Le trasformazioni fisiche della materia 1

La materia e le sue caratteristiche 2 Un sistema è una porzione delimitata di materia.

Le caratteristiche della materia 3 Gli stati fisici in cui la materia si può trovare sono: Solido Liquido Aeriforme. gas vapore

4 I sistemi (fisicamente) omogenei ed eterogenei Quando un sistema è costituito da una sola fase si dice che è fisicamente omogeneo. Quando un sistema è costituito da due o più fasi si dice che è fisicamente eterogeneo. Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà uniformi.

Le sostanze pure 5 Un sistema formato da molecole o atomi tutte uguali si dice puro. Le sostanze pure hanno caratteristiche e composizione costanti.

I miscugli 6 Un sistema formato da due o più sostanze pure è un miscuglio. I miscugli sono sempre chimicamente eterogenei, ma fisicamente possono essere omogenei oppure eterogenei

7 Miscugli (fisicamente) omogenei: le soluzioni Una soluzione è un miscuglio di due o più sostanze fisicamente omogeneo. Il componente più abbondante della soluzione si chiama solvente, gli altri si chiamano soluti.

Nelle soluzioni non è possibile distinguere i componenti. I componenti di una soluzione possono essere separati cambiando il loro stato di aggregazione oppure sfruttando la diversa solubilità. Una soluzione presenta identiche proprietà in tutti i suoi punti. Il solvente più importante e più diffuso è l’acqua La COCA COLA è una soluzione acquosa in cui il solvente è l’acqua e sono presenti diversi soluti. Soluti solidi (zucchero, caffeina, caramello), soluti liquidi (acido ortofosforico) e soluti gassosi (anidride carbonica).

Gli sciroppi utilizzati per preparare le granite, sono soluzioni acquose in cui il soluto principale è lo zucchero. Comunemente chiamato MISCELA, il carburante per ciclomotori è un miscuglio omogeneo (soluzione) in cui il solvente è la benzina e l’olio lubrificante è il soluto.

SOLUTOSOLVENTEESEMPIO GAS ARIA GAS/SOLIDOLIQUIDOACQUA LIQUIDO BEVANDE ALCOLICHE SOLIDO LEGHE METALLICHE Il bronzo è un miscuglio omogeneo di due solidi, il rame e lo stagno. L’oro è un miscuglio omogeneo di due o più metalli (oro + argento, a volte anche platino e rame). Un miscuglio omogeneo di due o più metalli è chiamato LEGA

11 Miscugli (fisicamente) eterogenei Un miscuglio eterogeneo è formato da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili.

Il latte, anche se sembra un miscuglio omogeneo, se osservato al microscopio, mostra distintamente dei globuli di grasso immersi in un liquido. Nel latte appena munto i globuli di grasso sono più grandi e tendono a raccogliersi in superficie formando la panna. L’acqua gassata è un esempio di miscuglio in cui il solvente è un liquido (l’acqua) e il soluto è un gas (l’anidride carbonica)

13 I miscugli eterogenei possono presentare aspetti anche molto diversi al variare dello stato di aggregazione delle fasi che li costituiscono. MISCUGLI ETEROGENEI SCHIUMA SPUGNA NEBBIA EMULSIONE FANGO, GEL FUMO SOSPENSIONE ROCCE SOLUTOSOLVENTE GASLIQUIDO GASSOLIDO LIQUIDOGAS LIQUIDO SOLIDO GAS SOLIDOLIQUIDO SOLIDO

La SCHIUMA è un miscuglio eterogeneo con un gas disperso nella fase liquida Una EMULSIONE è un miscuglio eterogeneo ottenuto agitando due o più liquidi tra loro immiscibili La NEBBIA è un miscuglio eterogeneo acqua-aria Il FUMO è un miscuglio eterogeneo solido-gas

Una SOSPENSIONE è un miscuglio eterogeneo in cui un materiale, finemente suddiviso, è disperso in un altro materiale Una ROCCIA è un miscuglio eterogeneo di due materiali solidi Un COLLOIDE è una sospensione in cui il materiale disperso ha dimensioni molto piccole ( m)

Sistema Fisicamente omogeneo Fisicamente eterogeneo Chimica- mente eterogeneo Chimica- mente omogeneo Chimica- mente eterogeneo Chimica- mente omogeneo MISCUGLI Latte Fumo Acqua + olio SOST. PURA Acqua pura (liquido + ghiaccio) SOLUZIONI Acqua salata Vino, Aria Leghe metalli SOST. PURA Acqua distillata Ossigeno puro Diamante

Sistema Chimicamente omogenea Chimicamente eterogenea Fisicamente omogeneo: 1 fase Fisicamente eterogeneo: 2 o più fasi Fisicamente omogeneo: 1 fase Fisicamente eterogeneo: 2 o più fasi MISCUGLI Latte Fumo Acqua + olio SOST. PURA Acqua pura (liquido + ghiaccio) SOLUZIONI Acqua salata Vino, Aria Leghe metalli SOST. PURA Acqua distillata Ossigeno puro Diamante

I passaggi di stato 18

I passaggi di stato nell’acqua 19 SOLIDOLIQUIDOAERIFORME sublimazione fusione evaporazione brinamento solidificazione condensazione

CONDENSAZIONE: passaggio dallo stato di vapore a quello liquido LIQUEFAZIONE: passaggio dallo stato gassoso a quello liquido AERIFORME GAS VAPORE Quando una sostanza aeriforme si trova al di sopra della sua temperatura critica è definita GAS; se è al di sotto è detta VAPORE Al di sopra della sua temperatura critica, è impossibile trasformare una sostanza gassosa in liquido, anche esercitando una pressione altissima! L’ossigeno ha una temperatura critica di -119 °C: a temperatura ambiente l’ossigeno è un GAS e rimane tale anche se viene compresso, per farlo liquefare bisogna raffreddarlo sotto i -119 °C. L’acqua invece ha una temperatura critica di 374°C.

Curva di riscaldamento 21 Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento e temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche in funzione della pressione a cui avviene il passaggio di stato.

22 Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono: temperatura di condensazione; temperatura di solidificazione. Curva di raffreddamento

La pressione e i passaggi di stato La tensione di vapore di un liquido, a una data temperatura, è la pressione che esercita un vapore in equilibrio con il proprio liquido puro, ed è tanto più alta quanto maggiore è la temperatura. 23

La pressione e i passaggi di stato La temperatura di ebollizione di un liquido è la temperatura alla quale la tensione di vapore uguaglia la pressione esterna: maggiore è la pressione, più difficile è l’ebollizione del liquido. 24 La fusione e la solidificazione sono poco influenzate dalla pressione esterna: infatti sono passaggi caratterizzati da piccoli cambiamenti di volume, non particolarmente contrastati da pressioni elevate.

Metodi di separazione di miscugli (fisicamente) eterogenei 25 La filtrazione viene utilizzata per separare materiali solidi da un miscuglio liquido o gassoso.

26 La centrifugazione è un metodo utilizzato per separare miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi aventi densità diversa.

La stratificazione, la decantazione e la sedimentazione sono metodi utilizzati per separare liquidi con densità diversa, come acqua e olio, oppure per separare materiali solidi da un liquido. Questi metodi sfruttano la forza di gravità. Il miscuglio si lascia a riposo per un tempo variabile in funzione delle dimensioni delle particelle del solido: tanto più piccolo è il diametro delle particelle, tanto più lungo sarà il tempo necessario perché si separino dalla matrice

La separazione magnetica sfrutta la proprietà di ferro e nichel di essere attratti da un magnete

L’estrazione con solvente è un metodo che sfrutta la diversa solubilità dei componenti di un miscuglio per un particolare solvente, diverso da quello del miscuglio. Dopo agitazione si separano i componenti del miscuglio Metodi di separazione di miscugli (fisicamente) omogenei

La preparazione di tè e caffè è legata alla capacità dell’acqua di estrarre selettivamente dal miscuglio alcuni componenti quali caffeina e teina.

32 La cromatografia è un metodo utilizzato per separare i componenti di un miscuglio che vengono trascinati con velocità diverse da un solvente (fase mobile) quando si trovano su un supporto (fase fissa).

Il solvente (fase mobile) si muove attraverso la fase fissa per azione capillare e trascina con sé più facilmente i soluti che aderiscono poco alla fase fissa. Le sostanze del miscuglio si muovono a velocità diverse e per questo si separano

L’evaporazione è un metodo utilizzato per separare i componenti di un miscuglio liquido-solido Metodi di separazione che sfruttano i passaggi di stato

35 La distillazione si basa sulla diversa volatilità dei componenti di miscele liquide. Minore è la temperatura di evaporazione, maggiore è la volatilità.

La tavola periodica degli elementi