Corso zero CHIMICA Ingegneria Meccanica Ingegneria Elettrica A.A. 2009/2010

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1 Corso zero CHIMICA Ingegneria Meccanica Ingegneria Elettrica A.A. 2009/2010 Prof.ssa Giovanna Di Pasquale 1 2 1

2 Il mondo della chimica abbraccia tutto ciò che intorno a noi ha natura materiale 3 4 2

3 Il freddo fa diminuire nelle foglie la clorofilla, verde, rendendo visibili i colori di altri pigmenti 5 6 3

4 Alluminio (Al) 7 Il corindone, ossido di alluminio Al 2 O 3. può essere rosso (var. rubino), blu (var. zaffiro), arancio (var. padparadshah), bianco, giallo, bruno, grigio; sono possibili sfumature di viola, verde e rosa. Il colore dipende dal tipo di impurezza presente (es. nel rubino il colore rosso è dovuto a tracce di ioni Cr 3+ ) 8 4

5 9 Questa fotografia è stata scattata durante un sodium party 10 5

6 11 Il manico è in polietilene Le setole dello spazzolino da denti sono una delle prime cose realizzate in nylon. 12 6

7 Questi blue jeans e queste t-shirts sono fatti di cotone, una forma della cellulosa

8 Grandezze fisiche e unità di misura L interpretazione di qualsiasi fenomeno fisico e chimico e la sua traduzione quantitativa in leggi, espresse in termini matematici, richiede la misura accurata delle grandezze fisiche in esso coinvolte Estensive Il valore dipende dall estensione del campione sottoposto alla misura (es. volume, massa ecc.) Intensive Il valore non dipende dalle dimensioni del campione (es. pressione, temperatura, densità, concentrazione) 15 Sistema Internazionale delle Unità di Misura (SI) Si basa sulle sette unità di misura delle grandezze fondamentali Grandezze fondamentali? si possono misurare direttamente in base all unità prescelta Grandezze derivate? si ricavano da quelle fondamentali mediante semplici operazioni matematiche 16 8

9 Grandezze fondamentali Metro (m) Chilogrammo (kg) pari a ,73 volte la lunghezza d onda della luce rossoarancione emessa dal kripton-86 alla temperatura del punto triplo dell azoto pari alla massa del prototipo di platino-iridio depositato nell Ufficio Internazionale dei Pesi e Misure di Sèvres Secondo (s) pari alla durata di oscillazioni della radiazione emessa dal cesio-133 in una ben definita transizione di stato energetico 17 Ampere (A) Kelvin (K) Candela (cd) Mole (mol) pari all intensità della corrente elettrica, che fluendo tra due sottili conduttori rettilinei, posti parallelamente nel vuoto alla distanza di 1 metro e indefinitamente lunghi, genera tra essi una forza di N per metro conduttore pari all intervallo di temperatura corrispondente a 1/273,16 volte la temperatura del punto triplo dell acqua pari all intensità luminosa emessa da un corpo nero alla temperatura di fusione del platino (2045 K) in direzione perpendicolare al foro di uscita dell area di 1/ pari alla quantità di materia che contiene un numero di entità elementari (che devono essere sempre specificate) uguale al numero di atomi contenuti in 0,012 Kg di carbonio

10 19 Grandezze derivate Nome Simbolo Unità di misura frequenza (numero di cicli per secondo) Hertz Hz s -1 forza (massa x accelerazione) newton N m kg s -2 pressione (forza/superficie) pascal Pa m -1 kg s -2 energia, lavoro (forza per spostamento) joule J m 2 kg s -2 potenza (lavoro/tempo) watt W m 2 kg s -3 quantità di elettricità, carica elettrica (secondi x ampere) coulomb C s A potenziale elettrico, differenza di potenziale, forza elettromotrice (potenza/ampere) volt V m 2 kg s -3 A

11 Prefissi di divisione e moltiplicazione fattore nome simbolo 10-1 Deci d 10-2 Centi c 10-3 Milli m 10-6 Micro m 10-9 Nano n Pico p Femto f atto a fattore nome simbolo 10 Deca da 10 2 Etto h 10 3 Chilo k 10 6 Mega M 10 9 Giga G Tera T Peta P exa E

12 Corrispondenza tra vecchie unità ancora in uso ed unità SI Nome Caloria Elettronvolt Litroatmosfera Chilowattora Erg Dina Atmosfera Torr Litro Centimetro cubo Angstrom Unità di massa atomica Simbolo cal ev Litroatm kwh erg dina atm torr L cc Å u Definizione SI 1cal=4,1868 J 1eV=1, J 1 litroatmosfera=101,27j 1kWh=3, J 1 erg= 10-7 J 1 dina=10-5 N 1 atm= Pa 1torr=1mmHg=133,32Pa 1 L=10-3 m 3 1 cc=10-6 m 3 1 Å= m 1 u=1, kg

13 Quando si devono introdurre le misure delle grandezze fisiche nelle espressioni matematiche che le correlano, ed eseguire i relativi calcoli numerici, occorre osservare tassativamente le seguenti regole: Tutti i valori delle grandezze devono essere espressi nelle unità di misura dello stesso sistema; Si possono sommare o sottrarre tra loro solo le grandezze della stessa specie, espresse nell identica unità di misura (o nell identico multiplo o sottomultiplo); 25 Le operazioni di moltiplicazione, di divisione e di elevamento a potenza devono essere effettuate sia sui valori numerici delle grandezze, sia sulle unità di misura delle grandezze; L uguaglianza tra i due membri di un equazione deve essere soddisfatta sia per il valore numerico, sia per l unità di misura 26 13

14 Metodo scientifico 27 La chimica studia la materia Composizione e struttura Proprietà fisiche Proprietà chimiche 28 14

15 Composizione e struttura H2O 29 La chimica studia la materia Composizione e struttura Proprietà fisiche Proprietà chimiche 30 15

16 Stati di aggregazione della materia 31 Proprietà fisiche? proprietà che una sostanza presenta di per sé, senza trasformarsi o interagire con un altra sostanza? Una sostanza subisce una trasformazione fisica quando modifica la sua forma fisica, ma non la sua composizione 32 16

17 Proprietà fisiche - Punto di congelamento o fusione temperatura alla quale le fasi solide e liquide di una sostanza coesistono all equilibrio (P= 1 atm, H 2 O: 0 C; alcool etilico: -117 C; glicole etilenico: -15,6 C) - Temperatura di ebollizione Temperatura alla quale il valore della pressione di vapore del liquido diventa eguale a quello della pressione esterna (P= 1 atm, H 2 O:100 C; alcool etilico: 78,5 C; glicole etilenico: 198 C) - Conducibilità elettrica Capacità di una sostanza nel trasportare la corrente elettrica per movimento di particelle cariche come elettroni o ioni (il rame e molti altri metalli sono buoni conduttori) 33 - Viscosit à resistenza interna di un fluido che scorre (come unità di misura si usa il poise). (L H 2 O, a 25 C, ha una viscosità di 8, poise mentre la glicerina, liquido viscoso, alla stessa temperatura ha una viscosità di 9,4 poise) - Solubilità massima quantità di sostanza pura (detto soluto) che si può sciogliere in una data quantità di un mezzo dissolvente (detto solvente) ad una data temperatura, dando origine ad una soluzione (100 g di H 2 O sciolgono 35,7 di NaCl a 0 e 39,1 g a 100 C) 34 17

18 Densità massa per unità di volume

19 37 La chimica studia la materia Composizione e struttura Proprietà fisiche Proprietà chimiche 38 19

20 Proprietà chimiche? proprietà che una sostanza presenta quando si trasforma in un altra sostanza? Una sostanza subisce una trasformazione chimica quando modifica la sua composizione Es. Acqua Corrente elettrica? idrogeno gassoso + ossigeno Corrente elettrica 2H 2 O? 2 H 2 + O 2 39 H 2 O (s) T T? H 2 O (l)? H 2 O (g) Trasformazione fisica Trasformazione chimica Corrente elettrica 2H 2 O? 2 H 2 + O

21 HgO? Hg + ½ O 2 T 41 Cu + 4 HNO 3? Cu(NO 3 ) + 2 NO H 2 O 42 21

22 UNA SOSTANZA E IDENTIFICATA DAL PROPRIO INSIEME DI PROPRIETA FISICHE E CHIMICHE 43 Proprietà caratteristiche del rame (Cu) Proprietà fisiche Colore bruno rossastro Lucentezza metallica Duttile e Malleabile Buon conduttore del calore e dell elettricità Può essere miscelato con lo zinco per formare l ottone Densità: 8,95g/cm 3 Temperatura di fusione = 1083 C Temperatura di ebollizione = 2570 C Proprietà chimiche Forma lentamente un carbonato blu-verde in aria umida Reagisce con l acido nitrico e con l acido solforico Forma lentamente una soluzione di colore blu intenso in ammoniaca acquosa 44 22

23 STORIA DELLA CHIMICA ARISTOTELE ( a.c.) Teoria dei quattro principi ultimi (aria, acqua, terra, fuoco). Dalla loro combinazione traevano origine la materia e le sue trasformazioni 45 DEMOCRITO ( a.c.) Introdusse la teoria atomistica ALCHIMIA (II-V secolo d.c.) Consisteva nella ricerca della sostanza capace di trasformare qualsiasi metallo in oro XIX secolo Finalmente iniziò la ricerca quantitativa e sistematica dell informazione 46 23

24 Che cosa hanno in comune le seguenti cose? L aria La sabbia La coca cola Un panino Un libro Un computer Una macchina Un elefante L Oceano Pacifico Il pianeta Saturno 47 Ogni cosa è fatta di atomi 48 24

25 Teoria atomica di Dalton del 1803: 1. Ogni elemento è composto da particelle estremamente piccole chiamate atomi. 2. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici; gli atomi di elementi diversi sono diversi e hanno proprietà differenti (inclusa una massa differente) 3. Nel corso delle reazioni chimiche gli atomi di un elemento non si trasformano in atomi di un elemento diverso; nel corso delle reazioni chimiche gli atomi non vengono né creati né distrutti. 4. I composti si formano quando atomi di più di un elemento si combinano; un dato composto ha sempre lo stesso numero relativo di atomi di diverse specie. 49 Gli atomi sono i mattoni che stanno alla base della materia; essi sono le unità più piccole di un elemento che conservano le proprietà chimiche di quel dato elemento: Un elemento è costituito da un solo tipo di atomo Nei composti gli atomi di due o più elementi si combinano in rapporti definiti La molecola è la più piccola particella di sostanza che ha proprietà chimiche uguali a quelle della sostanza. Può essere costituita da atomi uguali o diversi 50 25

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28 Numero atomico e numero di massa Numero atomico: numero dei protoni del nucleo Numero di massa: somma del numero dei protoni e del numero dei neutroni - Ogni atomo risulta univocamente individuato quando sono noti il numero atomico e il numero di massa - Gli atomi sono particelle elettricamente neutre 55 ATOMI E SIMBOLI Isotopi: atomi dello stesso elemento con differente numero di massa Elemento Isotopi Percentuale Idrogeno 1 H % 2 H 0.015% 3 H (tracce) Carbonio 12 C 98.90% 13 C 1.10% 14 C* (tracce) *E' nota l'importanza della sua valutazione in reperti archeologici, in quanto correlabile con l'età del manufatto 56 28

29 57 ATOMI E SIMBOLI Na 58 29

30 59 Differenza tra miscele e composti MISCELA - I componenti si possono separare applicando tecniche fisiche - La composizione è variabile - Le proprietà sono correlate con quelle dei componenti COMPOSTO - I componenti non sono separabili mediante tecniche fisiche - La composizione è costante - Le proprietà sono diverse da quelle dei componenti 60 30

31 Separazione fisica di una miscela eterogenea di dicromato di potassio e polvere di ferro

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33 65 Proprietà del sodio, del cloro e del cloruro di sodio Sodio (Na) T fusione T ebollizione Colore 97,8 C 881,4 C argenteo Densità 0,97 g/cm 3 Comportamento in acqua reattivo Cloruro di sodio (NaCl) T fusione 801 C T ebollizione 1413 C Cloro (Cl 2 ) T fusione -101 C T ebollizione -34 C Colore giallo-verde Densità 0,0032g/cm 3 Comportamento in acqua lievemente reattivo Colore bianco Densità 2,16 g/cm 3 Comportamento in acqua solubile 66 33

34 Miscela Omogenea? La composizione risulta identica in ogni punto (es. soluzione) Eterogenea? E possibile riconoscere i componenti ad occhio nudo o con il microscopio (es. rocce. latte)

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