Le chiavi per lo studio della chimica Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica

Capitolo 1 : Le chiavi per lo studio della chimica 1.1 Alcune definizioni fondamentali 1.2 Arti chimiche e origine della chimica moderna 1.3 Il metodo scientifico: costruzione di un modello 1.4 Risoluzione dei problemi di chimica 1.5 La misurazione nella scienza 1.6 Incertezza di misura: cifre significative

CHIMICA E’ lo studio della materia, delle sue proprietà, delle trasformazioni subite dalla materia, e dell’energia associata a queste trasformazioni.

Definizioni Materia Composizione Proprietà Proprietà fisiche Tutto ciò che ha massa e volume -la “sostanza” dell’universo: libri, pianeti, alberi, professori, studenti Composizione Tipi e quantità di sostanze più semplici che costituiscono la materia Proprietà Caratteristiche che conferiscono a ogni sostanza la sua identità esclusiva. Proprietà fisiche Quelle che una sostanza presenta di per sé, senza trasformarsi in o interagire con un’altra sostanza, quali colore, punto di fusione, punto di ebollizione, densità Proprietà chimiche Quelle che una sostanza presenta quando si trasforma in, interagisce con, altre sostanze, quali infiammabilità, corrodibilità

L’energia cinetica e l’energia potenziale possono interconvertirsi Energia è la capacità di compiere lavoro Energia che un oggetto possiede in virtù della sua posizione Energia Potenziale Energia Cinetica Energia che un oggetto possiede in virtù del suo moto L’energia cinetica e l’energia potenziale possono interconvertirsi

Energia è la capacità di compiere lavoro.

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Il metodo scientifico: Costruzione di un modello Osservazioni : Fenomeni naturali ed eventi misurati; quelli che si ripetono in modo universale possono essere definiti come legge naturale. Ipotesi: Proposta che spiega le osservazioni. Da rivedere se non confermata dall’esperimento Esperimento: Procedura per testare l’ipotesi; misura una variabile alla volta. Serie di affermazioni concettuali che spiegano i dati raccolti negli esperimenti; prevedono fenomeni correlati. Modello (Teoria): Da modificare se non confermata dall’esperimento Esperimento ulteriore: Test su eventi previsti dal modello.

Arti chimiche e l’origine della Chimica Moderna Alchimia http://www.levity.com/alchemy/brueghel.html Medicina http://azothgallery.com/images/paracelsus.jpg Tecnologia http://www.siamese-dream.com/page/siam1/CTGY/Hindu-Statues

Approccio sistematico alla risoluzione dei problemi di chimica Enunciato del problema Identificare quali informazioni si hanno e quali sono da trovare. Piano Suggerire i passaggi per andare da ciò che si conosce a ciò che non si conosce. Preparare un itinerario visivo dei passaggi da segure. Soluzione Verifica Commento e Problema di approfondimento

Alcune grandezze interessanti. A Lunghezza B Volume Alcune grandezze interessanti. C Massa Altezza del monte Everest Livello del mare Distanza della Terra dal Sole Spessore medio di un capello umano Diametro di una particella media di fumo di tabacco Diametro del più grande atomo non radioattivo (cesio) Diametro del più piccolo atomo (elio) Oceani e mari del mondo Sangue in un umano medio Respiro di un adulto Tipica cellula batterica Atomo di carbonio Atmosfera della Terra fino a 2500 km di altitudine Nave da crociera oceanica Elefante indiano Umano medio 1 litro di acqua Granello di sale da cucina Tipica proteina Atomo di uranio Molecola di acqua

Temperature di ebollizione e congelamento dell’acqua Gradi Celsius Punto di congelamento dell’acqua Punto di ebollizione dell’acqua kelvin Fahrenheit

Scale di Temperatura e fattori di interconversione Kelvin ( K ) – La “Scala Assoluta di Temperatura” inizia allo zero assoluto e ha solo valori positivi. Celsius ( oC ) – La scala di Temperatura usata in scienza, precedentemente chiamata scala centigrada, la scala più comunemente usata nel mondo; l’acqua congela a 0oC e bolle a 100oC. Fahrenheit ( oF ) – La scala di temperatura comunemente usata negli U.S.A. in metereologia: l’acqua congela a 32oF e bolle a 212oF. T (in K) = T (in oC) + 273.15 T (in oC) = T (in K) - 273.15 T (in oF) = 9/5 T (in oC) + 32 T (in oC) = [ T (in oF) - 32 ] 5/9

Regole per la determinazione delle cifre significative Tutte le cifre sono significative Tranne gli zeri che sono usati solo per posizionare la virgola decimale Accertarsi che il valore numerico della misura abbia una virgola decimale. Partire dalla prima cifra del numero e procedere verso destra fino a raggiungere la prima cifra diversa da zero. Considerare come significativa quella cifra e ogni cifra alla sua destra. Gli zeri con cui termina un valore numerico e sono situati prima o dopo la virgola sono significativi: così 1,030 mL ha quattro cifre significative così come 5300, L. Numeri come 5300 L (senza virgola decimale) hanno solo 2 cifre significative. L’uso della virgola decimale finale può chiarire la situazione, ma è meglio usare la notazione esponenziale!

Regole per determinare il numero di cifre significative nei risultati dei calcoli 1. Per addizioni e sottrazioni. Il risultato ha lo stesso numero di decimali della misura che ha il minor numero di decimali. Esempio: sommare due volumi 83,5 mL + 23,28 mL 106,78 mL = 106,8 mL Esempio: sottrarre due volumi 865,9 mL - 2,8121 mL 863,0879 mL = 863,1 mL

Moltiplicare I seguenti numeri: Regole per determinare il numero di cifre significative nei risultati dei calcoli 2. Per moltiplicazioni e divisioni. Il numero più incerto limita la certezza del risultato. Perciò, il risultato contiene lo stesso numero di cifre significative della misura con il minor numero di cifre significative. Moltiplicare I seguenti numeri: 9,2 cm x 6,8 cm x 0,3744 cm = 23,4225 cm3 = 23 cm3

Regole di arrotondamento dei numeri 1. Se la cifra rimossa è maggiore di 5, si aumenta di 1 la cifra precedente. 5,379 si arrotonda a 5,38 se si mantengono 3 cifre significative e a 5,4 se si mantegono due cifre significative. 2. Se la cifra rimossa è minore di 5, la cifra precedente rimane invariata. 0,2413 si arrotonda a 0,241 se si mantengono 3 cifre significative e a 0,24 se si mantengono 2 cifre significative. 3. Se la cifra rimossa è 5, si aumenta di 1 la cifra precedente se è dispari e si mantiene invariata se è pari. 17,75 si arrotonda a 17,8,ma 17,65 si arrotonda a 17,6. Se il 5 è seguito solo da zeri si segue la regola 3, se il 5 è seguito da numeri diversi da zero si segue la regola 1: 17,6500 si arrotonda a 17,6, ma 17,6513 si arrotonda a 17,7 4. Conservare sempre due o più cifre significative addizionali di passaggio in passaggio in un calcolo in più passaggi e arrotondare soltanto il risultato finale.

Questioni riguardanti le cifre significative Calcolatori Elettronici Accertate la correlazione con il problema Usare la funzione FIX presente su alcuni calcolatori Scelta dello strumento di misura Cilindro graduato < buretta ≤ pipetta Numeri esatti 60 min = 1 hr Numeri senza incertezza 1000 mg = 1 g I numeri esatti hanno tante cifre sigificative quanto richieste dal calcolo

Precisione e Accuratezza Errori nelle Misurazioni Scientifiche Indica la riproducibilità o quanto le singole misure in una serie sono vicine tra loro. Accuratezza - Indica quanto una misura è vicina al valore reale. Errore Sistematico- Valori che sono tutti maggiori o tutti minori del valore “vero”. Errore Casuale- In assenza di errore sistematico, alcuni valori sono maggiori e alcuni minori del valore “vero”.

Precisione e accuratezza in laboratorio. Figure 1.16 Precisione e accuratezza in laboratorio. massa (g) di acqua precise e accurate numero di prove massa (g) di acqua precise ma non accurate numero di prove

Precisione e accuratezza in laboratorio. Figure 1.16 continua massa (g) di acqua errore casuale numero di prove massa (g) di acqua errore sistematico numero di prove