Sandro Barbone Luigi Altavilla Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La Chimica e il metodo scientifico Grandezze fondamentali e grandezze derivate Il Sistema Internazionale di unità di misura (SI) Multipli e sottomultipli Grandezze intensive ed estensive Lavoro ed energia Le varie forme di energia Le trasformazioni dell’energia L’energia nelle reazioni chimiche Calore e temperatura Calore specifico Le scale termometriche

La Chimica La Chimica è la scienza che studia la composizione, la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia. Le trasformazioni della materia che interessano la Chimica sono dette anche reazioni chimiche e comportano modificazioni della composizione chimica della materia. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le trasformazioni fisiche Anche la Fisica studia la materia, occupandosi in particolare delle trasformazioni fisiche, che non comportano modificazioni della composizione della materia. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La Chimica e il metodo scientifico La Chimica, in quanto disciplina scientifica, utilizza il metodo scientifico sperimentale per indagare sulla natura della materia e sulle sue trasformazioni. L’attività di laboratorio fornisce i dati oggettivi sperimentali, per mezzo dei quali i chimici hanno potuto elaborare i princìpi e le teorie sulle quali si basa questa importante disciplina. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il metodo scientifico Il metodo scientifico (o metodo sperimentale), introdotto da Galileo Galilei (1564-1642) nel XVII secolo, prevede tre tappe fondamentali: 1. osservazione del fenomeno; 2. formulazione di un’ipotesi in grado di spiegare il fenomeno; 3. verifica sperimentale dell’ipotesi proposta. L’ipotesi, confermata dalla verifica sperimentale, può essere enunciata come principio o legge scientifica. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Grandezze fisiche Una grandezza è una qualsiasi proprietà di un corpo materiale o di un fenomeno che è possibile misurare, esprimendone il valore con un numero e una propria unità di misura. Il termometro in figura indica la temperatura sia in gradi Celsius sia in gradi Fahrenheit, ma nel SI l’unità di misura della temperatura è il kelvin. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Sistema Internazionale di unità di misura (SI) Il Sistema Internazionale di unità di misura (SI) prevede sette grandezze fisiche fondamentali, le cui unità di misura sono: 1. metro (m), per la lunghezza; 2. kilogrammo (kg), per la massa; 3. secondo (s), per l’intervallo di tempo; 4. kelvin (K), per la temperatura; 5. ampere (A), per l’intensità di corrente; 6. candela (cd), per l’intensità luminosa; 7. mole (mol), per la quantità di sostanza (si usa in Chimica). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le grandezze derivate Le grandezze derivate si ottengono grazie a relazioni matematiche (formule) dalle grandezze fondamentali. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Multipli e sottomultipli Per misurare ciò che è estremamente piccolo o estremamente grande si usano i multipli e i sottomultipli, che vengono indicati facendo precedere da un “prefisso” il nome dell’unità di misura principale: Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Grandezze intensive ed estensive Le grandezze si distinguono in: • grandezze estensive, che dipendono dalla quantità di materia presente nel campione considerato, dalla sua dimensione, estensione: la massa, il peso, la lunghezza, il volume ecc. • grandezze intensive, che non dipendono dalla quantità di materia del campione, ma solo dalla natura stessa della materia che lo costituisce. Sono esempi di grandezze intensive la densità di un corpo, la temperatura, la pressione, il punto di fusione e di ebollizione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La massa (1) La massa viene comunemente definita come la quantità di materia di cui è costituito un corpo. Il concetto di massa è legato al concetto di inerzia, che è la resistenza con la quale ogni corpo si oppone a ogni forza che tenta di modificare il suo stato di quiete o di moto. Maggiore è la massa e maggiore sarà l’inerzia (massa inerziale). Con le nostre forze possiamo spostare una biglia di vetro ma non un treno, perché ha una massa enorme! Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La massa (2) La massa di un corpo è una costante del corpo stesso, infatti: • non dipende dalla posizione del corpo; la sua massa rimane invariata se misurata sulla Terra, sulla Luna e su qualsiasi altro corpo celeste; • non dipende dalla temperatura del corpo, rimanendo invariata nei passaggi di stato. Nel SI l’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg), e per misurarla si usa la bilancia a due piatti. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Lunghezza, superficie e volume Il metro (m) è l’unità di misura della lunghezza (grandezza fondamentale del SI), mentre per misurare l’area di una superficie si utilizza il metro quadrato (m2) e per il volume il metro cubo (m3), entrambe grandezze derivate. Nel passare ai multipli o ai sottomultipli: per le lunghezze si moltiplica o si divide per 10; per le aree delle superfici, si moltiplica o divide per 100 a ogni passaggio; per i volumi si moltiplica o divide per 1000 a ogni passaggio. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il volume dei fluidi Il volume dei fluidi (liquidi e gas) si misura anche come capacità del contenitore, utilizzando il litro (L) come unità di misura, tenendo presenti le seguenti equivalenze con i m3: • 1 m3 = 1000 L • 1 dm3 = 1 L • 1 cm3 = 1 mL (0,001 L o 1 × 10–3 L) • 1 mm3 = 1 μL (0,000001 L o 1 × 10–6 L) In laboratorio si utilizza in genere il cm3 (e l’equivalente mL). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La densità (1) La densità di un corpo può essere definita come il rapporto tra la massa e il volume del corpo stesso. Nel Sistema Internazionale la densità si misura in kg/m3; può anche essere espressa (nel sistema CGS, centimetro-grammo-secondo) in g/cm3 o in g/mL. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La densità (2) La densità di un corpo varia con la temperatura: l’aumento di temperatura determina una dilatazione dei corpi e quindi un aumento del loro volume e una diminuzione della densità. La densità relativa esprime il rapporto tra la massa di un corpo è la massa di uno stesso volume di acqua distillata misurato alla temperatura di 4 °C. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il tempo L’unità di misura del tempo nel SI è il secondo (s). Spesso si utilizzano sottomultipli (decimi, centesimi e millesimi di secondo) e multipli come il minuto (primo), che corrisponde a 60 secondi, e l’ora (h), che corrisponde a 60 minuti o a 3600 secondi. Il cronometro è lo strumento di misura del tempo. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La velocità La velocità è una grandezza che esprime la relazione (il rapporto) tra una distanza (ossia una lunghezza) e il tempo impiegato per percorrerla. L’unità di misura della velocità nel SI è il m/s, ma spesso viene utilizzato il km/h: 1 m/s = 3,6 km/h Il tachimetro è lo strumento che consente di misurare la velocità istantanea di un veicolo. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’accelerazione L’accelerazione è la grandezza che misura le variazioni di velocità nel tempo. L’accelerazione media è data dal rapporto tra la velocità (più precisamente la differenza tra velocità finale e velocità iniziale: Δv) e il tempo: La sua unità di misura (nel SI) è il Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La forza (1) Definiamo forza tutto ciò che è in grado di modificare lo stato di quiete o di moto di un corpo o è in grado di deformarlo (modificare la sua forma). La forza è una grandezza vettoriale. L’intensità della forza è data dal prodotto della massa per l’accelerazione a cui il corpo è sottoposto: F = m x a L’unità di misura della forza nel Sistema Internazionale è il newton (N): Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La forza (2) La forza è una qualsiasi causa capace di modificare lo stato di quiete e di moto di un corpo o di deformarlo, modificandone la forma. L’intensità della forza è data dal prodotto della massa per l’accelerazione a cui il corpo e sottoposto: F = m ・ a L’unita di misura della forza nel Sistema Internazionale, il newton (N): Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La pressione (1) Una forza applicata alla superficie di un corpo esercita su di esso una pressione, direttamente proporzionale alla forza e inversamente proporzionale alla superficie su cui essa agisce: p = F/S L’unità di misura della pressione nel Sistema Internazionale è il pascal (Pa): 1 Pa = 1 N/1 m2 Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La pressione (2) Per indicare la pressione atmosferica viene utilizzato un suo multiplo, l’ettopascal (hPa) che corrisponde al millibar. Nella pratica comune si usa spesso, come unità di misura della pressione, l’atmosfera (atm): 1 atm = 101.325 Pa = 760 millimetri di mercurio (mmHg) Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La pressione (3) Una forza applicata alla superficie di un corpo esercita su di esso una pressione, direttamente proporzionale alla forza e inversamente proporzionale alla superficie su cui essa agisce: L’unita di misura della pressione nel SI è il pascal (Pa), che equivale alla pressione esercitata da una forza di 1 N applicata a una superficie di 1 m2. Per indicare la pressione atmosferica viene utilizzato un suo multiplo, l’ettopascal (hPa) che corrisponde al millibar. Altre unita di misura della pressione sono l’atmosfera (atm), corrispondente a 101.325Pa, e il millimetro di mercurio (mmHg), equivalente a 133 Pa. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il peso La massa e il peso sono due grandezze diverse. Il peso e l’effetto prodotto sulla massa del corpo dalla presenza di un campo gravitazionale. Non è una caratteristica costante di un corpo ma varia in funzione del luogo in cui viene misurato. La massa m e il peso P sono legati dalla relazione: P = m ・ g dove g indica il valore dell’accelerazione di gravità, 9,8 m/s2 sulla Terra. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il lavoro Il lavoro (L) è il prodotto della forza (F) per lo spostamento (s): L = F x s L’unità di misura del lavoro, nel SI, è il joule (J): 1 J = 1 N x 1 m Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’energia L’energia è la capacità di compiere un lavoro. L’unità di misura dell’energia (nel SI) è la stessa del lavoro, ossia il joule (J). Per indicare il contenuto energetico degli alimenti e i consumi energetici di un organismo viene spesso ancora utilizzata la kilocaloria, che corrisponde alla quantità di energia (calore) necessaria per aumentare di 1 °C una massa di 1 kg di acqua. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le varie forme di energia L’energia si manifesta in varie forme: l’energia meccanica (energia potenziale ed energia cinetica), l’energia termica, l’energia eolica (del vento), l’energia chimica (contenuta nei legami chimici di tutte le molecole), l’energia elettrica, l’energia muscolare, che ci consente di muovere il nostro corpo; l’energia luminosa, per mezzo della quale nelle piante avviene la fotosintesi; l’energia nucleare, contenuta nei nuclei degli atomi e che si libera nelle reazioni nucleari (fusione e fissione nucleare). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le varie forme di energia Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’energia nelle reazioni chimiche Nelle trasformazioni chimiche o reazioni chimiche si rompono i legami chimici che formano le molecole dei reagenti e si formano nuovi legami nelle molecole dei prodotti della reazione. I legami chimici contengono energia (energia chimica). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’energia nelle reazioni esotermiche Se l’energia dei legami dei reagenti è maggiore dell’energia dei legami dei prodotti si libera energia nell’ambiente e la reazione è detta esoergonica (da eso = esterno ed ergon = lavoro) o esotermica (se l’energia viene emessa sotto forma di calore). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’energia nelle reazioni endotermiche Le reazioni endoergoniche o endotermiche possono avvenire solo se viene assorbita energia dall’ambiente esterno: infatti l’energia dei legami chimici dei prodotti è maggiore dell’energia dei reagenti e la differenza di energia deve necessariamente provenire dall’esterno (ambiente). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Il calore Il calore è una forma di energia che si trasmette da un corpo più caldo verso uno più freddo. Il calore è l’energia termica che noi forniamo a un corpo per aumentare lo stato di agitazione delle sue particelle. Essendo una forma di energia, si misura in joule (J), l’unità di misura dell’energia nel Sistema Internazionale. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La temperatura La temperatura è la misura di quanto un corpo è caldo o freddo. È la misura (media) dello stato di agitazione delle particelle di cui si compone il corpo. Lo strumento che ci permette di misurare la temperatura è il termometro. La temperatura nel S.I. si misura in kelvin (K); sono molto usati i gradi centigradi Celsius (°C), e nei Paesi anglosassoni i gradi Fahrenheit (°F). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile