Modulo di Chimica Giuseppina Cerrato Dipartimento di Chimica - UniTO Tel. 011 6707534 Email: giuseppina.cerrato@unito.it
Keep calm and love Science
Cos è la Chimica? La Chimica è la scienza che studia: la composizione, la struttura e le proprietà della materia, le trasformazioni che in essa avvengono (spontaneamente o provocate dall uomo), l energia (ceduta o assorbita durante queste trasformazioni)
La Chimica è quella scienza che assume come unità fondamentali della Natura gli atomi e le molecole e utilizza la conoscenza del loro comportamento per spiegare le proprietà della materia che osserviamo (e misuriamo) su scala macroscopica La Chimica è una scienza sperimentale!
Dov è la Chimica? Intorno a noi e dentro di noi
La Chimica spiega i perché e i come della vita di tutti i giorni, partendo dagli atomi e dalle molecole, usando un suo linguaggio specifico
... noi chimici montiamo e smontiamo delle costruzioni molto piccole. Ci dividiamo in due rami principali, quelli che montano e quelli che smontano, e gli uni e gli altri siamo come dei ciechi con dita sensibili. Dico dei ciechi, perché appunto, le cose che noi manipoliamo sono troppo piccole per essere viste, anche coi microscopi più potenti; e allora abbiamo inventato diversi trucchi intelligenti per riconoscerle senza vederle. Primo Levi, La chiave a stella
Obiettivi formativi specifici della Chimica Domande a cui la Chimica fornisce risposte: Di che cosa sono composti gli oggetti materiali di cui è formato il mondo che ci circonda? In quale modo le proprietà macroscopiche delle sostanze dipendono dalla loro composizione? In quale modo e in quali condizioni le sostanze si combinano tra loro, oppure si decompongono, per dare origine ad altre sostanze?
Materiali
Materiali Classificazione dei diversi tipi di materiali eterogenei (composti da più fasi) Esempi: nebbia, sangue, granito Con mezzi fisici omogenei (singole fasi) Esempi: aria, vino, silice Soluzione (di composizione variabile) Esempi: aria, vino, ottone Con trasformazioni fisiche Sostanze pure (di composizione determinata) Esempi: ossigeno, acqua, rame Composti Esempi: cloruro di sodio, biossido di carbonio, acqua Con trasformazioni chimiche (reazioni) Elementi Esempi: ossigeno, idrogeno, mercurio, zinco
Perturbazioni meccaniche Metodiche di separazione Decantazione Filtrazione Separazione con calamita Centrifugazione Trasformazioni chimiche (reazioni) Perturbazioni dello stato di aggregazione Cristallizzazione Distillazione Fusione Cromatografia Decomposizione Elettrolisi Analisi (alimenti, etc )
Le sostanze sono caratterizzate da: composizione: per le sostanze elementari è data dal tipo di atomo; per i composti dai tipi di atomi e dal loro rapporto numerico struttura: cioè dal modo in cui gli atomi sono legati tra loro nella molecola proprietà caratteristiche: Densità, temperatura di fusione o ebollizione, etc
Caratteristiche come composizione e struttura sono dette proprietà intensive, che dipendono dalla natura delle sostanze ma non dalla loro quantità; altre proprietà intensive sono per esempio la densità, la conducibilità termica o elettrica, il punto di fusione ed ebollizione, il calore specifico, ecc. Dalle proprietà intensive è possibile individuare la sostanza, dato che esse sono caratteristiche della sostanza in questione. Le proprietà estensive dipendono invece dalla quantità di sostanza (come massa e volume) e da esse non si può individuare una sostanza.
Le sostanze possono trovarsi in diversi stati di aggregazione: solido, liquido o aeriforme (gassoso o vapore) -Solido: ad una data temperatura, le particelle sono legate da forze sufficienti perché il moto termico, sempre presente, salvo che allo zero assoluto, non modifichi le mutue posizioni permanentemente; perciò la forma ed il volume sono praticamente definiti; -Liquido: i legami interparticellari sono allentati, permettendo così una certa mobilità delle particelle, ma non l'allontanamento definitivo; il volume resta perciò praticamente definito, mentre non lo è più la forma; - Aeriforme: le particelle, avendo una energia termica molto superiore all'energia di interazione, tendono ad allontanarsi l'una dall'altra e praticamente non si influenzano tra loro; si ha perciò la massima espansione nello spazio disponibile.
Le sostanze possono cambiare di stato di aggregazione senza subire modificazioni nella loro natura chimica Passaggi di stato Fenomeno Fusione Sublimazione Brinamento Solidificazione Evaporazione Vaporizzazione Ebollizione Condensazione Liquefazione Passaggio S L S A (V, vapore) V S L S L V V L G L
L anidride carbonica (CO 2 ) sublima già a T ambiente. E possibile ottenere CO 2 allo stato liquido solo applicando pressioni superiori a 5 atm. N.B.: p atm = 1 atm!!!
Le temperature a cui avvengono i passaggi di stato (T fus, T eb ) delle sostanze variano al variare della pressione: abbassando la pressione, si abbassa la temperatura di ebollizione e, in misura minore, la temperatura di fusione. Il contrario avviene aumentando la pressione. Cottura dei cibi in alta montagna Uso della pentola a pressione
Esperienze Fusione: passaggio da solido a liquido Individuazione della temperatura di fusione (t f ) di una sostanza cristallina Fornendo calore la t aumenta fino a quando la sostanza inizia a fondere e rimane costante fino a che è tutta fusa. Tale t è detta t di fusione Sospendendo la somministrazione di calore, si percorre l itinerario a ritroso e si ottiene la t di solidificazione
Distillazione: separazione liquido-liquido (anche soluto solido da solvente) E una tecnica che si basa sulla differente temperatura di ebollizione (t eb ) delle sostanze presenti nella miscela liquida. In seguito al riscaldamento, il liquido con minore t eb (cioè più volatile o bassobollente), si separa dalla miscela sotto forma di vapore, lasciando nel recipiente il liquido a più elevata t eb (cioè meno volatile o altobollente), o il solido
Esempi documentati di separazioni e passaggi di stato I Miscugli Osservazione e separazione
Separazione dei miscugli eterogenei filtrazione decantazione centrifugazione separazione magnetica
Separazione dei miscugli omogenei cromatografia distillazione cristallizzazione
La sublimazione dello iodio