Certi Car Graf Certificazione Cartaria, Cartotecnica, Grafica

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3 ISBn Edizioni: by Istituto Italiano Edizioni Atlas Certi Car Graf Certificazione Cartaria, Cartotecnica, Grafica La casa editrice ATLAS opera con il Sistema Qualità conforme alla nuova norma UNI EN ISO 9001: 2008 certificato da CISQ CERTICARGRAF. Direzione editoriale: ROBERTO InVERnICI Progetto grafico e videoimpaginazione: MARIO MuOLLO Disegni:VAVASSORI & VAVASSORI, Bonate Sotto (Bg); KROMA s.n.c. Mozzo (Bg); IL grifone (PV) Stampa: VInCEnzO BOnA (TO) Ideazione e preparazione dei disegni: PAOLO PISTARà REFEREnzE FOTOgRAFIChE: Copyrigt Paolo Pistarà per le foto delle pagine: 12 (fig. 14), 16 (fig. 16), 22 (figg. 2, 3), 29 (fig. 2a), 31 (figg. 5a, 5b, 6), 32 (figg. 7a, 7b), 34 (fig. 13), 36, 37 (fig. in alto), 38 (fig. 17), 43 (fig. 29), 44 (fig. 32), 46 (figg. 36a, 36b), 48 (figg. 1, 2), 51 (fig. in alto), 53 (fig. 2), 56 (figg. 10, 11, 12), 58 (figg. 16, 17a, 18, 19), 60 (figg. 23a, 23b), 94 (fig. 1), 95 (figg. 2, 3), 98 (fig. 5), 151 (fig. 10), 152 (figg. 11a, 11b), 153 (fig. 14), 155 (figg. 16, 17), 159, 164 (fig. 5), 168 (fig. 8), 170 (fig. 10), 172 (figg. 12, 14, 15a, 15b), 173 (fig. 17), 174 (figg. 18a, 18b), 184 (figg. 2a, 3a), 202 (figg. 2, 3), 203 (fig. 4), 204 (fig. 5), 205 (figg. 6a, 6b), 206 (fig. 7), 207, 208 (fig. 8), 209 (figg. 9, 10), 210 (figg. 11, 12), 212 (figg. 13, 14), 217, 220 (fig. 2), 222 (figg. 4, 5a, 5b), 223 (figg. 6a, 6b), 224 (figg. 7, 8a, 8b), 225 (figg. 9, 10), 226 (figg. 11, 12), 231 (figg. 1, 2), 232 (figg. 3, 4, 5), 233 (figg. 6, 7, 8), 234 (figg. 9, 10), 235 (figg. 11, 12), 240 (figg. 1a, 1b), 253 (fig. 2), 266 (fig. 15), 276 (figg. 1, 2a, 2b), 279 (figg. 6b, 7), 280 (fig. 8), 281 (fig. 9), 288 (fig. 14), 304 (fig. 2), 305 (fig. 6), 333 (fig. 17), 339 (figg. 1, 2, 3), 340 (figg. 1a, 1b), 346 (fig. 1), 360 (fig. 1), 361 (figg. 1, 2, 3), 367 (fig. 1), 368 (fig. 2), 370 (figg. 3, 4), 374 (fig. 8), 377 (fig. 9), 378 (figg. 11a, 11b, 12), 379 (figg. 13a, 13b, 14), 380 (figg. 17a, 17b), 382 (fig. 20), 383 (fig. 22), 387, 389 (fig. 1), 392 (figg. 3, 4), 396 (fig. 6), 397 (figg. 7, 8), 402 (fig. 1), 407 (fig. 1), 408 (figg. 2, 3), 409 (figg. 4, 5, 6), 410 (fig. 7), 411 (figg. 8, 9, 10), 413 (fig. 11), 414 (figg. 12a, 12b), 415 (fig. 13), 417 (figg, 14, 15, 16, 17), 418 (figg. 18, 19), 421, 423 (fig. 1), 432 (fig. 12), 434 (figg. 14a, 14b), 435 (figg. 16a, 16b, 16c), 438 (figg. 1a, 1b), 442, 487 (fig. 7), 490 (fig. 15), 497 (fig. 1), 498 (fig. 1), 512 (fig. 7), 522 (figg. 3a, 3b). Chimica Omnia, Ecos (rivista Eni), genius, Leybold, nasa, E.S.A., Research (rivista Bayer), IBM, hochst Oggi, AgipReview, Perkin Elmer, Laboratorio 2000, Enel, Basf, Archivio Atlas. Franco Valoti per le rimanenti foto di laboratorio e dei modelli molecolari. Per eventuali e comunque non volute omissioni o per gli aventi diritto tutelati dalla legge, l Editore dichiara la propria disponibilità. Le illustrazioni o riproduzioni di prodotti commerciali utilizzate in questo libro hanno un valore esclusivamente didattico. L Editore si impegna a mantenere invariato il contenuto di questo volume, secondo le norme vigenti. Il presente volume è conforme alle disposizioni ministeriali in merito alle caratteristiche tecniche e tecnologiche dei libri di testo. Ogni riproduzione del presente volume è vietata. Le fotocopie per uso personale del lettore possono essere effettuate nei limiti del 15% di ciascun volume/fascicolo di periodico dietro pagamento alla SIAE del compenso previsto dall art. 68, commi 4 e 5, della legge 22 aprile 1941 n Le fotocopie effettuate per finalità di carattere professionale, economico o commerciale o comunque per uso diverso da quello personale possono essere effettuate a seguito di specifica autorizzazione rilasciata da CLEARedi, Centro Licenze e Autorizzazioni per le Riproduzioni Editoriali, Corso di Porta Romana 108, Milano, autorizzazioni@clearedi.org e sito web Istituto Italiano Edizioni Atlas Via Crescenzi, Bergamo Tel. 035/ Fax 035/ II

4 Presentazione Studiare chimica è una proposta editoriale mista, composta di un testo cartaceo e di materiali digitali integrativi on line. Del volume esiste anche la versione multimediale, su piattaforma dedicata, con espansioni multimediali. L elenco dei materiali integrativi on line e delle espansioni multimediali è riportato alla pagina VI. studiare ChimiCA: linee generali Il testo Studiare chimica, oltre a proporre i concetti di base della disciplina, fornisce, attraverso l acquisizione del ragionamento scientifico, gli elementi necessari a promuovere lo spirito critico, la comprensione dei contenuti proposti e le competenze, cioè il saper applicare le conoscenze a situazioni concrete. I contenuti di Studiare chimica fanno sempre riferimento all aspetto macroscopico dei fenomeni; inoltre, per fornire un modello interpretativo dei fenomeni chimici si è fatto ricorso al modello particellare della materia. Ciò costituisce lo spunto per porsi domande e per avvicinarsi ad un corretto metodo di indagine (sperimentale induttivo). L opera, essenziale e completa, si presenta con un linguaggio semplice e chiaro per facilitare l apprendimento dei concetti sviluppati. un ricco apparato iconografico, all interno del quale spiccano le numerose fotografie di esperienze di laboratorio, conferisce ai contenuti una parte di concretezza e trasmette agli studenti il carattere sperimentale della chimica. Struttura dell opera In ogni Capitolo la teoria è accompagnata da: problemi svolti con strategia esercizi di autoverifica guida allo studio verifiche di apprendimento esercizi di competenza Il testo, inoltre, è arricchito da: attività di laboratorio schede di approfondimento mappe concettuali tabelle, grafici e diagrammi glossario/glossary applying concepts esercizi in lingua inglese Coerentemente con la parte sperimentale presente nel testo, viene proposto un manuale on line LAboRAtoRio di ChimiCA dello stesso autore, per potenziare con nuove esperienze di facile realizzazione le conoscenze e le abilità degli studenti. Tutte le esperienze vanno realizzate con le dovute precauzioni e alla presenza dell Insegnante. Per i docenti è disponibile la GuidA didattica in formato cartaceo e, anche, in versione on-line scaricabile dal sito dell ATLAS nell area riservata ai docenti, a cui possono accedere con una password. Paolo Pistarà Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas III

5 Struttura del corso I PROTAGONISTI DELLA CHIMICA permettono di ripercorrere la storia della chimica GUIDA ALLO STUDIO i quesiti proposti sono una guida alla comprensione dei concetti sviluppati COMPETENZE articolate per ogni Capitolo PROBLEMI SVOLTI con STRATEGIA per acquisire un metodo di risoluzione dei problemi AUTOVERIFICHE per un controllo immediato della comprensione dei concetti acquisiti MATERIALI ON LINE Le MAPPE CONCETTUALI per la comprensione delle relazioni tra i concetti chiave di uno o più capitoli Le numerose FOTOGRAFIE conferiscono alle reazioni chimiche una realtà visiva Le ILLUSTRAZIONI aiutano lo studente ad acquisire concetti complessi Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

6 L ATTIVITÀ DI LABORATORIO si presenta come un mezzo insostituibile per imparare ad eseguire una indagine scientifica Gli APPROFONDIMENTI accompagnano, come ulteriori materiali di studio, alcuni argomenti fondamentali ESERCIZI per accertare le conoscenze e le abilità acquisite ESERCIZI in lingua inglese Gli esercizi di COMPETENZA DI FINE CAPITOLO sviluppano le capacità di utilizzare in modo funzionale le conoscenze e le abilità GLOSSARY - APPLYING CONCEPTS, due rubriche in lingua inglese, rafforzano le conoscenze linguistiche degli studenti Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

7 Il libro sul web materiali integrativi ON LiNe A completamento del corso base, sono disponibili materiali integrativi sulla libreria web accessibile mediante un collegamento diretto dalla home page del sito dell Atlas (www. edatlas.it): Laboratorio di chimica approfondimenti Lezioni in PowerPoint test di accesso alle facoltà universitarie test rissuntivi per il potenziamento Versione multimediale per computer, tablet e Lim La versione digitale dell opera disponibile su piattaforma dedicata è arricchita da queste espansioni multimediali: Video animazioni Video di laboratorio materiali interattivi multimediali test di verifica interattivi audio in lingua inglese del glossario Per i docenti è disponibile la GuidA didattica sia in formato cartaceo che in versione on-line scaricabile dal sito dell ATLAS nell area riservata ai docenti, a cui possono accedere con una password. VI Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

8 Prove di ammissione L accesso ad alcune facoltà universitarie avviene mediante una prova di ammissione, resa obbligatoria dal miur (Ministero dell Istruzione dell Università e della Ricerca): I test di ammissione riguardano i corsi di laurea in: medicina e chirurgia, odontoiatria e protesi dentaria, medicina veterinaria, professioni sanitarie e architettura. In questa pagina vengono riportati alcuni esempi di test relativi alla chimica, tratti da quelli già proposti nel sito del MIuR. una versione più completa delle prove di ammissione, che fa riferimento a tutti i capitoli di Studiare chimica, è usufruibile mediante un collegamento diretto alla home page del sito dell ATLAS ( capitolo 5 la MolE 16. La massa molecolare dell acqua è pari a 18 u.m.a. Perciò in 1 litro di acqua sono contenute: a 55,5 mol di acqua B 1,8 x 10 3 mol di acqua c 100 mol di acqua d 22,4 mol di acqua e 1,8 x 10 3 mol di acqua (MEdicina E chirurgia 2007) capitolo 15 l ENERGia DEllE REaZioNi chimiche 7. una reazione è sicuramente spontanea se: a B c d e è esotermica è endotermica la variazione di energia libera ad essa connessa è negativa la variazione di energia libera ad essa connessa è positiva la variazione di entropia ad essa connessa è positiva (odontoiatria E ProtEsi dentaria 2000) capitolo 6-6a Gli ElEttRoNi NEll atomo 4. in base al modello atomico di Bohr, quando un elettrone passa da uno stato fondamentale ad uno stato eccitato, l atomo: a B c d e emette una radiazione luminosa emette energia acquista energia si raffredda perde un protone (MEdicina E chirurgia 2005) capitolo 18 acidi E BaSi 26. se la soluzione acquosa 0,1 m di una sostanza ha un ph uguale 4,5 la sostanza in soluzione è: a B c d e un acido forte un acido debole una sostanza neutra una base di lewis una base debole (MEdicina VEtErinaria 1997) capitolo 10 classificazione E NoMENclatURa DEi composti chimici 18. il nome ufficiale del composto al 2 O 3 è: a B c d e diossido di trialluminio sesquiossido di alluminio triossido di dialluminio ossido di alluminio anidride alluminica (MEdicina VEtErinaria 2000) capitolo 22 chimica organica: alcani, alcheni, alchini 3. si definiscono isomeri, composti a che hanno la stessa formula molecolare e diversa disposizione nello spazio B con diversa formula molecolare ma stessa disposizione nello spazio c che appartengono alla stessa serie omologa d che hanno gli stessi punti di fusione e che non appartengono alla stessa serie omologa (MEdicina E chirurgia 2008) capitolo 11 le REaZioNi chimiche 3. un certo elemento forma un ossido che, quando è sciolto in acqua, forma una soluzione acida. Quale, tra le seguenti, è la deduzione piùragionevole? a B c d e metallo elemento di transizione elemento che appartiene al gruppo degli elementi alcalini non metallo gas nobile (odontoiatria E ProtEsi dentaria 2008) capitolo 26 BioMolEcolE 14. L elettroforesi è un processo per la separazione di un composto sulla base: a del loro momento magnetico B della loro massa c della loro densità d delle loro cariche elettriche e della loro elettronegatività (odontoiatria E ProtEsi dentaria 2006) Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas VII

9 Indice generale materiali on line Capitolo 1 misure e calcoli 1 1. Che cos è la chimica 2 2. La misura in chimica 3 3. La notazione scientifica (o esponenziale) 5 4. La massa 6 5. Il volume 7 6. Incertezza di una misura e cifre significative 8 7. La densità La pressione L energia La temperatura Il calore Precisione e accuratezza 19 Laboratorio Esperienza 1. densità dei solidi 21 VERifiChE 23 VERifiChE di ComPEtEnzA 27 Approfondimenti il metodo scientifico discussioni sul metodo: Aristotelismo poco illuminato le nuove prospettive e i compiti della chimica Alcune tappe fondamentali della chimica test di Accesso Alle facoltà universitarie lezioni in power point Laboratorio di chimica Capitolo 2 Le trasformazioni fisiche della materia La materia e il modello particellare Le sostanze pure Miscele La concentrazione di una soluzione La solubilità e le soluzioni sature I passaggi di stato La separazione delle miscele in sostanze pure 43 Laboratorio Esperienza 1. distillazione dell acqua potabile 47 Esperienza 2. Separazione dei componenti di una miscela eterogenea 48 VERifiChE 49 VERifiChE di ComPEtEnzA 51 Approfondimenti il quarto stato della materia: il plasma Gli elettrofiltri preparazione industriale dell ossigeno: distillazione dell AriA liquida test di Accesso Alle facoltà universitarie lezioni in power point Laboratorio di chimica Capitolo 3 Le trasformazioni chimiche della materia Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche Elementi e composti 54 mappa concettuale La materia La tavola periodica: qualche anticipazione La teoria atomica Atomi e molecole Modelli molecolari e formule chimiche Miscele e composti Le prove chimiche della teoria atomica Legge dei volumi di combinazione Legge di Avogadro Introduzione alle reazioni chimiche 66 Approfondimento Cannizzaro e la legge di Avogadro 68 Laboratorio Esperienza 1. conservazione della massa 69 VERifiChE 71 VERifiChE di ComPEtEnzA 74 Glossario/Glossary 75 applying concepts 76 Approfondimenti tavola degli elementi cronologia della scoperta di Alcuni elementi chimici Breve storia della scoperta degli elementi chimici test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: La materia e Le sue trasformazioni lezioni in power point Laboratorio di chimica Capitolo 4 La struttura dell atomo La carica elettrica Le particelle subatomiche 79 Approfondimento Elettroni e protoni Il modello atomico di Rutherford 80 mappa concettuale atomo numero atomico e numero di massa Isotopi Massa degli atomi individuali Massa atomica di un elemento Massa molecolare 86 Approfondimenti nuclei instabili e decadimento radioattivo 87 Lo spettrometro di massa 88 Il microscopio a scansione a effetto tunnel (STM) 89 VERifiChE 90 VERifiChE di ComPEtEnzA 92 Approfondimenti l idea dell elettrone come componente universale della materia le masse degli Atomi e delle molecole determinazione delle masse Atomiche energia nucleare scorie radioattive e tempo di dimezzamento test di Accesso Alle facoltà universitarie Capitolo 5 La mole La mole: unità di quantità di sostanza La massa molare Volume molare di un gas 98 mappa concettuale La mole Composizione percentuale di un composto Formula empirica e formula molecolare Concentrazione molare di una soluzione 102 Laboratorio Esperienza 1. Preparazione di una soluzione a concentrazione molare nota 103 VIII Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

10 indice GEnERALE VERifiChE 104 VERifiChE di ComPEtEnzA 107 test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 6 Gli elettroni nell atomo La luce come onda Effetto fotoelettrico: natura corpuscolare della luce I limiti del modello atomico di Rutherford gli spettri di emissione a righe degli atomi Il modello di Bohr dell atomo d idrogeno Energia di ionizzazione Energie di ionizzazione superiori alla 1 a Il modello atomico a strati 120 Capitolo 6a il modello atomico a orbitali Limiti del modello di Bohr gli elettroni come onde Principio di indeterminazione di heisenberg L equazione d onda di Schrödinger e l orbitale atomico numeri quantici Le energie degli orbitali atomici L ordine di riempimento degli orbitali 131 TABELLA 1. Ordine di riempimento degli orbitali in funzione del numero atomico 135 TABELLA 2. Configurazioni elettroniche degli atomi 136 Laboratorio Esperienza 1. riconoscimento dei metalli alcalini con il saggio alla fiamma 137 VERifiChE 139 VERifiChE di ComPEtEnzA 144 Approfondimenti la microscopia elettronica: un viaggio nell incredibilmente piccolo test di Accesso Alle facoltà universitarie Capitolo 7 il sistema periodico degli elementi La tavola periodica di Mendeleev La tavola periodica moderna Proprietà periodiche degli elementi I gruppi della tavola periodica I periodi 155 VERifiChE 156 VERifiChE di ComPEtEnzA 159 test di Accesso Alle facoltà universitarie tavola periodica degli elementi Capitolo 8 i legami chimici Legami chimici I simboli di Lewis Il legame covalente Il legame covalente polare L elettronegatività Caratteristiche del legame covalente Il legame covalente dativo Eccezioni alla regola dell ottetto Strutture di risonanza Il legame ionico e i composti ionici gli ioni poliatomici Il legame metallico Linee guida per scrivere le strutture di Lewis 174 Approfondimento La teoria del legame di valenza 176 VERifiChE 178 VERifiChE di ComPEtEnzA 180 test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 9 La forma delle molecole e le forze intermolecolari La forma delle molecole: la teoria VSEPR Molecole polari e molecole non polari Le forze intermolecolari 188 VERifiChE 191 VERifiChE di ComPEtEnzA 193 Glossario/Glossary 194 applying concepts 195 test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: La struttura degli atomi e delle molecole Laboratorio di chimica Capitolo 10 Classificazione e nomenclatura dei composti chimici Valenza e numero di ossidazione Classificazione e nomenclatura I composti binari I composti ternari 205 mappa concettuale classificazione dei composti chimici 211 VERifiChE 213 VERifiChE di ComPEtEnzA 217 test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 11 Le reazioni chimiche Le reazioni e le equazioni chimiche Come si classificano le reazioni chimiche 222 Approfondimento Le reazioni di preparazione dei composti chimici Solubilità di composti ionici in acqua 228 Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas IX

11 indice GEnERALE 4. Dissociazione ionica Equazioni ioniche nette 229 Laboratorio test di identificazione di alcuni ioni 231 VERifiChE 236 VERifiChE di ComPEtEnzA 238 Approfondimenti l Acido solforico, il più importante composto chimico test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 12 La stechiometria Calcoli stechiometrici Reagente limitante Resa percentuale 245 VERifiChE 247 VERifiChE di ComPEtEnzA 249 Glossario/Glossary 250 applying concepts 251 Approfondimenti Air BAGs test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: le formule dei composti e le reazioni chimiche Laboratorio di chimica Capitolo 13 i gas, i liquidi e i solidi La teoria cinetica-molecolare La pressione dei gas Legge di Boyle: relazione tra pressione e volume Legge di Charles:relazione tra temperatura e volume Equazione di un gas ideale Legge di gay-lussac: relazione tra temperatura e pressione Legge di Dalton delle pressioni parziali Diffusione dei gas: legge di graham Lo stato liquido Lo stato solido 269 VERifiChE 272 VERifiChE di ComPEtEnzA 274 Approfondimenti deviazione dei GAs dal comportamento ideale: la liquefazione estrazione della caffeina dal caffè i cristalli liquidi test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 14 Le soluzioni Le soluzioni Solubilità e temperatura Dipendenza della solubilità dalla natura del soluto e del solvente Fattori che influenzano la solubilità dei gas: pressione e temperatura Concentrazione molare (M) Diluizione di soluzioni a molarità nota Stechiometria delle reazioni in soluzione Frazione molare Molalità di una soluzione (m) Le proprietà colligative Proprietà colligative di soluzioni contenenti ioni Osmosi e pressione osmotica Colloidi 294 Laboratorio Esperienza 1. Preparazione di una soluzione a concentrazione molale nota 295 Esperienza 2. determinazione della temperatura di congelamento di una soluzione 296 VERifiChE 297 VERifiChE di ComPEtEnzA 300 Glossario/Glossary 301 applying concepts 302 Approfondimenti embolia Addolcimento delle Acque test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: Gli stati della materia Laboratorio di chimica Capitolo 15 L energia delle reazioni chimiche L energia delle reazioni chimiche Misura del calore di reazione Entalpia e variazione di entalpia Legge di hess: proprietà dell entalpia Entalpia standard di formazione di un composto Energia di legame ed entalpia di reazione L entropia Spontaneità di un processo 314 tabella 2. Spontaneità di una reazione in funzione di Δh e Δs 316 mappa concettuale L energia delle reazioni chimiche 317 tabella 3. Valori di Δh f, s, ΔG f di alcune sostanze a 25 C e 1 bar 318 Laboratorio Esperienza 1. il calore delle reazioni acido-base 319 VERifiChE 321 VERifiChE di ComPEtEnzA 323 Approfondimenti entropia e strutture dissipative effetti termici che AccompAGnAno la dissoluzione di composti solidi ionici test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 16 La velocità delle reazioni chimiche La velocità delle reazioni chimiche Espressione della velocità di reazione Teoria delle collisioni Teoria dello stato di transizione (o del complesso attivato) Fattori che influenzano la velocità di reazione Legge della velocità di reazione Cinetica e meccanismo di reazione 337 mappa concettuale La velocità delle reazioni chimiche 338 Laboratorio Esperienza 1. influenza della concentrazione 339 X Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

12 indice GEnERALE Esperienza 2. influenza della temperatura 340 Esperienza 3. azione del catalizzatore 341 Esperienza 4. Natura dei reagenti 341 VERifiChE 342 VERifiChE di ComPEtEnzA 344 Approfondimenti la marmitta catalitica test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 17 L equilibrio chimico Reazioni complete e reazioni reversibili L equilibrio tra n 2 O 4 ed no Costante di equilibrio Fattori che influenzano l equilibrio: il principio di Le Châtelier Equilibrio eterogeneo 355 mappa concettuale L equilibrio chimico Equilibri di solubilità di composti ionici: costante del prodotto di solubilità Effetto dello ione in comune sulla solubilità Reazioni di precipitazione 359 Laboratorio Esperienza 1. influenza della temperatura sull equilibrio chimico 360 Esperienza 2. influenza della concentrazione sull equilibrio chimico 361 VERifiChE 362 VERifiChE di ComPEtEnzA 365 Approfondimenti spiegazione matematica del principio di le châtelier le Acque dure e il fenomeno carsico lo smog test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 18 Acidi e basi Acidi e basi La teoria di Arrhenius degli acidi e delle basi La teoria di Brönsted e Lowry degli acidi e delle basi La teoria di Lewis degli acidi e delle basi La ionizzazione dell acqua Il ph gli indicatori Determinazione sperimentale del ph La forza degli acidi e delle basi Acidi monoprotici e acidi poliprotici Composti anfoteri 384 mappa concettuale Gli acidi e le basi 384 VERifiChE 385 VERifiChE di ComPEtEnzA 387 Approfondimenti le piogge Acide test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 19 Le reazioni tra acidi e basi Idrolisi dei sali Le soluzioni tampone Le reazioni di neutralizzazione La titolazione acido-base La normalità (n) 399 mappa concettuale Le reazioni tra acidi e basi 401 Laboratorio Esperienza 1. titolazione di una soluzione di NaOh a concentrazione incognita 402 VERifiChE 403 VERifiChE di ComPEtEnzA 405 Approfondimenti il ph dell AcquA delle piscine test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 20 Le reazioni di ossido-riduzione Reazioni di ossido-riduzione numeri di ossidazione 408 tabella 1. Numeri di ossidazione degli elementi allo stato combinato Reazioni di ossido-riduzione in soluzione Come riconoscere le reazioni di ossido-riduzione Bilanciamento delle reazioni redox: metodo del numero di ossidazione Bilanciamento delle reazioni redox: metodo delle semireazioni (o metodo ione-elettrone) Reazioni di disproporzione (o di dismutazione) Calcoli nelle reazioni redox con gli equivalenti Reattività degli elementi: competizione per gli elettroni 417 mappa concettuale Le reazioni di ossido-riduzione 418 VERifiChE 419 VERifiChE di ComPEtEnzA 421 Approfondimenti la metallurgia la siderurgia mappa concettuale: ossidazione e riduzione test di Accesso Alle facoltà universitarie Laboratorio di chimica Capitolo 21 Elettrochimica L elettrochimica e i suoi processi Celle galvaniche o pile Potenziale standard di una semicella La scala dei potenziali standard di riduzione 428 tabella 1. Potenziali standard di riduzione (25 C) La corrosione Elettrolisi Elettrodeposizione Studio quantitativo sull elettrolisi 436 Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas XI

13 indice GEnERALE Laboratorio Esperienza 1. misura pratica del potenziale standard di una semicella Fe 3+ /Fe Esperienza 2. elettrolisi di Ki in soluzione acquosa 438 VERifiChE 440 VERifiChE di ComPEtEnzA 442 Glossario/Glossary 443 applying concepts 444 Approfondimenti la pila di volta BAtterie e cella A combustibile ApplicAzioni industriali dell elettrolisi mappa concettuale: celle elettrochimiche test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: il controllo delle reazioni chimiche Laboratorio di chimica Capitolo 22 Chimica organica: alcani, alcheni, alchini La chimica organica è la chimica del carbonio gli idrocarburi gli alcani La nomenclatura dei gruppi alchilici Isomeria di struttura La nomenclatura degli alcani Isomeria conformazionale Proprietà fisiche degli alcani Le reazioni chimiche degli alcani Impiego e diffusione degli alcani I cicloalcani gli alcheni Isomeria geometrica cis-trans 459 mappa concettuale Gli isomeri Proprietà e usi degli alcheni I dieni: butadiene gli alchini 462 Approfondimento Orbitali ibridi 464 VERifiChE 467 VERifiChE di ComPEtEnzA 469 test di Accesso Alle facoltà universitarie Capitolo 23 Composti aromatici Composti aromatici Struttura e legami del benzene nomenclatura dei composti aromatici Proprietà fisiche e usi degli idrocarburi aromatici Proprietà chimiche degli idrocarburi aromatici 475 Approfondimento Modello a orbitali del benzene 476 VERifiChE 477 VERifiChE di ComPEtEnzA 478 Approfondimenti il petrolio e i suoi derivati i motori A combustione interna test di Accesso Alle facoltà universitarie Capitolo 24 i gruppi funzionali I gruppi funzionali Alogenuri alchilici Proprietà fisiche e usi degli alogenuri alchilici Proprietà chimiche degli alogenuri alchilici Alcoli Proprietà fisiche degli alcoli Proprietà chimiche degli alcoli gli alcoli più importanti Fenoli Eteri Aldeidi e chetoni Proprietà fisiche delle aldeidi e dei chetoni Proprietà chimiche delle aldeidi e dei chetoni 495 Laboratorio Esperienza 1. riconoscimento delle aldeidi con il reattivo di Fehling 497 Esperienza 2. riconoscimento delle aldeidi con il reattivo di tollens 498 VERifiChE 499 VERifiChE di ComPEtEnzA 501 mappa concettuale: derivati dell etilene e del propilene test di Accesso Alle facoltà universitarie laboratorio di chimica Capitolo 25 i gruppi funzionali Acidi carbossilici Proprietà fisiche degli acidi carbossilici Proprietà chimiche degli acidi carbossilici I derivati degli acidi carbossilici Il sapone e i detergenti Ammine I composti eterociclici Polimeri 513 Approfondimento Preparazione dei polimeri 514 VERifiChE 517 VERifiChE di ComPEtEnzA 519 Approfondimenti il segreto del ragno di primo levi test di Accesso Alle facoltà universitarie laboratorio di chimica Capitolo 26 Le biomolecole Le biomolecole Le sostanze otticamente attive Isomeria ottica Carboidrati Monosaccaridi Disaccaridi Polisaccaridi Amminoacidi Le proteine Acidi nucleici e nucleotidi La struttura del DnA Il codice genetico La sintesi proteica gli enzimi Le vitamine I lipidi glicerofosfolipidi (o fosfolipidi) gli steroidi 551 VERifiChE 554 VERifiChE di ComPEtEnzA 556 Glossary 557 applying concepts 557 Approfondimenti steroidi AnABolizzAnti e AtleticA test di Accesso Alle facoltà universitarie test riassuntivi per il potenziamento: la chimica organica laboratorio di chimica TAVOLE FInALI InDICE AnALITICO A1-A2-A3-A4 A5 XII Paolo Pistarà, studiare chimica istituto italiano Edizioni atlas

14 misure e CALCoLI Le misure e i calcoli sono fondamentali in chimica Competenze Utilizzare le unità di base del SI e le unità derivate. Trasformare un numero decimale in notazione scientifica. Saper utilizzare una calcolatrice scientifica. Applicare la convenzione delle cifre significative per esprimere l incertezza di una misura. Eseguire calcoli di valori sperimentali con il corretto numero di cifre significative. Eseguire calcoli sulla densità. Rappresentare graficamente il rapporto tra la massa e il volume di un corpo. Eseguire calcoli utilizzando il concetto di energia e di calore specifico. Distinguere tra accuratezza e precisione di una misura. Saper calcolare l errore percentuale di una misura sperimentale. Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

15 1 Che cos è la chimica 1. Applicazione dell informatica alla chimica. Il computer aiuta i ricercatori a costruire nuove molecole. La chimica è la scienza che studia le proprietà della materia e le sue trasformazioni. Per comprendere una trasformazione è necessario conoscere la composizione e la struttura di ciò che cambia. Pertanto la chimica si interessa delle particelle costitutive della materia, le molecole e gli atomi. Poiché tutto ciò che ci circonda è costituito di materia, possiamo affermare che la chimica entra in tutte le cose e, quindi, non è solo quello che si fa nei laboratori. Ne sono una conferma le complesse reazioni chimiche che si verificano nella fotosintesi clorofilliana, nei processi fermentativi e nell azione degli enzimi a livello biologico. Per il suo ampio campo di azione, la chimica interagisce con una varietà di discipline per cui è definita scienza centrale. Oggi è interessante il lavoro con i biologi nello studio dei geni e dei virus, il cui risultato è lo sviluppo di una scienza interdisciplinare, la biologia molecolare (figura 1). In geologia la chimica spiega la natura e la composizione delle rocce e i processi ad esse collegati, come ad esempio il fenomeno carsico. Inoltre conoscenze di base di chimica sono necessarie in medicina, in fisica e in altre scienze applicate. 1 2 La chimica è anche alla base di molte moderne tecnologie, come la produzione dei chip e dei cristalli liquidi per i computer, delle fibre ottiche per la telefonia e la trasmissione di dati a distanza. Fornisce i pannelli solari, le fibre di sintesi e molti dei componenti dell industria automobilistica. La ricerca chimica contribuisce, in campo farmaceutico, alla sintesi di nuove molecole che si dimostrano sempre più efficaci nella cura delle malattie (figura 2). Essendo una scienza sperimentale, la chimica si avvale dell analisi dei dati chimici e strumentali, per cui è importante che le misure siano accurate e precise per dare una interpretazione corretta dei fatti sperimentali in esame. 2. Prodotti farmaceutici Materiali on line 2 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

16 3 3. Bilancia tecnica monopiatto a 2 decimali con capsula di porcellana. 2 La misura in chimica Quando si esegue una misura si confronta la grandezza fisica da misurare (lunghezza, massa, volume, temperatura) con un altra grandezza della stessa specie assunta come unità di misura di base. Dire che la lunghezza di una stanza è 5 metri sta a significare che è cinque volte il metro, l unità di misura di base della lunghezza. In chimica tutte le misure sperimentali consistono di un numero e di una unità di misura; ad esempio, in figura 3 la massa della capsula di porcellana è 20,93 g. L unità di misura indica quale scala (o standard) è 20,93 g usata per rappresentare un risultato sperimentale. Nel 1960 è stato adottato in campo scientifico il Sistema internazionale di Unità di misura. Le unità UNITÀ di questo sistema sono chiamate unità Si. NUMERO In Tabella 1 sono riportate le sette unità di misura di base del SI. TABELLA 1. LE SETTE UNITÀ DI MISURA DI BASE DEL SI Grandezza fisica nome dell Unità di misura simbolo dell Unità di misura Massa kilogrammo kg Lunghezza Metro m Tempo Secondo s Temperatura Kelvin K Quantità di sostanza Mole mol Corrente elettrica Ampère A Intensità luminosa Candela cd Unità derivate Non tutte le grandezze fisiche possono essere misurate con le sette unità di base. Per esempio, l unità SI della velocità è metri al secondo (simbolo m/s). Quindi l unità di velocità include due unità SI, il metro e il secondo. Le unità che sono definite dalla combinazione delle unità di base prendono il nome di unità derivate. TABELLA 1BIS. ESEMPI DI GRANDEZZE DERIVATE DEL SI Grandezze derivate Unità di misura simbolo e definizione Guida allo studio Forza newton N; kg. m/s 2 Pressione pascal Pa; N/m 2 Energia joule J; kg. m 2 / s 2 Volume metro cubo m 3 Densità kilogrammo al metro cubo kg/m 3 Che cosa significa eseguire la misura di una grandezza fisica? Qual è il significato di SI? Indica alcuni prefissi usati per grandezze superiori o inferiori a quelle di base. Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas Prefissi usati con le unità SI Le unità di base si presentano troppo grandi o troppo piccole per alcune misure, per cui possono essere modificate mediante dei prefissi, come in Tabella 2 nella pagina seguente. 3

17 TABELLA 2. PREFISSI USATI CON LE UNITÀ SI E NEL SISTEMA METRICO Prefisso simbolo significato esempio Multipli Sottomultipli Tera- T terametro (Tm) = 1 X m Giga- G gigametro (Gm) = 1 X 10 9 m Mega- M megametro (Mm) = 1 X 10 6 m Kilo- k kilometro (km) = 1 X 10 3 m Deci- d decimetro (dm) = 1 X 10 1 m Centi- c centimetro (cm) = 1 X 10 2 m Milli- mm millimetro (mm) = 1 X 10 3 m Micro- μ micrometro (μm) = 1 X 10 6 m Nano- n nanometro (nm) = 1 X 10 9 m Pico- p picometro (pm) = 1 X m In questa tabella sono riportati i più comuni prefissi usati per il sistema metrico. Gli stessi prefissi sono utilizzati con tutte le unità di misura. Ad esempio, l unità di base il metro (m) è conveniente per esprimere l altezza di una persona. Per misurare notevoli distanze è invece più comodo un multiplo del metro come il kilometro (km) che corrisponde a 1000 m, cioè 1 x 10 3 m. Le dimensioni di piccoli insetti possono essere espresse in millimetri (1mm = un millesimo di metro, cioè 1 x 10 3 m). Per le dimensioni di virus e di batteri si usa il micrometro (μm) (1μm = = 1 x 10 6 m); per le molecole è usato il nanometro (nm) (1nm = 1 x 10 9 m), mentre per gli atomi, che sono molto piccoli, il picometro (1 pm = 1 x m). 4 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas Le misure in figura dal metro al nanometro rappresentano potenze di dieci. (Da ChemMatters). 4 Metro Micrometro 1 x 10 6 m Centimetro 1 x 10 2 m Millimetro 1 x 10 3 m Nanometro 1 x 10 9 m

18 Guida allo studio Come si esprime una misura sperimentale in notazione scientifica? Quali passaggi si devono seguire per convertire un numero decimale in notazione scientifica? 3 La notazione scientifica (o notazione esponenziale) I numeri ricavati con misure sperimentali sono spesso molto grandi o molto piccoli. Ad esempio, la distanza tra la Terra e la Luna è circa m, mentre il diametro di un virus è circa 0, m. Questi numeri sono scomodi da scrivere e poco pratici da leggere e, nello stesso tempo, è facile commettere errori quando si eseguono operazioni matematiche con numeri con molti zeri. Pertanto è stata introdotta un altra forma più sofisticata per scrivere i numeri: la notazione scientifica. In notazione scientifica i due numeri sono 3,85 x 10 8 m e 1,0 x 10 6 m. Un numero scritto in notazione scientifica è il prodotto di due fattori: a x 10 n Il fattore a è un numero decimale maggiore o uguale a 1 ma inferiore a 10, ed n è un numero intero. Quando si converte un numero in notazione scientifica, l esponente n corrisponde al numero di posti di cui è stata spostata la virgola per avere il numero in notazione scientifica. problema SVoLto 1 Converti in notazione scientifica i seguenti dati: a m b. 0,0036 km RISULTATO a = 1,556 x 10 4 m 5 Strategia Si sposta la virgola nel numero originale verso destra o verso sinistra. Si conta il numero di posti (n) di cui la virgola è stata spostata. Se la virgola è stata spostata verso sinistra, n è positivo. Se è stata spostata verso destra, n è negativo. Soluzione a La virgola è stata spostata di 4 posti verso sinistra Pertanto n è positivo e uguale a 4. Soluzione b. 0, La virgola è stata spostata di 3 posti verso destra. Pertanto n è negativo e uguale a 3 RISULTATO b. 0,0036 = 3,6 x 10 3 km Le calcolatrici Le calcolatrici ci permettono di risolvere calcoli con numeri in notazione scientifica. Per tale scopo, volendo ad esempio inserire nella calcolatrice un numero come 2,35 x 10 5 si opera nel seguente modo: si inserisce la cifra 2,35 si preme il tasto EXP o EE (o altro tasto simile) che inserisce x 10 della notazione scientifica si batte la cifra 5 battendo il tasto ± si inserisce il segno 5. Calcolatrice scientifica. AUtoVeRIFICA 1. Scrivi i seguenti numeri in notazione scientifica: a. 0,015 b c. 359 d e. 0, f g. 0, Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

19 6 4 La massa La massa di un corpo è una misura della quantità di materia di cui è costituito e viene determinata con una bilancia (figura 6). Nel sistema SI l unità di misura della massa è il kilogrammo (kg). Masse più piccole sono espresse in grammi (g) o milligrammi (mg). 1 kg = 1000 g 1 g = 1000 mg 6. Bilancia elettronica che misura la massa di un oggetto. Guida allo studio Esprimi la differenza tra massa e peso di un corpo. Nel SI qual è l unità di massa? Qual è l unità di peso? La massa non è il peso La massa è in relazione con il peso, ma non sono la stessa cosa. La massa di un oggetto non varia, cioè rimane sempre la stessa, ovunque l oggetto viene portato. Il peso dell oggetto, invece, risulta influenzato dal posto in cui si trova. Infatti, il peso è in relazione con l accelerazione di gravità, per cui assume a livello del mare un valore maggiore che in alta montagna. Nelle navicelle spaziali gli astronauti o gli oggetti galleggiano perché, trovandosi in un ambiente con una accelerazione di gravità inferiore rispetto a quella terrestre, hanno un peso inferiore, anche se la massa si mantiene costante (figura 7). Il peso è una forza (F) e nel SI si misura in Newton. Se l accelerazione di gravità (g) è di 9,8 m/s 2, ad un oggetto che ha la massa (m) di 1 kg corrisponde un peso di 9,8 newton (F=mx g). 7 problema SVoLto 2 Un oggetto ha una massa di 4,28 g. Esprimi questa massa in: a. kilogrammi b. milligrammi. Strategia a. L espressione che lega grammi a kilogrammi è: 1 kg = 1000 g La quantità data dal problema deve essere moltiplicata per un fattore di conversione. I possibili fattori di conversione sono: 1 kg 1000 g o 1000 g 1 kg Soluzione Per avere la risposta in kg, si esegue la seguente moltiplicazione: 4,28 g x 1 kg = 4,28 x 10 3 kg 1000 g Strategia b. L espressione che lega grammi a milligrammi è: 1 g = 1000 mg I possibili fattori di conversione sono: 1000 mg o 1 g 1 g 1000 mg Soluzione Per avere la risposta in mg, si esegue la seguente moltiplicazione: 1000 mg 4,28 g x = 4,28 x 10 3 mg 1 g 6 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

20 Guida allo studio Come viene definito il volume di un corpo? Quali sono le unità di volume adoperate nell uso comune e nel SI? 5 Il volume Il volume di un corpo è lo spazio che esso occupa. In laboratorio vengono adoperati diversi recipienti di misura di volume: il matraccio, la buretta, il cilindro, la pipetta, e altri recipienti meno precisi come il becher e la beuta, che risultano tarati in unità di volume (figura 8). 8. Vetreria. In primo piano: pipetta con rigonfiamento centrale a cui è stata applicata la propipetta, e pipetta graduata. matraccio picnometro buretta cilindro beuta propipetta becher 8 9 pipette 1 L = 1000 cm 3 1 ml = 1 cm 3 1 dl = 100 ml L unità di misura di volume nel SI è il metro cubo (simbolo m 3 ), cioè il volume di un cubo di 1 m di lato, che risulta troppo grande per gli usi ordinari di laboratorio. In chimica le unità di misura più adoperate sono il litro (l), una unità che non appartiene al sistema SI, e il millilitro (ml). Il litro è esattamente il volume di un cubo di 10 cm di lato (figura 9). 1 L = 10 cm x 10 cm x 10 cm = 1000 cm 3 (centimetri cubi) Un millilitro (1 ml) corrisponde a 1/1000 di litro, per cui 1 ml = 1 cm 3 AUtoVeRIFICA 2. Il volume di liquido contenuto in un cilindro è 12,7 ml. Qual è il suo volume in litri? [ R. 0,0127 L = 1,27 x 10 2 L] Poiché un cubo da 10 cm di lato (1 dm) definisce il volume di 1 L, si ha che 1 L è equivalente a un decimetro cubo: 1 L = 1 dm 3 Un altra conveniente unità di volume è il decilitro (dl) che è esattamente equivalente a 0,100 L o 100 ml. problema SVoLto 3 Il volume di un liquido contenuto in un cilindro è 0,7 L. Qual è il suo volume: a. in centimetri cubi (cm 3 ) b. in millilitri (ml) c. in decilitri (dl). Strategia Utilizza i fattori di conversione sui volumi. Soluzione a. 0,7 L x 1000 cm 3 = 700 cm 3 1 L b. Poiché 1 ml = 1 cm cm 3 = 700 ml 1 dl c. 700 ml x = 7 dl 100 ml Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

21 Guida allo studio A che cosa si deve l incertezza di una misura? Come si esprime l incertezza di una misura? A cosa corrispondono le cifre significative in una misura sperimentale? 6 Incertezza di una misura e cifre significative Ogni misura sperimentale comporta un qualche grado di incertezza che dipende dallo strumento adoperato e dall abilità dell operatore. Ad esempio, l incertezza nella misura della lunghezza di un metallo dipende dal dispositivo utilizzato. Supponiamo di eseguire la misura della lunghezza di un metallo utilizzando una scala graduata in centimetri (figura 10). 10 La lunghezza del metallo è compresa tra 6 e 7 cm: il valore stimato è 6,8 cm. La prima cifra è nota con certezza, mentre la seconda cifra si presenta incerta perché occorre giudicare ad occhio la frazione del centimetro. In campo scientifico, i valori misurati sono riportati in termini di cifre significative. Le cifre significative in una misura sperimentale corrispondono a tutte le cifre note con certezza più la cifra incerta. La misura della lunghezza del metallo in esame, eseguita con una scala graduata in centimetri, deve essere data con due cifre significative (6,8 cm). In figura 11 eseguiamo la misura della lunghezza dello stesso metallo con una scala graduata in decimi di centimetro. 11 La lunghezza del metallo è compresa tra 6,8 e 6,9 cm. In questo caso possiamo essere certi di due cifre, cioè 6 e 8. L incertezza riguarda la terza cifra perché occorre giudicare ad occhio la frazione di dieci della graduazione più piccola. La lunghezza del metallo può essere registrata come 6,85 cm, cioè con tre cifre significative. La misura della lunghezza del metallo eseguita con una scala graduata in decimi di centimetro presenta un maggior numero di cifre significative rispetto a quella eseguita con una scala graduata in centimetri e, quindi, una minore incertezza. I valori delle grandezze misurate sono riportati in modo da lasciare incerta solo l ultima cifra. REGOLE PER DETERMINARE LE CIFRE SIGNIFICATIVE a. Le cifre diverse da zero sono sempre significative 2,54 cm tre cifre significative b. Gli zeri a sinistra di cifre significative non sono significativi 0,0254 m tre cifre significative c. Gli zeri tra cifre diverse da zero sono significativi 4,06 g tre cifre significative d. Tutti gli zeri alla fine di un numero e a destra della virgola sono significativi 35,00 g quattro cifre significative e. Se un numero è scritto in notazione scientifica, il numero decimale ci indica il numero di cifre significative 2,4 x 10 2 m due cifre significative 8 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas

22 problema SVoLto 4 Assegna il numero di cifre significative a ciascuna delle seguenti misure sperimentali. a. Un campione di 0,0104 g di vitamina C. b. La distanza di 4,040 x 10 5 m tra due centri abitati. c. Il volume di un campione di acqua è 0,500 L. Strategia Applica le regole per determinare le cifre significative. Soluzione a. Il numero contiene tre cifre significative. Lo zero a sinistra di 1 e lo zero a sinistra della virgola non sono significativi. Invece lo zero rimanente, compreso tra l 1 e il 4, è significativo. b. Il numero contiene quattro cifre significative. Entrambi gli zeri in 4,040 sono significativi. Uno zero è significativo solo se è preceduto da una cifra diversa da zero. c. Il numero contiene tre cifre significative. Lo zero a sinistra di 5 non è significativo, mentre i due zeri dopo il cinque sono significativi. AUtoVeRIFICA 3. Assegna il numero di cifre significative a ciascuna delle seguenti misure sperimentali: a. 0,0200 m b. 2,05 x 10 2 L c. 34 g Arrotondamento Quando i risultati di calcoli che utilizzano numeri ricavati sperimentalmente possiedono più cifre di quelle significative si opera un arrotondamento. In questi casi si eliminano tutte le cifre che non hanno significato sperimentale e si arrotonda l ultima cifra significativa rispettando queste regole: Se la prima cifra che deve essere eliminata è cinque o un numero maggiore di cinque, si aumenta di uno l ultima cifra trattenuta. Ad esempio, il numero 1,863 arrotondato a due cifre significative è 1,9, poiché la prima cifra che deve essere scartata è 6. Se la prima cifra che deve essere eliminata è, invece, inferiore a cinque, l ultima cifra trattenuta non subisce variazioni. Ad esempio, il numero 1,8498 arrotondato a due cifre significative è 1,8, poiché la prima cifra che deve essere scartata è 4. Calcoli Nella moltiplicazione e nella divisione, il risultato deve avere lo stesso numero di cifre significative del termine che ne ha di meno tra quelle utilizzate nel calcolo. Eseguiamo il seguente prodotto: 1,5 x 4,52 = 6,78 si arrotonda a 6,8 due cifre tre cifre due cifre significative significative significative (limitante) La calcolatrice dà come risultato 6,78, cioè un numero con tre cifre significative. Poiché 1,5 ha solo due cifre significative, esso limita il risultato della moltiplicazione a due cifre significative. Così il prodotto è scritto in modo corretto come 6,8. Eseguiamo il seguente rapporto: tre cifre significative (limitante) 10,5 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas = 0, si arrotonda a 0,160 65,55 risultato tre cifre quattro cifre mostrato significative significative dalla calcolatrice 9

23 La calcolatrice dà come risultato 0, , cioè un numero con nove cifre significative. Ma 10,5 (con tre cifre significative) limita il risultato finale. Il risultato arrotondato deve avere tre cifre significative e, pertanto, il rapporto è 0,160. Una calcolatrice non dà il risultato con il corretto numero di cifre significative. Nelle operazioni di addizione e di sottrazione, il risultato deve essere riportato con un numero di cifre decimali uguale al termine che ne ha di meno. Eseguiamo l addizione dei seguenti valori sperimentali: 4,56 limitante (ha due cifre decimali) 2,4182 1,368 8,3462 si arrotonda a 8,35 Il risultato deve essere riportato come 8,35, cioè un numero con due cifre decimali, in quanto il primo termine 4,56 ha due cifre decimali. Il risultato finale è stato arrotondato. Eseguiamo l addizione dei seguenti valori sperimentali: 35 21,4 152,35 208,75 si arrotonda a 209 In questo caso 35 è limitante (non vi sono cifre decimali). Così il risultato non deve avere cifre decimali. Il risultato finale è stato arrotondato. AUtoVeRIFICA 4. Esegui le seguenti operazioni matematiche e riporta il risultato con il corretto numero di cifre significative. a. 2,15 x 0,0104 b.1,5 x 2,74 c , ,86 d. 89,5 2,41 [R. a. 0,02236 = 2,24 x 10 2 b. 4,1 c. 164 d. 37,1] 7 La densità I tre campioni di figura 12, costituiti da metalli differenti, possiedono lo stesso volume, ma non hanno la stessa massa. 12 Alluminio Ferro Oro 12. Tre campioni che presentano volumi uguali ma massa diversa. Quale campione ha il più alto rapporto tra la massa ed il volume? 15,8 g 45,9 g 112,5 g 10 Paolo Pistarà, STUDIARE chimica istituto italiano Edizioni atlas