Sommario. Note di metodo. Dentro la materia: miscugli e sostanze. Capitolo

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1 Sommario 1 Note di metodo 1 Misurare in chimica IX 2 Le grandezze X 3 Multipli e sottomultipli XI 4 Notazione scientifica XII 5 Gli errori nelle misure XIII 6 Accuratezza e precisione XIV 7 Sensibilità e portata XIV 8 Incertezza di una misurazione XV 9 Cifre significative XV 10 Misure e calcoli XVI 11 Somma o differenza di numeri decimali XVI 12 Prodotto o quoziente di numeri decimali XVI Dentro la materia: miscugli e sostanze Lezione 1 Dentro l aula 2 1 Proviamo a classificare 2 2 Una classificazione tecnologica 2 3 Una classificazione fisica 3 4 Materiali e fasi 4 5 Miscugli omogenei ed eterogenei 5 6 Le soluzioni 6 7 Miscugli particolari 6 Lezione 2 Le sostanze pure e le loro caratteristiche 8 8 Le sostanze pure 8 9 Il grado di purezza 9 10 Il valore dell impurezza 9 11 Dalla materia alle sostanze pure 10 Lezione 3 Le grandezze caratteristiche delle sostanze Come si caratterizza una sostanza? La massa Il volume La densità Le unità di misura della densità La determinazione della densità Le grandezze intensive ed estensive Il peso specifico Le grandezze fondamentali e derivate 18 PROBLEMI DA RISOLVERE 20 Con quale criterio possiamo classificare i miscugli? Prepariamo e osserviamo i miscugli Determinazione della massa di solidi e liquidi Determinazione del volume di solidi e liquidi Determinazione della densità di alcune sostanze solide o liquide a temperatura ambiente Misure del volume di un oggetto

2 2 Le trasformazioni della materia Lezione 1 Calore e materia 24 1 Caldo e freddo 24 2 L energia e il calore 24 3 La temperatura 25 4 Le scale della temperatura 26 5 I passaggi di stato 27 6 Le curve di riscaldamento 29 7 La temperatura e i passaggi di stato 30 Lezione 2 Un modello per i passaggi di stato: la teoria cinetica 32 8 Gli stati di aggregazione al microscopio 32 9 Il movimento delle particelle e l energia La sosta termica Capacità termica e calore specifico Passaggi di stato e sosta termica Evaporazione ed ebollizione Il ruolo della pressione nei passaggi di stato 37 Lezione 3 Dai miscugli alle sostanze Separare i miscugli La decantazione La centrifugazione La filtrazione Separazioni e passaggi di stato La separazione di due liquidi immiscibili L estrazione Classificazione operativa dei miscugli La cromatografia 44 Lezione 4 Le trasformazioni chimiche Un nuovo tipo di trasformazioni Cambiamenti che vanno oltre lo stato di aggregazione Le reazioni chimiche: reagenti e prodotti Come si riconoscono le trasformazioni chimiche Reazioni chimiche e calore 49 PROBLEMI DA RISOLVERE 51 Come fa l acqua a diventare caffè? I passaggi di stato Curva di riscaldamento e di raffreddamento dell acido stearico Sublimazione dello iodio Metodi di separazione La distillazione Osservazione di reazioni chimiche Reazioni e calore Temperatura e passaggi di stato La distillazione di una soluzione L imbuto separatore 20 esercizi interattivi ZTE 3 La chimica diventa scienza: le leggi quantitative Lezione 1 La massa e le trasformazioni chimiche 56 1 La chimica diventa scienza 56 2 La massa nelle trasformazioni chimiche 56 3 La combustione e il flogisto 58 4 Lavoisier e la conservazione della massa 58 5 Da flogisto a ossigeno 59 Lezione 2 Dagli elementi ai composti 61 6 Il limite della materia: gli elementi 61 7 I composti 62 8 La legge delle proporzioni definite 64 Lezione 3 Verso il concetto di atomo 66 9 Gli elementi si combinano in proporzioni costanti Dai mattoncini agli atomi Dagli aggregati alle molecole Simboli ed elementi Dagli elementi ai composti: le formule chimiche 70 Lezione 4 Il bilanciamento delle reazioni Dalle parole alle formule Il bilanciamento di una reazione 73 ESERCIZI SVOLTI 76 PROBLEMI DA RISOLVERE 78 La materia è continua o discontinua? Il bilanciamento di un equazione chimica La conservazione della massa (parte 1) La conservazione della massa (parte 2) Preparazione di un composto Un fiammifero in provetta Decomposizione del clorato di potassio La preparazione di un composto: la legge di Proust Il reagente limitante. Quando si ferma una reazione?

3 4 Le leggi dei gas Lezione 1 Primi passi verso lo studio dei gas 82 1 L approccio ai gas 82 2 Il modello dei gas perfetti 82 3 La pressione dei gas 83 4 La misurazione della pressione 84 Lezione 2 Le leggi dei gas e le loro applicazioni 87 5 Innovazioni tecnologiche ed evoluzione scientifica 87 6 Verso le leggi dei gas 88 7 Pressione e volume: la legge di Boyle 88 8 Applicazioni della legge di Boyle 90 9 Volume e temperatura: la legge di Charles Applicazioni della legge di Charles Pressione e temperatura: la legge di Gay-Lussac Applicazioni della legge di Gay-Lussac 96 Lezione 3 Gas perfetti e gas reali L equazione di stato I gas reali I gas reali e ideali: alcuni esempi pratici 98 ESERCIZI SVOLTI 100 PROBLEMI DA RISOLVERE La massa nel mondo microscopico: masse atomiche e molecolari Lezione 1 I primi passi verso le masse atomiche Dalton e la classificazione degli elementi La scomposizione di una sostanza nei suoi elementi: la pila di Volta 104 Lezione 2 La legge della combinazione dei volumi La legge dei volumi di Gay-Lussac L ipotesi di Avogadro 109 Lezione 3 Le definizione delle masse atomiche Cannizzaro e il Congresso di Karlsruhe Il lavoro sperimentale di Cannizzaro L unità di massa atomica 113 Lezione 4 Le masse molecolari Dalle masse atomiche alle masse molecolari Formule chimiche e calcolo delle masse 117 ESERCIZI SVOLTI 118 PROBLEMI DA RISOLVERE 119 Come fa la mongolfiera ad alzarsi verso l alto e volare? Le leggi dei gas Determinazione della densità di un gas La legge di Boyle Come varia il volume di un gas La misura del volume di un gas Si può misurare una lunghezza senza il metro? Elettrolisi dell acqua Elettrolisi dell acqua

4 6 La massa nel mondo macroscopico: la mole Lezione 1 L unità di misura della quantità chimica La mole e il numero di Avogadro Il calcolo della massa molare 123 Lezione 2 Usiamo la mole Calcoli con le moli Il numero di Avogadro Calcoli con il numero di Avogadro 126 Lezione 3 Le reazioni e la quantità Il rapporto tra le masse nelle reazioni chimiche La resa delle reazioni La scoperta della periodicità Lezione 1 Verso una classificazione degli elementi Cercare caratteristiche comuni La valenza 140 Lezione 2 La tavola periodica di Mendeleev Primi tentativi di razionalizzazione Il «solitario di carte» di Mendeleev La scoperta dei nuovi elementi La forza della tavola periodica 147 PROBLEMI DA RISOLVERE 149 Lezione 4 Quantità di materia nell equazione di stato gas La misura della mole nei gas Utilizziamo l equazione generale di stato dei gas perfetti 132 ESERCIZI SVOLTI 133 PROBLEMI DA RISOLVERE 136 Come possiamo determinare una massa più leggera della sensibilità di una bilancia? Lezione interattiva La mole Scheda di laboratorio Determinazione del numero di Avogadro Qual è il criterio migliore per ordinare gli elementi presenti in natura?

5 8 Mettiamo ordine tra i composti Lezione 1 Caratteristiche degli acidi e delle basi Gli acidi e le basi: una prima classificazione operativa Metalli e non metalli con ossigeno 153 Lezione 2 Nomenclatura di ossidi e anidridi L esigenza di dare un nome La nomenclatura degli ossidi La nomenclatura delle anidridi 158 Lezione 3 Nomenclatura di acidi e basi Gli idrossidi Gli ossiacidi Gli idracidi 162 Lezione 4 I sali Acidi e basi reagiscono I sali degli idracidi I sali degli ossiacidi I sali acidi 168 ESERCIZI SVOLTI 169 PROBLEMI DA RISOLVERE 171 Come facciamo a rendere sistematica l attribuzione dei nomi dei composti? Carattere acido e basico degli ossidi Neutralizzazione acido-base 9 Dall atomo di Dalton ai giorni nostri Lezione 1 Particelle di carica elettrica Prime ipotesi sulla natura della carica elettrica Scariche elettriche nel vuoto: la scoperta dell elettrone 175 Lezione 2 I primi modelli atomici Il modello atomico di Thomson La scoperta dei protoni Dalla scoperta della radioattività allo studio delle radiazioni α sui metalli Il modello atomico di Rutherford 180 Lezione 3 I neutroni e gli isotopi La scoperta dei neutroni Come si rappresentano gli isotopi Massa atomica e composizione isotopica 183 Lezione 4 Il modello atomico di Bohr Radiazioni luminose ed energia Lo spettro di emissione dell idrogeno Il modello di Rutherford e gli spettri di righe La quantizzazione dell energia dell elettrone La teoria atomica di Bohr 190 Lezione 5 La distribuzione energetica degli elettroni Elettroni e orbite La periodicità dell energia di ionizzazione Disposizione degli elettroni nei gusci Configurazione elettronica a gusci di alcuni atomi 196 PROBLEMI DA RISOLVERE 198 Come è possibile accendere una lampadina con un palloncino? La legge di Coulomb Elettrizzazione della plastica e del vetro Lo spettroscopio Saggio alla fiamma Il comportamento delle sostanze in presenza di forze elettriche

6 10 Gli elementi e la tavola periodica Lezione 1 I gruppi della tavola periodica Le analogie nella tavola periodica Primo gruppo (I): metalli alcalini Secondo gruppo (II): metalli alcalino-terrosi I metalli di transizione Settimo gruppo (VII): alogeni Ottavo gruppo (VIII): gas nobili 205 Lezione 2 Dentro la struttura della tavola periodica L ordine degli elementi nella tavola periodica Elettroni esterni e reattività 207 Sostanze chimiche e sicurezza 1 Le sostanze chimiche sono pericolose? A.1 2 La dose fa il veleno A.1 3 Rischio, pericolo e sicurezza A.2 4 Azioni che riducono il rischio A.2 5 Le Schede Dati di Sicurezza dei prodotti A.3 6 Le etichette dei prodotti A.4 Approfondimento Dettagli su alcune sezioni della Scheda di Sicurezza Lezione 3 Le proprietà periodiche La dimensione degli atomi Affinità elettronica Il carattere metallico 212 Lezione 4 Con gli occhi della probabilità L atomo dopo Bohr Dalla traiettoria all orbitale I numeri quantici I livelli energetici Gli elettroni negli orbitali Esempi di configurazioni elettroniche 218 PROBLEMI DA RISOLVERE 220 IL LABORATORIO DELLE COMPETENZE 222 Indice analitico A.11 Come si spiegano somiglianze e differenze tra gli elementi di un gruppo? Il sodio e l acqua