Chimica 3/ed La natura molecolare della materia e delle sue trasformazioni Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica

Figura 1.1 La distinzione fra trasformazione fisica e trasformazione chimica. A. Avviene una trasformazione fisica quando l’acqua allo stato solido si converte in acqua allo stato liquido. Come mostrano gli ingrandimenti, la composizione delle particelle non varia. B. Avviene una trasformazione chimica quando una corrente elettrica passa attraverso l’acqua. Gli ingrandimenti mostrano che avviene un cambiamento della composizione quando l’acqua si decompone in idrogeno e ossigeno.

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Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.2 Gli stati fisici della materia. Gli ingrandimenti degli stati di aggregazione della materia mostrano la disposizione su scala atomica delle particelle: ravvicinate e altamente organizzate nel solido, ravvicinate ma disorganizzate nel liquido, lontane l’una dall’altra e disorganizzate nel gas.

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.3 L’energia potenziale si converte in energia cinetica. In tutte e quattro le parti della figura, le rette orizzontali tratteggiate indicano l’energia potenziale del sistema in ciascuna situazione.

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Tabella 1.2

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Tabella 1.3

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Tabella 1.4

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.4 Il metodo scientifico per comprendere la natura. È importante notare che le ipotesi e i modelli sono immagini mentali che vengono modificate in modo che si adattino alle osservazioni e ai risultati sperimentali, non viceversa.

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.5 Alcune relazioni tra volumi nel SI. Il cubo a sinistra ha un volume di 1 cm3; ogni spigolo è lungo 1 dm e il cubo è suddiviso in 10 strati spessi 1 cm. Vi sono 1000 dm3 in 1 m3. Il cubo in centro ha un volume di 1 cm3; ogni spigolo è lungo 1 cm e il cubo è suddiviso in 10 strati spessi 1 mm; 1000 cm3 = 1 dm3 = 1 L = 1000 mL, e quindi 1 cm3 = 1 mL. Il cubo a destra ha un volume di 1 mm3; ogni spigolo è lungo 1 mm; 1 mm3 = 1 mL. Vi sono 103 mL in 1 cm3 e 106 L in 1 dm3 (1 L).

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.6 Vetreria volumetrica di laboratorio di uso comune. Da sinistra a destra si vedono due cilindri graduati, una pipetta che viene vuotata in un becher, una buretta che eroga liquido un una beuta (matraccio di Erlenmeyer), e due matracci volumetrici. A contatto con il vetro, questo liquido forma un menisco concavo (super- ficie curva).

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Tabella 1.5

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.7 Alcune temperature interessanti.

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.9 ll numero di cifre significative in una misura dipende dallo strumento per misurazione. Sono mostrati due termometri che misurano la stessa temperatura, con viste espanse di un tratto del cannello (tubo capillare) di ciascuno. Il termometro di sinistra è graduato in decimi di grado Celsius e indica 32,33 °C; quello di destra è graduato in gradi Celsius e indica 32,3 °C. Perciò, il termometro di sinistra permette di ottenere una misura con più cifre significative (più certezza).

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.8 L’orologio atomico al cesio Il migliore orologio a pendolo può commettere un errore massimo di 3 s ogni anno, il migliore orologio al quarzo può commettere un errore massimo 1000 volte più piccolo. La più recente versione dell’orologio atomico al cesio, il NIST-F-1, realizzato dal Physics Laboratory del National Institute of Standard and Technology (NIST), è 6000 volte più accurato, potendo commettere un errore massimo di 1 s ogni 20 milioni di anni! Invece di impiegare le oscillazioni di un pendolo o le vibrazioni di un cristallo di quarzo, l’orologio atomico misura le oscillazioni della radiazione a microonde assorbita dagli atomi di cesio gassosi: 1 secondo è definito come la durata di 9 192 631 770 oscillazioni della radiazione non perturbata emessa dall’atomo di cesio-133 (133Cs) nello stato fondamentale nella transizione tra due particolari livelli. In questo nuovo orologio, gli atomi di cesio vengono raffreddati con laser a infrarosso a una temperatura di circa 106 K sopra lo zero assoluto, il che permette tempi di osservazione degli atomi molto più lunghi e quindi un’accuratezza molto maggiore.

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.10 Cifre significative e strumenti di misura. La misura della massa (6,8605 g) ottenuta con una bilancia analitica (in alto) ha più cifre significative rispetto alla misura del volume (68,2 mL) ottenuta con un cilindro graduato (in basso).

Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1 Capitolo 1 Le chiavi per lo studio della chimica Figura 1.11 Precisione e accuratezza in una taratura di laboratorio. Ogni diagramma rappresenta i risultati di quattro misurazioni effettuate con un cilindro graduato che viene tarato (vedi testo per i particolari). A. Alta precisione, alta accuratezza. B. Alta precisione, bassa accuratezza (presenza di errore sistematico). C. Bassa precisione, valore medio vicino al valore “vero”. D. Bassa precisione, bassa accuratezza.