3 CAPITOLO Le trasformazioni chimiche della materia Indice 1 Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche Elementi e composti Mappa concettuale: La materia La tavola periodica: qualche anticipazione La teoria atomica Atomi e molecole Modelli molecolari e formule chimiche Miscele e composti Le prove chimiche della teoria atomica Legge dei volumi di combinazione Legge di Avogadro Introduzione alle reazioni chimiche 1

Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche 1 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche In una trasformazione fisica le sostanze interessate non cambiano identità. Il filamento di una lampadina, al passaggio di corrente elettrica, diventa incandescente e luminoso; non appena cessa il passaggio di corrente, esso ritorna allo stato iniziale. In una reazione chimica una sostanza si trasforma in altre sostanze. 2

Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche 1 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche Una reazione chimica si evidenzia per: produzione di calore; sviluppo di un gas; variazione di colore; variazione delle proprietà; Le pastiglie effervescenti in acqua sviluppano bollicine di un gas incolore, evidenziando che una reazione chimica è in corso. 3

Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche 1 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimiche Si verifica anche una reazione chimica quando una sostanza si decompone. a b c d In una reazione chimica una o più sostanze (i reagenti) si trasformano in una o più differenti sostanze (i prodotti). I reagenti vanno scritti a sinistra di una freccia mentre i prodotti a destra. reagenti prodotti 4

saccarosio (composto) 2 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Elementi e composti Le sostanze pure non decomponibili in sostanze più semplici sono chiamate elementi. Esempi di elementi sono il carbonio, l’idrogeno e l’ossigeno. Le sostanze pure, come il saccarosio e l’acqua, che possono essere decomposte in sostanze più semplici sono chiamate composti. saccarosio (composto) trasformazione chimica carbonio (elemento) + acqua (composto) trasformazione chimica idrogeno (elemento) + ossigeno (elemento) 5

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA 2 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Elementi e composti Mappa concettuale: La materia LA MATERIA Le proprietà sono uniformi in ogni parte del campione? NO SÌ Miscela eterogenea Miscela omogenea può essere separata con processi fisici? NO SÌ Sostanza pura Soluzione può essere decomposta in sostanze più semplici mediante processi chimici? Elemento NO SÌ Composto 6

La tavola periodica: qualche anticipazione 3 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA La tavola periodica: qualche anticipazione Nella tavola periodica gli elementi sono sistemati secondo le proprietà chimiche. Ogni elemento è rappresentato da un simbolo chimico. Nella tavola si distinguono i metalli (ferro, rame), i non metalli (cloro, bromo, iodio) e i semimetalli o metalloidi (silicio, bismuto). 7

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA La teoria atomica 4 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA La teoria atomica La teoria atomica di Dalton si fonda sui seguenti punti: La materia è costituita da particelle piccolissime dette atomi. Tutti gli atomi di un dato elemento sono identici, cioè hanno la stessa massa e le stesse proprietà. Un composto è costituito da due o più atomi di differenti elementi combinati chimicamente. In una comune reazione chimica gli atomi sono indivisibili e, quindi, non cambiano di massa. Pertanto non possono essere né creati né distrutti, varia semplicemente il modo con cui si aggregano tra di loro. Le reazioni chimiche avvengono tra numeri interi di atomi. 8

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Atomi e molecole 5 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Atomi e molecole Un atomo è la più piccola particella di un elemento che possiede le proprietà chimiche dell’elemento. Rame allo stato naturale; ogni sfera rappresenta un atomo di rame. 9

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Atomi e molecole 5 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Atomi e molecole Una molecola è la più piccola particella di un composto che presenta le proprietà chimiche di quel composto. Raggruppamento di due atomi di idrogeno (sfere grigie) e di un atomo di ossigeno (sfera rossa) nella molecola dell’acqua. 10

Modelli molecolari e formule chimiche 6 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Modelli molecolari e formule chimiche Il raggruppamento degli atomi in una molecola viene rappresentato mediante modelli molecolari a sfere e bastoncini oppure a sfere compatte. Per ogni molecola, inoltre, esiste una formula chimica rappresentata con i simboli degli elementi che la compongono. Modelli molecolari dell’acqua. I numeri scritti in basso a destra dei simboli sono chiamati indici. H2O che viene omesso, indica il numero di atomi di ossigeno indice 1 indice 2 indica il numero di atomi di idrogeno 11

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA 7 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Miscele e composti Una miscela è un insieme di due o più sostanze che conservano proprietà individuali caratteristiche e sono separabili con mezzi fisici. In seguito a riscaldamento ferro e zolfo formano solfuro di ferro, un composto che, a differenza del ferro, non viene attirato dalla calamita. 12

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA 7 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Miscele e composti Un composto è una sostanza che presenta proprietà differenti dagli elementi che hanno partecipato alla sua formazione. Ferro e zolfo scaldati con la fiamma di un Bunsen. Dopo il riscaldamento si forma solfuro di ferro che non viene attirato dalla calamita. 13

Le prove chimiche della teoria atomica 8 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Le prove chimiche della teoria atomica Legge di conservazione della massa (o di Lavoisier) In una reazione chimica la somma delle masse dei reagenti (le sostanze messe a reagire) è uguale alla somma delle masse dei prodotti (le sostanze che si ottengono dopo che si è verificata la reazione). reagenti (azoto e idrogeno) prodotto (ammoniaca) 14

Le prove chimiche della teoria atomica 8 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Le prove chimiche della teoria atomica Legge della composizione costante (legge di Proust) Un dato composto chimico contiene gli stessi elementi combinati sempre nello stesso rapporto in massa. Nel solfuro di ferro vi è un rapporto di combinazione di 1 di ferro e 0,57 di zolfo. 15

Le prove chimiche della teoria atomica 8 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Le prove chimiche della teoria atomica Legge delle proporzioni multiple di Dalton Quando due elementi formano più di un composto, per una definita massa del primo elemento, le masse del secondo elemento si trovano combinate in un rapporto semplice e intero. carbonio (1 g) ossigeno (1,33 g) monossido di carbonio 1° caso carbonio (1 g) ossigeno (2,66 g) anidride carbonica 2° caso Nei due composti, con la stessa massa di carbonio (1 g) le masse di ossigeno sono nel rapporto di 1,33 a 2,66, cioè 1:2 16

Legge dei volumi di combinazione di Gay-Lussac 9 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Legge dei volumi di combinazione di Gay-Lussac In una reazione chimica i volumi dei gas che si combinano e quelli che si formano stanno tra loro in rapporti esprimibili con numeri interi e piccoli. Sono esempi di reazioni di gas che illustrano la legge di Gay-Lussac: idrogeno gas : cloro gas : cloruro di idrogeno gas 1 L idrogeno gas : ossigeno gas : acqua vapore 2 L 1 L 17

CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Legge di Avogadro 10 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Legge di Avogadro Nelle stesse condizioni di temperatura e di pressione, volumi uguali di gas diversi contengono lo stesso numero di molecole. H2 H2O HCl La rappresentazione grafica della legge di Avogadro evidenzia che il volume di un gas è indipendente dalle dimensioni delle molecole e dal tipo di molecola. 18

2 litri di cloruro di idrogeno 10 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Legge di Avogadro Applicazioni della legge di Avogadro: 1 litro di idrogeno 4 molecole 1 litro di cloro 2 litri di cloruro di idrogeno 8 molecole 2 litro di idrogeno 8 molecole 1 litro di ossigeno 4 molecole 2 litri di vapore acqueo 19

Introduzione alle reazioni chimiche 11 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Introduzione alle reazioni chimiche Una reazione chimica viene rappresentata mediante una equazione chimica. In una equazione chimica figurano le formule delle sostanze reagenti e quelle delle sostanze prodotte. azoto + idrogeno ammoniaca N2 + H2 NH3 REAGENTI PRODOTTO 20

Introduzione alle reazioni chimiche 11 CAPITOLO 3. LE TRASFORMAZIONI CHIMICHE DELLA MATERIA Introduzione alle reazioni chimiche Per far sì che vi sia uguaglianza nel numero degli atomi nei due rami dell’equazione, si ricorre a un procedimento chiamato bilanciamento. N2 + 3 H2 2 NH3 equazione bilanciata 21