Indice del libro. Materiali digitali. Esempi svolti. Videoapertura Approfondimento: Come lavora lo scienziato

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1 I INDICE Indice del libro Materiali digitali PER COMINCIARE Metodi e strumenti per il tuo lavoro 1. Come studiare la chimica 1. Il tuo metodo di studio 3. Richiami sulle potenze 4 4. La notazione scientifica 6 5. L ordine di grandezza 7 6. La percentuale 8 7. Le formule inverse 9 8. Le relazioni tra grandezze fisiche e la loro rappresentazione 10 Esercizi 15 Esempi svolti 1 Introduzione alla chimica 1.1 La chimica è intorno a noi 0 1. L origine della chimica L alchimia 1.4 La scienza chimica 3 Esercizi 5 Videoapertura Approfondimento: Come lavora lo scienziato

2 I INDICE Grandezze e misure.1 Le grandezze fisiche 9. Il Sistema Internazionale 3.3 Grandezze estensive e intensive 34.4 La dimensione dei corpi 35.5 La massa 39.6 La densità 4.7 Il tempo 44.8 La temperatura 44.9 L energia Il calore La scelta dello strumento 50.1 Cifre significative 5 Riassumiamo 54 About chemistry 55 Esercizi 56 3 La materia e le sue caratteristiche 3.1 La materia Gli stati fisici della materia I passaggi di stato Le curve di riscaldamento e di raffreddamento La teoria cinetica della materia Dagli stati fisici agli stati di aggregazione I passaggi di stato secondo la teoria cinetica 75 Riassumiamo 77 About chemistry 78 Esercizi 79 4 La composizione della materia 4.1 I miscugli Le soluzioni La solubilità La concentrazione delle soluzioni Le principali tecniche di separazione Composti ed elementi I nomi e i simboli degli elementi 100 Videoapertura Minifilmati Approfondimento: Un kilogrammo esatto Esempi svolti English corner Concept map About chemistry Laboratorio (video): Laboratorio in azione Esperienza guidata Dal fenomeno alla legge Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti Videoapertura Minifilmati Approfondimento: Il quarto stato English corner Concept map About chemistry Esperienza virtuale interattiva: Passaggi di stato Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti Videoapertura Minifilmati Approfondimenti: Mai più maionese impazzita Dalla sabbia al microchip I colloidi English corner Concept map About chemistry

3 4.8 I metalli, i non metalli e i semimetalli 103 Riassumiamo 105 About chemistry 106 Esercizi 107 Esperienze guidate: Dal fenomeno alla legge Purificazione per cristallizzazione Distillazione Cromatografia 5 Le trasformazioni della materia 5.1 Le proprietà fisiche e le proprietà chimiche Le trasformazioni fisiche e le trasformazioni chimiche La legge della conservazione della massa La legge delle proporzioni definite La legge delle proporzioni multiple Gli atomi Le molecole 15 Riassumiamo 17 About chemistry 18 Esercizi 19 6 Il linguaggio della chimica 6.1 La rappresentazione degli atomi e delle molecole La massa degli atomi e delle molecole La quantità chimica: la mole L uso della mole La composizione percentuale di un composto La determinazione della formula di un composto 147 Riassumiamo 149 About chemistry 150 Esercizi 151 Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti Videoapertura Minifilmati Approfondimento: Piccolo in modo differente Esempi svolti English corner Concept map About chemistry Laboratori (video): Trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche Cambio di colore Esperienza guidata: Legge di Lavoisier Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti Videoapertura Minifilmati Approfondimento: Quanto è grande il numero Avogadro Esempi svolti English corner Concept map About chemistry Esperienze virtuali interattive: Numero di Avogadro Massa molare Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano

4 I INDICE 7 Lo stato gassoso e le leggi che lo governano 7.1 Le proprietà dei gas La pressione dei gas La legge di Boyle La legge di Charles La legge di Gay- Lussac Il principio di Avogadro Il volume molare L equazione generale dei gas L equazione di stato dei gas ideali La legge di Dalton Pesiamo le molecole 178 Riassumiamo 180 About chemistry 181 Esercizi 18 Videoapertura Minifilmati Approfondimenti: Sotto la legge dei gas Gas e vapore Un modello per lo stato gassoso Esempi svolti English corner Concept map About chemistry Esperienza virtuale interattiva: Leggi dei gas Esercizi di ripasso Verifiche di fine capitolo English practice Per saperne di più Protagonisti NOTIZIARIO DELLA CHIMICA 19 Glossario 14 Soluzioni 16 Indice analitico 4

5 Nel Multibook In questo capitolo.1 Le grandezze fisiche. Il Sistema Internazionale.3 Grandezze estensive e intensive.4 La dimensione dei corpi.5 La massa.6 La densità.7 Il tempo.8 La temperatura.9 L energia.10 Il calore.11 La scelta dello strumento.1 Cifre significative Riassumiamo About chemistry Esercizi Un kilogrammo esatto Minifilmati Laboratorio in azione Dal fenomeno alla legge Esempi svolti Concept map English corner About chemistry In Aula digitale Per saperne di più Ripasso e verifiche English practice Laboratori Glossario interattivo Tavola periodica interattiva Risorse web

6 Guarda il video sul Multibook GRANDEZZE E MISURE Durante le vacanze estive Giulio va a trovare suo cugino negli Stati Uniti. Sportivo incallito, Giulio non rinuncia ai suoi allenamenti nemmeno in vacanza. Così si fa invitare da suo cugino nella sua palestra. Un po di cyclette o di tapis roulant per il riscaldamento e poi attrezzi per tonificare braccia e spalle. 10 ripetizioni per i bicipiti con pesi di 4 kg, 10 ripetizioni per i dorsali con 15 kg. Che fatica! Ora ci vuole un po di relax.

7 Che cosa è meglio di una bella sauna? Giulio va nel termarium, ma arrivato davanti all ingresso della sauna legge la temperatura e si spaventa: 03 gradi! Come si fa a resistere a quella temperatura? Giulio si è dimenticato che sono gradi Fahrenheit, scala di temperatura in uso nei Paesi anglosassoni in realtà la sauna è meno calda di quanto non tema lui Lo sapevi che una stessa grandezza può essere misurata con unità di misura differenti e quindi essere espressa con numeri diversi? La temperatura che Giulio ha letto corrisponde al valore di 95 C. Passiamo poi ai pesi che Giulio ha usato per l allenamento. I manubri per i bicipiti sono 4 kg di ghisa una lega contenente ferro e carbonio. Lo sapevi che questa lega ha un elevata densità? Ecco perché i manubri fatti di ghisa, per quanto piccoli possano sembrare, sono piuttosto pesanti!! Conclusa la fase di riscaldamento, Giulio inizia già a sentire caldo e a sudare Cosa sta succedendo? Finalmente sta bruciando le calorie introdotte con la maxi-coppa di gelato che ha mangiato la sera prima! Anche quando non ce ne accorgiamo, il nostro corpo compie lavoro. E lo sapevi che per compiere questo lavoro il nostro organismo brucia? Brucia le sostanze introdotte con gli alimenti per produrre l energia necessaria allo svolgimento di tutte le molteplici attività quotidiane. Ma perché si sente caldo? È l effetto di questa combustione! Come in un automobile in parte l energia viene utilizzata per compiere il lavoro e tutte le attività, ma una parte viene dispersa sotto forma di calore. Avevi mai pensato a cosa si mette in moto durante un ora di attività in palestra?

8 9 Le grandezze fisiche Secondo il metodo scientifico, il primo passaggio per studiare un fenomeno è quello di ricavare dall osservazione il maggior numero di informazioni possibili. Dall osservazione, tuttavia, si possono ottenere due tipi di informazioni: quelle soggettive, che dipendono da chi osserva, e quelle oggettive, indipendenti dall osservatore, che si basano su proprietà caratteristiche dei corpi che possono essere misurate, in modo da poter associare loro dei valori numerici (Fig. 1). Tali proprietà misurabili vengono comunemente chiamate grandezze fisiche. Una grandezza fisica è una proprietà oggettiva caratteristica di un corpo o di un fenomeno che può essere misurata. Approfondimento Un kilogrammo esatto Per misurare una grandezza fisica, per prima cosa occorre scegliere l unità di misura. Essa è una grandezza di riferimento a cui viene associato il valore unitario (Fig. ): l unità di misura è la grandezza a cui corrisponde il valore 1. ENGLISH CORNER unit of measurement physical quantity 0070.capitolo_.indd 9 Listening 5 6 RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano 1 10/1/10 1:9

9 30 GRANDEZZE E MISURE Laboratorio (video) Laboratorio in azione Una volta operata tale scelta, la grandezza da misurare va confrontata con l unità di misura per stabilire quante volte quest ultima è contenuta nella grandezza: misurare significa confrontare la grandezza di cui vogliamo conoscere il valore con l unità di misura scelta e quindi trovare quante volte (interamente o in frazione) tale unità di misura è contenuta nella grandezza da misurare. Oltre all unità di misura, per ottenere il valore di una grandezza fisica occorre disporre di un opportuno strumento e adottare un appropriato metodo di misura. Lo strumento di misura è quell oggetto (o quell insieme di oggetti) che consente di operare il confronto tra la grandezza fisica e la sua unità di misura. Così, per esempio, utilizzeremo il metro per misurare le lunghezze dei corpi, il termometro per misurare la temperatura e l orologio per misurare il tempo. ENGLISH CORNER measuring instrument method of measurement direct measurement indirect measurement 0070.capitolo_.indd 30 Listening 10/1/10 1:9

10 31 Misura della superficie Metodo diretto Unità di misura di superficie: Misura della superficie = 4 u 1u Il metodo di misura consiste nella scelta delle procedure che devono essere adottate. Rispetto al metodo, infatti, una misura può essere di due tipi: diretta e indiretta. Una misura si dice diretta quando la grandezza da misurare è confrontata direttamente con la corrispondente unità di misura. h b Pertanto: Metodo indiretto Unità di misura di lunghezza: 1u b = 6 u h = 4 u Misura della superficie = b h = 4 u una misura si dice indiretta quando il valore della grandezza fisica è ottenuto sfruttando opportune relazioni matematiche che legano la grandezza da misurare ad altre grandezze misurabili direttamente. In conclusione, possiamo dire che di una grandezza fisica viene data una definizione operativa quando di essa sono noti l unità di misura, lo strumento di misura e il metodo adottato Per esempio, la misura di una lunghezza di una matita effettuata con un righello è una misura diretta. Se vogliamo invece misurare la superficie di un tavolo di forma rettangolare, è più comodo utilizzare il metodo indiretto. Sappiamo infatti che la superficie di un rettangolo è data dal prodotto della misura della base b per la misura dell altezza h. Basterà allora misurare le dimensioni b e h e moltiplicarle tra loro per ottenere la misura della superficie (Fig. 4). Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? 1 Le informazioni ottenute con le misure sono solo soggettive. V F Per misurare una grandezza occorre scegliere l unità di misura. V F 3 La misura del volume è un tipo di misura diretta. V F 4 Nella misura indiretta si sfruttano opportune relazioni matematiche tra misure dirette. V F

11 3 GRANDEZZE E MISURE Il Sistema Internazionale Nel 1875 rappresentanti di varie nazioni firmarono un patto per istituire un Centro internazionale di pesi e misure con il compito di scegliere gli standard internazionali di misura e nel 1960 fu approvato un accordo che finalmente stabilì un Sistema Internazionale di unità di misura. Il Sistema Internazionale, indicato con la sigla SI, prevede sette grandezze fondamentali, con le rispettive unità di misura (Tab. 1), e numerose altre grandezze derivate da quelle fondamentali. I multipli e i sottomultipli delle unità di misura si indicano utilizzando opportuni prefissi. I multipli si ottengono moltiplicando l unità di misura per potenze della base 10 con esponente positivo (Tab. ), i sottomultipli per potenze della base 10 con esponente negativo (Tab. 3). Per quanto riguarda i campioni di riferimento previsti dal SI, è interessante notare che, a eccezione della massa, si è fatto ricorso a fenomeni naturali che hanno il vantaggio di potere essere riprodotti da tutti senza la necessità di ricorrere a dei prototipi standard. Per il metro, per esempio, si è scelta come unità di riferimento la distanza percorsa dalla 1 luce nel vuoto in secondi. TAB. 1 Le grandezze del Sistema Internazionale Grandezza fisica Simbolo Unità di misura Simbolo lunghezza l metro m massa m kilogrammo kg tempo t secondo s temperatura T kelvin K corrente elettrica I ampère A intensità luminosa i candela cd quantità di sostanza n mole mol TAB. Prefi ssi dei multipli Prefisso Simbolo Fattore tera T 10 1 giga G 10 9 mega M 10 6 kilo k 10 3 etto h 10 deca da 10 1 TAB. 3 Prefi ssi dei sottomultipli Prefisso Simbolo Fattore deci d 10 1 centi c 10 milli m 10 3 micro μ 10 6 nano n 10 9 pico p 10 1

12 33 Le grandezze derivate Oltre alle grandezze fondamentali, esistono le grandezze derivate (Tab. 4) che scaturiscono dalla combinazione matematica delle sette grandezze fondamentali. Così, per esempio, per misurare la superficie di una stanza di forma rettangolare bisognerà moltiplicare la misura della lunghezza per quella della larghezza; se poi si vuole determinare il volume, bisognerà moltiplicare la superficie per l altezza della stanza. Pertanto: le grandezze derivate sono espresse da relazioni matematiche (prodotto o quoziente) tra più grandezze fondamentali e le loro unità di misura dipendono dalle relazioni tra le relative unità di misura fondamentali. ENGLISH CORNER International System of Units base quantity base unit derived unit Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? Listening 1 Il volume è una grandezza fondamentale. V F Le grandezze derivate, nel SI, sono sette. V F 3 L unità di misura della densità, nel SI, è g/cm 3. V F 4 La quantità di sostanza, nel SI, si misura in kg. V F 5 Nel SI la temperatura si misura in C. V F 6 La superficie è una grandezza derivata. V F TAB. 4 Alcune grandezze derivate e loro unità di misura nel SI Grandezza fisica Nome unità di misura Simbolo Definizione area metro quadrato m volume metro cubo m 3 densità kilogrammo al metro cubo kg/m 3 forza newton N kg m/s pressione pascal Pa N/m energia, lavoro, calore joule J N m velocità metro al secondo m/s

13 34 GRANDEZZE E MISURE ENGLISH CORNER 3 Grandezze estensive e intensive OSSERVARE e SPERIMENTARE Le grandezze fisiche possono essere distinte in grandezze estensive e grandezze intensive. Scopriamo il significato di questa differenza con alcune semplici osservazioni. Se poni il campione ottenuto (C) sulla bilancia, rilevi che la massa è kg (000 g). Il suo volume è dm3 (000 cm3). La sua temperatura, invece, è ancora di 40 C. T = 40 C T = 40 C g 1000 g 1000 g 000 Alcune delle grandezze fisiche che caratterizzano un campione si modificano al variare della quantità di materia contenuta nel campione, altre rimangono costanti. Chiamiamo grandezze estensive quelle che dipendono dalla quantità di materia presente nel campione in esame. Esempi di grandezze di questo tipo sono la massa, il volume e il calore. Le grandezze estensive hanno la proprietà dell additività dei valori. Ciò significa che, per esempio, se si unisce un campione di massa 1 kg con un altro campione di massa 1 kg, si ottiene un campione di massa kg, valore corrispondente alla somma delle masse dei due campioni. Le grandezze intensive, invece, sono quelle che non dipendono dalla quantità di materia, ma dalla sua natura e dalle condizioni in cui si trova. Esempi di grandezze intensive sono la densità, la temperatura e la pressione capitolo_.indd 34 intensive quantity extensive quantity Prendi due campioni uguali (A e B) di acqua, ciascuno di massa 1 kg (cioè 1000 g), volume 1 dm3 (cioè 1000 cm3) e a temperatura di 40 C. Versa i due campioni di acqua in unico contenitore e ottieni un nuovo campione (C) di acqua. T = 40 C Listening Questo tipo di grandezze non ha la proprietà dell additività dei valori. Così, per esempio, se mettiamo insieme 1 kg di acqua a 40 C con un 1 kg di acqua, sempre a 40 C, si ottengono kg di acqua (la massa è una grandezza estensiva, quindi additiva), ma sempre a 40 C (la temperatura è una grandezza intensiva, quindi non additiva). Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? 1 Le grandezze intensive dipendono dalla quantità di materia. V F Le grandezze estensive godono della proprietà additiva dei valori. V F 3 La densità è una grandezza estensiva. V F 10/1/10 1:9

14 35 4 La dimensione dei corpi Nello studio dei fenomeni fisici può essere necessario stabilire le dimensioni dei corpi, le rispettive posizioni e le reciproche distanze. La lunghezza è la grandezza fisica che consente di acquisire tutte queste informazioni. Lunghezza La lunghezza è una delle grandezze fisiche con cui abbiamo più familiarità. Con essa misuriamo le dimensioni lineari dei corpi che comunemente indichiamo con i termini larghezza, altezza, profondità, ma misuriamo anche le distanze e gli spostamenti dei corpi. In generale: la lunghezza è la grandezza fisica che rappresenta la distanza geometrica tra due punti. Se i due punti appartengono al contorno di un corpo, allora la lunghezza rappresenta una dimensione lineare. Se invece, i due punti rappresentano due posizioni dello spazio occupate successivamente da un corpo in movimento, allora la lunghezza è il suo spostamento. Se, infine, i due punti appartengono a due corpi diversi, come per esempio la Terra e la Luna, la lunghezza esprime la distanza che li separa. La lunghezza è una delle sette grandezze fondamentali del SI e la sua unità di misura è il metro, indicato con il simbolo m, con i suoi multipli e sottomultipli (Tab. 5). Lo strumento comunemente usato per la lunghezza è l asta metrica, ma sono disponibili altri strumenti, quali il micrometro e il calibro (Fig. 7). TAB. 5 Principali multipli e sottomultipli del metro Nome Simbolo Equivalenza in metri kilometro km 103 metro m 10 0 decimetro dm 10 1 centimetro cm 10 millimetro mm 10 3 micrometro μm 10 6 nanometro nm 10 9 ångström Å ENGLISH CORNER lenght meter 0070.capitolo_.indd 35 Listening 10/1/10 1:30

15 36 GRANDEZZE E MISURE Per lunghezze enormemente grandi o enormemente piccole, sono in uso particolari multipli o sottomultipli. Così, per esempio, per le distanze stellari, si usa l anno luce, che corrisponde alla distanza percorsa dalla luce in un anno (Fig. 8). Analogamente, quando si vuole misurare il volume di un corpo che ha la forma di un solido regolare, faremo ricorso alle formule che abbiamo imparato dalla geometria per ricavare il volume dei solidi. Per dimensioni estremamente piccole, come quelle atomiche, si usa l ångström (Å), che corrisponde alla decimilionesima parte del millimetro. l 3 l1 l Superficie e volume Alla lunghezza sono correlate due grandezze derivate: la superficie e il volume. Ogni corpo, infatti, è delimitato da una superficie di contorno e occupa una certa porzione di spazio. L area misura la superficie che lo delimita, mentre il volume misura lo spazio che il corpo occupa. Dalla geometria sappiamo già calcolare l area di superfici di forme regolari, come quella del piano di un tavolo o del pavimento di una stanza, che di norma hanno forma rettangolare. In questo caso l area sarà espressa dal prodotto delle misure della base e dell altezza del rettangolo. In ogni caso il volume verrà espresso come il prodotto di tre dimensioni, che idealmente corrispondono ai tre spigoli di un parallelepipedo regolare (Fig. 9). Se il solido di cui si vuole misurare il volume ha forma irregolare, si procede con un metodo indiretto, come illustrato nel seguente esperimento. surface volume square meter cubic meter ENGLISH CORNER Listening

16 37 OSSERVARE e SPERIMENTARE Determinazione del volume di un solido di forma irregolare Per determinare il volume di un solido di forma irregolare si può ricorrere a un metodo indiretto, misurando la quantità di acqua spostata dal solido quando viene immerso in un liquido; in questo modo si sfrutta la proprietà, a tutti nota, che un corpo immerso in un liquido sposta una quantità di liquido uguale al suo volume. Dal momento che superficie e volume sono due grandezze fisiche derivate dalla lunghezza, è opportuno scegliere per esse unità di misura in accordo con quelle usate per la lunghezza. Pertanto: l unità di misura dell area di una superficie è il metro quadrato, indicato con il simbolo m, che rappresenta la superficie di un quadrato che ha il lato lungo un metro; l unità di misura del volume è il metro cubo, indicato col simbolo m 3, che rappresenta il volume occupato da un cubo avente lo spigolo lungo un metro. Anche per la superficie e per il volume vengono spesso utilizzati i relativi multipli e sottomultipli, le cui equivalenze vengono riportate in Tab. 6. Per effettuare la misura, riempi per circa metà un cilindro graduato con acqua e registra il livello V 1 raggiunto. Successivamente immergi con cura il solido dentro il cilindro e registra il nuovo livello V raggiunto dall acqua. La differenza V V 1 equivale al volume del corpo immerso. V 1 V TAB. 6 Equivalenze di aree e di volumi 10 6 mm 10 4 mm 10 9 mm mm 3 1 m = 10 4 cm 10 dm 1 dm = 10 cm 10 m 1 m 3 = 10 6 cm dm 3 1 dm 3 = 10 3 cm m km 10 8 km 10 9 km km 3 10 mm 10 cm 10 3 mm cm 3 1 cm = 10 dm 10 4 m 1 mm = 10 4 dm 10 6 m 1 cm 3 = 10 3 dm m 3 1 mm 3 = 10 6 dm m km 10 1 km km km 3

17 38 GRANDEZZE E MISURE La misura di volume serve anche per stabilire la capacità di un contenitore, o di un qualunque ambiente. In questo caso, il volume viene più frequentemente espresso usando come unità di misura il litro. (Fig. 1) Anche per il litro vengono utilizzati i relativi multipli e sottomultipli: 1 ml = 0,001 dm 3 = 1 cm 3 Il litro corrisponde alla quantità di liquido che può essere contenuta in un recipiente di forma cubica il cui lato misura 1 dm. Pertanto l equivalenza che lega il litro al metro cubo (Fig. 13) sarà: 1 L = 1 dm 3 = 0,001 m L = 1000 dm 3 = 1 m 3 Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? 1 Nel SI, il volume si misura in litri. V F L angstrom corrisponde a metri. V F 3 Il nanometro corrisponde a 10-9 metri. V F 4 L anno luce è un unità di misura dell intensità luminosa. V F 5 In un cubo di lato 1 m sono contenuti 100 litri. V F

18 39 5 La massa mass ENGLISH CORNER balance Listening Se mettiamo a confronto una palla da ping pong con una palla da golf ci accorgiamo che si presentano abbastanza simili, almeno per ciò che riguarda la forma e il volume (Fig. 15). Se proviamo però a giocare a ping pong con la palla da golf o viceversa, notiamo che esse presentano una sostanziale differenza: la pesantezza. Pertanto, la forma e il volume non bastano per caratterizzare un corpo, occorre anche introdurre la massa, una grandezza fisica legata alla quantità di materia contenuta in un corpo e quindi responsabile della sensazione di pesantezza. Una grandezza fisica strettamente collegata alla massa, e spesso erroneamente confusa con essa, è il peso, che è invece una forza, quella con cui un corpo è attirato verso il centro della Terra. La massa invece è una proprietà intrinseca dei corpi che non dipende dalla particolare condizione in cui i corpi si trovano. Una mela possiede la stessa massa sia che si trovi su un albero sia su un piatto o in frigorifero e rimane costante anche quando si trova in un luogo diverso dalla Terra, per esempio sulla Luna. Anche per la massa, come per le altre grandezze fisiche, occorre disporre di un sistema di misura e di un opportuno strumento per darne una definizione operativa. Nel SI, come si è detto, la massa è una grandezza fondamentale: l unità di misura è il kilogrammo, indicato con il simbolo kg. I multipli e i sottomultipli del kilogrammo sono riportati nella Tab. 7. TAB. 7 Multipli e sottomultipli del kilogrammo Nome Simbolo Valore in kg Megagrammo (tonnellata) Mg (t) 1000 = 10 3 kilogrammo kg 1 = 10 0 ettogrammo hg 0,1 = 10 1 decagrammo dag 0,01 = 10 grammo g 0,001 = 10 3 milligrammo mg 0, =

19 40 GRANDEZZE E MISURE ESEMPIO Esprimiamo la massa m = 700 g nelle seguenti unità di misura: a. mg c. dag b. kg d. ng a. Quando si deve passare da un unità di misura maggiore a un unità di misura minore, bisogna moltiplicare per 10 elevato al numero di posti che intercorrono tra le due unità di misura. Il prefisso milli- indica un millesimo del grammo, quindi 3 posti dal grammo. Dunque, per passare da g (unità di misura maggiore) a mg (unità di misura minore) si deve moltiplicare il valore per = mg = mg b. Quando si passa da un unità di misura maggiore a una minore, si deve moltiplicare il valore per 10 elevato al numero di posti che intercorrono tra le unità di misura, ma questa volta con il segno negativo. Il prefisso kilo indica mille volte il grammo, quindi 3 posti dal grammo. Dunque, per passare da g (unità di misura minore) a kg (unità di misura maggiore) si deve moltiplicare il valore per g = kg = 0,7 kg c. Questa volta si passa dall unità di misura piccola (grammi) a quella grande (decagrammi), con distanza 1 posto: 700 g = dag = 70 dag d. Qui si passa dall unità di misura grande (grammi) alla piccola (nanogrammi), con distanza 9 posti: 700 g = ng = ng Applica Esegui le seguenti equivalenze. a. 70 dag =.. mg b. 8 kg =.. cg c. 450 mg =.. kg d. 3 ng =.. dag e. 56 hg =.. mg f. 37 cg =.. kg Lo strumento campione usato nel SI per le misure di massa è la bilancia a due bracci. Per determinare la massa di un corpo basta collocarlo su uno dei due piattelli e porre sull altro campioni di massa in quantità sufficiente per portare lo strumento in equilibrio.

20 41 La massa di un corpo, inoltre, possiede un altra importante caratteristica, quella di rimanere costante anche se la materia che costituisce il corpo subisce trasformazioni. La massa è quindi una proprietà invariante della materia. OSSERVARE e SPERIMENTARE Prova sperimentale dell invarianza della massa Pesa esattamente una certa quantità di sale da cucina, per esempio quella contenuta in un cucchiaino, che indicherai con m 1. Ora pesa esattamente un recipiente contenente una certa quantità d acqua, che indicherai con m. Aggiungi il sale all acqua del recipiente, poi pesa il bicchiere contenente l acqua e il sale aggiunto e indica con m la sua massa A questo punto potrai verificare che il valore m corrisponde esattamente alla somma m 1 + m. Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? 1 La massa e il peso sono la stessa cosa. V F Il decagrammo è un sottomultiplo del grammo. V F 3 La bilancia a due bracci consente di effettuare misure di peso. V F 4 Una bilancia a due bracci, in equilibrio sulla Terra, si squilibra se portata sulla Luna. V F 5 Il peso sulla Luna non è lo stesso che sulla Terra. V F 6 1 dag corrisponde a 100 dg. V F 7 1 tonnellata corrisponde a 1 milione di grammi. V F

21 4 GRANDEZZE E MISURE 6 La densità La massa e il volume di qualunque sostanza sono due grandezze correlate tra loro. Possiamo verificare sperimentalmente infatti che, per una stessa sostanza, la massa è direttamente proporzionale al volume. Esperienza guidata Dal fenomeno alla legge Pertanto, indicando con m la massa di una sostanza e con V il suo corrispondente volume, possiamo affermare che il loro rapporto m/v sarà sempre costante. Il valore di questo rapporto indicato con d definisce una grandezza, la densità: OSSERVARE e SPERIMENTARE Determinazione sperimentale della densità Poni sul piatto di una bilancia digitale da cucina una caraffa graduata e azzera la bilancia. Versa nella caraffa 100 ml di acqua: leggerai sul display della bilancia il valore 100 g. Ripeti la stessa procedura usando rispettivamente 00 ml, 300 ml, 400 ml e 500 ml. Annota i valori ottenuti, che saranno 00 g, 300 g, 400 g e 500 g. Predisponi un grafico riportando in ascissa i valori dei volumi in ml e in ordinata i corrispondenti valori delle masse in g. Unisci i punti. Il grafico che ottieni è una retta che passa per l origine degli assi: massa e volume sono grandezze direttamente proporzionali. Ripeti lo stesso esperimento utilizzando qualunque altro liquido, per esempio l olio. Scoprirai che ottieni sempre una retta, però con pendenza diversa (in questo caso minore) acqua olio d = m V La densità d è una grandezza derivata che dipende soltanto dalla natura della materia e pertanto ne costituisce un ulteriore proprietà caratteristica (Tab. 8). Essa è inoltre una grandezza intensiva, cioè non dipende dalla quantità di materia. Un ml di acqua avrà infatti la stessa densità di un litro, ma anche di un m 3 di detta sostanza, purché misurata nelle stesse condizioni di temperatura. Pertanto, se si fa riferimento a un volume unitario di sostanza, l espressione m V diventa m 1 e il concetto di densità può essere così espresso: la densità di un corpo è una proprietà caratteristica della materia di cui esso è costituito ed è numericamente uguale alla massa del volume unitario di detto corpo. Nel SI la densità viene chiamata massa volumica e la sua unità di misura è kg/m 3. Anche la densità può essere espressa in multipli e sottomultipli delle unità campione utilizzate per la massa e per il volume. Molto usato è g/cm 3, che equivale a g/ml. Per i liquidi si usa spesso kg/dm 3, che corrisponde a kg/l. massa (g) volume (ml)

22 43 ENGLISH CORNER Listening density TAB. 8 Densità di alcune sostanze espresse in g/cm3 a 0 C e a 1 atmosfera di pressione Gas acqua (ghiaccio) 0,9 acetone 0,796 ammoniaca 0, alluminio,70 alcol 0,806 biossido di carbonio 0, ,50 benzene 0,879 aria 0, ,86 glicerina 1,70 azoto 0,00150 argento ferro oro 19,30 mercurio 13,595 idrogeno 0, piombo 11,30 tetracloruro di carbonio 1,594 metano 0, acqua (liquida) 1,000 ossigeno 0,00149 rame 8,9 Un corpo ha una densità d = 0,79 g/cm3 e occupa un volume V di 1,5 m3. Qual è la sua massa espressa in kg? Occorre trasformare il volume in cm3: 1,5 m3 = 1,5 106 cm3 ESEMPIO Sostituendo i valori nella formula inversa m = d V, otteniamo: m = 0,79 g/cm3 1,5 106 cm3 = = 1, g = 1, kg Un liquido ha una massa di 840 g e occupa un volume di 1, L. Determina la densità in kg/m3. Poiché 1 L = 1 dm3 e 1 dm3 = 10 3 m3 si ha: V = 1, L = 1, 10 3 m3 La massa espressa in kg è 840 g 10-3 = 0,840 kg m Sostituendo i valori nella relazione d = : V 0,840 kg 3 3 = 0,7 10 kg/m d = 1, 10-3 m3 Applica Calcola la densità in g/cm3 di un corpo che ha massa di 8,933 kg e occupa un volume di 1,343 dm3. m Dalla formula d = è possibile ricavare: V la formula inversa m = d V, che consente di calcolare la massa di un corpo di volume noto quando se ne conosce la densità d; m la formula inversa V =, che consente d di calcolare il volume di un corpo di massa nota quando se ne conosce la densità d capitolo_.indd Applica Calcola il volume in m3 di un liquido che ha massa 980 g e densità 878 kg/m3. La densità è una grandezza che non ha la caratteristica dell invarianza. Essa infatti dipende dal volume che, come sappiamo, varia con la temperatura, e per i gas anche con la pressione (Tab. 8). Pertanto, quando si esprime la densità di una sostanza è necessario sempre specificare a quale temperatura e, nel caso dei gas, a quale pressione sono state effettuate le misure. 6 Tutto chiaro? Fai un test Vero o Falso? True or False? 1 La densità è una grandezza fondamentalmente. V F La densità è una grandezza intensiva. V F 3 Nel SI la densità si misura in kg/cm3. V F 4 La densità dipende dalla temperatura. V F RCS Libri S.p.A. - Divisione Education, Milano Liquidi ESEMPIO Solidi 10/1/10 1:31

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