MISCUGLI, SOSTANZE, COMPOSTI, 2

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1 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali MISCUGLI, SOSTANZE, COMPOSTI, 2 1. Sostanze e miscugli, 4 Le sostanze, 4 I miscugli, 4 Obiettivo su L acqua che bevi è un miscuglio o una sostanza?, 5 2. I miscugli eterogenei, 6 LABORATORIO SEPARIAMO I COMPONENTI DI UN MISCUGLIO CON UNA CALAMITA, 7... MEDIANTE FILTRAZIONE, 7 3. I miscugli omogenei: le soluzioni, 8 LABORATORIO SEPARIAMO I COMPONENTI DI UNA SOLUZIONE, 8 4. La concentrazione delle soluzioni, 10 La solubilità, 11 scienza e matematica Calcoliamo la concentrazione, 11 L acqua è un miscuglio? Separiamo i componenti di un miscuglio con una calamita Separiamo i componenti di un miscuglio mediante filtrazione La filtrazione Miscugli omogenei ed eterogenei Separiamo i componenti di una soluzione Prepariamo una soluzione Calcoliamo la concentrazione Le soluzioni e la loro concentrazione 5. Le reazioni chimiche, 12 La decomposizione: gli elementi chimici, 12 LA MAPPA DEL SAPERE, 13 CHE COSA HO IMPARATO, 14 2 LA STRUTTURA DELLA MATERIA: ATOMI E MOLECOLE, La struttura della materia e gli elementi chimici, 18 Come si indicano gli elementi?, Com è fatto l atomo?, 20 Obiettivo su Quanto è piccolo un atomo?, 20 Le particelle dell atomo, 21 Gli ioni, Come distinguere gli atomi, 22 Il numero atomico, 22 Il numero di massa, 22 Gli isotopi, 22 Pochi elementi molti composti Come sono fatti gli atomi Identità degli atomi Gli isotopi 4. La distribuzione degli elettroni, La tavola periodica degli elementi, 24 Metalli e non metalli, 25 Scienza e storia Alcune idee sulla materia e sugli atomi, 26 Mendeleev e la tavola periodica La tavola periodica Modello atomico di Rutherford Modello atomico di Bohr I metalli nativi VI INDICE

2 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali 6. Dagli atomi alle molecole, I legami chimici, 29 Scambio di elettroni: il legame ionico, 29 Elettroni condivisi: il legame covalente, 30 LA MAPPA DEL SAPERE, 31 CHE COSA HO IMPARATO, 32 I legami chimici 3 TRASFORMAZIONI CHIMICHE, Le reazioni chimiche, 36 Le formule chimiche, 36 Reazioni chimiche e massa, 37 LABORATORIO LA CONSERVAZIONE DELLA MASSA, Bilanciare le reazioni, 38 Scienza e matematica Bilanciamo una reazione, 38 Le reazioni di sintesi, 39 Le reazioni di decomposizione, 39 Le reazioni di doppio scambio, Le reazioni di ossidazione, Reazioni chimiche ed energia, Acidi e basi, 42 Gli acidi, 42 Le basi, 43 Il linguaggio della chimica Atomi e molecole La massa nelle trasformazioni chimiche La conservazione della massa Dai composti agli elementi Ossidi pericolosi Il calore nelle reazioni chimiche Gli acidi nell alimentazione Le piogge acide 6. Il ph, 44 La scala del ph, Neutralizzare acidi e basi, 46 LABORATORIO LA NEUTRALIZZAZIONE DEL SUCCO DI LIMONE, 46 LA MAPPA DEL SAPERE, 47 CHE COSA HO IMPARATO, 48 4 IL MOVIMENTO, Il moto: traiettoria e velocità, 52 Il sistema di riferimento, 52 La traiettoria, 53 La velocità, 54 INDICE VII

3 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali LABORATORIO STUDIAMO LA VELOCITÀ, 54 Obiettivo su Record di velocità, La misura della velocità, 56 Scienza e matematica Calcoliamo la velocità, Velocità media e velocità istantanea, L accelerazione, 59 La misura dell accelerazione, Rappresentazione grafica del moto, 60 Il moto rettilineo uniforme, 60 Il moto vario, 60 Il moto uniformemente accelerato, 61 Il moto circolare, 62 Calcoliamo la velocità media Calcoliamo l accelerazione La legge del moto LA MAPPA DEL SAPERE, 63 CHE COSA HO IMPARATO, 64 5 LE FORZE, Che cos è una forza, 68 Gli effetti di una forza la VEDERE Sc n za i e, 69 Gli effetti di una forza 2. Gli elementi di una forza, 70 Come si rappresentano le forze, 70 La misura delle forze, 71 Scienza e matematica Rappresentiamo le forze, La forza risultante, 72 Risultante di forze concordi, 72 Risultante di forze opposte, 72 Risultante di forze divergenti, La pressione, 74 Scienza e matematica Calcoliamo la pressione, 74 Anche l aria esercita una pressione, Forza peso e gravità, 76 Le forze Un corpo si muove se la risultante delle forze applicate è diversa da 0 La regola del parallelogramma Calcoliamo la pressione Massa o peso? LA MAPPA DEL SAPERE, 77 CHE COSA HO IMPARATO, 78 VIII INDICE

4 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali L EQUILIBRIO DEI CORPI E LE MACCHINE SEMPLICI, L equilibrio e il baricentro, 82 Il baricentro, 83 LABORATORIO TROVIAMO IL BARICENTRO DI UN CORPO, 83 L equilibrio dei corpi, La leva, 86 La legge di equilibrio della leva, 86 la VEDERE Sc n za i e Scienza e matematica Applichiamo la legge della leva, Leve vantaggiose, svantaggiose e indifferenti, 88 I tre generi di leva, 89 L equilibrio dei corpi Le macchine semplici Verifichiamo la legge della leva La legge di equilibrio della leva Le leve nel corpo umano 4. Altre macchine semplici, 90 La carrucola, 90 Il piano inclinato, 90 LA MAPPA DEL SAPERE, 91 CHE COSA HO IMPARATO, 92 7 LE FORZE NEI LIQUIDI, La pressione idrostatica, 96 LABORATORIO SPERIMENTIAMO LA PRESSIONE IDROSTATICA, 96 Sperimentiamo la pressione idrostatica 2. I vasi comunicanti, 98 Obiettivo su Come funziona l acquedotto?, La capillarità, Il principio di Archimede, 100 La spinta idrostatica, 100 Il principio di Archimede, 101 Liquido diverso, spinta idrostatica diversa, 102 Scienza e matematica Calcoliamo la spinta idrostatica, 102 Obiettivo su Anche l aria esercita una spinta, 103 Il principio di Archimede 5. La portata, 104 Scienza e geografia La portata media di un fi ume, 104 LA MAPPA DEL SAPERE, 105 CHE COSA HO IMPARATO, 106 INDICE IX

5 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali LE FORZE E IL MOVIMENTO, La prima legge della dinamica, 110 L attrito, 110 LABORATORIO VERIFICHIAMO IL PRINCIPIO D INERZIA, La seconda legge della dinamica, 113 Scienza e matematica Calcoliamo la forza necessaria per muovere un corpo, 113 Superfici e attrito Il principio di inerzia Verifichiamo il principio d inerzia Il principio fondamentale Calcoliamo la forza necessaria per muovere un corpo 3. La terza legge della dinamica, 114 Obiettivo su I motori a reazione, 115 LABORATORIO IL PRINCIPIO DI AZIONE E REAZIONE, La forza centrifuga e la forza centripeta, 116 Rallenta! LA MAPPA DEL SAPERE, 117 CHE COSA HO IMPARATO, LE ONDE, LA LUCE, IL SUONO, Le onde e le loro caratteristiche, 122 Le caratteristiche di un onda, Il suono e le onde sonore, 124 La propagazione del suono, Caratteri distintivi dei suoni, 126 Altezza: suoni acuti e suoni gravi, 126 Timbro dei suoni, 126 Intensità: suoni forti e suoni deboli, 127 Obiettivo su Quali suoni percepiamo?, Fenomeni acustici, 128 La rifl essione del suono, 128 La risonanza, 129 Scienza e salute Gli ultrasuoni in medicina, 130 Scienza e società Suoni e rumori, Le onde elettromagnetiche, La luce, 134 La propagazione della luce, 134 Luce e calore, 135 Luce e calore 7. Riflessione e diffusione della luce, 136 La rifl essione della luce, 136 La diffusione della luce, 137 X INDICE

6 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali 8. La rifrazione, 138 La rifrazione e le lenti, 138 LABORATORIO VERIFICHIAMO LA RIFRAZIONE, La luce e i colori, 140 LA MAPPA DEL SAPERE, 141 CHE COSA HO IMPARATO, LA STRUTTURA E IL RIVESTIMENTO DEL CORPO UMANO, L uomo e il suo corpo, 146 Dalle cellule agli organismi, I tessuti, Organi, apparati e sistemi, L apparato tegumentario, 152 L epidermide, 153 Il derma, 153 Gli annessi cutanei, 154 Obiettivo su Le impronte digitali, 154 Scienza e salute Abbronzarsi fa bene ma, 155 Obiettivo su L acqua nel corpo umano, 156 La salute della pelle LA MAPPA DEL SAPERE, 157 CHE COSA HO IMPARATO, IL SOSTEGNO E IL MOVIMENTO: L APPARATO LOCOMOTORE, 160 Come si muovono gli animali 1. Il tessuto osseo e le ossa, 162 Il tessuto osseo, 162 Le ossa, 163 Come crescono le ossa, 164 Obiettivo su Come fanno le fratture a guarire?, 165 LABORATORIO OSSERVIAMO LA COMPOSIZIONE DELL OSSO, Com è fatto lo scheletro, Le articolazioni, 168 Lo scheletro Le articolazioni Scienza e salute La salute dello scheletro, Il sistema muscolare, 170 Il tessuto muscolare, 170 Obiettivo su Muscoli per ridere, 171 Osserviamo il tessuto muscolare striato INDICE XI

7 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali 5. Come funzionano i muscoli, 172 Il punto di vista meccanico, 172 Scienza e salute Crampi e strappi, 172 Il punto di vista chimico, I muscoli scheletrici, 174 Non chiediamo troppo ai nostri muscoli Le malattie del sistema muscolare Il sistema muscolare LA MAPPA DEL SAPERE, 175 CHE COSA HO IMPARATO, L ALIMENTAZIONE, Gli alimenti e i principi nutritivi, 180 Gli zuccheri: energia ad assorbimento veloce, 181 Scienza e matematica Calcoliamo l energia degli alimenti, 181 LABORATORIO RICONOSCIAMO L AMIDO NEGLI ALIMENTI, 182 I grassi: energia di riserva, 183 LABORATORIO RICONOSCIAMO I GRASSI NEGLI ALIMENTI, 183 Le proteine: i «mattoni» dell organismo, 184 Le vitamine, 185 I sali minerali, 185 L acqua, 185 Capire che cosa si mangia: le etichette Riconosciamo gli zuccheri negli alimenti Riconosciamo le proteine negli alimenti Riconosciamo l amido negli alimenti Riconosciamo i grassi negli alimenti 2. Energia e materia per l organismo, 186 La respirazione cellulare, 186 Il magazzino dell energia: l ATP, 187 Il metabolismo, Fabbisogno energetico e dieta, 188 Scienza e matematica Quanto mangiamo?, La piramide alimentare, 190 Scienza e salute Una dieta equilibrata, 191 Scienza e salute I disturbi del comportamento alimentare, 192 Le otto regole d oro Per mangiare bene Il peso ideale LA MAPPA DEL SAPERE, 193 CHE COSA HO IMPARATO, LA NUTRIZIONE, 196 Come digeriscono gli animali 1. L apparato digerente, 198 Obiettivo su Cronometriamo la digestione, La bocca, 200 I denti, 200 La lingua, 201 L azione della saliva XII INDICE

8 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali Le ghiandole salivari, 201 Scienza e salute Lavarsi bene i denti è fondamentale, Dalla bocca allo stomaco, 202 La faringe, 202 L esofago, 202 Lo stomaco, 202 Scienza e salute L ulcera gastrica, L intestino, 204 L intestino tenue, 204 L intestino crasso, 205 La digestione L assorbimento 5. Il fegato e il pancreas, 206 Il fegato, 206 Il pancreas, 207 Scienza e salute Le malattie dell apparato digerente, 208 LA MAPPA DEL SAPERE, 209 CHE COSA HO IMPARATO, LA RESPIRAZIONE, La respirazione, 214 LABORATORIO LA COMPOSIZIONE DELL ARIA ESPIRATA, 215 Come respirano gli animali La composizione dell aria espirata 2. L apparato respiratorio, 216 Le vie aeree, 216 Il percorso dell aria, I polmoni e gli scambi gassosi, 218 Scienza e salute Le infezioni dell apparato respiratorio, Come avviene la respirazione, 220 Il controllo nervoso della respirazione, 221 LABORATORIO COSTRUIAMO UN MODELLO DEI POLMONI, 221 Scienza e salute Vietato fumare, 222 La respirazione Costruiamo un modello dei polmoni 15 IL TRASPORTO DELLE SOSTANZE, 226 LA MAPPA DEL SAPERE, 223 CHE COSA HO IMPARATO, 224 La circolazione negli animali 1. L apparato circolatorio, 228 L omeostasi, Il sangue, 230 I globuli rossi, 230 INDICE XIII

9 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali I globuli bianchi, 231 Le piastrine, I gruppi sanguigni, 232 Il fattore Rh, Il cuore, 234 La struttura del cuore, 234 Il funzionamento del cuore, 235 Scienza e salute L elettrocardiogramma, I vasi sanguigni, 236 Scienza e salute Le emorragie, 236 Scienza e salute Misuriamo la pressione arteriosa, La circolazione del sangue, 238 Scienza e salute Le malattie cardiovascolari, 239 La circolazione del sangue 7. Il sistema linfatico, 240 LA MAPPA DEL SAPERE, 241 CHE COSA HO IMPARATO, LE MALATTIE E LE DIFESE DELL ORGANISMO, Salute e malattia, 246 La diagnosi, 246 La terapia, 246 La prevenzione, 247 Le malattie tumorali 2. Le malattie infettive, 248 Le cause, 248 La diffusione, 249 Scienza e salute Le malattie infettive non sono sconfi tte, 249 La cura e la prevenzione delle malattie 3. Il sistema immunitario, 250 Scienza e salute La febbre, Vaccini e sieri, 252 Scienza e salute Le allergie, 253 Scienza e salute Il virus HIV e l AIDS, 254 La prima vaccinazione LA MAPPA DEL SAPERE, 255 CHE COSA HO IMPARATO, L ELIMINAZIONE DELLE SOSTANZE DI RIFIUTO, 258 L escrezione negli animali 1. L apparato escretore, 260 L importanza dell escrezione, 260 XIV INDICE

10 INDICE del libro INDICE delle risorse digitali L apparato escretore, I reni e le vie urinarie, 262 I reni, 262 Le vie urinarie, 263 Obiettivo su Il lavoro quotidiano dei reni, La formazione dell urina, 264 Scienza e salute Le malattie renali, 265 L eliminazione dei rifiuti LA MAPPA DEL SAPERE, 266 CHE COSA HO IMPARATO, LA SUPERFICIE SOLIDA DELLA TERRA, Il suolo, 270 Sottile ma indispensabile, 270 LABORATORIO QUANTA ACQUA C È NEL SUOLO?, 270 Come si forma?, 271 Il profi lo del suolo, La litosfera, un aggregato di minerali e rocce, 272 I minerali, 272 Le rocce, 273 Obiettivo su La durezza dei minerali, 273 La formazione del suolo Quanta acqua c è nel suolo? Le proprietà dei minerali Le rocce sono aggregati di minerali 3. Le rocce magmatiche, 274 Le rocce magmatiche intrusive, 274 Obiettivo su Osserviamo il granito da vicino, 274 Le rocce magmatiche effusive, 275 Obiettivo su Osserviamo il basalto da vicino, Le rocce sedimentarie, 276 La classifi cazione delle rocce sedimentarie, Le rocce metamorfiche, 278 Obiettivo su Le rocce, materiali per costruire, La perenne trasformazione delle rocce, 280 I processi esogeni, 280 I processi endogeni, 280 Ciclo delle rocce, 281 la VEDERE Sc n za i e Le rocce italiane Ciclo delle rocce LA MAPPA DEL SAPERE, 282 CHE COSA HO IMPARATO, 283 INDICE XV

11 MISCUGLI, SOSTANZE, COMPOSTI Il sale da cucina con il quale insaporisci le pietanze viene in buona parte prodotto facendo evaporare l acqua del mare, dove si trova disciolto. Ma una volta raccolto e confezionato, è possibile farlo nuovamente «scomparire» versandone un po in un bicchiere d acqua e agitando con un cucchiaino. È una cosa apparentemente strana, il sale appare e scompare dall acqua semplicemente variando alcune condizioni. Il sale viene prodotto nelle saline, dove si lascia che l acqua del mare evapori al sole, finché, dopo il tempo necessario, volata via tutta l acqua, sul fondo restano solo i cristalli di sale. In pratica, quando si scioglie un cucchiaino di sale in un bicchiere d acqua, si effettua il processo inverso. Ma che cosa accade al sale quando «scompare» nell acqua? 2

12 Conoscenze Le sostanze e i miscugli Le soluzioni e le loro proprietà Le reazioni chimiche La differenza fra trasformazioni fisiche e trasformazioni chimiche Elementi e composti Abilità Utilizzare i termini specifici relativi a sostanze e miscugli Distinguere i miscugli eterogenei da quelli omogenei Individuare i componenti di una soluzione Calcolare la concentrazione di una soluzione Distinguere gli elementi dai composti I traguardi delle competenze Sperimentare la realizzazione di semplici esperienze per separare i componenti di un miscuglio Osservare comuni trasformazioni chimiche 3

13 1 Sostanze e miscugli 1 Sabbia e ghiaia mescolate si possono separare semplicemente con uno scolapasta. Le sostanze Pensa a un blocchetto di ferro, al gas contenuto all interno di una bombola, all acqua distillata usata dalla mamma nel ferro da stiro. In tutti i casi si tratta di sostanze. Si chiama sostanza una parte di materia costituita da un solo componente e quindi omogenea in ogni sua parte. Ogni sostanza è caratterizzata da proprietà ben precise (ad esempio la densità, la temperatura di fusione, la temperatura di ebollizione), che consentono di riconoscerla e di distinguerla dalle altre. Alcune sostanze, ad esempio il ferro, l ossigeno, il rame e molte altre, sono costituite da un solo componente; altre invece, come l acqua, l anidride carbonica, il bicarbonato che trovi in cucina, sono formate da due o più componenti. Una sostanza, per essere definita tale, deve essere pura, cioè non deve essere mescolata ad altri componenti neppure in minima parte. Ecco perché quando abbiamo parlato dell acqua abbiamo specificato «distillata»; infatti l acqua che sgorga dal rubinetto non è pura, ma contiene disciolto un gran numero di diversi sali minerali. I miscugli Che cosa succede se mescoli sabbia e ghiaia? Per quanto cerchi di mescolare per amalgamare i due materiali, questi continueranno a essere riconoscibili, poiché hanno aspetto e dimensioni diversi. Potrai sempre separarli facilmente, basta rovesciare il tutto in uno scolapasta o in un setaccio: la sabbia passa dai fori, la ghiaia no 31. Se invece mescoli acqua e zucchero, ti pare che lo zucchero «scompaia» nell acqua. Assaggiando, però, capisci facilmente dov è «scomparso» lo zucchero. Le due sostanze (l acqua e lo zucchero) si sono mescolate così bene che non è più possibile distinguere l una dall altra 32. Quando due materiali diversi, come la sabbia e la ghiaia oppure l acqua e lo zucchero, vengono mescolati, formano un miscuglio, ovvero un insieme di due o più sostanze, in quantità variabili, che conservano comunque inalterate le loro caratteristiche. MATERIALI 2 Mescolando acqua e zucchero, lo zucchero sembra «scomparire». sostanze miscugli IMPARO a IMPARARE 1. Che cosa sono le sostanze? 2. Elenca alcune proprietà caratteristiche di una sostanza. 3. Che cos è un miscuglio? particelle uguali particelle diverse mescolate 4 UNITÀ 1 Miscugli, sostanze, composti

14 L acqua che bevi è un miscuglio o una sostanza? Obiettivo su... Si possono trovare miscugli anche nei prodotti più insospettabili. Pensa all acqua che bevi: da che cosa è formata? Se leggi l etichetta di una bottiglia d acqua minerale, vi trovi un elenco piuttosto lungo di sali minerali e di gas che vi sono disciolti. La quasi totalità del contenuto della bottiglia è acqua, ma non c è solo acqua: in realtà si tratta di un miscuglio. L aspetto è omogeneo, perché l acqua ha la capacità di sciogliere numerose sostanze con cui viene a contatto. Per ottenere davvero la sostanza «acqua», senza altri componenti disciolti, bisogna preparare l acqua distillata, separando l acqua dalle altre sostanze che in natura si trovano mescolate a essa. Prendi allora dell acqua di rubinetto e riscaldala fino all ebollizione, per trasformarla in vapore. Poi fai raffreddare e condensare il vapore e raccoglilo allo stato liquido. Questo procedimento è chiamato distillazione; grazie a esso l acqua si libera di tutte le sostanze che conteneva disciolte. L acqua è un miscuglio? L acqua distillata viene comunemente utilizzata, ad esempio, nei ferri da stiro: essendo priva di qualsiasi altra sostanza, non contiene neppure il calcare, che rovina molte parti degli elettrodomestici. UNITÀ 1 5

15 2 I miscugli eterogenei I miscugli come sabbia e ghiaia, acqua e sabbia, acqua e olio, costituiti da sostanze che si possono facilmente distinguere, sono miscugli eterogenei: i loro componenti possono essere separati in modo semplice. Un miscuglio eterogeneo non ha una composizione uniforme in tutte le sue parti e il suo aspetto e le sue proprietà variano a seconda della porzione considerata. Una roccia come il granito è un miscuglio di differenti minerali, distinguibili a occhio nudo. Se osservi due parti diverse di questo materiale, puoi notare che differiscono tra loro in maniera più o meno evidente Se mescoli sabbia e acqua ottieni una sospensione, cioè un miscuglio eterogeneo, perché non ha composizione uniforme. Dopo un certo periodo di tempo i componenti si separano (la sabbia si deposita sul fondo) sospensione IMPARO a IMPARARE 1. Che cos è un miscuglio eterogeneo? Fai alcuni esempi. 2. Come fai a riconoscere se un miscuglio è eterogeneo? 3. Perché puoi affermare che una sospensione e un emulsione sono miscugli eterogenei? Se invece mescoli acqua e olio ottieni un emulsione. Se la agiti, essa assume un aspetto omogeneo, tuttavia è un miscuglio eterogeneo, perché dopo un certo periodo di tempo i componenti si separano (l olio sale in superficie) emulsione 6 UNITÀ 1 Miscugli, sostanze, composti

16 SEPARIAMO I COMPONENTI DI UN MISCUGLIO CON UNA CALAMITA COME PROCEDERE 1. Versa in un recipiente la polvere di zolfo e la limatura di ferro e mescola accuratamente; quello che ottieni è un miscuglio. 2. Avvicina la calamita al miscuglio e osserva quello che accade. Laboratorio MATERIALE limatura di ferro polvere di zolfo una calamita CHE COSA OSSERVI La limatura di ferro viene attratta dalla calamita e si attacca a essa, lasciando nel recipiente solo lo zolfo. La separazione avviene grazie alla proprietà specifica del ferro di essere attratto dalla calamita, cosa che non accade per lo zolfo. MEDIANTE FILTRAZIONE COME PROCEDERE 1. Versa l acqua nel becher e aggiungi due cucchiai di sabbia, quindi mescola il tutto sino a ottenere un miscuglio. 2. Travasa il tutto in un altro recipiente, facendo passare il contenuto attraverso un imbuto ricoperto di carta da filtro. 3. Recupera la sabbia che non passa attraverso il filtro. MATERIALE due becher acqua sabbia un imbuto carta da fi ltro un sostegno per l imbuto CHE COSA OSSERVI Per separare la sabbia dall acqua abbiamo eseguito una filtrazione con la carta da filtro, perché questa ha fori talmente piccoli da trattenere le particelle di sabbia. La filtrazione Miscugli, sostanze, composti UNITÀ 1 7

17 3 le soluzioni I miscugli omogenei: Miscugli omogenei ed eterogenei Versa due cucchiaini di sale in un bicchiere d acqua: inizialmente il sale si deposita sul fondo del bicchiere. Inizia a mescolare bene; dopo qualche istante non sei più in grado di distinguere il sale dall acqua. Se lasci riposare il bicchiere anche per ore, acqua e sale non si separano spontaneamente. Hai ottenuto un miscuglio omogeneo (o soluzione) 36. Un miscuglio omogeneo ha una composizione uniforme e ogni sua parte, anche piccolissima, presenta sempre le stesse proprietà. Una soluzione è sempre formata dal soluto, il componente che si scioglie (nel nostro esempio il sale) e che compare in quantità minore, e dal solvente, il componente che scioglie il soluto (nel nostro esempio l acqua) e che compare in quantità maggiore. Non sempre il solvente è liquido e il soluto è solido: il solvente si può trovare nello stesso stato di aggregazione della soluzione 37. È il caso delle leghe, cioè soluzioni metallo + metallo o metallo + non metallo. Ad esempio il bronzo è una lega di rame e stagno, l acciaio è una lega di ferro e carbonio, l ottone è una lega di rame e zinco COMPONENTI SOLUZIONE liquido acqua: scioglie il sale solido sale: si scioglie nell acqua acqua salata Laboratorio MATERIALE acqua sale da cucina un becher una coppetta di porcellana resistente al calore un becco Bunsen con treppiede e retina SEPARIAMO I COMPONENTI DI UNA SOLUZIONE COME PROCEDERE 1. Versa l acqua nel becher e aggiungi tre cucchiai di sale, poi mescola fino a ottenere un miscuglio omogeneo. 2. Versa un po di soluzione nella coppetta di porcellana e disponila sul becco Bunsen. 3. Accendi il becco Bunsen e riscalda finché tutta l acqua è vaporizzata. CHE COSA OSSERVI Per separare il sale da una soluzione acquosa si utilizza il passaggio di stato dell acqua da liquido ad aeriforme. La fiamma del Bunsen riscalda l acqua fino alla sua completa evaporazione, lasciando sul fondo del recipiente solo i cristalli di sale. 8 UNITÀ 1 Miscugli, sostanze, composti

18 7 Diversi tipi di soluzioni solido liquido + solido liquido soluzione di liquido e solido liquido liquido + liquido liquido soluzione di liquido e liquido + + Ad esempio acqua + zucchero (sciroppo) acqua + sale (acqua salata) Ad esempio acqua + alcol (vino) acqua + acido acetico (aceto) liquido + gas solido + solido gas liquido soluzione di gas e liquido solido solido soluzione di solido e solido + + Ad esempio acqua + anidride carbonica (acqua gassata) Ad esempio rame + stagno (bronzo) Soluzioni particolari Quando i componenti di una soluzione sono nello stesso stato di aggregazione, il solvente è quello presente in maggiore quantità: ad esempio, il vino è una soluzione acquosa di alcol etilico; nel caso di sostanze allo stato aeriforme, come l aria, si parla di miscela gassosa. Un idea in più IMPARO a IMPARARE 8 L ottone (utilizzato per realizzare, ad esempio, alcuni strumenti musicali) è una lega di rame e zinco, cioè un esempio di soluzione solido + solido. 1. Che differenza c è tra miscugli omogenei e miscugli eterogenei? 2. Che cos è una soluzione? 3. Quali sono i componenti di una soluzione? 4. Che cos è il solvente? E il soluto? Miscugli, sostanze, composti UNITÀ 1 9

19 4 delle soluzioni La concentrazione Prepariamo una soluzione Calcoliamo la concentrazione Le soluzioni e la loro concentrazione Se assaggi la pasta e la trovi troppo salata, evidentemente nell acqua di cottura è stata versata un eccessiva quantità di sale. La quantità di sale (cioè di soluto) rispetto alla quantità di acqua contenuta nella pentola condiziona il sapore della pasta. Il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di soluzione si chiama concentrazione della soluzione. La concentrazione varia al variare della quantità di soluto disciolto nella soluzione 39. Un modo per indicare correttamente la concentrazione di una soluzione consiste nel prendere in esame una quantità standard di massa oppure di volume della soluzione, in genere 100 g se si considera la massa, o 100 cm 3 se si considera il volume: concentrazione = massa del soluto (g) 100 g di soluzione Ad esempio, per indicare la concentrazione di una soluzione di acqua e sale in cui sono stati versati 5 g di sale in 95 g di acqua, bisogna prima di tutto calcolare la massa complessiva della soluzione: 5 g (sale) + 95 g (acqua) = 100 g (soluzione) concentrazione = 5 g = 0, g La concentrazione di 0,05 può essere espressa anche in forma percentuale: nel nostro caso sarà del 5% (si legge «cinque per cento»). Ad esempio, la maggior parte dei vini contiene in genere da 11 cm 3 a 14 cm 3 di alcol in 100 cm 3 di soluzione: in termini percentuali, il contenuto di alcol varia dall 11% al 14%. 9 Sciogliendo nella stessa quantità di acqua quantità sempre maggiori di soluto colorato (ad esempio inchiostro), si ottengono soluzioni sempre più concentrate, riconoscibili dal colore via via più intenso. CONCENTRAZIONE CRESCENTE 10 UNITÀ 1 Miscugli, sostanze, composti

20 La solubilità Aumentando la quantità di soluto, si ottiene una soluzione sempre più concentrata, finché il soluto non si scioglie più e si deposita sul fondo del contenitore. Quando una soluzione raggiunge la massima concentrazione possibile, si dice che è satura soluzione satura di acqua e sale + sale soluzione di acqua e sale Continuando ad aggiungere sale a una soluzione di acqua e sale, a un certo punto si nota che il sale non si scioglie più. sale depositato sul fondo La quantità massima di soluto che si può sciogliere in 100 g di solvente indica la solubilità di quel soluto in quel determinato solvente. La solubilità di un soluto è una proprietà fortemente influenzata dalla temperatura. Puoi verificare questo fatto sciogliendo un cucchiaino di sale in un becher contenente acqua; quando tutto il sale è sciolto, aggiungi ancora sale e ripeti l operazione fino a quando un po di sale resta sul fondo, senza più sciogliersi. Se a questo punto si riscalda il tutto, dopo breve tempo anche il sale rimasto allo stato solido si scioglie, ma non solo, aumentando ancora la temperatura si può aggiungere altro sale, che continua a sciogliersi. È possibile quindi aumentare la concentrazione di una soluzione semplicemente riscaldandola. IMPARO a IMPARARE 1. Che cos è la concentrazione di una soluzione? Che cosa devi conoscere per calcolarla? 2. Si scioglie più zucchero in un bicchiere di acqua calda o in un bicchiere di acqua fredda? Scienza e... MATEMATICA MATEM Calcoliamo la concentrazione Calcola la concentrazione di una soluzione ottenuta sciogliendo 8 g di sale in 92 g di acqua. m (soluzione) = 8 g (sale) + 92 g (acqua) = 100 g... concentrazione = =... =...%... Calcola la concentrazione di una soluzione in cui la massa del sale è 16 g e quella dell acqua è 184 g.... concentrazione = =... =...%... Confronta il risultato con quello ottenuto in precedenza: quali considerazioni puoi fare? Miscugli, sostanze, composti UNITÀ 1 11

21 5 Le reazioni chimiche zolfo 11 A limatura di ferro + zolfo B solfuro di ferro limatura di ferro calamita Qualsiasi oggetto di ferro non protetto dalla verniciatura lasciato esposto all aria in breve tempo si copre di ruggine. Ti sei mai chiesto che cos è la ruggine? Probabilmente contiene ferro, visto che si forma su di esso; inoltre, anche l aria deve avere un ruolo, poiché, se il ferro viene isolato dall ambiente circostante con una vernice, non arrugginisce più. Hai visto che i componenti di un miscuglio di zolfo e limatura di ferro si possono separare abbastanza facilmente (con una calamita che attira il ferro). Mettendo una piccola quantità del miscuglio in una provetta resistente al calore e riscaldandola sulla fiamma, il miscuglio si arroventa e cambia colore 311A. Se si versa il contenuto della provetta in un piattino, si vedrà che la calamita non attrae più nulla 311 B. Riscaldando il ferro e lo zolfo è accaduto qualcosa che ha modificato le proprietà delle sostanze di partenza e che ha portato alla formazione di una nuova sostanza, diversa sia dallo zolfo sia dal ferro: il suo nome è solfuro di ferro. È cioè avvenuta una trasformazione, chiamata reazione chimica, che si può scrivere nel seguente modo: zolfo + ferro solfuro di ferro Il segno + indica che tra zolfo e ferro si verifica una reazione chimica, la freccia indica la direzione in cui avviene la trasformazione. Il prodotto che si forma in seguito a una reazione chimica tra due sostanze diverse è chiamato composto: si tratta di una nuova sostanza, con proprietà caratteristiche diverse da quelle dei suoi componenti separati. Le sostanze che reagiscono si chiamano reagenti, mentre le sostanze che si formano sono definite prodotti di reazione. Le reazioni chimiche sono trasformazioni chimiche, perché cambiano la natura delle sostanze coinvolte: i prodotti sono diversi dai reagenti e hanno proprietà completamente diverse da quelle delle sostanze da cui sono formati. Sono esempi di trasformazioni chimiche la formazione della ruggine, la combustione del gas domestico, l accensione di un fuoco d artificio. A differenza delle trasformazioni chimiche, in cui le nuove sostanze hanno proprietà caratteristiche diverse da quelle iniziali, nelle trasformazioni fisiche, come i passaggi di stato, non si producono nuove sostanze e le proprietà caratteristiche della materia non cambiano. IMPARO a IMPARARE 1. Che cos è una reazione chimica? 2. Che cosa sono i reagenti? 3. Che differenza c è tra una trasformazione chimica e una fisica? Fai qualche esempio La decomposizione: gli elementi chimici Se due sostanze possono reagire tra loro per formare un composto, è anche possibile il processo inverso, ovvero un composto può essere separato per ricavare le sostanze che lo hanno prodotto. Questo processo, definito decomposizione, non è realizzabile con metodi fisici, come nel caso della separazione dei componenti dei miscugli eterogenei e delle soluzioni: bisogna ricorrere a reazioni chimiche. Possiamo allora riconsiderare la definizione di «composto», ampliandola: un composto è una sostanza che, attraverso una reazione chimica, può essere decomposta in due o più sostanze più semplici. Ma il processo di decomposizione non può continuare all infinito: arrivati a un certo punto, i prodotti della decomposizione non sono ulteriormente scomponibili in sostanze più semplici. Le sostanze che non possono essere decomposte in sostanze più semplici mediante reazioni chimiche sono elementi chimici. 12 UNITÀ 1 Miscugli, sostanze, composti

22 La mappa del sapere Completa la mappa, inserendo negli appositi spazi i termini corretti, scelti tra quelli elencati. composti concentrazione omogeneo quantità della soluzione soluto soluzione solvente sostanze che si possono decomporre elementi si possono decomporre in reazione chimica possono formare... che a seguito di una... si chiamano un solo componente che quando sono formati da materiali è formato da diversi UN MISCUGLIO può essere eterogeneo... e prende il nome di la cui... che è sempre formata da... è data dal rapporto tra che scioglie il quantità del soluto... che si scioglie nel UNITÀ 1 13

23 Che cosa ho imparato Conoscenze 1. Scrivi sul tuo quaderno una breve definizione dei termini elencati. sostanza composto miscuglio soluzione soluto solvente concentrazione solubilità reagente elemento 2. Vero o falso? a. Un miscuglio può essere formato anche da più di due sostanze diverse. b. In una soluzione è il solvente che si scioglie nel soluto. c. La concentrazione di una soluzione dipende solo dalla quantità di soluto. d. La condensazione è un esempio di trasformazione fisica. e. I composti prodotti da una reazione chimica hanno proprietà diverse dai reagenti. f. Un composto può essere decomposto in due o più elementi. g. Un elemento chimico non può essere decomposto in sostanze più semplici. 3. Scegli il completamento corretto. a. In una soluzione A il soluto scioglie il solvente. B il solvente scioglie il soluto. C solvente e soluto si sciolgono insieme. D la concentrazione dipende dal tipo di soluto. b. L acqua distillata A è quella che esce dai rubinetti di casa. B è quella che sgorga dalle sorgenti naturali. C è contenuta nelle bottiglie di acqua minerale in vendita nei negozi. D si può ottenere facendo bollire dell acqua di rubinetto e poi facendo condensare il vapore ottenuto. V F V F V F V F V F V F V F 4. Associa ogni definizione (a sinistra) al fenomeno corrispondente (a destra). a. Il sale si scioglie nell acqua 1. Miscuglio b. Un cubetto di ghiaccio 2. Trasformazione si scioglie chimica c. Il ferro arrugginisce 3. Trasformazione d. La farina e lo zucchero fisica si mescolano 4. Soluzione Abilità 5. Che tipo di miscuglio formano le seguenti sostanze? a. Acqua e latte... b. Olio e aceto... c. Acqua e sabbia... d. Acqua e alcol... e. Tè e zucchero... f. Olio e pepe Vero o falso? Correggi le affermazioni errate. a. L acqua del rubinetto è una sostanza. V F b. Il cappuccino è una soluzione. V F c. L acqua zuccherata è un miscuglio eterogeneo. V F d. Il vino è una sostanza pura. V F 7. Qual è la concentrazione di una soluzione formata da 175 g di acqua e 25 g di sale? 8. Scegli la risposta corretta. A temperatura ambiente (20 C) si versano 20 g di sale da cucina in un becher contenente 50 ml di acqua distillata, ottenendo una soluzione satura. Se si hanno a disposizione 1000 ml di acqua distillata, quanti grammi di sale si devono introdurre per ottenere una soluzione satura? A 200 g B 400 g C 800 g D 100 g Competenze 9. Hai un recipiente pieno d acqua con del sale sul fondo. Quale delle seguenti affermazioni è sicuramente corretta? A Basta mescolare bene e a lungo: sicuramente tutto il sale si scioglierà. B C è sale sul fondo perché il sale si scioglie con difficoltà nell acqua. C Mescolando, il sale si scioglie fino a quando la soluzione non diventa satura. D Non serve mescolare: il sale si scioglie rapidamente anche lasciando riposare il recipiente. E Nessuna delle precedenti affermazioni è corretta. 14 UNITÀ 1

24 10. Leggi la seguente attività e rispondi alle domande. Metti in una provetta una piccola quantità di ossido di mercurio. Riscalda la provetta sulla fiamma di un becco Bunsen per qualche minuto. Mantenendo sempre la provetta sulla fiamma, introduci all interno un fiammifero, che avrai prima acceso e spento: deve avere ancora la brace in cima. Vedrai che la fiamma del fiammifero si ravviva: ciò avviene perché il riscaldamento provoca lo sviluppo di ossigeno, uno dei due elementi che compongono l ossido di mercurio. Alla fine del riscaldamento è possibile osservare la formazione di alcune goccioline di mercurio all interno della provetta. a. Abbiamo descritto una trasformazione fisica o chimica? b. Come si chiama questa reazione? 13. In questa hai scoperto come preparare l acqua distillata. Utilizzando lo stesso metodo, si possono separare i componenti liquidi della soluzione acqua e alcol? In che modo? Ricorda che l alcol bolle a 78 C, mentre l acqua bolle a 100 C. 14. Per preparare una soluzione di acqua e zucchero alla concentrazione del 10% utilizzando 175 g di zucchero, quanta acqua bisogna introdurre? Se la soluzione desiderata fosse al 5%, quanta acqua si dovrebbe aggiungere? 15. Un minerale contiene il 3% di ferro. Quanti grammi di ferro si ottengono al massimo da 1 kg di minerale? ossido di mercurio 11. Osserva la fotografia e rispondi. 500 ml 200 ml 100 ml 50 ml 16. Alla luce di quanto hai studiato in questa sulle modalità di separazione dei componenti di un miscuglio, leggi l esperimento e scegli il completamento corretto. Infine rispondi alle domande. Metti un po di polvere di zolfo e della limatura di ferro in due piattini. a. Il ferro è A un elemento. C un miscuglio. B un composto. D una soluzione. b. Lo zolfo è A un elemento. C un miscuglio. B un composto. D una soluzione. Mescola accuratamente in un piattino. c. Hai così ottenuto ferro + zolfo, cioè A un elemento. C un miscuglio. B un composto. D una soluzione. Nei becher è contenuta acqua e nei piattini sale. Se si mescola l acqua di ogni becher con il sale nel rispettivo piattino, si ottengono quattro soluzioni. Come sarà la concentrazione delle quattro soluzioni? 12. Rispondi alle domande. a. Alla temperatura di 20 C, Marco ha preparato una soluzione di acqua e zucchero, sciogliendo 50 g di zucchero in 250 cm 3 di acqua distillata. Qual è la concentrazione della soluzione? Esprimila in forma percentuale. b. Aggiunge altro zucchero e scopre che la soluzione diventa satura quando ha aggiunto ancora 50 g di zucchero. Se riscalda la soluzione, come varia la quantità di zucchero che si scioglie nell acqua? c. Marco aggiunge alla soluzione altri 250 cm 3 di acqua distillata, qual è la concentrazione della nuova soluzione? Se ora vuoi separare i due materiali, avendo a disposizione soltanto un becher con dell acqua, puoi immergerli nel liquido. d. In questo modo A lo zolfo galleggia e il ferro va a fondo. B il ferro galleggia e lo zolfo va a fondo. C il ferro e lo zolfo galleggiano. D il ferro e lo zolfo vanno a fondo. e. Se riscaldi ferro + zolfo ottieni solfuro di ferro, cioè A un elemento. B un composto. C un miscuglio. D una soluzione. Quale importante proprietà è andata persa? UNITÀ 1 15