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Le trasformazioni chimiche e le leggi che le governano Lic. classicoA. D. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis

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Presentazione sul tema: "Le trasformazioni chimiche e le leggi che le governano Lic. classicoA. D. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis"— Transcript della presentazione:

1 Le trasformazioni chimiche e le leggi che le governano Lic. classicoA. D. Azuni - Sassari Prof. Paolo Abis

2 © Paolo Abis2 La composizione della materia La composizione della materia Le trasformazioni della materia Le trasformazioni della materia Reazioni chimiche REAGENTI PRODOTTI prima dopo Che cosa studia la chimica

3 © Paolo Abis3 Le trasformazioni chimiche Si definisce trasformazione chimica una reazione o qualunque trasformazione che fa variare profondamente la composizione della materia Si definisce trasformazione chimica una reazione o qualunque trasformazione che fa variare profondamente la composizione della materia Esempi di tale fenomeno di "trasformazione chimica" delle sostanze sono: Bruciare la Legna trasformandola in Carbone e Cenere la Corrosione causata dalla ossidazione del ferro fa diventare il ferro in una sostanza bruna che si scheggia in lamine sottili e friabili.

4 © Paolo Abis4 Le trasformazioni chimiche Nella "trasformazione chimica" una sostanza si trasforma in un altra. In tal caso la nuova sostanza contiene molecole differenti ed ha differenti proprieta rispetto alla sostanza originaria che ha effettuato la trasformazione. IRREVERSIBILI REVERSIBILI I Cambiamenti che avvengono in una trasformazione chimica sono normalmente IRREVERSIBILI a differenza di quelli causati da una trasformazione fisica tra diversi stati di aggregazione della materia che invece sono REVERSIBILI.

5 © Paolo Abis5 La Materia Nel 17 mo secolo vi era ancora molta confusione su cosa fosse la Materia Nel 17 mo secolo vi era ancora molta confusione su cosa fosse la Materia Georg Ernst Stahl ( ) Johann Becher e Georg Stahl, medici tedeschi professori universitari, fondarono la teoria del Flogisto (dal greco bruciare) Simbolo del Flogisto

6 © Paolo Abis6 Il Flogisto La materia e costituita da due componenti: il Flogisto e la Cenere La materia e costituita da due componenti: il Flogisto e la Cenere Bruciando, il flogisto si libera nellaria, lasciando solamente la cenere Bruciando, il flogisto si libera nellaria, lasciando solamente la cenere ‚Laria Flogistificata non riesce piu a supportare la combusione

7 © Paolo Abis7 La Teoria del Flogisto Fatti spiegati dalla teoria del Flogisto Fatti spiegati dalla teoria del Flogisto I combustibili perdono peso bruciando, perche perdono flogisto. I combustibili perdono peso bruciando, perche perdono flogisto. La combustione cessa quando tutto il flogisto e fuoriuscito dalla sostanza e ha saturato laria La combustione cessa quando tutto il flogisto e fuoriuscito dalla sostanza e ha saturato laria Il carbone lascia pochissimo residuo perche e flogisto quasi puro Il carbone lascia pochissimo residuo perche e flogisto quasi puro Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche laria si satura di flogisto Un topolino muore se chiuso in un ambiente sigillato perche laria si satura di flogisto Alcune calci metalliche, scaldate con carbone si ritrasformano in metallo perche il carbone cede il flogisto Alcune calci metalliche, scaldate con carbone si ritrasformano in metallo perche il carbone cede il flogisto

8 © Paolo Abis8 Problemi della Teoria del Flogisto Tuttavia, alcune sostanze aumentano di peso dopo essere state bruciate (il magnesio ad esempio)! Tuttavia, alcune sostanze aumentano di peso dopo essere state bruciate (il magnesio ad esempio)! Oggi noi sappiamo che la combustione è dovuta al processo di ossidazione. Oggi noi sappiamo che la combustione è dovuta al processo di ossidazione. Joseph Priestly scopre lossigeno nel 1774, ma non crede alla teoria dellossidazione. Chiama lossigeno aria deflogistificata Joseph Priestly scopre lossigeno nel 1774, ma non crede alla teoria dellossidazione. Chiama lossigeno aria deflogistificata Joseph Priestly Noi ora sappiamo che lossigeno si combina con il materiale formando lossido Noi ora sappiamo che lossigeno si combina con il materiale formando lossido

9 © Paolo Abis9 Conservazione della Massa Antoine Lavoisier mostra come la combustione non e una perdita di flogisto, ma una reazione chimica con lossigeno. Antoine Lavoisier mostra come la combustione non e una perdita di flogisto, ma una reazione chimica con lossigeno. Enuncia il principio di conservazione della massa: Enuncia il principio di conservazione della massa: La Materia non viene nè creata nè distrutta, ma cambia solamente forma La Materia non viene nè creata nè distrutta, ma cambia solamente forma Antoine-Laurent Lavoisier ( ) e sua moglie

10 © Paolo Abis10 nelle trasformazioni chimiche la somma delle masse dei reagenti la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti La materia non si crea, non si distrugge, si trasforma ( , ghigliottinato durante il Terrore) 400 g mele 200 g farina 1 uovo 80 g 100 g zucchero 150 g latte 70 g burro Una torta da 1 k g PRINCIPIO DI LAVOISIER

11 © Paolo Abis11 Legge della conservazione della massa Problema

12 © Paolo Abis12 Prova a risolvere il seguente problema per vedere se hai capito questa legge. Prova a risolvere il seguente problema per vedere se hai capito questa legge. Supponiamo di avere 15 grammmi della sostanza A e 13 grammi della sostanza B. Quanti grammi della sostanza C si formerà se si formano 9 grammi della sostanza D ? ReagentiProdotti A + B C + D 15 g 13g ? g 9g Legge della conservazione della massa

13 © Paolo Abis13 La quantità totale di reagenti è pari a 28 grammmi. Dal lato dei prodotti sono presenti nellequazione 9 grammi del prodotto D. Per la legge della conservazione della massa il totale dei reagenti deve essere in eguale quantità alla massa dei prodotti, per tanto la quantità di C prodotta sarà ?: (click) ReagentiProdotti A + B C + D 15 g 13g ? g 9g 28 g reagenti - 9 g di D 19 g di C Soluzione

14 © Paolo Abis14 Lavoisier ( ) E bastato un momento per tagliare quella testa, e forse non basterà un secolo per generarne unaltra pari alla sua. E bastato un momento per tagliare quella testa, e forse non basterà un secolo per generarne unaltra pari alla sua. J. Lagrange

15 © Paolo Abis15 I meriti di Lavoisier Approccio quantitativo Approccio quantitativo il passaggio dal paradigma della teoria del flogisto alla legge di conservazione degli elementi il passaggio dal paradigma della teoria del flogisto alla legge di conservazione degli elementi Lavoisier riprese il flogisto, capendo e spiegando ciò che per esso rimaneva ignoto Lavoisier riprese il flogisto, capendo e spiegando ciò che per esso rimaneva ignoto Provò sperimentalmente che durante le reazioni la massa si conserva, in quanto si conservano i principi elementari ( in seguito si scoprirà la conservazione del tipo e del numero degli atomi) Provò sperimentalmente che durante le reazioni la massa si conserva, in quanto si conservano i principi elementari ( in seguito si scoprirà la conservazione del tipo e del numero degli atomi) Individuo' l'elemento ossigeno e gli assegnò il ruolo di componente reattivo dell'aria sia per le combustioni, sia per le calcinazioni e smentì le ipotesi che consideravano l'aria poco più che un mezzo per fare avvenire le reazioni. Individuo' l'elemento ossigeno e gli assegnò il ruolo di componente reattivo dell'aria sia per le combustioni, sia per le calcinazioni e smentì le ipotesi che consideravano l'aria poco più che un mezzo per fare avvenire le reazioni. Introdusse un simbolismo che semplificava il linguaggio dei chimici e che contemporaneamente acquistava un significato fisico Introdusse un simbolismo che semplificava il linguaggio dei chimici e che contemporaneamente acquistava un significato fisico Introdusse come criterio, per classificare le sostanze ed assegnare loro un nome, la tendenza di queste a dare particolari reazioni, cioè la loro reattività. Introdusse come criterio, per classificare le sostanze ed assegnare loro un nome, la tendenza di queste a dare particolari reazioni, cioè la loro reattività.

16 © Paolo Abis16 Tre leggi fondamentali John Dalton basa al sua teoria atomica sulle seguenti leggi: Legge della conservazione della massa A.L. Lavoisier (1782) Legge delle proporzioni definite J. Proust (1797) Legge delle proporzioni multiple J. Dalton (1803)

17 © Paolo Abis17 Legge delle proporzioni definite "Il rapporto fra le quantità in peso di due elementi che reagiscono per formare un composto è costante." Joseph Proust ( ) ha trovato che "Il rapporto fra le quantità in peso di due elementi che reagiscono per formare un composto è costante.". Ci sono 50 grammi di una sostanza chimica in questo tubo di prova. L'analisi mostra che contiene g di cloro e g di rame. Qualè il rapporto fra le masse del cloro e del rame ? quesitoEsempio g Cl g Cu = 1.12 g Cl 1.00 g Cu Per ogni grammo di rame nel composto vi sono 1.12 g di cloro. Continua

18 © Paolo Abis18 Ci sono 20 grammi di una sostanza chimica in questo tubo di prova. L'analisi mostra che contiene g di cloro e 9.45 g di rame. Qualè il rapporto fra le masse del cloro e del rame ? quesitoEsempio g Cl 9.45 g Cu = 1.12 g Cl 1.00 g Cu Per ogni grammo di rame nel composto vi sono 1.12 g di cloro. Conclusioni Legge delle proporzioni definite "Il rapporto fra le quantità in peso di due elementi che reagiscono per formare un composto è costante." Joseph Proust ( ) ha trovato che "Il rapporto fra le quantità in peso di due elementi che reagiscono per formare un composto è costante.".

19 © Paolo Abis19 Entrambe gli esempi contengono la stessa sostanza. Benchè vi siano differnti quantità nelle due provette il rapporto fra le masse dei due elementi è lo stesso : 1.12 g cloro 1.00 g rame Ciò dimostra La legge delle proporzioni definite. Conclusioni Legge delle proporzioni definite

20 © Paolo Abis20 Legge delle proporzioni multiple John Dalton ( ) "Quando due elementi si combinano tra loro per formare composti diversi, le quantità di uno di essi che si combinano con una quantità fissa dell'altro, stanno fra loro in rapporti semplici, esprimibili mediante numeri interi, generalmente piccoli.". "Quando due elementi si combinano tra loro per formare composti diversi, le quantità di uno di essi che si combinano con una quantità fissa dell'altro, stanno fra loro in rapporti semplici, esprimibili mediante numeri interi, generalmente piccoli.". Queste due provette contengono diversi composti. Essi sono costituiti, tuttavia, dagli stessi elementi. Giallo = K 2 CrO 4 Arancio = K 2 Cr 2 O 7 Esempio

21 © Paolo Abis21 Come era in grado John Dalton di fare una tale dichiarazione? Supponiamo che i due palloni contengano due differnti ossidi di carbonio, che si sa che esistono. Troviamo il rapporto di massa per ogni composto. Avanti Legge delle proporzioni multiple

22 © Paolo Abis22 L'analisi di questo composto mostra che vi sono 16.0 g di ossigeno e di 12.0 g di carbonio. Calcoliamo il rapporto fra la massa di ossigeno e la massa di carbonio Risultato 16 g O 12 g C =1.33 Continua Legge delle proporzioni multiple

23 © Paolo Abis23 Lanalisi per questo composto rileva 32.0 g di ossigeno e 12.0 g di carbonio. Calcoliamo il rapporto fra la massa di ossigeno e la massa di carbonio Risultato 32 g O 12 g C =2.66 Continue Legge delle proporzioni multiple

24 © Paolo Abis24 Che cosa possiamo dedurre da tali risultati? Rapporto fra le masse 2.66 Continua Rapporto fra le masse Il rapporto di massa di uno è il doppio l'altro! A che cosa può essere dovuto questo risultato? = 2.00 Legge delle proporzioni multiple

25 © Paolo Abis25 Notiamo che la massa di carbonio in ogni campione è la stessa. Questo implica che c'è lo stesso numero di atomi di carbonio in ogni campione. Poiché la massa degli atomi di ossigeno raddoppia da un campione al successivo, anche il numero di atomi di ossigeno raddoppia? Se si assume che gli elementi nel primo composto si conìmbinano in rapporto 1:1 allora si può prevedere la cormula del secondo composto ?. Continua Massa del CarbonioMassa dellOssigenoFormula 1 2 g 32 g 16 gCO CO 2 Notiamo che il rapporto fra le masse dellossigeno nei due composti è 2 : 1! Legge delle proporzioni multiple

26 © Paolo Abis26 In conclusione, la Legge delle proporzioni multiple: Gli stessi elementi che formano un composto possono anche formare un altro composto. esempio: CO e CO 2. Il rapporto di massa del primo composto paragonato al rapporto di massa del secondo composto sarà rappresentato da un numero intero. Le masse di un elemento che si combinano con una massa fissa di un altro elemento (in composti diversi) stanno fra loro in rapporto esprimibile da un numero intero. Legge delle proporzioni multiple

27 © Paolo Abis27 Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 )con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 ) con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. A. Quale è la massa di ossigeno nel campione diossido di zolfo? B. Quale è la massa di ossigeno nel campione di triossido di zolfo ? C. Per una massa fissa di ossigeno in questo esempio, qualè il più piccolo numero che esprime il rapporto fra la massa di zolfo nel diossido di zolfo e la massa dello zolfo nel triossido di zolfo ? Risultato

28 © Paolo Abis28 Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 )con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 ) con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. A. Quale è la massa di ossigeno nel campione diossido di zolfo? B. Quale è la massa di ossigeno nel campione di triossido di zolfo ? C. Per una massa fissa di ossigeno in questo esempio, qualè il più piccolo numero che esprime il rapporto fra la massa di zolfo nel diossido di zolfo e la massa dello zolfo nel triossido di zolfo ? Risultato g totali g Zolfo = 5.00 g Ossigeno

29 © Paolo Abis29 Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 )con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 ) con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. A. Quale è la massa di ossigeno nel campione diossido di zolfo? B. Quale è la massa di ossigeno nel campione di triossido di zolfo ? C. Per una massa fissa di ossigeno in questo esempio, qualè il più piccolo numero che esprime il rapporto fra la massa di zolfo nel diossido di zolfo e la massa dello zolfo nel triossido di zolfo ? Risultato 8.33 g totali g Zolfo = 5.00 g Ossigeno

30 © Paolo Abis30 Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 )con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. Per esempio il diossido di zolfo (SO 2 ) con una massa di g contiene 5.00 g di zolfo. Mentre il triossido di zolfo (SO 3 ) con massa di 8.33 g contiene 3.33 g di zolfo. A. Quale è la massa di ossigeno nel campione diossido di zolfo? B. Quale è la massa di ossigeno nel campione di triossido di zolfo ? C. Per una massa fissa di ossigeno in questo esempio, qualè il più piccolo numero che esprime il rapporto fra la massa di zolfo nel diossido di zolfo e la massa dello zolfo nel triossido di zolfo ? Risultato 5.00 g S / 3.33 g S = 1.5 / 1 cioè 3 / 2 Ricorda, 3 : 2 è il rapporto corretto perchè rappresenta il più piccolo rapporto fra interi. 1.5 : 1 non è un rapporto fra interi! g totali g Zolfo = 5.00 g Ossigeno 8.33 g totali g Zolfo = 5.00 g Ossigeno

31 © Paolo Abis31 Riepilogando … PESO ATOMICO SO2%GRAMMISO3% GRAMM I ZOLFO OSSIGENO MASSA MOLECOLARE OssigenoMassa costante5.00 g

32 © Paolo Abis32 Riepilogando … PESO ATOMICO SO2%GRAMMISO3%GRAMMI ZOLFO OSSIGENO MASSA MOLECOLARE Ossigeno Zolfo Massa costante5.00 g Massa variabile5.00 g / 3.33 g = 1,5 Esprimibile con un rapporto fra numeri interi 3/2

33 © Paolo Abis33 Riepilogando … Ossigeno Zolfo Massa costante5.00 g Massa variabile 5.00 g / 3.33 g = 1,5 Esprimibile con un rapporto fra numeri interi 3/2 Campione Peso dellossigeno (g) Peso dello Zolfo (g) RapportoZolfo-Zolfo 1 (10 g) 5,005,003 2 ( 8,33 g) 5,003,332

34 © Paolo Abis34 Teoria atomica La Materia e composta da Atomi che non possono essere nè creati nè distrutti John Dalton ( )

35 © Paolo Abis35 La teoria atomica di Dalton poggia su queste ipotesi: 1)- ogni forma di materia è costituita da atomi; gli atomi sono tutti inalterabili ed indivisibili; 1)- ogni forma di materia è costituita da atomi; gli atomi sono tutti inalterabili ed indivisibili; 2)- in una stessa sostanza ( elemento ) gli atomi sono tutti uguali; 2)- in una stessa sostanza ( elemento ) gli atomi sono tutti uguali; 3)- gli atomi di diversi elementi non sono uguali fra loro e non possiedono la stessa massa; 3)- gli atomi di diversi elementi non sono uguali fra loro e non possiedono la stessa massa; 4)- le trasformazioni chimiche avvengono per unione o separazione di atomi tra di loro. 4)- le trasformazioni chimiche avvengono per unione o separazione di atomi tra di loro.

36 © Paolo Abis36 In definitiva … Latomo è la più piccola quantità di un elemento che può essere presente nei composti soltanto come multiplo intero. Latomo è la più piccola quantità di un elemento che può essere presente nei composti soltanto come multiplo intero. Atomo : Atomo : la più piccola particella di un elemento che, da sola o riunita in molecole, da luogo allelemento stesso. Esistono elementi monoatomici : Gas nobili elio, neon, argon ecc. Elementi bi-atomioci: ossigeno, idrogeno, fluoro ecc. Elementi pluri-atomici : fosforo (P 4 ), zolfo (S 8 ) …

37 © Paolo Abis37 Le molecole Molecola Molecola : La più piccola particella di una sostanza che della sostanza stessa conserva tutte le proprietà. Le molecole sono costituite da atomi. Molecola dellacqua Molecola del DNA

38 © Paolo Abis38 Macroscopico e microscopico Una molecola possiede le proprietà chimiche dellelemento o del composto da cui proviene, ma non ne possiede le proprietà fisiche. Una molecola possiede le proprietà chimiche dellelemento o del composto da cui proviene, ma non ne possiede le proprietà fisiche. Non ha senso, infatti, parlare di punto di ebollizione o di punto di fusione riferiti ad una singola molecola. Non ha senso, infatti, parlare di punto di ebollizione o di punto di fusione riferiti ad una singola molecola. Le proprietà fisiche sono proprietà macroscopiche Le proprietà fisiche sono proprietà macroscopiche Le proprietà chimiche sono proprietà microscopiche Le proprietà chimiche sono proprietà microscopiche


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