Capitolo 3 LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA La teoria particellare un po' più da vicino N.B I concetti proposti sulle slide, in linea di massima seguono l ordine e i contenuti del libro, ma!!!! Ci possono essere delle variazioni Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 1
GLI OBIETTIVI PER PARAGRAFO Cosa sono gli obiettivi del paragrafo? Sono i concetti che bisogna essere capaci di esprimere a voce, attraverso rappresentazioni scritte alla lavagna (disegni, grafici, equazioni, schemi ecc.), senza l ausilio visivo di appunti, schemi o libri. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 2
1.Qual è la differenza tra una trasformazione fisica e una chimica? Trasformazione fisica: le sostanze modificano il loro stato di aggregazione (solido, liquido, gassoso) ma non cambiano le proprietà chimico-fisiche. Trasformazione chimica: le sostanze cambiano le loro proprietà chimico-fisiche. COSA INTENDIAMO PER PROPRIETÀ CHIMICHE E FISICHE? Proprietà chimiche: sono proprietà che si manifestano quando una sostanza interagisce con un altra sostanza (le scopriremo in seguito) Proprietà fisiche: -Stato fisico ( solido, liquido, gas) -Colore -Sapore -Densità -Temperatura di fusione -Temperatura di ebollizione Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 3
Quando si verifica una trasformazione chimica? Una trasformazione chimica è un processo che avviene in seguito a una reazione chimica, tra sostanze dette REAGENTI da cui si formano nuove sostanze dette PRODOTTI con proprietà chimico-fisiche differenti dai reagenti. IN UNA REAZIONE CHIMICA QUALI SONO I REAGENTI E QUALI SONO I PRODOTTI? In realtà attraverso i nostri organi di senso non possiamo determinare con certezza se una trasformazione è chimica o fisica. Per farlo è necessaria un analisi chimica. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 4
Quali fenomeni possono produrre le reazioni chimiche? formazione di bollicine; variazione di colore; formazione o scomparsa di un solido; liberazione di prodotti gassosi profumati o maleodoranti; riscaldamento o raffreddamento del recipiente in cui avviene la reazione. Lasciando un pezzo di ferro all aria questo si arrugginisce, si trasforma cioè in ossido di ferro. A livello molecolare, gli atomi di ferro interagiscono con le molecole di ossigeno atmosferico per formare una nuova sostanza, l ossido di ferro, le cui proprietà hanno poco in comune con entrambi gli elementi da cui si è formata. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 5
Esempi di trasformazioni fisiche e chimiche Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 6
Obiettivi paragrafo 1 1.Qual è la differenza tra una trasformazione fisica ed una chimica? 2. Cosa intendiamo per proprietà chimiche e fisiche? 3.Quando si verifica una trasformazione chimica? 4. In una reazione chimica quali sono i reagenti e quali sono i prodotti? Esercizi per casa, dal libro: p. 56 da numero 1 a 4. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 7
2.QUAL È LA DIFFERENZA TRA UN ELEMENTO E UN COMPOSTO? Gli elementi (atomi) non possono essere scomposti in sostanze più semplici. Questo significa che non posso scindere l atomo di ossigeno o idrogeno in parti più piccole. I composti (molecole) possono essere scomposte negli atomi che le compongono. Ad esempio l acqua può essere scomposta in due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Molecola di acqua (composto, sostanza) Atomo (elemento) Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 8
Abbiamo già sentito parlare del termine sostanza? Una sostanza può essere costituita da atomi uguali, ovvero dallo stesso elemento chimico (ad esempio O2, O3, Au) o da atomi differenti (ad esempio H2O, CO2, NaCl). In questo caso si parla di COMPOSTO CHIMICO. N.B sostanza e sostanza pura sono sinonimi Molecola (composto, sostanza) Atomo (elemento) Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 9
Ricapitolando Cosa sono le miscele? È un insieme di due o più sostanze, le quali possono essere separate attraverso metodi fisici. Perché? Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 10
I mattoni dell universo in una tabella: gli elementi della tavola periodica Gli elementi sulle tavole periodiche più aggiornate sono 118, di cui 96 sono stati rinvenuti sulla Terra mentre i restanti 22 sono stati ottenuti artificialmente. Gli elementi vengono rappresentati sulla tavola periodica da una o più lettere. Ogni atomo ha delle caratteristiche chimico-fisiche specifiche 11
Che dimensioni hanno atomi e molecole? Per avere un'idea della dimensione di un atomo, può essere utile confrontare tale dimensione con la dimensione di oggetti più grandi, ad esempio: il diametro di un capello umano corrisponde a circa un milione di atomi di carbonio disposti in fila; una goccia d'acqua contiene 2 10 21 atomi di ossigeno e 4 10 21 atomi di idrogeno; Ogni elemento chimico (atomo) possiede delle proprietà chimicofisiche specifiche (peso, densità, temperatura di fusione, temperatura di ebollizione, stato fisico) che possiamo trovare sulla tavola periodica. Anche ogni molecola ha caratteristiche chimico-fisiche specifiche, ma non esiste una tavola periodica delle molecole. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 12
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Obiettivi paragrafo 2 1-Qual è la differenza tra un elemento e un composto? 2-Dove troviamo rappresentati gli elementi e le loro caratteristiche chimico-fisiche? 3-Cosa sono le miscele? Esercizi per casa, da libro: p. 56 da numero 5 a 12 Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 14
3. JOHN DALTON (1803): LA TEORIA ATOMICA Nel 1803, John Dalton (1766-1844) formulò una teoria che spiegava molte delle proprietà della materia. La teoria di Dalton si fondava su i seguenti punti: 1-La materia è costituita da particelle piccolissime indivisibili dette atomi 2-Un composto è costituito da due o più atomi differenti. 3-Gli atomi sono indivisibili, pertanto in una reazione chimica non cambiano la massa. In altre parole non possono essere né creati né distrutti, varia semplicemente il modo con cui si legano tra loro. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 15
Obiettivi capitolo 3 1- Quali sono i punti principali della teoria di John Dalton? Esercizi per casa, da libro: p. 56 numero 10 Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 16
4.COME POSSONO ESSERE RAPPRESENTATE LE MOLECOLE? Modelli molecolari e formule chimiche Modello molecolare a sfere e bastoncini Modello molecolare a calotta Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 17
Come si leggono le formule chimiche? Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 18
Obiettivi paragrafo 4 1-Come possono essere rappresentate le molecole? 2-Come si leggono le formule chimiche? Esercizi per casa, da libro: p. 57 da numero 14 a 22. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 19
5.LE REAZIONI CHIMICHE E LA TEORIA ATOMICA Le reazioni chimiche, obbediscono a leggi ben precise note come leggi ponderali, (cioè relative al peso delle sostanze), che sono considerate i pilastri fondamentali della chimica. Queste sono: a)la legge di conservazione della massa (Lavoisier) b)legge della composizione costante (Prust) c)la legge delle proporzioni multiple (Dalton) Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 20
a)la legge di conservazione della massa La legge di Lavoisier nota anche come legge di conservazione della massa(1789) afferma che nel corso di una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. In altre parole, nulla si crea, nulla si distrugge ma tutto si trasforma. Antoine Lavoisier (1743-1794) Considerato uno dei padri della chimica moderna. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 21
a)la legge di conservazione della massa Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 22
b) Legge della composizione costante (Proust) La legge di Proust (1799) detta anche legge delle proporzioni definite afferma, che in un composto chimico gli elementi che lo costituiscono sono sempre presenti in rapporti in massa costanti e definiti. Spiegazione della legge di Proust: se si vuole preparare in laboratorio del solfuro di ferro (pirite), occorre fare reagire ferro e zolfo nel rapporto di 1 g di ferro per 0,57 g di zolfo. Quindi il RAPPORTO DI COMBINAZIONE tra ferro e zolfo è 1 : 0,57. Come si può notare dall immagine se non viene rispettato questo rapporto, l elemento in eccesso rimane in parte non combinato. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 23
b) Legge della composizione costante (Proust) Reazione tra ferro e zolfo a livello particellare. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 24
Percentuale in massa di un elemento in un composto = Rapporto di combinazione Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 25
Esercizi «rapporto di combinazione» 1-Un composto di azoto e l'ossigeno del peso di 100g è costituito da 46,67% di azoto e 53,33% di ossigeno. Calcola il rapporto di combinazione tra le masse di azoto e ossigeno in tale composto. 2-Se 27g di acqua hanno dato all analisi 3,0g di idrogeno e 24,0g di ossigeno, qual è la composizione percentuale di ciascun elemento nell acqua. 3-Il rapporto di combinazione tra le masse di magnesio e ossigeno nella formazione di ossido di magnesio è (Mg)0,36:(O)0,24g. Conoscendo quindi il rapporto di combinazione dell ossido di magnesio calcola quanto magnesio si combina con 0,85g. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 26
Le proporzioni sono essenziali per la chimica Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 27
c) La legge delle proporzioni multiple Essa enuncia: quando due elementi si combinano in modi diversi per formare diversi composti, posta fissa la quantità di uno dei due elementi, la quantità dell'altro elemento necessaria a reagire per formare un diverso composto, risulterà essere un multiplo o sottomultiplo di se stessa, in rapporti esprimibili con numeri piccoli ed interi. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 28
c) La legge delle proporzioni multiple La legge delle proporzioni multiple può anche essere espressa in questo modo: gli elementi di un composto reagiscono tra di loro secondo rapporti ben definiti che possono essere espressi secondo numeri interi piccoli. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 29
Obiettivi paragrafo 5 1-Cosa dice la legge di Lavoisier? 2-Cosa dice la legge di Lavoisier riguardo le reazioni chimiche? 3-Cosa dice la legge di Proust? 4-Cosa si intende, quindi fare un esempio del significato di rapporto di combinazione. 5-Quale concetto esprime la legge delle proporzioni multiple per quanto riguarda gli elementi di un composto? Esercizi per casa, da libro: p.57 e 58 da numero 23 a 30. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 30
6. LEGGE DEI VOLUMI DI COMBINAZIONE (Gay-Lussac) Gay-Lussac (1778-1850) studiando le reazioni chimiche tra sostanze allo stato gassoso (alle stesse condizioni di temperatura e pressione) trovo che: in una reazione chimica i volumi dei gas che si combinano e quelli che si formano, sono esprimibili attraverso numeri interi piccoli. In pratica ha lo stesso significato della legge delle proporzioni multiple Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 31
Obiettivi paragrafo 6 1-Cosa espone la legge dei volumi di combinazione di Gay-Lussac? Esercizi per casa, da libro: p 58 da numero 31 a 32 Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 32
7. LEGGE DI AVOGADRO Nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di molecole. Con la sua legge, Avogadro afferma che il volume di un gas dipende solo dal numero di molecole presenti e non dalle dimensioni e dal tipo di molecole. Come possiamo spiegare questo fenomeno? Come abbiamo già studiato le particelle dello stato gassoso sono distanti fra loro. Se misuriamo le dimensioni delle particelle e le distanze che ci sono tra le particelle, ci renderemo conto che le molecole sono molto piccole rispetto alle distanze che le separano. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 33
Risvolto pratico della legge di Avogadro Nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di molecole. Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 34
Obiettivi paragrafo 7 1-Cosa dice la legge di Avogadro? 2-Come possiamo spiegare a livello particellare la legge di Avogadro? Esercizi per casa, da libro: p. 58 numero 34 Prof. Vincenzo Leo - Chimica - ITA Emilio Sereni 35