Miscugli e sostanze La materia può essere classificata in base alla sua composizione in due categorie: miscugli o miscele (sono la maggioranza dei corpi) sostanze pure. 1 1 1

I miscugli Un miscuglio è una porzione di materia contenente 2 o più sostanze mescolate tra loro che mantengono le proprie caratteristiche. I miscugli hanno proprietà variabili e composizione variabile non rappresentabile con una formula. I componenti di un miscuglio in genere non reagiscono tra loro per formare una nuova sostanza. Anche l’aria è un miscuglio: su 100 atomi che la compongono, 78 sono di azoto, 21 di ossigeno e 1 appartiene ad altri elementi. 2 2 2

I miscugli vengono classificati in: MISCUGLI OMOGENEI o soluzioni I loro componenti si dividono in: Solvente il componente più abbondante, in cui si sciolgono gli altri componenti; - Soluto/i: il/i componente/i meno abbondante/i che si scioglie MISCUGLI ETEROGENEI I loro componenti si dividono in: fase disperdente, cioè la fase costituita dal componente più abbondante; fase/i dispersa/e costituita/e dal/dai componente/i meno abbondante/i I miscugli possono essere separati nei loro componenti tramite trasformazioni fisiche. Nei miscugli omogenei la composizione e quindi le proprietà intensive sono le stesse in ogni parte del sistema; nei miscugli eterogenei la composizione e le proprietà variano da una parte all’altra del sistema. 3 3 3

Proprietà dei miscugli eterogenei I miscugli eterogenei sono insiemi di due o più sostanze che, anche se intimamente mescolate, sono tra loro ancora distinguibili Presentano proprietà diverse nei vari punti (etero = diverso) Presentano 2 o più fasi (= porzione di materia perfettamente distinguibile dal resto) Sono instabili nel tempo, cioè i componenti si separano spontaneamente dopo poco tempo In un miscuglio eterogeneo le diverse sostanze che lo compongono sono fisicamente distinguibili. 4 4 4

Classificazione dei miscugli eterogenei I miscugli eterogenei vengono classificati in base allo stato fisico delle fasi disperdente e dispersa. Possono essere: Sospensioni: liquido (fase disperdente) + solido insolubile (fase dispersa) Emulsioni: 2 o più liquidi non miscibili tra loro Nebbia: aeriforme (fase disperdente) + liquido (f. dispersa) Fumo: aeriforme (fase disperdente) + solido (f. dispersa) Gel: liquido (fase disperdente) + solido (f. dispersa) Schiuma: aeriforme (fase disperdente) + liquido (f. dispersa) 5 5 5

Fase liquida/fase liquida

Fase liquida/fase solida

Fase solida/fase solida

Fase gassosa/fase solida

Fase gassosa/fase liquida

Proprietà dei miscugli omogenei I miscugli omogenei sono insiemi di due o più sostanze che, una volta mescolate, non sono tra loro distinguibili. Presentano proprietà identiche in ogni punto (omo = uguale) Presentano una sola fase Sono stabili nel tempo, cioè i componenti non si separano spontaneamente nemmeno dopo molto tempo In un miscuglio eterogeneo le diverse sostanze che lo compongono sono fisicamente distinguibili. 11 11 11

Classificazione dei miscugli omogenei A secondo dello stato fisico del solvente, le soluzioni si distinguono in : Soluzioni liquide (le più diffuse): il solvente è sempre liquido (se è l’acqua si dicono “soluzioni acquose”), mentre il soluto può essere solido (es. acqua e sale), liquido (es inchiostro, acqua e vino) gassoso (acqua e i vari gas in essa disciolti come ossigeno o anidride carbonica). soluzioni solide: sia il solvente sia il soluto sono solidi (es leghe metalliche) Soluzioni gassose: sia il solvente sia il soluto sono gassosi (es aria) 12 12 12

Dai miscugli alle sostanze pure I componenti dei miscugli possono essere separati, con diverse tecniche di separazione che sfruttano le diverse proprietà fisiche dei componenti (es. dimensioni, punti di ebollizione, solubilità, densità). Tali metodi sono perciò definiti metodi fisici. . I componenti che si ottengono con i vari procedimenti di separazione e che non possono essere ulteriormente semplificati con metodi fisici sono detti sostanze pure. Nei miscugli eterogenei ciascun componente mantiene le proprie caratteristiche, che possono essere sfruttate per la separazione. Nelle soluzioni i componenti sono mescolati molto intimamente, per cui la loro separazione richiede metodi più complessi. 13 13

Decantazione: tecnica usata per separare ALCUNI METODI DI SEPARAZIONE DEI MISCUGLI eterogenei Le principali tecniche di separazione sfruttano le diverse caratteristiche fisiche dei componenti il miscuglio: Filtrazione: tecnica usata per separare un solido dal liquido in una sospensione, sfruttando la diversa granulometria delle particelle. Decantazione: tecnica usata per separare un solido dal liquido in una sospensione, sfruttando il diverso peso dei componenti. Separazione con tubo separatore: tecnica usata per separare sostanze liquidi non miscibili facenti parte di un miscuglio eterogeneo (emulsione), sfruttando la diversa densità dei 2 liquidi. Centrifugazione: tecnica usata per separare un solido dal liquido in una sospensione o due liquidi in una emulsione, sfruttando la diversa densità delle particelle.

ALCUNI METODI DI SEPARAZIONE DEI MISCUGLI omogenei Estrazione con solventi: tecnica usata per separare i soluti di una soluzione; un soluto rimane in soluzione nel solvente iniziale, l’altro passa in soluzione nel solvente aggiunto. Distillazione: tecnica usata per recuperare il solvente (liquido) e il soluto (liquido o solido) di una soluzione sottoposta a riscaldamento. Cromatografia su carta: tecnica usata per ottenere piccole quantità di soluti colorati presenti in una soluzione. Si sfrutta il diverso peso molecolare dei soluti e la loro diversa solubilità in un solvente (eluente) in cui si immerge la striscia di carta.

Sostanze pure: elementi e composti Le sostanze pure, a differenza dei miscugli, sono formate da un solo componente ed hanno quindi composizione costante rappresentabile con una formula chimica. Hanno, inoltre, proprietà fisiche e chimiche costanti e caratteristiche che vengono sfruttate per identificare la sostanza stessa. Le sostanze pure vengono classificate in: ELEMENTI: sostanze che NON possono essere scisse tramite metodi chimici in sostanze più semplici COMPOSTI: sostanze che possono essere scisse tramite metodi chimici in sostanze più semplici ovvero in elementi 16 16 16

sostanze che non possono essere scisse in sostanze più Elementi sostanze che non possono essere scisse in sostanze più semplici Un elemento chimico è formato da atomi tutti uguali tra loro (con lo stesso numero di protoni, cioè con lo stesso numero atomico). Ogni elemento è rappresentato con un simbolo chimico: il simbolo chimico di un elemento è costituito dalla lettera iniziale del nome latino dell’elemento scritta in stampatello maiuscolo. Gli elementi sono 118 di cui 94 naturali, gli altri artificiali e sono tutti riportati nella tavola periodica degli elementi Nel caso in cui il nome di più elementi inizi con la stessa lettera, si aggiunge una lettera scritta in minuscolo.

Caratteristiche del Sistema periodico Il Sistema periodico è caratterizzato da righe orizzontali, i periodi, e da colonne verticali, i gruppi. Ogni periodo è contrassegnato da un numero arabo (da 1 a 7), che coincide con il numero dei gusci o livelli presenti nell’atomo. Ogni gruppo è contrassegnato da un numero arabo da 1 a 18 oppure da un numero romano (da I a VIII), che coincide con il numero di elettroni presenti nel guscio esterno.

Metalli, non-metalli e semimetalli nel Sistema periodico Appartengono ai metalli tutti gli elementi situati a sinistra di una linea diagonale detta “scaletta” : sono tutti solidi tranne il mercurio (liquido), hanno punti di fusione elevati, sono lucenti, duttili e malleabili, buoni conduttori di calore ed elettricità. Appartengono ai non-metalli tutti gli elementi situati a destra della “scaletta” : sono solidi o gassosi o liquidi (uno solo) tranne il mercurio, hanno punti di fusione da bassi ad alti,, non sempre sono lucenti, non sono duttili e malleabili, non sono buoni conduttori di calore ed elettricità. All’aumentare del numero di elettroni nel guscio esterno diminuiscono le caratteristiche metalliche e si accentuano quelle non-metalliche. Le caratteristiche degli elementi di transizione sono abbastanza simili a quelle del calcio, che è un metallo alcalino-terroso. Appartengono ai semimetalli 7 elementi, situati ai lati di una linea diagonale che separa metalli e non metallii, tra il gruppo III e il gruppo VI. Hanno proprietà intermedie fra i metalli e i non metalli.

COMPOSTI Sono sostanze costituite dalla combinazione di due o più elementi che reagiscono tra loro secondo un rapporto in massa fisso e costante. Oppure Sono sostanze che possono essere decomposte in sostanze più semplici (elementi) mediante metodi chimici ovvero reazioni chimiche. Queste sono dette reazioni di scissione o di decomposizione e possono avvenire o a causa del calore (pirolisi) o dell’elettricità (elettrolisi). Per esempio l’acqua può essere decomposta, tramite l’elettrolisi, in ossigeno e idrogeno. L’acqua è un composto, l’ossigeno e l’idrogeno sono elementi.

Composti e miscugli a confronto Mentre è possibile ottenere i componenti di un miscuglio (sostanze) attraverso trasformazioni fisiche, per ottenere i componenti di un composto (cioè gli elementi) si devono usare solo metodi chimici cioè reazioni chimiche I componenti di un miscuglio possono essere separati attraverso processi fisici e sono presenti in proporzioni variabili. 21 21

Composti e reazioni chimiche Così come da un composto è possibile ottenere 2 o più elementi, mediante reazioni chimiche di scissione o decomposizione, allo stesso modo da 2 o più elementi è possibile ottenere un composto (reazioni di sintesi) In una reazione chimica si hanno nuove combinazioni degli atomi tra loro, con la produzione di nuove sostanze e nuove particelle. Anche i composti si formano da sostanze più semplici. Il composto è una sostanza con caratteristiche diverse da quelle degli elementi che lo costituiscono. E’ possibile suddividere un miscuglio nei suoi componenti tramite processi fisici. Nei miscugli le diverse sostanze possono essere presenti in qualsiasi quantità. Le sostanze di partenza sono dette reagenti. Le sostanze che si formano sono dette prodotti. 22 22

E’ formata da atomi diversi tra loro. L’unione di due o più atomi produce una molecola. La molecola di un composto è la più piccola parte che conserva tutte le proprietà chimiche del composto stesso. E’ formata da atomi diversi tra loro. Le molecole dei composti hanno proprietà diverse da quelle degli atomi degli elementi di cui sono formate. In base al numero di atomi possono essere: biatomiche, triatomiche, tetraatomiche. Nei composti gli atomi sono tenuti insieme da forze, i legami chimici. Alcune molecole sono costituite da atomi tutti uguali; molte molecole derivano dall’unione di atomi diversi.

Con le formule chimiche si rappresentano anche le molecole. Composti, molecole e formule chimiche La formula chimica di un composto indica la sua composizione qualitativa e quantitativa e utilizza i simboli chimici degli elementi che lo compongono. Con le formule chimiche si rappresentano anche le molecole. Le formule brute o grezze indicano quali e quanti atomi sono presenti nella molecola. Sono formate da: i simboli chimici degli elementi presenti; gli indici, i numeri interi, scritti come pedice dopo il simbolo chimico, che indicano il numero di atomi presenti;

CLASSIFICAZIONE DEI COMPOSTI I composti sono milioni e possono essere naturali o artificiali (o di sintesi). In base al numero di elementi che lo formano, un composto si classifica in: BINARIO: formato da 2 elementi combinati tra loro TERNARIO: formato da 3 elementi combinati tra loro QUATERNARIO: formato da 4 elementi combinati tra loro