Valitutti Tifi Gentile Esploriamo la chimica Zanichelli editore

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Valitutti, Tifi, Gentile Esploriamo la chimica Seconda edizione di Chimica: molecole in movimento

Capitolo 4 Le teorie della materia 1. L’atomo e la sua storia 2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoiser a Dalton 3. La teoria atomica e le proprietà della materia 4. La teoria cinetico-molecolare della materia Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 3

1. L’atomo e la sua storia La materia è formata da particelle microscopiche, gli atomi. Democrito (470 -380 a. C. ) fu il primo che attribuì il nome «atomi» a particelle infinitamente piccole, immutabili, indistruttibili e indivisibili. Il primo modello atomico fu proposto dopo ventidue secoli. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 4

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton Nell’Ottocento, John Dalton ipotizzò il primo modello atomico su basi sperimentali, a cui seguirono gli studi di Antoine Lavoisier e di Joseph-Louis Proust. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 5

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton Lavoisier studiò sperimentalmente le trasformazioni chimiche arrivando a enunciare la legge di conservazione della massa. In una reazione chimica, la massa dei reagenti è esattamente uguale alla massa dei prodotti. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 6

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton Proust scompose numerosi composti minerali negli elementi costitutivi misurandone le diverse quantità e proporzioni, arrivando a enunciare la legge delle proporzioni definite. In un composto, il rapporto tra le masse degli elementi che lo costituiscono è definito e costante. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 7

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton John Dalton fu il primo a formulare una teoria atomica. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 8

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton osservò che alcune coppie di elementi possono combinarsi tra loro in modi diversi e dare origine a più di un composto. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 9

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton arrivò così a enunciare la legge delle proporzioni multiple. Quando un elemento si combina con la stessa massa di un secondo elemento per formare composti diversi, le masse del primo elemento stanno fra loro in rapporti semplici, esprimibili tramite numeri interi piccoli. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 10

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton La prima teoria atomica proposta da Dalton si basa sui seguenti punti 1. la materia è fatta di atomi piccolissimi, indivisibili e indistruttibili; 2. tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici e hanno la stessa massa; 3. gli atomi di un elemento possono essere convertiti in atomi di altri elementi; Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 11

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton 4. gli atomi di un elemento si combinano solo con numeri interi di atomi di un altro elemento; 5. gli atomi non possono essere né creati né distrutti, ma si trasferiscono interi da un composto all’altro. La teoria concorda con le leggi della conservazione della massa e delle proporzioni definite. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 12

2. La nascita della moderna teoria atomica: da Lavoisier a Dalton Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 13

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Gli elementi sono costituiti da atomi che hanno identiche proprietà chimiche. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 14

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Le proprietà macroscopiche • sono il risultato dell’unione dei tantissimi atomi che costituiscono un oggetto; • non sono il prodotto delle proprietà microscopiche. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 15

3. La teoria atomica e le proprietà della materia La molecola è un raggruppamento di due o più atomi che possiede proprietà chimiche caratteristiche. Esistono molecole formate da atomi dello stesso tipo come le molecole diatomiche. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 16

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Altre molecole sono formate anche da più di due atomi dello stesso tipo. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 17

3. La teoria atomica e le proprietà della materia La formula di una molecola indica da quali elementi essa è costituita e quanti atomi di ciascun elemento essa contiene. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 18

3. La teoria atomica e le proprietà della materia La formula che utilizziamo per indicare quali e quanti atomi costituiscono la molecola di un composto è chiamata formula bruta o grezza. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 19

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Le proprietà microscopiche, ovvero le proprietà chimiche, dipendono dalla natura degli atomi e delle molecole che costituiscono le sostanze. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 20

3. La teoria atomica e le proprietà della materia La materia non è costituita soltanto da atomi e da molecole: molte sostanze sono costituite da particelle cariche elettricamente (gli ioni). Si definiscono ioni gli atomi (o i gruppi di atomi) con una o più cariche elettriche positive o negative. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 21

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Gli ioni carichi positivamente (per esempio, Na+) si chiamano cationi. Gli ioni carichi negativamente (per esempio, Cl-) si chiamano anioni. I composti ionici (come i sali) sono formati da cationi e anioni. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 22

3. La teoria atomica e le proprietà della materia Le sostanze formate da ioni sono composti ionici. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 23

4. La teoria cinetico-molecolare della materia La teoria cinetica spiega il comportamento della materia quando viene sottoposta a scambi di energia. Il contenuto di energia cinetica è diverso a seconda dello stato di aggregazione della materia. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 24

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Nei solidi le particelle non si muovono ma oscillano e vibrano intorno a posizioni fisse ben precise. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 25

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Nei liquidi le particelle sono a contatto, ma hanno maggiore libertà di movimento. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 26

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Le particelle dei gas hanno massima libertà di movimento con un moto totalmente disordinato. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 27

4. La teoria cinetico-molecolare della materia La teoria cinetica spiega la relazione fra la temperatura e l’energia cinetica media: la temperatura assoluta di un corpo è direttamente proporzionale all’energia cinetica media delle particelle che lo costituiscono. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 28

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Scaldando un corpo, tuttavia, aumenta anche l’energia potenziale perché le particelle che lo compongono si allontanano le une dalle altre. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 29

4. La teoria cinetico-molecolare della materia La somma dell’energia cinetica Ec e dell’energia potenziale EP delle particelle che costituiscono un sistema è detta energia interna: Einterna = Ec + Ep Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 30

4. La teoria cinetico-molecolare della materia All’aumentare della temperatura cresce l’energia interna di un sistema, ovvero aumentano anche l’agitazione e la distanza media delle particelle. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 31

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Le particelle si liberano dalle forze attrattive elettrostatiche passando da uno stato ordinato a uno via più disordinato. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 32

4. La teoria cinetico-molecolare della materia A parità di massa, l’aumento del contenuto energetico è maggiore quando si passa dallo stato liquido a quello aeriforme che da solido a liquido. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 33

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Il calore latente di fusione è la quantità di energia necessaria per fondere completamente 1 kg di sostanza pura alla temperatura di fusione. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 34

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di energia necessaria per fare evaporare completamente 1 kg di sostanza pura alla temperatura di ebollizione. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 35

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Durante un passaggio di stato, la temperatura rimane costante anche se si continua a fornire (o a sottrarre) calore. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 36

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Il calore latente di fusione e il calore latente di vaporizzazione sono proprietà intensive della materia e vengono utilizzati per identificare le sostanze pure. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 37

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Il calore latente di vaporizzazione di una qualsiasi sostanza pura è molto maggiore del calore latente di fusione. Infatti, è più difficile annullare le forze di coesione tra le particelle di un liquido che indebolire le forze di coesione di un solido. Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 38

4. La teoria cinetico-molecolare della materia Fanno eccezione quei solidi, come la naftalina e lo iodio, le cui forze di coesione sono così deboli, che passano dallo stato solido direttamente a quello aeriforme (sublimazione). Valitutti, Tifi, Gentile, Esploriamo la chimica © Zanichelli editore 2010 39