Gli Stati della Materia

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1 John C. Kotz Paul M. Treichel John Townsend Capitolo 1 Materia e Misure 1 Benvenuti nel Mondo della Chimica 2 Versione italiana a cura di Giaime Marongiu e Guido Ennas Università di Cagliari John C. Kotz State University of New York, College at Oneonta IL METODO SCIENTIFICO OSSERVARE PROPORRE UN IPOTESI VERIFICARE L IPOTESI CON UN ESPERIMENTO PASSARE DALL IPOTESI ALLA TEORIA ( le leggi) VERIFICARE LA CAPACITA PREDITIVA DELLA TEORIA Materia = tutto ciò che possiede massa e occupa spazio Gli Stati della Materia SOLIDI hanno forma definita, volume fisso. La forma esterna può riflettere la disposizione atomica e molecolare. Comprensione teorica piuttosto buona. LIQUIDI non hanno forma propria e possono non riempire il recipiente che li contiene completamente. Non ben razionalizzati. GAS si espandono in modo da riempire il contenitore che li contiene. Buona comprensione teorica. Natura Cinetica della Materia La materia consiste di atomi e molecole in moto. 6 Figura 1.5

2 Chimica & Materia Possiamo esplorare il mondo MACROSCOPICO ciò che possiamo vedere per capire i mondi PARTICELLARI che non possiamo vedere. Scriviamo dei SIMBOLI per descrivere questi mondi. Figura 1.6 L acqua dal punto di vista del chimico Macroscopico Macroscopico Particellare H 2 O (gas, liquido, solido) Simbolico Particellare 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2H 2 O(g) Simbolico MATERIA tutto ciò che possiede massa e occupa spazio SI E' UNIFORME IN TUTTE LE SUE PARTI? NO OMOGENEA PUO' ESSERE SEPARATA CON MEZZI FISICI? SI NO SOSTANZA ETEROGENEA (PIU' FASI) FASI SEPARATE SOLUZIONE PUO' ESSERE SCOMPOSTA CHIMICAMENTE IN SOSTANZE PIU' SEMPLICI? SI NO COMPOSTO ELEMENTO Figura 1.7

3 Minestra Sangue Sale in acqua Il linguaggio della Chimica ELEMENTI CHIMICI - sostanze pure che non possono essere decomposte in altre sostanze chimicamente più semplici e sono costituite da atomi tutti uguali La Tavola Periodica Alluminio Sodio Bromo Gli elementi, i loro nomi ed i simboli sono riassunti nella TAVOLA PERIODICA Quanti elementi ci sono? Dmitri Mendeleev ( ) Un atomo è la Un è la particella più piccola di un elemento che possiede le proprietà chimiche dell elemento stesso. 18 Atomi di rame su una superficie di silice. Figura 1.10 Dimensione immagine = 1.8 nanometri (1.8 x 10-9 m)

4 Gli elementi formano composti 19 Alluminio + Bromo 20 I COMPOSTI CHIMICI sono formati da elementi e pertanto possono essere decomposti in quelli elementi. Il composto rosso è formato da nickel (Ni) (argento argento) carbonio (C) (nero nero) idrogeno (H) (bianco bianco) ossigeno (O) (rosso rosso) azoto (N) (blu blu) 21 Una MOLECOLA è l unità più piccola di un composto che ne conserva le caratteristiche chimiche. La composizione delle molecole è data da una una FORMULA MOLECOLARE H 2 O C 8 H 10 N 4 O 2 - caffeina 22 Click movie to play Figura 1.11 Proprietà Fisiche PROPRIETA CHE POSSONO ESSERE OSSERVATE E MISURATE SENZA ALTERARE LA COMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA Quali sono alcune proprietà fisiche? densità colore punto di fusione e di ebollizione odore

5 Trasformazioni Fisiche TRASFORMAZIONI CHE AVVENGONO SENZA ALTERARE LA COMPOSIZIONE DELLA SOSTANZA Esempi di trasformazioni fisiche sono: ebollizione di un liquido fusione di un solido sciogliere un solido in un liquido per ottenere una miscela omogenea (ovvero una SOLUZIONE). DENSITA - una proprietà fisica utile ed importante Densità = Mercurio massa (g) volume (cm 3) Platino 13.6 g/cm g/cm 3 Alluminio 2.7 g/cm 3 Densità relative degli elementi 27 DENSITA La densità è una proprietà INTENSIVA della materia. NON dipende dalla quantità di materia. (come la temperatura ed il colore) Al contrario delle proprietà ESTENSIVE che Dipendono dalla quantità di materia ( come la massa ed il volume ) Polistirolo Mattone PROBLEMA: L acqua ha una densità di 1.0 g/cm 3. Quale è la massa of 95 ml di acqua in grammi? Risolvere il problema usando l ANALISI DIMENSIONALE. Notare che 1 cm 3 equivale a 1 ml Strategia: Usare la densità per calc. la massa (g) dal volume. 95 cm g 1 cm 3 = 95 g Proprietà Chimiche e Trasformazioni Chimiche Trasformazione Chimica o Reazione Chimica trasformazione di uno o più atomi o molecole in una o più molecole diverse. Bruciando idrogeno (H 2 ) in presenza di ossigeno (O 2 ) si forma H 2 O.

6 Proprietà chimiche e trasformazioni chimiche reazione chimica trasformazione di uno o più atomi o molecole in una o più molecole differenti. 31 Tipi di osservazioni e misure Noi facciamo osservazioni QUALITATIVE delle reazioni variazioni di colore e stato fisico. Noi facciamo anche MISURE QUANTITATIVE, che richiedono numeri. Vengono utilizzate unità SI basate sul sistema metrico 32 Figura 1.16 UNITA DI MISURA Vengono utilizzate le unità SI basate sul sistema metrico Lunghezza Massa Tempo Temperatura Metro, m Kilogrammo, kg Secondi, s Gradi Celsius, C Kelvin, K 33