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

La struttura della materia: miscugli e sostanze Gli stati fisici di aggregazione della materia Il calore e i passaggi di stato Teoria particellare: atomi, molecole, ioni Le sostanze pure e i miscugli Miscugli omogenei ed eterogenei Principali metodi di separazione dei miscugli Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La materia La materia è tutto ciò che occupa uno spazio ed è dotato di una massa. Un corpo è una porzione di materia. La massa è la quantità di materia di cui è costituito un corpo. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Sistema e ambiente La Chimica studia porzioni delimitate di materia (corpi) che vengono definite anche sistemi (o sistemi termodinamici). Ogni sistema è circondato dall’ambiente con il quale può, in alcuni casi, scambiare materia e/o energia. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I sistemi In base alle possibilità di scambi di materia ed energia con l’ambiente esterno, distinguiamo: sistemi aperti (scambiano materia ed energia) sistemi chiusi (scambiano energia ma non materia) sistemi isolati (non scambiano né materia né energia). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Teoria particellare: atomi, molecole, ioni Ogni corpo è costituito da particelle: atomi, molecole e ioni Atomo: particella elementare della materia, ritenuta indivisibile. Molecola: particella elementare costituita da due o più atomi legati tra loro. Ione: particella dotata di carica elettrica positiva (catione) o negativa (anione). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Gli stati fisici della materia I corpi che ci circondano possono presentarsi in tre diversi stati di aggregazione: solido, liquido, gassoso. I solidi hanno forma e volume propri e non sono comprimibili. I liquidi hanno volume proprio ma non forma propria e non sono comprimibili. Gli aeriformi non hanno forma né volume propri e sono comprimibili. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Aeriformi e particelle Le particelle che costituiscono gli aeriformi (gas e vapori) sono libere di muoversi occupando tutto lo spazio a loro disposizione: non hanno una forma propria (perché sono fluidi, possono adattarsi alla forma del contenitore) né un volume proprio perché possono essere compressi, essendovi ampi spazi liberi tra una particella e l’altra. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Gas e vapori Gas: aeriforme che non può condensare a temperatura ambiente (possiede una temperatura critica inferiore alla temperatura ambiente). Vapore: aeriforme che può condensare a temperatura ambiente (per compressione). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Temperatura critica È la temperatura al di sopra della quale una sostanza (aeriforme) non può esistere allo stato liquido, neanche per compressione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Liquidi e particelle I liquidi non hanno una forma propria, perché le particelle che li compongono, pur essendo tra loro vicine, mantengono una certa fluidità (aeriformi e liquidi sono detti anche fluidi) e si adattano al contenitore. Hanno, invece, un volume proprio e non sono comprimibili perché non vi sono spazi ampi tra le particelle che li costituiscono. Le particelle di un liquido godono di una libertà limitata. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Solidi e particelle In un solido le particelle sono fortemente vincolate tra loro e sono possibili solo piccole vibrazioni; le particelle mantengono così una posizione pressoché fissa e perciò il solido ha una forma e un volume proprio. Non essendovi spazi liberi tra le particelle, i solidi come i liquidi sono incomprimibili (solidi e liquidi sono detti corpi condensati). Tra le particelle di un solido esistono forti vincoli. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Passaggi di stato Un corpo può passare da uno stato fisico di aggregazione all’altro, aumentando o diminuendo la sua temperatura. Aumentando la temperatura aumenta la velocità delle particelle e un corpo può passare dallo stato solido a quello liquido e, infine, a quello aeriforme. I passaggi inversi si ottengono con il raffreddamento. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I passaggi di stato Lo stato di aggregazione di un corpo dipende, quindi, dal grado di libertà di movimento che le particelle possiedono. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Passaggi di stato (note) La solidificazione per l’acqua è detta congelamento. La vaporizzazione comprende due diversi processi: l’evaporazione, che avviene alla superficie del liquido; l’ebollizione, che coinvolge tutta la massa del liquido e avviene a una temperatura specifica per ogni sostanza, detta punto di ebollizione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Curva di riscaldamento Una curva di riscaldamento è un grafico che descrive la transizione di fase della materia: da solido a liquido e da liquido a gassoso. Curva di riscaldamento Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Curva di riscaldamento di una sostanza pura Analizziamo la curva di riscaldamento di una sostanza pura (acqua distillata). Nel tratto B-C (punto di fusione) si verifica una sosta termica: coesistono acqua allo stato liquido e ghiaccio (solido). La temperatura non aumenta perché il calore assorbito viene utilizzato per vincere le forze di coesione che tengono unite le molecole d’acqua nei cristalli di ghiaccio. Nel tratto D-E (punto di ebollizione) si verifica ancora una sosta termica: coesistono acqua allo stato liquido e vapore (aeriforme). La temperatura non aumenta perché il calore assorbito viene utilizzato per vincere le forze di coesione che tengono unite le molecole d’acqua che passano allo stato di vapore. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Sostanze pure e miscugli Le sostanze sono i vari tipi di materia che formano i corpi. Definiamo sostanze pure i corpi costituiti da un solo tipo di sostanza e miscugli o miscele i corpi formati da due o più sostanze mescolate tra loro. Sale da cucina (Sostanza pura) Aria (Miscuglio omogeneo) Sabbia (Miscuglio eterogeneo) Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le sostanze pure Sono sistemi formati da un solo tipo di sostanza e hanno composizione chimica definita e costante, rappresentabile con una formula chimica. H2 e O2 sono sostanze elementari (elementi) H2O e CO2 sono composti Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Elementi e composti Le sostanze pure si distinguono in: elementi (sostanze elementari), se non sono scomponibili in sostanze più semplici; composti, costituiti dall’unione di atomi di elementi diversi, che possono essere separati con metodi chimici. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Elementi e composti (particelle costituenti) Se le particelle che formano una sostanza pura sono costituite da un solo tipo di atomo si parla di elemento chimico. Se, invece, sono costituite da due o più atomi diversi, legati tra loro, si parla di composto chimico. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I miscugli I miscugli sono sistemi costituiti da due o più sostanze diverse mescolate tra loro. Si distinguono in: miscugli omogenei miscugli eterogenei sabbia (miscuglio eterogeneo) acqua salata (miscuglio omogeneo) Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I miscugli omogenei Un miscuglio omogeneo è costituito da una sola fase, e non si distinguono in esso le diverse sostanze che lo compongono. Per fase si intende una porzione delimitata di materia fisicamente distinguibile dalle altre, caratterizzata da proprietà intensive uniformi (colore, densità ecc.). Sono miscugli omogenei: l’aria, l’acqua salata, le leghe metalliche. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I miscugli eterogenei Nei miscugli eterogenei si distinguono due o più fasi. Acqua-olio Miscuglio-eterogeneo Liquido-liquido Sabbia Miscuglio eterogeneo Solido-solido Nebbia Miscuglio eterogeneo Gassoso-liquido Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le soluzioni Sono miscugli omogenei formati da due componenti: il solvente e uno o più soluti. In una soluzione: la sostanza presente in maggior quantità è detta solvente, le altre sostanze presenti, sciolte nel solvente, vengono dette soluti. Aria Miscuglio omogeneo Gassoso-gassoso Acqua salata Miscuglio omogeneo Liquido-solido Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Le soluzioni Possono essere: • gas-gas (aria); • gas-liquido (acqua gassata); • liquido-liquido (vino, liquori); • liquido-solido (acqua minerale); • solido-solido (leghe metalliche: ottone, bronzo, ghisa, acciaio, peltro); • gas-solido (solido sublimato nell’aria). (In blu è indicato il solvente) Una soluzione è un miscuglio omogeneo: i soluti acquistano la Stessa fase (stato fisico) del solvente

Concentrazione delle soluzioni Esprime il rapporto tra le sostanze presenti nella soluzione (soluti/soluzione o soluti/solvente). I principali modi per misurare la concentrazione di una soluzione sono: % in volume (V. di soluto/V. di soluzione x 100); % in massa (m. di soluto/m. di soluzione x 100); % massa/volume (m. di soluto/V. di soluzione x 100); molarità (M) è il numero di moli di soluto per ogni litro di soluzione. Si esprime in moli/litro; molalità (m) esprime le moli di soluto per 1000 g (1 kg) di solvente. Si esprime in moli/kg; normalità (N) è il numero di equivalenti di soluto per litro di soluzione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Percentuale in volume (%V/V) È il volume di soluto, espresso in mL, presente in 100 mL (volume) di soluzione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Percentuale in massa (% m/m) Detta anche “percento in peso”, è la quantità di soluto, espressa in grammi, per 100 g di soluzione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Percentuale massa/volume (% m/V) La percentuale mista esprime la quantità in grammi di soluto per 100 mL di soluzione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Molarità (M) La molarità (indicata con M) è il numero di moli di soluto per ogni litro di soluzione. Si esprime in moli/litro. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Molalità (m) La molalità (indicata con m) esprime le moli di soluto per 1000 g (1 kg) di solvente. Si esprime in moli/kg. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Normalità (N) La normalità (indicata con N) è il numero di equivalenti di soluto per litro di soluzione. Si misura in eq/L (equivalenti per litro). In particolare: Per una reazione acido-base il numero di equivalenti Ze è pari al numero di protoni H+ ceduti o acquistati nel corso della reazione da una mole di sostanza. Nelle reazioni di ossido-riduzione il numero di equivalenti Ze è pari al numero di elettroni ceduti o acquistati nel corso della reazione da una mole di sostanza. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La solubilità È la quantità massima di soluto che può sciogliersi in un dato solvente. Dipende dalla: natura del solvente e del soluto (il simile scioglie il simile) temperatura Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Soluzione satura Una soluzione è detta satura quando contiene la massima quantità di soluto che il solvente è in grado di sciogliere. Se la soluzione è satura si forma un corpo di fondo. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Solvatazione e idratazione Quando si forma una soluzione, le molecole di solvente circondano quelle di soluto in un fenomeno detto solvatazione. Se il solvente è l’acqua tale processo viene detto idratazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

Curva di riscaldamento di un miscuglio In una curva di riscaldamento di un miscuglio (per esempio acqua e alcol) non si evidenziano in maniera netta le soste termiche, poiché ciascuna delle sostanze presenti fonde e bolle a una temperatura diversa. Curva di riscaldamento di un miscuglio acqua e alcol (in blu ancora la curva dell'acqua). Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

I metodi di separazione dei miscugli I principali metodi di separazione dei miscugli sono: • filtrazione; • decantazione (sedimentazione e stratificazione); • centrifugazione; • estrazione; • cromatografia; • distillazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La filtrazione La filtrazione consente di separare da un miscuglio eterogeneo, liquido o gassoso, particelle solide presenti in sospensione. Le particelle solide presenti nel miscuglio vengono trattenute nella carta da filtro, mentre l’acqua filtra nel recipiente sottostante. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La decantazione La decantazione sfrutta la differente densità di due o più sostanze presenti in un miscuglio eterogeneo: la sostanza più densa si deposita sul fondo, mentre quella meno densa rimane in superficie. Corpo di fondo Imbuto separatore sedimentazione stratificazione Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La centrifugazione La centrifugazione accelera i processi di decantazione, sottoponendo il miscuglio a una rotazione molto veloce. Rotore di una centrifuga Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

L’estrazione L’estrazione con solventi si basa sulla diversa affinità che ha un solvente rispetto a due soluti diversi di un miscuglio. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La cromatografia La cromatografia utilizza un solvente (fase mobile), che si muove per capillarità attraverso un mezzo poroso inerte (carta, silice, allumina), che viene chiamato fase fissa, trascinando i componenti del miscuglio in esso disciolti, ciascuno con velocità diversa. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La distillazione (1) La distillazione sfrutta la diversa volatilità (tendenza a evaporare) delle diverse sostanze presenti in un miscuglio liquido. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile

La distillazione (2) Nella distillazione si verificano due passaggi di stato: prima l’evaporazione e poi la condensazione. Copyright ©2011 Franco Lucisano Editore - La Chimica facile