Le trasformazioni chimiche e fisiche della materia. Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

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Cosima Vanni
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1 Le trasformazioni chimiche e fisiche della materia Lezioni d'autore di Giorgio Benedetti

2 INTRODUZIONE (I) VIDEO

3 INTRODUZIONE (II) La comprensione delle proprietà delle sostanze e le trasformazioni che esse subiscono sono il tema centrale della chimica. Nella vita quotidiana possiamo osservare continuamente trasformazioni che riguardano il mondo materiale che ci circonda. Alcune di queste trasformazioni, come ad esempio quelle che interessano il ciclo dell acqua, in cui essa evapora dagli oceani, si condensa negli strati alti dell atmosfera e ritorna al suolo sotto forma di pioggia e, talvolta, solidifica in ghiaccio, non determinano una modifica della sua composizione.

INTRODUZIONE (III) Altre, come quelle che si possono osservare in una foresta che brucia, portano ad una modifica profonda delle sostanze coinvolte, come il

4 INTRODUZIONE (III) Altre, come quelle che si possono osservare in una foresta che brucia, portano ad una modifica profonda delle sostanze coinvolte, come il legno che si trasforma in cenere e gas dispersi nell atmosfera. Nel primo caso si parla di trasformazioni fisiche mentre nel secondo di trasformazioni chimiche

5 INTRODUZIONE (IV) Esistono poi alcune trasformazioni, dette supramolecolari, le quali portano alla formazione di strutture formate dall associazione tra due o più specie diverse, che pur mantenendo la propria identità nella struttura finale formata, presentano nuove proprietà.

6 PROPRIETÀ FISICHE DELLA MATERIA (I) Le sostanze sono identificate dalle loro proprietà e dalla loro composizione. Proprietà come il punto di fusione o la densità sono dette fisiche, cioè proprietà che possono essere misurate ed osservate senza cambiare la composizione o l identità della sostanza. Una trasformazione fisica comporta perciò solo un cambiamento di una specifica proprietà fisica senza alcuna modifica nella composizione della sostanza. Tali cambiamenti sono reversibili.

7 PROPRIETÀ FISICHE DELLA MATERIA (II) Tutti i cambiamenti di stato, cioè i passaggi dallo stato solido al liquido e da questo all aeriforme, sono pertanto trasformazioni fisiche.

PROPRIETÀ CHIMICHE DELLA MATERIA Invece l affermazione che l idrogeno reagisce con l ossigeno per formare acqua, descrive una proprietà chimica dell idrogeno, perché essa è osservata quando la

8 PROPRIETÀ CHIMICHE DELLA MATERIA Invece l affermazione che l idrogeno reagisce con l ossigeno per formare acqua, descrive una proprietà chimica dell idrogeno, perché essa è osservata quando la sostanza prende parte a una trasformazione che la converte in una nuova sostanza chimicamente differente. Le sostanze nelle trasformazioni chimiche subiscono quindi modificazioni più profonde che interessano la loro stessa composizione, sicché talune sostanze scompaiono ed al loro posto se ne formano di nuove. Le trasformazioni chimiche sono comunemente chiamate reazioni chimiche.

9 TRASFORMAZIONI FISICHE E LE DIFFERENZE CHIMICHE DELLA MATERIA:

10 L ENERGIA NELLE TRASFORMAZIONI Nelle trasformazioni fisiche e chimiche, si modificano le interazioni tra le particelle della materia e questo comporta trasformazioni di energia da una forma a un altra. Nelle trasformazioni chimiche si modificano le sostanze che costituiscono un sistema e questo fatto determina inevitabilmente anche un cambiamento del suo patrimonio di energia.

11 DISTINGUERE LE TRASFORMAZIONI Esistono casi in cui la distinzione fra trasformazioni fisiche e chimiche non è chiara, come ad esempio: la dissoluzione di un sale in acqua o la formazione di una lega metallica

12 DISSOLUZIONE DI UN SALE IN ACQUA A livello microscopico, nella soluzione ottenuta si ha la presenza di ioni sodio e cloro separati l uno dall altro. In questo caso non abbiamo una nuova sostanza, e quindi la soluzione non coincide con la definizione di trasformazione chimica, ma non abbiamo neanche la sostanza nella sua forma originale. Nonostante sembri una trasformazione chimica, la dissoluzione del sale è considerata una trasformazione fisica in quanto è possibile recuperare il sale dall acqua attraverso l evaporazione del solvente.

13 FORMAZIONE DI UNA LEGA METALLICA Se fondiamo insieme due metalli, ad esempio Rame e Zinco, otteniamo una lega metallica, l ottone, con proprietà differenti da entrambi i metalli di partenza (ad esempio la conducibilità elettrica, la densità ecc). Anche in questo caso non abbiamo una trasformazione chimica, in quanto la lega è composta da un miscuglio di atomi dei metalli di partenza (60% rame e 40% zinco), cioè non esiste nessuna unità elementare di ottone.

14 FORMAZIONE DI STRUTTURE SUPRAMOLECOLARI (I) Un caso particolare di trasformazione è quella che avviene tra molecole dello stesso tipo o differente che, attraverso interazioni deboli, si organizzano fra loro spazialmente dando luogo a strutture di tipo supramolecolare. In questo tipo di trasformazione ciascuna molecola continua a mantenere la sua identità nella struttura formata finale.

15 FORMAZIONE DI STRUTTURE SUPRAMOLECOLARI (II) Esempi di questo tipo di trasformazione sono le strutture micellari formate da molecole di acidi grassi.

16 FORMAZIONE DI STRUTTURE SUPRAMOLECOLARI (III) le interazioni tra un ione positivo all interno di una cavità (come nel caso degli eteri corona) o l accoppiamento che avviene tra catene di proteine

17 LA CHIMICA SUPRAMOLECOLARE (I) La chimica supramolecolare, cerca di costruire e studiare sistemi di complessità crescente, che derivano dall auto-assemblaggio di un numero definito di molecole, tenute insieme da interazioni deboli che stanno anche alla base delle funzioni altamente specifiche che hanno luogo nei sistemi biologici, quali il riconoscimento molecolare, il trasporto, la catalisi, la regolazione ed altro.

18 LA CHIMICA SUPRAMOLECOLARE (II) L interesse per questo tipo di trasformazioni risiede nel fatto che nel passaggio dalle molecole agli aggregati molecolari possono emergere nuove proprietà di grande importanza nello studio dei processi biologici, nella realizzazione di nuove applicazioni tecnologiche nel campo dei materiali e per lo sviluppo di nuove terapie farmacologiche attraverso la comprensione delle interazioni tra un sito di legame e un farmaco.

19 LA CHIMICA SUPRAMOLECOLARE (III) Esempi di applicazione sono: la realizzazione dei sensori chimici, cioè dispositivi in grado di trasformare un informazione chimica (come la concentrazione di uno o più sostanze) in una grandezza misurabile e analiticamente utile. la formazione di macchine molecolari nelle quali alcune parti costitutive sono in grado di cambiare la loro posizione relativa, se stimolate da una fonte di energia esterna.

20 FINE

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