LEZIONE 1. Materia: Proprietà e Misura

LEZIONE 1 Materia: Proprietà e Misura

MISCELE, COMPOSTI, ELEMENTI

SOSTANZE PURE E MISCUGLI La materia può essere suddivisa in sostanze pure e miscugli. Un sistema è puro solo se è formato da una singola sostanza. Le sostanze pure hanno caratteristiche e composizione costanti. Un sistema formato da due o più sostanze è un miscuglio.

SOSTANZE PURE E MISCUGLI Un miscuglio omogeneo di due o più sostanze è chiamato soluzione (Soluzione = solvente + soluto). Acciaio e leghe metalliche sono altri esempi di miscugli omogenei Un miscuglio eterogeneo è costituito da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili. La schiuma è un tipico esempio di miscuglio costituito dalla dispersione di gas in un liquido. La nebbia è un miscuglio tra acqua-aria. Il fumo è un miscuglio eterogeneo di un solido in un gas.

SOSTANZE PURE E MISCUGLI I miscugli eterogenei possono presentare aspetti anche molto diversi al variare dello stato di aggregazione delle fasi che li costituiscono. I colloidi costituiscono una classe di materiali che ha caratteristiche intermedie tra quelle dei miscugli omogenei e quelle dei miscugli eterogenei. Molte sostanze a noi familiari sono colloidi, come per esempio il burro, la maionese, l'asfalto, la colla, la nebbia ed il fumo.

TRASFORMAZIONI DELLA MATERIA Trasformazione fisica: cambiamento dello stato fisico ma non della natura chimica (ebollizione dell acqua) Trasformazione chimica: Cambiamento dell identità chimica (arrugginimento del ferro, da Fe a Fe 2 O 3 )

STATI FISICI DELLA MATERIA Solido Liquido Aeriforme Volume proprio proprio occupano tutto il volume disponibile Forma propria assume forma del recipiente Densità alta media bassa Effetto della P incomprimibili incomprimibili incomprimibili assume la forma del recipiente Il contenuto di ENERGIA CINETICA è diverso a seconda dello stato di aggregazione della materia.

PASSAGGI DI STATO Trasformazione della materia da uno stato fisico all altro per variazioni di temperatura e pressione. c Le particelle si liberano dalle forze attrattive elettrostatiche passando da uno stato ordinato a uno via via più disordinato.

PASSAGGI DI STATO Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento e temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche in funzione della pressione a cui avviene il passaggio di stato. Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono temperatura di condensazione: a parità di pressione uguale a quella di ebollizione; temperatura di solidificazione: a parità di pressione uguale a quella di fusione.

PASSAGGI DI STATO Il calore latente di fusione è la quantità di energia necessaria per fondere completamente 1 kg di sostanza pura alla temperatura di fusione. Il calore latente di vaporizzazione è la quantità di energia necessaria per fare evaporare completamente 1 kg di sostanza pura alla temperatura di ebollizione.

PASSAGGI DI STATO: L ACQUA Il calore latente di fusione e il calore latente di vaporizzazione sono proprietà intensive della materia e vengono utilizzati per identificare le sostanze pure.

PASSAGGI DI STATO Fanno eccezione quei solidi, come la NAFTALINA e lo IODIO, le cui forze di coesione sono così deboli, che passano dallo stato solido direttamente a quello aeriforme (SUBLIMAZIONE).

Indicare il fenomeno chimico: A) Sublimazione B) Fusione C) Brinamento D) riduzione Una miscela eterogenea è un sistema i cui componenti possono essere separati mediante operazioni: A) solo di centrifugazione e levigazione B) identificabili solo con cambiamenti di stato C) solo chimiche D) meccaniche

ELEMENTI, COMPOSTI E LEGGI PONDERALI Gli elementi chimici sono sostanze che non possono essere scomposte in altre sostanze più semplici e sono costituiti da particelle tutte uguali dette atomi. Ad oggi conosciamo 118 elementi chimici: 94 sono gli elementi esistenti in natura, 24 sono stati invece prodotti in laboratorio e sono detti elementi artificiali. A ciascun elemento è attribuito un simbolo chimico. Gli elementi chimici conosciuti sono rappresentati nella tavola periodica degli elementi.

ELEMENTI, COMPOSTI E LEGGI PONDERALI I composti chimici sono sostanze costituite da elementi combinati tra loro chimicamente: essi non mantengono le proprietà fisiche e chimiche degli elementi che li compongono. H 2 SO 4 CO 2 H 2 O Na 2 CO 3 N 2 O 2 Una formula chimica è una rappresentazione simbolica del tipo e della quantità di elementi che costituiscono un composto. La molecola è definita come l unità minima di un composto, ovvero un raggruppamento di due o più atomi che possiede le proprietà chimiche caratteristiche di quel composto.

Indicare l affermazione corretta: Un composto chimico: A) ha composizione fissa e costante B) ha composizione variabile entro limiti definiti C) ha proprietà diverse se ottenuto per via naturale o per sintesi D) ha proprietà che sono la somma di quelle degli elementi che lo compongono Indicare la differenza tra miscugli e composti: A) i primi sono formati da due o più sostanze mescolate in proporzioni variabili, i secondi sono costituiti da due o più elementi, presenti in proporzioni fisse e costanti B) i primi sono formati da sostanze mescolate, i secondi da elementi mescolati C) i primi sono formati da sostanze mescolate in proporzioni fisse, i secondi da due o più elementi presenti in proporzioni fisse e costanti D) i miscugli sono formati da sostanze mescolate in proporzioni fisse, i composti da almeno due elementi presenti in proporzioni fisse ma non costanti

ELEMENTI, COMPOSTI E LEGGI PONDERALI Le leggi ponderali sono tre leggi fondamentali della chimica che riguardano le masse delle sostanze coinvolte nelle reazioni chimiche. Legge di conservazione della massa (Lavoisier): in una reazione chimica, la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti.

ELEMENTI, COMPOSTI E LEGGI PONDERALI Legge delle proporzioni definite (Proust): le masse di due elementi si combinano in un certo composto con un rapporto fisso e caratteristico. Legge delle proporzioni multiple (Dalton): quando due elementi si combinano tra loro formando più composti, le diverse masse di uno di essi che si combinano con la stessa massa dell altro elemento, stanno tra loro in un rapporto esprimibile con numeri interi.

Completa in modo corretto l affermazione di Lavoisier: nelle reazioni chimiche la somma delle masse dei prodotti è sempre: A) minore di quella dei reagenti B) uguale a quella dei reagenti C) maggiore di quella dei reagenti D) uguale a quella dei reagenti se nessuno di essi è un gas Le caratteristiche fondamentali della materia sono: A) spazio, forma, massa, energia B) volume, forma, massa, energia C) volume, massa, energia D) colore, composizione, massa

Sulla base della legge delle proporzioni definite e costanti, se la massa di 1 g di una sostanza X si combina con una massa di 3 g di un elemento Y: A) 5 g di X si combinano con 15 g di Y B) 3 g di X si combinano con 27 g di Y C) 5 g di X si combinano con 25 g di Y D) 3 g di X si combinano con 20 g di Y Un filo di magnesio (0.455 g) viene fatto bruciare in presenza di un eccesso di ossigeno (2.315 g), nella reazione si forma l ossido di magnesio in modo quantitativo, lasciando in eccesso una massa di ossigeno pari a 2.015 g. Si forma una massa di MgO pari a: A) 155 g B) 1.550 g C) 0.755 g D) 0.870 g

MASSA ATOMICA E MASSA MOLECOLARE In chimica è molto diffusa l abitudine di parlare di pesi atomici e di pesi molecolari anche se ormai molti testi utilizzano più correttamente il termine massa atomica e molecolare. Mentre la massa è una caratteristica costante di un corpo materiale, il suo peso dipende dal luogo in cui si misura, essendo il peso la forza di reciproca attrazione tra il corpo ed il corpo celeste sul quale giace. Tuttavia, applicando la seconda legge della dinamica (f = ma), si osserva che il peso è direttamente proporzionale alla massa del corpo (P = mg), nell ipotesi che l accelerazione di gravità g sia costante su tutto il pianeta (ipotesi accettabile solo in prima approssimazione). Le masse atomiche e le masse molecolari oggi si possono calcolare sperimentalmente utilizzando lo spettrometro di massa.

MASSA ATOMICA E MASSA MOLECOLARE

CONTARE PER MOLI Il valore dell unità di massa atomica, 1 u = 1,661 10-24 g, è estremamente piccolo. Necessità di trovare una grandezza che mettesse in relazione atomi e molecole con grandezze misurabili. La mole è una quantità di una sostanza chimica numericamente uguale al suo peso relativo, espresso in grammi anziché in u. mole (mol) = quantità di sostanza che contiene un numero di particelle elementari uguale al numero di atomi contenuti in 12 g di 12C, cioè 6,022 x 10 23 (numero di Avogadro N)

CONTARE PER MOLI massa molare (M), numero di moli (n), massa in grammi (m), numero di Avogadro (N), numero di particelle (Np) sono legati dalle seguenti relazioni: Un campione di ferro contiene 9,55 10 25 atomi di Fe. Ciò permette di calcolare, nel rispetto delle unità di misura, la quantità chimica di atomi di Fe: A) 9,55 1025 atomi / 6,02 10 23 atomi mol-1 (costante di Avogadro) B) 9,55 1025 atomi / 6,02 10 23 atomi (numero di Avogadro) C) 9,55 1025 55,845 atomi g- 1 D) 345 mol

Indicare tra le seguenti la specie con il peso molecolare maggiore: N 2, H 2, O 2, H 2 O: A) N 2 B) H 2 C) O 2 D) H 2 O Se il saccarosio C 12 H 22 O 11 ha Mr = 342, in una massa di tale sostanza pari a di 34,2 g, le molecole sono circa: A) 3420 B) sessantamila miliardi di miliardi C) 34,2 miliardi D) seicentomila miliardi di miliardi La molecola è la più piccola parte di un elemento capace di esistenza indipendente e che ne conserva: A) le proprietà chimiche e gran parte di quelle fisiche B) parte delle proprietà chimiche e parte di quelle fisiche C) parte delle proprietà chimiche e tutte quelle fisiche D) le proprietà chimiche e fisiche

Una proteina ha una massa molecolare (mm) di 60 kda. Perciò in 1 mol della proteina in questione sono contenuti: A) 6.000 aminoacidi B) 60.000 molecole di proteina C) 6,023 1023 molecole di proteina D) 60 aminoacidi Indicare il numero approssimato di atomi di ossigeno presenti in 33,0 g di CO 2 : A) 2,25 1023 B) 4,53 1023 C) 13,5 1023 D) 9,06 1023 Indicare se ci sono più molecole in 10 g di ossigeno o in 9 g di azoto. A) in 9 g di azoto B) in 10 g di ossigeno C) il numero di molecole è uguale D) bisogna conoscere la temperatura per poter rispondere

FORMULA MINIMA La formula minima indica il rapporto di combinazione minimo con cui gli atomi si legano per formare la molecola. I passaggi per determinare la formula minima sono i seguenti: si scrive la massa m in grammi di ciascun elemento presente in 100 g di composto, cioè la sua percentuale in massa; si calcola il numero di moli n di ciascun elemento dividendo per il rispettivo peso atomico; si divide il numero di moli di ciascun elemento per il più piccolo numero di moli calcolato: i numeri interi che si ottengono sono gli indici numerici della formula; si scrivono gli elementi e in basso a destra di ciascuno il rispettivo indice.

Una sostanza pura risulta contenere il 66,67% di Cu e il 33,33% di S. Perciò potrebbe essere: A) Cu 2 S B) CuSO 4 C) CuS D) Cu 2 SO 4 Un composto organico ha dato all analisi elementare la seguente composizione: C: 38,7; H: 9,7. Sapendo che una massa di 0,65 g di tale composto occupa in c. n. un volume di 234,8 ml, indicare una formula molecolare possibile per il composto: A) CH 3 O B) C 2 H 6 O 2 C) C 6 H 36 O 12 D) C 3 H 18 O 6

La malachite è costituita dai seguenti ossidi nelle percentuali riportate accanto ad essi: CuO 72,0 %; CO 2 19,9 %; H 2 O 8,1 %. Pertanto la sua formula minima è: A) (CuO) 2 CO 2 H 2 O B) CuO CO 2 H 2 O C) 2 CuO CO 2 (H 2 O) 2 D) (CuO) 3 CO 2 (H 2 O) 2 Un composto X ha dato all analisi elementare il seguente risultato: C 66,7 %; H 3,7 %. Indicare la sua formula minima: A) C 3 H 8 B) C 6 H 4 O C) C 3 H 2 O D) C 2 H 2 O 2

Indicare se ci sono più molecole in 10 g di ossigeno o in 9 g di azoto. A) in 9 g di azoto B) in 10 g di ossigeno C) il numero di molecole è uguale D) bisogna conoscere la temperatura per poter rispondere Indicare la proposizione corretta. L acqua, ad una temperatura di 0 C e a pressione atmosferica, si trova: A) allo stato della massima densità B) parte allo stato solido e parte allo stato liquido, infatti la temperatura è costante perché la perdita o l acquisto di energia termica serve a formare o a rompere i legami a ponte di idrogeno del ghiaccio C) allo stato liquido con la presenza di poco ghiaccio D) quasi tutta allo stato solido La massa molecolare (mm) dell acqua è pari a 18 u. Perciò in 1 L di acqua sono contenute: A) 1,8 x 10-3 mol di acqua B) 1,8 x 103 mol di acqua C) 22,414 mol di acqua D) 55,5 mol di acqua

Sapendo che il sodio ha Ar = 23, l ossigeno ha Ar = 16, lo zolfo ha Ar = 32, la massa molare M di Na 2 SO 4 vale: A) 142 Da B) 142 g mol -1 C) 142 u D) 284 g mol -1 Un composto ha Mr = 56 e contiene l 85,6 % di carbonio e il 14,4 % di idrogeno. Pertanto le sue formule minima e molecolare sono: A) CH 2 e C 4 H 8 B) CH 2 e C 6 H 14 C) CH 3 e C 2 H 6 D) CH e C 6 H 6