Sono costituiti da atomi della stessa specie e sono raggruppati nella tavola periodica. • L’atomo è la più piccola parte di un elemento, con cui esso può entrare a far parte di un composto. N. B. Gli atomi di uno stesso elemento non sono tutti uguali (differenze di massa), si può solo dire che sono della stessa specie. Copyright © 2006 Zanichelli editore

LE MOLECOLE L’atomo di un elemento NON conserva le proprietà chimiche e fisiche dell’elemento e NON è mai capace di esistere libero (a parte i gas nobili aventi molecola monoatomica). INFATTI… La più piccola parte di un elemento capace di esistenza fisica indipendente è la MOLECOLA che è formata da due o più atomi e che conserva le proprietà chimiche e gran parte di quelle fisiche dell’elemento. Copyright © 2006 Zanichelli editore

I COMPOSTI • I composti sono formati da due o più elementi legati in rapporto fisso e costante, scomponibili per mezzo di processi chimici. • Le molecole dei composti sono formate sempre da almeno due atomi diversi. Copyright © 2006 Zanichelli editore

LE MISCELE • Sono porzioni di materia costituita da due o più sostanze pure mescolate in rapporti variabili. Possono essere omogenee o soluzioni ed eterogenee o miscugli. OMOGENEE o SOLUZIONI di elementi di composti di elementi+composti Copyright © 2006 Zanichelli editore ETEROGENEE o MISCUGLI (eterogenei)

MISCUGLI • Porzioni di materia non omogenea, formate da due o più individui chimici presenti in rapporti variabili (sabbia, farina, latte, globuli rossi, globuli bianchi, …) • Sono separabili nei diversi componenti con operazioni meccaniche Copyright © 2006 Zanichelli editore Esempi: i fumi (solidi in gas) le nebbie (liquidi in gas) le emulsioni (liquidi in liquidi) le spugne (gas in solidi) le schiume (gas in liquidi)

LE FASI Per fase si intende ciascuna delle parti fisicamente omogenee che costituiscono un sistema eterogeneo. In un sistema: • tutti i componenti gassosi formano un’unica fase • i componenti allo stato liquido possono formare un’unica fase se miscibili (soluzione) o più fasi se immiscibili • i componenti solidi formano più fasi a meno che non si tratti di soluzioni solide (gioielli, ghisa, …) Copyright © 2006 Zanichelli editore

MISCUGLI ETEROGENEI 1. Nei miscugli eterogenei, i componenti mantengono le proprie caratteristiche e ciò permette di individuarli anche se sono ben mescolati. Ad esempio un miscuglio di sale fino e pepe macinato. 2. I componenti di un miscuglio eterogeneo possono essere mescolati nelle più diverse quantità e proporzioni. 3. I componenti di un miscuglio eterogeneo possono essere separati mantenendo immutate le loro proprietà. 4. Le proprietà del miscuglio possono risultare diverse nelle diverse porzioni del Copyright © 2006 Zanichelli editore stesso. miscuglio

MISCUGLI ETEROGENEI Ad esempio il latte sembra un miscuglio omogeneo e l’aggettivo “omogeneizzato” che compare talvolta sulle confezioni contribuisce a dare l’impressione che sia così. In realtà se osservato al microscopio, mostra distintamente i globuli di grasso immersi nel liquido. Nel latte omogeneizzato questi globuli sono molto piccoli, in quello appena munto sono molto più grandi e tendono a raccogliersi Copyright © 2006 Zanichelli editore in superficie formando

MISCUGLI ETEROGENEI Il sistema acqua + olio rappresenta un miscuglio eterogeneo a due fasi. Le particelle due sostanze attirano solamente le particelle di ugual tipo e non si attirano tra di loro; questo provoca la separazione del sistema in due differenti fasi, quella acquosa sotto e quella oleosa sopra. Nelle due differenti fasi il sistema ha evidentemente diverse proprietà. Nel caso dei miscugli eterogenei le porzioni di materia che si interpongono sempre più o meno grossolane ed è quindi sempre possibile a occhio nudo o al massimo tramite l'utilizzo di Copyright © 2006 Zanichelli editore un microscopio ottico

LE SOLUZIONI Miscele omogenee di due o più specie chimiche (solide, liquide o gassose) le cui proporzioni possono variare continuità entro un campo definito di valori. Si distinguono un SOLVENTE (fase disperdente) e almeno un SOLUTO (fase dispersa) Es. : soluzione acquosa di sale da cucina (Na. Cl) varia continuità soluzione satura (limite superiore del campo definito) ad una certa T Copyright © 2006 Zanichelli editore

LE SOLUZIONI ü Ad esempio la COCA COLA è una soluzione in cui sono presenti ü SOLUTI SOLIDI (zucchero, caffeina, caramello), ü LIQUIDI (acido ortofosforico) e ü GASSOSI (soprattutto anidride carbonica). Copyright © 2006 Zanichelli editore

SOLUZIONI ü Gli sciroppi per preparare le granite, ad esempio, sono soluzioni acquose in cui il soluto principale, lo zucchero, è un solido. ü Ammoniaca e acido cloridrico, che vengono usati in soluzione acquosa, sono dei gas. Copyright © 2006 Zanichelli editore