La Chimica: Lo studio della trasformazione   Capitolo 1

La Chimica: Una Scienza per il 21 Secolo Salute e Medicina Sistemi di depurazione Operazioni Chirurgiche con anestesia Vaccini e antibiotici Energia e Ambiente Combustibili Fossili Energia Solare Energia Nucleare 1.1

La Chimica: Una Scienza per il 21 Secolo Materiali e Tecnologia Polimeri, ceramiche, cristalli liquidi Superconduttori a temperatura ambiente? Computazione Molecolare? Cibo e Agricoltura Sementi geneticamente modificate Pesticidi “naturali” Concimi selettivi 1.1

Lo Studio della Chimica Macroscopico Microscopico 1.2

verificato modificato Il metodo scientifico è un approccio sistematico alla ricerca Osservazione Rappresentazione Interpretazione Un’ipotesi è una possibile spiegazione per un gruppo di osservazioni verificato modificato 1.3

Forza = massa x accelerazione Una legge è una dichiarazione sintetica di relazione tra fenomeni sempre uguali nelle medesime condizioni. Forza = massa x accelerazione Una teoria è un principio unificante che spiega un insieme di fatti e/o le leggi basate su questi. Teoria Atomica 1.3

L’Elio Primordiale e la Teoria del Big Bang La Chimica In Azione: L’Elio Primordiale e la Teoria del Big Bang Nel 1940 George Gamow ipotizzò che l’universo avesse avuto inizio con una gigantesca esplosione o big bang. Conferme sperimentali Espansione dell’universo radiazione cosmica di fondo elio primordiale 1.3

La Chimica è lo studio della materia e dei cambiamenti che essa subisce Materia è qualsiasi cosa che occupi spazio e che sia dotata di massa. Una sostanza è una forma di materia che ha una composizione definita e proprietà distinte. Zucchero Acqua Oro 1.4

bibite, latte, leghe per saldare Una miscela è una combinazione di due o più sostanze in cui le singole sostanze mantengono identità distinte. Miscele omogenee – la composizione della miscela è omogenea. bibite, latte, leghe per saldare Miscele eterogenee – la composizione non è uniforme. cemento, limatura di ferro nella sabbia 1.4

Possono essere utlizzati mezzi fisici per separare una miscela nei suoi componenti puri. distillazione calamita 1.4

sono stati identificati 114 elementi Un elemento è una sostanza che non può essere separata in sostanze più semplici attraverso mezzi chimici. sono stati identificati 114 elementi 82 elementi sono presenti naturalmente sulla Terra oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio 32 elementi sono stati creati dagli scienziati tecnezio, americio, seaborgio 1.4

Un composto è una sostanza composta da atomi di due o più elementi uniti chimicamente in proporzioni definite. I composti possono essere separati solo nei loro componenti puri (elementi) attraverso mezzi chimici. Acqua (H2O) Glucosio (C6H12O6) Ammoniaca (NH3) 1.4

Classificazioni della Materia 1.4

I Tre Stati della Materia solido liquido gas 1.5

dissoluzione in acqua dello zucchero Fisico o Chimico? Una trasformazione fisica non altera la composizione o l’identità di una sostanza. fusione del ghiaccio dissoluzione in acqua dello zucchero Una trasformazione chimica fa variare la composizione o l’identità delle sostanze coinvolte. L’idrogeno brucia all’aria per formare acqua 1.6

Proprietà Estensive e Intensive Una proprietà estensiva di un materiale dipende da quanta materia viene presa in considerazione. massa lunghezza volume Una proprietà intensiva di un materiale non dipende da quanta materia viene presa in considerazione. densità temperatura colore 1.6

Materia – qualsiasi cosa che occupa spazio ed abbia massa. massa – misura della quantità di materia Unità di misura SI della massa è il kilogrammo (kg) 1 kg = 1000 g = 1 x 103 g peso – la forza che la gravità esercita su di un oggetto peso = c x massa sulla terra, c = 1.0 sulla luna, c ~ 0.1 Una barra di 1 kg bar peserà 1 kg sulla terra 0.1 kg sulla luna 1.7

Sistema Internazionale di Unità di misura (SI) 1.7

1.7

Volume – L’unità di misura derivata dal SI per il volume è il metro cubov(m3) 1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3 1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3 1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3 1 mL = 1 cm3 1 litro Matraccio 1.7

Densità – L’unità derivata dal SI per la densità è kg/m3 1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3 densità = massa volume d = m V Un pezzo di platino metallico con una densità di 21.5 g/cm3 ha un volume di 4.49 cm3. Qual’è la sua massa? d = m V m = d x V = 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 = 96.5 g 1.7

K = 0C + 273.15 273 K = 0 0C 373 K = 100 0C 0F = x 0C + 32 9 5 32 0F = 0 0C 212 0F = 100 0C 1.7

Trasformare 172.9 0F in gradi Celsius. 0F = x 0C + 32 9 5 0F – 32 = x 0C 9 5 x (0F – 32) = 0C 9 5 0C = x (0F – 32) 9 5 0C = x (172.9 – 32) = 78.3 9 5 1.7

La Chimica In Azione Il 23/9/99, il Mars Climate Orbiter, del valore di 100.000.000 € è entrato nell’atmosfera di Marte 100 km (62 miglia) più in basso di quanto era stato previsto, ed è stata distrutta dal calore. 1 lb = 1 N 1 lb = 4.45 N “Questo diventerà il racconto con cui da ora in poi si metteranno in guardia gli studenti delle scuole elementari, medie e superiori in occasione dell’introduzione al sistema metrico decimale (specie nei paesi anglosassoni n.d.T.)” 1.7

Notazione Scientifica Il numero di atomi in 12 g di carbonio: 602200000000000000000000 6.022 x 1023 La massa di un singolo atomo di carbonio espressa in grammi: 0.0000000000000000000000199 1.99 x 10-23 N x 10n N è un numero compreso tra 1 and 10 n è un numero intero positivo o negativo 1.8

Notazione Scientifica 568.762 0.00000772 sposta il separatore decimale a sinistra sposta il separatore decimale a destra n > 0 n < 0 568.762 = 5.68762 x 102 0.00000772 = 7.72 x 10-6 Addizione o Sottrazione Scrivi ciascuna quantità con lo stesso esponente n Somma o sottrai N1 e N2 L’esponente, n, non cambia 4.31 x 104 + 3.9 x 103 = 4.31 x 104 + 0.39 x 104 = 4.70 x 104 1.8

Notazione Scientifica Moltiplicazione (4.0 x 10-5) x (7.0 x 103) = (4.0 x 7.0) x (10-5+3) = 28 x 10-2 = 2.8 x 10-1 Moltiplica N1 per N2 Addiziona tra loro gli esponenti n1 e n2 Divisione 8.5 x 104 ÷ 5.0 x 109 = (8.5 ÷ 5.0) x 104-9 = 1.7 x 10-5 Dividi N1 per N2 Sottrai tra loro gli esponenti n1 e n2 1.8

Cifre Significative Qualsiasi cifra diversa da zero è significativa 1.234 kg 4 cifre significative Gli zero compresi tra cifre diverse da zero sono cifre significative 606 m 3 cifre significative Gli zero alla sinistra del prima cifra diversa da zero non sono cifre significative 0.08 L 1 cifra significativa Se un numero è maggiore di 1, tutti gli zeri alla destra del punto decimale sono cifre significative 2.0 mg 2 cifre significative Se un numero è minore di 1, solo gli zeri che si trovano alla fine e nel mezzo del numero sono cifre significative 0.00420 g 3 cifre significative 1.8

Quante cifre significative ci sono in ciascuna delle seguenti misure? 24 mL 2 cifre significative 3001 g 4 cifre significative 0.0320 m3 3 cifre significative 6.4 x 104 molecules 2 cifre significative 560 kg 2 cifre significative 1.8

Cifre Significative Addizione o Sottrazione Il risultato non può avere alla destra del separatore decimale più cifre di ciascuno dei numeri di partenza. 89.332 1.1 + 90.432 una cifra significativa dopo il separatore decimale arrotondato a 90.4 3.70 -2.9133 0.7867 due cifre significative dopo il separatore decimale arrotondato a 0.79 1.8

Cifre Significative Moltiplicazione o Divisione Il numero di cifre significative nel risultato è determinato dal numero di partenza che ha il minor numero di cifre significative 4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5 3 cifre sign. arrotondato a 3 cifre sign. 6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061 2 cifre sign. arrotondato a 2 cifre sign. 1.8

Cifre Significative Numeri esatti I numeri derivanti da definizioni o numeri di oggetti sono considerati come aventi un numero infinito di cifre significative La media di tre misure di lunghezza; 6.64, 6.68 e 6.70? 6.64 + 6.68 + 6.70 3 = 6.67333 = 6.67 = 7 Dal momento che 3 è un numero esatto 1.8

Accuratezza – quanto una misura è vicina al valore vero Precisione – quanto un gruppo di misure sono vicine tra loro accurata & precisa precisa ma non accurata non accurata & non precisa 1.8

Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problemi Determina quale fattore di conversione dell’unità di misura sia necessario Considera le unità di misura nel calcolo Se tutte le unità di misura si elidono eccezion fatta per le unità di misura necessarie, il problema è stato risolto in maniera corretta. quantità fornita x fattore di conversione = quantità desiderata unità di misura desiderata unità di misura fornita unità di misura fornita x = unità di misura desiderata 1.9

Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problemi Quanti mL ci sono in 1.63 L? Conversione dell’Unità di misura 1 L = 1000 mL 1L 1000 mL 1.63 L x = 1630 mL 1L 1000 mL 1.63 L x = 0.001630 L2 mL 1.9

conversione unità di misura La velocità del suono nell’aria è di circa 343 m/s. A quanto corrisponde questa velocità in miglia per ora? conversione unità di misura metri in miglia secondi in ore 1 mi = 1609 m 1 min = 60 s 1 ora = 60 min 343 m s x 1 mi 1609 m 60 s 1 min x 60 min 1 ora x = 767 mi ora 1.9