LICEO SCIENTIFICO STATALE “LEONARDO da VINCI di FIRENZE CORSO SPERIMENTALE F DOCENTE Prof. Enrico Campolmi TRASFORMAZIONI, COMPOSTI ED ELEMENTI Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Nelle ultime esperienze di laboratorio abbiamo effettuato due trasformazioni di sostanze pure: La fusione – solidificazione del paradiclorobenzene La decomposizione del clorato di potassio Vediamo ora quali somiglianze e quali differenze vi siano tra queste due esperienze Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Somiglianze In ambo le trasformazioni si aumenta la temperatura Fusione – solidificazione del paradiclorobenzene Decomposizione del clorato di potassio Differenze All’aumentare della temperatura il clorato di potassio prima fonde, ma poi si riforma un solido. All’aumentare della temperatura il paradiclorobenzene fonde Non si sviluppa gas Si sviluppa ossigeno La trasformazione è reversibile al variare della temperatura La trasformazione non è reversibile La sostanza non cambia le sue (proprietà) caratteristiche La sostanza cambia le sue (proprietà) caratteristiche Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Tali argomenti sono sufficienti per concludere che le due trasformazioni sono assai differenti tra loro Generalizzando questi esempi possiamo dire che in natura esistono due tipi di trasformazioni Trasformazioni fisiche Trasformazioni chimiche Le sostanze non cambiano natura e non cambiano quindi le loro proprietà caratteristiche. Esempi: tutti i passaggi di stato; un sasso che cade; un oggetto che si rompe; un corpo scaldato che si dilata Le sostanze cambiano natura e cambiano quindi le loro proprietà caratteristiche. Esempi: decomposizione del clorato di sodio; tutte le combustioni; il ferro che arrugginisce; l’acido che corrode; un petardo che esplode Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Le trasformazioni chimiche si chiamano anche reazioni chimiche o semplicemente reazioni In una reazione chimica partiamo con delle sostanze iniziali, chiamate reagenti, ed otteniamo delle sostanze finali, che si formano cioè in seguito alla reazione, chiamate prodotti Una reazione può inoltre essere rappresentata da una equazione chimica con a primo membro le formule dei reagenti ed a secondo membro quelle dei prodotti I due membri, invece che da un segno di uguale, sono collegati da una freccia con la punta rivolta verso destra, come nello schema seguente reagenti → prodotti C + O2 → CO2 Sia tutti i fenomeni naturali, che i processi di trasformazione inventati dall’uomo corrispondono a trasformazioni chimiche o fisiche. Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Non tutte le sostanze però si trasformano (reagiscono) allo stesso modo Sottoposto a riscaldamento il paradiclorobenzene fonde, ma non si trasforma, mentre il clorato di sodio si decompone A contatto con un acido il marmo si corrode, mentre il vetro no Esposto agli agenti atmosferici il ferro arrugginisce, l’oro no Si definiscono proprietà chimiche di una sostanza i modi in cui essa si comporta nei confronti di altre sostanze (come reagisce, con chi reagisce, a quali prodotti da luogo). Manifestandosi attraverso un comportamento, le proprietà chimiche si possono definire e misurare solo confrontando la sostanza da analizzare con altre sostanze diverse Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Tutte le altre proprietà dei corpi fin qui studiate (massa, volume, temperatura di fusione ecc.), sono dette invece proprietà fisiche Esse si definiscono e si misurano in modo diretto, ossia attraverso uno strumento di misura (bilancia, metro, termometro ecc.) In base a questa differenza possiamo quindi introdurre una nuova suddivisione delle proprietà: Proprietà chimiche Si definiscono e misurano per confronto con altre sostanze Il bruciare, il corrodere, l’arrugginire ecc. Proprietà fisiche Si definiscono e misurano direttamente con strumenti Densità, temperatura di fusione, massa, volume Le proprietà chimiche sono intensive, costituiscono un nuovo gruppo di proprietà caratteristiche di una sostanza e possono quindi essere impiegate per la sua identificazione, come avviene in tutte le analisi chimiche Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Le due reazioni fatte in laboratorio (decomposizione del clorato di sodio, elettrolisi dell'acqua) si definiscono reazioni di analisi (o di decomposizione), perchè producono sostanze più semplici di quelle di partenza Non tutte le sostanze però si possono decomporre, alcune sono infatti talmente tanto semplici da non essere ulteriormente suddivisibili Esistono pertanto due tipi di sostanze pure: Sostanze elementari o elementi Sostanze pure non ulteriormente suddivisibili, Sostanze composte o composti Sostanze pure ulteriormente suddivisibili durante una reazione chimica Ogni composto è dato dall’unione di due o più elementi: l’acqua, ad es., è un composto formato dall’elemento ossigeno e dall’elemento idrogeno Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Gli elementi conosciuti sono poco più di un centinaio: 92 naturali e gli altri ottenuti artificialmente Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Aggregandosi tra loro in vario modo gli elementi formano alcuni milioni di composti, dando così origine a tutto ciò che esiste in natura. A questo punto possiamo dire di aver concluso il nostro tentativo di mettere ordine all’interno dei corpi materiali (ricordate l’esperienza dei 100 barattoli?) Sistemi eterogenei Elementi Sostanze pure Materia Sistemi omogenei Composti Soluzioni Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Sistema da analizzare Osservazioni preliminari Aspetto eterogeneo Sistema eterogeneo (polifasico) Tecniche di separazione fisico - meccaniche Separazione magnetica Estrazione con solvente Decantazione Centrifugazione Filtrazione Aspetto omogeneo Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Aspetto omogeneo Sistema omogeneo (monofasico) Tecniche di separazione basate su passaggi di stato Distillazione Evaporazione del solvente Sostanza pura Sostanza composta Trasformazione chimica Sostanza elementare Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Nell’esperienza effettuata con la pastiglia di Alka Seltzer abbiamo verificato che durante la reazione la massa si conserva. (La massa si conserva anche durante le trasformazioni fisiche) La ripetizione di tantissimi esperimenti di questo tipo, col raggiungimento dei medesimi risultati, condussero Lavoisier, chimico francese di fine ‘700 alla formulazione della legge della conservazione della massa (detta anche legge di Lavoisier) In una reazione la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti. Una legge fisica è un’espressione che ci dice come avviene un certo fenomeno, senza spiegarci perché esso avvenga. Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi L’ENERGIA Capacità di compiere una trasformazione Non vediamo l’energia, ma ne osserviamo gli effetti, come calore e lavoro, quando essa viene scambiata tra corpi diversi (tra sistemi ed ambienti) L’energia è un aspetto fondamentale per tutto ciò che esiste o che avviene nell’universo Esistono varie forme di energia, ovvero i modi in cui questa si presenta, che sono legati alle caratteristiche del corpo o della sostanza cui si riferiscono. Energia di posizione: deriva appunto dalla posizione del corpo che la possiede. Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Energia di movimento: posseduta da tutti gli oggetti che non sono fermi Energia elettrica: legata al flusso di elettroni detto corrente elettrica E’ molto versatile, si trasporta male su lunghe distanze, si conserva con difficoltà Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Energia termica (o del calore): si scambia tra corpi a diversa temperatura. Si disperde facilmente Energia luminosa: quella del Sole rifornisce ogni giorno il nostro pianeta Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Energia chimica: posseduta dai combustibili; si conserva bene Le forme dell’energia si trasformano l’una nell’altra in molti modi ed attraverso vari dispositivi Principio di conservazione dell’energia: in qualsiasi trasformazione sia fisica, che chimica, l’energia può solo essere trasformata da una forma in un’altra, ma non può essere creata dal nulla, né distrutta nel nulla. Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Da non confondere con le forme di energia sono le fonti energetiche, ovvero i modi con i quali produciamo l’energia di cui abbiamo bisogno Carbone, petrolio e metano sono combustibili fossili e possiedono quindi energia chimica L’energia idroelettrica è una forma di energia di posizione L’energia solare è energia luminosa L’energia eolica è energia di movimento L’energia geotermica è energia termica Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi L’energia nucleare è infine un particolare tipo di energia fisica Fonti energetiche (dati del 2001) Energie rinnovabili: fonti energetiche che si rigenerano o non sono esauribili nella scala dei tempi umani. Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi Il consumo energetico crescente è alla base di numerosi problemi a livello globale Trasformazioni, composti ed elementi

Trasformazioni, composti ed elementi RELAZIONI TRA SISTEMA E AMBIENTE Sistema isolato: non scambia ne’ materia, né energia con l’ambiente ambiente Sistema chiuso: scambia energia con l’ambiente, ma non scambia materia sistema Sistema aperto: scambia con l'ambiente sia energia, che materia Trasformazioni, composti ed elementi