Le trasformazioni della materia

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1 1 Le trasformazioni della materia 1. Gli stati fisici della materia Il mondo intorno a noi è formato da materia. Gli alberi, le case, gli animali, le automobili, l aria, l acqua sono forme diverse della materia. La materia ha proprietà caratteristiche. Per esempio, l acqua è liquida, è inodore e incolore. La chimica studia le proprietà della materia e i suoi cambiamenti, cioè le sue trasformazioni. Per fare questo i chimici osservano delle parti limitate di materia chiamate sistemi. Per esempio, per studiare le proprietà dell acqua si può usare un bicchiere d acqua, che è un sistema. Le proprietà che non dipendono dalla grandezza del sistema ma sono tipiche del materiale che si considera sono chiamate proprietà intensive. Invece le proprietà che dipendono dalla quantità di materia esaminata sono dette proprietà estensive, come per esempio la massa. Il colore è una proprietà intensiva. Il bicchiere di aranciata è un sistema. Ladensitàèuna proprietà intensiva. 2 Alcune forme della materia sono solide: per esempio il sale, lo zucchero, il vetro, il ghiaccio, il legno. Alcune forme della materia sono liquide come l acqua, il latte, l aranciata, il vino. Alcune forme della materia sono aeriformi (gas e vapori) come per esempio l aria e il gas degli accendini.

2 Le trasformazioni della materia 1 La materia dunque si può trovare in tre stati fsici, o stati di aggregazione, diversi: solido, liquido, aeriforme. Lo stato fisico di alcuni materiali Solidi Liquidi Aeriformi sale acqua aria zucchero latte vapore acqueo: acqua che bolle, acqua che evapora vetro: bicchieri, bottiglie, vetro delle finestre, lampadine metalli: pentole, posate, chiavi, tubi dell acqua, fili elettrici aceto aranciata gas per uso domestico vapori odorosi: profumo, fiori, erbe aromatiche ghiaccio vino anidride carbonica: spumante, bibite gassate, pasta lievitata legno: sedie, tavoli, finestre gas metano gas dei palloncini Ciascuno stato di aggregazione della materia ha le sue caratteristiche. Le proprietà caratteristiche dei tre stati di aggregazione della materia Solidi Liquidi Aeriformi Volume proprio proprio occupano tutto il volume disponibile Forma propria assumono la forma del recipiente assumono la forma del recipiente Densità alta media bassa Effetto della pressione non si comprimono (a pressioni basse) non si comprimono (a pressioni basse) si comprimono i concetti odore PROPRIETÀ LA MATERIA ha per esempio CARATTERISTICHE colore si può dividere in parti limitate stato fisico che può essere SISTEMI che sono solido liquido aeriforme osservati e studiati dai chimici 3

3 1 Le trasformazioni della materia i concetti LE PROPRIETÀ CARATTERISTICHE DELLA MATERIA sono ESTENSIVE INTENSIVE dipendono dalla quantità di materia esaminata per esempio non dipendono dalla quantità di materia analizzata e sono tipiche del materiale per esempio massa lunghezza volume densità temperatura di ebollizione indica quanto «pesa» un determinato volume (per esempio 1 cm³) del materiale unità di misura g/cm³ o nel Sistema Internazionale (SI) kg/m³ densità d = m V (rapporto tra massa e volume) l acqua pura alla pressione di 1 atmosfera bolle sempre a 100 C 2. I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei I sistemi possono essere omogenei o eterogenei. Quando tutte le parti di un sistema hanno le stesse proprietà intensive si dice che il sistema è formato da una sola fase. Un sistema formato da una fase sola è un sistema omogeneo. Un bicchiere di acqua è un sistema omogeneo. Se in un bicchiere d acqua versiamo alcuni cucchiai di olio si vede che i due liquidi non si mescolano. Il sistema non ha le stesse proprietà intensive in tutti i punti, cioè la materia di questo sistema non è più uniforme. In questo caso si dice che il sistema è formato da due fasi (acqua e olio). Un sistema formato da due o più fasi è un sistema eterogeneo. olio acqua 4

4 Le trasformazioni della materia 1 i concetti distinguibile UNA FASE è una parte del sistema che è omogenea delimitata con proprietà intensive identiche in ogni suo punto per esempio sistemi a una fase sistemi a due fasi sistemi a tre fasi bicchiere d acqua bicchiere di acqua e olio acqua, olio e sabbia bicchiere d olio bicchiere di acqua e benzina acqua, benzina e sabbia bicchiere di vino bicchiere di acqua e sabbia i concetti acqua olio OMOGENEI (UNA FASE) per esempio vino sale I SISTEMI sono aria acqua e olio ETEROGENEI (PIÙ FASI) per esempio acqua e ghiaccio un sasso (la maggioranza delle rocce) 5

5 1 Le trasformazioni della materia 3. Le sostanze pure e i miscugli La materia si può anche suddividere in due categorie: le sostanze pure e i miscugli. Sia le sostanze pure sia i miscugli possono essere a loro volta omogenei o eterogenei. Le sostanze pure Un sistema puro è formato da una singola sostanza che ha proprietà caratteristiche e una composizione costante. Un sistema formato da una sola sostanza pura può essere omogeneo oppure eterogeneo. L acqua distillata allo stato liquido è un esempio di sistema omogeneo. L acqua distillata è una sostanza pura perché è acqua al 100%. A 0 C l acqua distillata si trova in parte solida (ghiaccio) e in parte liquida; pertanto, l acqua distillata a 0 C è un sistema fisicamente eterogeneo perché ha due fasi. L acqua di rubinetto non è pura, perché contiene disciolte altre sostanze; infatti, se lasciamo evaporare l acqua potabile, troveremo nel contenitore un residuo bianco, costituito proprio da queste sostanze. I miscugli I sistemi formati da due o più sostanze sono i miscugli (o miscele). Anche i miscugli possono essere omogenei o eterogenei. Se prendiamo del sale da cucina e lo sciogliamo completamente in acqua, avremo un miscuglio omogeneo. Infatti i grani di sale non sono più visibili, neanche al microscopio. Tutte le zone del miscuglio hanno le stesse proprietà intensive (colore, densità ecc.), cioè il sistema ha una sola fase. Anche acqua e alcol formano un miscuglio omogeneo. I miscugli omogenei si chiamano soluzioni. 6 Le soluzioni non sono soltanto liquide, come acqua e sale oppure acqua e zucchero. Esistono anche soluzioni gassose: l aria che respiriamo, per esempio, è un miscuglio omogeneo di azoto, di ossigeno e di altri gas in percentuale minore. L acciaio, il bronzo e le altre leghe metalliche sono invece esempi di soluzioni solide. Il latte è un esempio di miscuglio eterogeneo. Apparentemente il suo aspetto è uniforme, però al microscopio si osservano minuscole goccioline di grasso, immerse in un liquido trasparente. Un miscuglio eterogeneo è costituito da due o più sostanze e ha almeno due fasi fisicamente distinguibili. A volte le differenti parti (fasi) sono visibili addirittura a occhio nudo, come nel caso dei minerali che costituiscono il granito.

6 I differenti aspetti dei miscugli eterogenei Le trasformazioni della materia 1 I miscugli eterogenei possono presentare aspetti diversi al variare dello stato di aggregazione dei costituenti. La schiuma è un miscuglio formato da un gas in un liquido. Un esempio è la panna montata. La nebbia elenubisono miscugli eterogenei formati da piccolissime goccioline d acqua disperse nell aria. Il fumo è un miscuglio eterogeneo di un solido (particelle finissime di carbone) in un gas (aria). L emulsione è un miscuglio eterogeneo tra due o più liquidi che non si mescolano, che si ottiene agitandoli energicamente. La maionese è un esempio di emulsione ottenuta agitando olio e tuorlo d uovo. i concetti LA MATERIA si può suddividire in SOSTANZE PURE che possono essere omogenee eterogenee una sola fase più fasi della stessa sostanza MISCUGLI che possono essere omogenei che possono essere solide liquide gassose (acciaio, leghe...) chiamati soluzioni (acqua salata, acqua e alcol...) (aria) eterogenei come schiuma nebbia fumo emulsione gas in un liquido (panna montata) liquido in un gas solido in un gas due o più liquidi immiscibili mescolati energicamente 7

7 1 Le trasformazioni della materia 4. I passaggi di stato Quando varia la temperatura o la pressione le sostanze e i materiali possono passare da uno stato fsico a un altro. Nella Figura sono riportati tutti i possibili passaggi di stato e le loro denominazioni. Lo schema dei passaggi di stato Il passaggio dallo stato gassoso (o aeriforme) a quello liquido si chiama condensazione. Per aumento di pressione, è detto liquefazione. I gas, togliendo calore, possono trasformarsi direttamente in solidi. Questo fenomeno si chiama brinamento. brinamento condensazione STATO GASSOSO temperatura crescente Riscaldando un liquido (per esempio l acqua) si ottiene un vapore (vapore d acqua). Il passaggio dallo stato liquido a quello di vapore si chiama evaporazione. evaporazione STATO LIQUIDO solidifcazione fusione STATO SOLIDO I liquidi raffreddati solidificano. Questo fenomeno si chiama solidificazione. sublimazione Alcune sostanze solide (per esempio la naftalina) si trasformano direttamente in vapore senza passare per lo stato liquido. Questo processo si chiama sublimazione. Riscaldando un solido (per esempio un cubetto di ghiaccio) esso passa allo stato liquido (acqua). Questo passaggio si chiama fusione. 8 La curva di riscaldamento di una sostanza pura Ogni sostanza pura ha una sua temperatura di fusione eunasuatemperatura di ebollizione. Queste due proprietà intensive si possono utilizzare per riconoscere le sostanze. Guardiamo come si trovano queste temperature per l acqua distillata. Poniamo nel freezer a 18 C un recipiente pieno d acqua distillata con immerso un termometro. Quando tutta l acqua è diventata ghiaccio togliamo dal freezer e lasciamo riscaldare a temperatura ambiente il recipiente contenente ghiaccio e termometro. Quando tutto il ghiaccio è fuso forniamo calore. Annotiamo le temperature che leggiamo. Riportando su un grafco le temperature in funzione del tempo, otteniamo la cosiddetta curva di riscaldamento.

8 Le trasformazioni della materia 1 La curva di riscaldamento dell acqua 1 La temperatura all inizio cresce in maniera regolare, passando da 18 C a 0 C (area grigia). 2 Quando il ghiaccio comincia a fondere la temperatura non aumenta. Questo periodo si chiama sosta termica e la temperatura a cui coesistono acqua e ghiaccio è la temperatura di fusione. 3 Terminata la fusione di tutto il ghiaccio, continuando a riscaldare, la temperatura ricomincia a salire con regolarità, fino a 100 C (area azzurra). t ( C) 100 D E A 18 1 B 2 C tempo 4 Raggiunti i 100 C (alla pressione di 1 atmosfera), ha inizio l ebollizione e si ha un altra sosta termica: anche se continuiamo a fornire calore, la temperatura non aumenta più (tratto D-E). 5 Una volta scomparso il liquido, la temperatura del vapore ricomincerà a salire in maniera regolare (area arancio). La Figura mostra le temperature di fusione e di ebollizione di tre sostanze (acqua, alcol, iodio). Ogni sostanza ha la sua caratteristica temperatura di fusione e di ebollizione. T ( C) T (K) Acqua T ( C) T (K) Alcol T ( C) T (K) Iodio ebollizione ebollizione ebollizione fusione fusione fusione 9

9 1 Le trasformazioni della materia Nell intervallo di temperatura da 0 C a 100 C l acqua evapora. Il vapore esercita una pressione chiamata tensione di vapore. Finché la tensione di vapore è inferiore alla pressione atmosferica, il vapore si forma solo sulla superfcie del liquido e si ha l evaporazione, che diventa via via maggiore ( A e B ). Quando la tensione di vapore diventa uguale alla pressione atmosferica, le bolle di vapore si formano in tutto il liquido e ha inizio l ebollizione ( C ). La temperatura a cui la tensione di vapore eguaglia la pressione esterna è detta temperatura di ebollizione. 0,5 A 0,1 1 atm evaporazione in superfcie 30 C 0,5 B 0,1 1 atm 70 C maggiore evaporazione in superfcie 0,5 C 0,1 1 atm 100 C ebollizione, evaporazione in tutto il liquido La temperatura di fusione e quella di ebollizione dipendono dalla pressione. Se la pressione esterna si abbassa, l acqua bolle a una temperatura inferiore ai 100 C ( A ); se, invece, si aumenta la pressione esterna, l acqua bolle a una temperatura superiore ai 100 C ( B ). 100 C > 100 C 100 C pistone < 100 C pompa A bassa pressione B alta pressione 10

10 La curva di raffreddamento di una sostanza pura Le trasformazioni della materia 1 Immaginiamo di raffreddare un recipiente pieno di vapore acqueo; se riportiamo in un grafco i valori della temperatura in funzione del tempo, otterremo una curva inversa a quella di riscaldamento. Questa curva si chiamerà curva di raffreddamento dell acqua. Tutte le sostanze pure che possono esistere come aeriformi, hanno curve di raffreddamento simili a questa, con temperature di condensazione e solidifcazione caratteristiche per ogni sostanza. La curva di raffreddamento dell acqua 1 Cominciando a raffreddare il vapore, la temperatura si abbasserà gradualmente (area arancio), fino a quando il vapore comincia a trasformarsi in liquido (condensazione). 2 La temperatura rimane costante a 100 C (alla pressione di 1 atmosfera) fino a che tutto il vapore si trasforma in liquido. Questa temperatura è la temperatura di condensazione del vapore acqueo. 3 Continuando il raffreddamento, la temperatura del liquido ricomincia a scendere con regolarità (area azzurra). 4 Il tratto D-E corrisponde aunanuovasosta termica: ha inizio la trasformazione del liquido in solido, e la temperatura rimane costante. Questa è la temperatura di solidificazione, che per l acqua è uguale a 0 C a 1 atmosfera di pressione. t ( C) A 1 B 2 C 3 D 4 E 5 5 Completata la solidificazione di tutto il liquido, la temperatura ricomincia a scendere (area grigia). tempo La filtrazione 5. I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze Separare i componenti di un miscuglio può essere un attività impegnativa, specialmente se si tratta dei componenti di miscugli omogenei. L operazione è più facile con i miscugli eterogenei. Per i miscugli eterogenei si usa la fltrazione, la decantazione, la centrifugazione e l estrazione; per i miscugli omogenei la cromatografa e la distillazione. Con l uso di opportuni filtri si possono separare particelle solide da miscugli liquidi e gassosi. Per i miscugli liquidi si usano filtri di carta assorbente arrotolati da cui il liquido scende per gravità verso il basso, lasciando sul filtro la parte solida (Figura). Con questa tecnica si separa, per esempio, la sabbia da un miscuglio eterogeneo acqua-sabbia. La filtrazione è impiegata anche per separare l acqua dai fanghi prodotti nella depurazione delle acque di scarico. carta da fltro 1. Piegare a metà la carta da fltro. 2. Piegare ancora a metà. 3. Arrotolare a cono e allargare la punta. 11

11 1 Le trasformazioni della materia La decantazione e la centrifugazione L estrazione Se un componente di un miscuglio è solubile in un dato liquido (solvente), esso viene sciolto da questo liquido e allontanato dal miscuglio. La preparazione di tè e caffè, per esempio, è legata all estrazione selettiva di alcuni componenti mediante acqua; il miscuglio eterogeneo ottenuto viene poi filtrato. I miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi, che hanno densità diverse, si possono separare per stratificazione, o decantazione, di uno sull altro. La centrifuga è un dispositivo che fornisce accelerazioni superiori a quella di gravità, consentendo una stratificazione più rapida. In biologia le centrifughe sono molto usate per separare i componenti delle cellule viventi. In laboratorio due liquidi immiscibili si separano con un imbuto separatore utilizzando un solvente. La cromatografia La cromatografia è simile alla semplice estrazione, ma molto più efficace. Il solvente, che si chiama fase mobile, trasporta i componenti del miscuglio attraverso una fase fissa. Nella cromatografia su strato sottile la fase fissa è formata da un sottile strato di materiale inerte fissata su una lamina di alluminio. La lamina si può ritagliare nelle dimensioni volute. Nella cromatografia su carta la separazione dei componenti di un miscuglio, deposto sulla lastra o sulla carta sotto forma di macchia, è provocata dalla fase mobile. Il solvente si muove attraverso la fase fissa; le diverse sostanze del miscuglio si muovono a velocità diverse e perciò si separano. 1. Prelevare il colore con una pipetta. 2. Deporre macchie di colore da 2-3 mm ben allineate e a 1 cm dal fondo. 3. Inserire la carta in un becher con poca acqua sul fondo; l acqua deve rimanere al di sotto della linea di partenza. Far scorrere il solvente per 15 minuti. linea di partenza carta cromatografca 12

12 Le trasformazioni della materia 1 La distillazione La distillazione serve per la purificazione dei liquidi e si basa sulla diversa tendenza a evaporare (volatilità) dei componenti delle miscele liquide. La distillazione avviene in due passaggi di stato: l evaporazione e la condensazione. La miscela inizia a bollire nel recipiente e i vapori vengono condensati all interno dell apparecchiatura con acqua fredda. I vapori di una miscela all ebollizione sono più ricchi del componente che possiede la maggior volatilità. La condensazione di tali vapori li purifica. La distillazione semplice (Figura) è usata per ottenere acqua «distillata», ovvero priva di sali disciolti. La distillazione frazionata si utilizza invece quando i diversi componenti di una miscela liquida hanno temperature di ebollizione differenti, ma molto vicine fra loro, come nel caso del petrolio, dal quale si ricavano, per esempio, gas, benzina, gasolio. refrigerante miscela acqua di raffreddamento (entrata) scarico (uscita) distillato i concetti filtrazione si basa su diversa dimensione MISCUGLI ETEROGENEI per decantazione centrifugazione si basa su diversa densità LA SEPARAZIONE DEI COMPONENTI si fa su estrazione si basa su diversa solubilità MISCUGLI OMOGENEI per cromatografia distillazione si basa su si basa su diversa affinità tra le sostanze diversa volatilità 13

13 1 Le trasformazioni della materia 6. Dalle trasformazioni fisiche alle trasformazioni chimiche La materia si trasforma. Esistono due tipi di trasformazioni: trasformazioni fsiche e trasformazioni chimiche. Le trasformazioni della materia che non alterano la composizione chimica di una sostanza si chiamano trasformazioni fisiche o fenomeni fisici. Le trasformazioni fisiche provocano un cambiamento di stato reversibile della materia e non producono nuove sostanze. L acqua, per esempio, può passare da uno stato fisico all altro senza diventare un altra sostanza. Filamento che si surriscalda (trasformazione fisica). Alcuni esempi di trasformazioni fsiche sono i seguenti. Magnetizzazione di un ago con una calamita. Ebollizione dell acqua. Sublimazione dello iodio. Dissoluzione dello zucchero in acqua. Montatura del bianco d uovo. Le trasformazioni chimiche o reazioni chimiche sono cambiamenti che comportano una variazione della composizione chimica delle sostanze originarie (reagenti), con formazione di nuove sostanze (prodotti). L idrogeno e l ossigeno, per esempio, possono reagire per formare come prodotto l acqua, un composto chimico. Per rappresentare una reazione chimica si scrivono a sinistra i reagenti e a destra i prodotti, collegati da una freccia: Cera che brucia (trasformazione chimica). REAGENTI PRODOTTI idrogeno + ossigeno acqua 14

14 Alcuni esempi di trasformazioni chimiche sono i seguenti. Le trasformazioni della materia 1 Combustione del gas domestico, che si trasforma in vapore acqueo e diossido di carbonio. Cottura di un uovo. Formazione di ruggine sugli oggetti di ferro. Produzione di yogurt e formaggio dal latte. Formazione di melanina, che provoca l abbronzatura. 7. Gli elementi e i composti Tutti i materiali dell Universo sono formati da due tipi di sostanze pure: gli elementi e i composti. Un elemento è una sostanza pura che non può essere trasformata, con gli ordinari mezzi chimici, in altre sostanze ancora più semplici. Per esempio, un oggetto di ferro puro è formato interamente di ferro e non si può trasformare in una sostanza ancora più semplice. Un composto è ogni sostanza pura che può essere decomposta, con gli ordinari mezzi chimici, in altre sostanze pure più semplici. I composti hanno una composizione ben definita e costante, a differenza dei miscugli. L acqua distillata, lo zucchero e il cloruro di sodio (il nome chimico del sale da cucina) sono esempi di composti, che possono essere di origine naturale e di origine sintetica. L acqua è formata dagli elementi idrogeno e ossigeno. Tale composto può essere diviso negli elementi che lo costituiscono: quando l elettricità attraversa l acqua (elettrolisi), questa si decompone formando idrogeno gassoso e ossigeno gassoso. acqua (l) idrogeno (g) + ossigeno (g) Le lettere (l) e (g) poste in basso indicano che l acqua (il reagente) è allo stato liquido, mentre l idrogeno e l ossigeno, cioè i due prodotti, si trovano allo stato gassoso. 15

15 LIVELLO 1 Esercizi Visuali 1 Distingui tra proprietà intensive (I) ed estensive (E) e inseriscile nella propria colonna. peso densità energia temperatura di ebollizione colore lucentezza massa superficie temperatura di fusione volume Ricorda! Le proprietà intensive NON dipendono dalla quantità di sostanza. Le proprietà estensive dipendono dalla quantità di sostanza. Intensive (I) Estensive (E) 2 Distingui tra miscugli omogenei (O) ed eterogenei (E) facendo una X sul quadratino giusto. TERRA SANGUE O E O E ACETO CAFFÉ O E O E 3 Osserva la figura e indica che tipo di miscugli ci sono. 1) Cielo (aria) Miscuglio... Componenti... 2) Nubi Miscuglio... Componenti... 3) Mare (acqua marina) Miscuglio... Componenti... 4) Spiaggia (sabbia) Miscuglio... Componenti... 16

16 Le trasformazioni della materia 1 4 Osserva l etichetta che elenca i componenti posta sugli oggetti indicati qui sotto e completa la tabella. una bottiglia di acqua minerale (naturale e gassata) una bibita un farmaco Nome del miscuglio Tipologia di miscuglio Sostanze pure presenti di 5 Osserva la figura e inserisci negli spazi gli stati fisici delle diverse sostanze. liquido gas schiuma albume Albumi Stato fisico... Aria Stato fisico... Albumi montati Stato fisico... Specifica da che cosa è composta la schiuma e di che tipologia di miscuglio si tratta Osserva la figura e indica i diversi stati in cui si trova la cera. Cera a temperatura C Stato... Cera a temperatura C Stato... Cera a temperatura 20 C Stato... 17

17 LIVELLO 2 Quesiti e Problemi 1. Gli stati fisici della materia 1 Aiutati con la tabella a pagina 3 e unisci la definizione con lo stato della materia corrispondente. 1) Ha una forma data dal recipiente che lo contiene (forma indefinita) e occupa tutto lo spazio del contenitore (volume indefinito) 2) Ha una forma propria 3) Non è comprimibile e assume la forma del recipiente A. Solido B. Liquido C. Aeriforme (gas e vapori) 2 Completa lo schema che riassume le caratteristiche degli stati fisici della materia. Per ognuno fai almeno tre esempi non presenti nel testo. STATI DELLA MATERIA SOLIDO LIQUIDO AERIFORME Volume Forma Densità Comprimibilità Esempi

18 3 4 5 L alcol etilico fonde a 158 K e bolle a 351 K. Qual è il suo stato fisico alla temperatura di 20 C? (Suggerimento: aiutati con le scale Celsius e Kelvin.) Alla pressione di 1 atm, l acqua fonde a 0 C e bolle a 10 C. Calcola le temperature di fusione e di ebollizione dell acqua, espresse in kelvin. Calcola poi la differenza fra t eb e t f (intervallo di liquidità), in gradi Celsius e in kelvin, e confronta i valori ottenuti. (Suggerimento: aiutati con le scale Celsius e Kelvin.) Una massa di 100 g di azoto gassoso è contenuta in un recipiente di volume pari a 1 L. Il recipiente viene collegato, mediante un tubo, a un secondo contenitore di volume 2 L. Quali saranno il volume finale occupato dal gas e la sua massa? Le trasformazioni della materia 1 3. Le sostanze pure e i miscugli 7 Indica, dopo una discussione con i tuoi compagni, quali sono sostanze pure e quali miscugli. a) pioggia b) olio di semi c) sabbia d) argento e) ossigeno f) acciaio Sostanza pura 8 Miscuglio Riporta almeno quattro esempi di miscugli omogenei e quattro di miscugli eterogenei, giustificando le tue scelte. Esempio Miscugli omogenei Giustificazione (Suggerimento: ricorda le proprietà dello stato aeriforme.) collegamento Esempio Miscugli eterogenei Giustificazione contenitore con volume 1L 100 g di azoto (N 2 ) contenitore con volume 2L 9 Completa la seguente tabella indicando se i sistemi indicati sono omogenei o eterogenei. In entrambi i casi cerca informazioni sui componenti presenti. 2. I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei Sistema Omogeneo/ Eterogeneo Componenti 6 Spiega che cos è un sistema omogeneo e che cos è un sistema eterogeneo. latte gioiello in oro dentifricio zucchero da tavola 19

19 Quesiti e Problemi 4. I passaggi di stato A parità di massa, il volume di gran parte dei solidi è maggiore o minore di quello dei corrispondenti liquidi? Completa la seguente tabella indicando lo stato fisico delle sostanze A, B e C a temperatura ambiente (t = 20 C; p = 1 atm). 13 Completa la seguente tabella, indicando il passaggio di stato che avviene. Processo Caratteristiche Passaggio di stato riscaldare il ferro solido raffreddare il vapore acqueo raffreddare l acqua liquida da 25 C a 1600 C T f = 1808 K a 1 atm e da 120 C a 25 C a1atmeda300k a 255 K Sostanza t f ( C) t eb ( C) Stato fisico A riscaldare l acetone da 25 C a 70 C T eb = 329,4 K B 7 59 C ESERCIZIO GUIDATO Quale delle seguenti curve corrisponde alla condensazione o alla solidificazione dei vapori di alcol puro? t ( C) t ( C) 5. I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze 14 Indica il tipo di miscuglio e ipotizza la tecnica da utilizzare per separare dal miscuglio il componente indicato. Ricorda! I miscugli possono essere omogenei (se si vede una sola fase) o eterogenei (se sono visibili più fasi). Aiutati con gli schemi dei paragrafi 3 e 5. A tempo B tempo Componente e miscuglio Tipo di miscuglio Tecnica (o tecniche) di separazione coloranti da una bibita t ( C) t ( C) polvere dall aria C tempo D tempo acqua dall acqua marina Suggerimenti 1) Ricontrolla quali sono i passaggi di stato condensazione solidificazione Ricontrolla le caratteristiche dello stato fisico di vapore. 2) Tieni ben presente la temperatura di partenza di una sostanza allo stato di vapore e quella della stessa sostanza dopo i passaggi di stato (condensazione e solidificazione). 3) Assicurati di aver compreso il senso degli assi cartesiani. 15 Come puoi ottenere un campione puro di ferro da un miscuglio eterogeneo di limatura di ferro e di sabbia? 16 In che modo potresti separare, da un miscuglio di due polveri, solfato di bario (un solido insolubile in acqua) e cloruro di sodio (il sale da cucina)? Ricorda! Il cloruro di sodio è solubile in acqua. 20

20 Le trasformazioni della materia Immagina di dover distillare un miscuglio composto per il 50% di acqua e per il 50% di un liquido sconosciuto che bolle a 55 C. Le prime gocce di distillato sono più ricche di acqua o del liquido sconosciuto? Alcuni campioni di sostanze raccolti per un analisi ambientale vengono sottoposti a cromatografia. Si ottiene il seguente cromatogramma. fronte di avanzamento del solvente 7. Gli elementi e i composti Per rispondere alle domande 26, 27 e 28 utilizza la tavola periodica degli elementi posta alla fine del libro, dove puoi trovare nome e simbolo di ogni elemento. 23 Che cos è un composto? 24 Qual è la differenza tra elemento e composto? 25 ESERCIZIO SVOLTO Quali elementi formano il composto chiamato acido solforico, H 2 SO 4? linea d inizio A B C D E Quali campioni sono sostanze pure?... H 2 S O 4 Quali campioni sono costituiti da miscugli di componenti diversi?... Quali campioni sono uguali fra loro?... Quali campioni hanno in comune almeno un componente? Dalle trasformazioni fisiche alle trasformazioni chimiche Qual è la differenza tra una trasformazione fisica e una trasformazione chimica? Quante trasformazioni fisiche e quante trasformazioni chimiche sono descritte nel seguente brano? Indicale con colori diversi. «La benzina è spruzzata nel carburatore, è miscelata con l aria, è convertita in vapore e infine è bruciata; i prodotti di combustione si espandono nei cilindri.» 21 Come si rappresenta una reazione chimica? 22 Nella cucina di casa tua possono avvenire diversi fenomeni. Quali sono tre reazioni chimiche e quali invece sono tre trasformazioni fisiche? Scrivile sul quaderno Da quali elementi è composto il solfato di sodio, Na 2 SO 4? Da quali elementi è composto l idrossido di potassio, KOH? Identifica nei seguenti composti gli elementi che li costituiscono. a) NaCl (sale da cucina, cloruro di sodio):... b) H 2 O (acqua):... c) C 6 H 12 O 6 (glucosio):... d) CH 4 (metano):... e) NH 3 (ammoniaca): Osserva almeno tre prodotti che si trovano nella tua cucina e classificali sul quaderno come miscugli, elementi o composti. 21

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