La materia e le sue caratteristiche

Presentazione sul tema: "La materia e le sue caratteristiche"— Transcript della presentazione:

1 La materia e le sue caratteristiche
Un sistema è una porzione delimitata di materia.

2 La materia e le sue caratteristiche
Gli stati fisici in cui la materia si può trovare sono: • solido; • liquido; • aeriforme.

3 La materia e le sue caratteristiche
Le proprietà caratteristiche dei tre stati della materia dipendono dai cambiamenti di volume, pressione, forma e densità.

4 I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei
Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà intensive uniformi.

5 I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei
Quando un sistema è costituito da una sola fase si dice che è omogeneo.

6 I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei
Quando un sistema è costituito da due o più fasi si dice che è eterogeneo.

7 • Un sistema formato da una singola sostanza si dice puro.
Le sostanze pure • Un sistema formato da una singola sostanza si dice puro. • Le sostanze pure hanno caratteristiche e composizione costanti.

8 • Un sistema formato da due o più sostanze pure è un miscuglio.
Le sostanze pure • Un sistema formato da due o più sostanze pure è un miscuglio. • I miscugli hanno composizione chimica variabile.

9 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
Una soluzione è un miscuglio di due o più sostanze fisicamente omogeneo. Il componente più abbondante della soluzione si chiama solvente, gli altri si chiamano soluti.

10 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
Un miscuglio eterogeneo è formato da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili.

11 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei

12 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
I miscugli eterogenei possono presentare aspetti anche molto diversi al variare dello stato di aggregazione delle fasi che li costituiscono.

13 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
La schiuma, la nebbia, il fumo e l’emulsione sono esempi di miscugli eterogenei in fasi diverse.

14 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
I colloidi costituiscono una classe di materiali che ha caratteristiche intermedie tra quelle dei miscugli omogenei e quelle dei miscugli eterogenei.

15 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
Una dispersione colloidale si distingue da una soluzione per l’effetto Tyndall: un raggio luminoso viene deviato dalle grandi particelle della fase dispersa favorendo una luminosità diffusa.

16 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei
• Se la fase disperdente, liquida o gassosa, prevale su quella solida si ha un sol. • Se prevale la fase solida sulla fase disperdente, si ha un gel.

17 Miscugli omogenei e miscugli eterogenei

18 I passaggi di stato I passaggi di stato implicano la trasformazione della materia da uno stato fisico all’altro per variazioni di temperatura e pressione.

19 I passaggi di stato

20 Nel passaggio allo stato solido la densità, di solito, aumenta.
I passaggi di stato A parità di massa, nel passaggio di un materiale dallo stato liquido allo stato aeriforme, il volume aumenta e la densità diminuisce. Nel passaggio allo stato solido la densità, di solito, aumenta. Il ghiaccio è un’eccezione perché è meno denso dell’acqua.

21 • La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido.
I passaggi di stato • La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido. • L’evaporazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore. • La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido allo stato di vapore.

22 I passaggi di stato • La condensazione è il passaggio dallo stato di vapore allo stato liquido. • La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato solido. • Il brinamento è il passaggio diretto dallo stato di vapore allo stato solido.

23 I passaggi di stato Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento e temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche in funzione della pressione a cui avviene il passaggio di stato.

24 I passaggi di stato • Alla temperatura di fusione coesistono la fase liquida e la fase solida. • Alla temperatura di ebollizione la fase liquida e la fase di vapore coesistono, e la tensione di vapore è uguale alla pressione esterna.

25 I passaggi di stato Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono: • temperatura di condensazione (a parità di pressione uguale a quella di ebollizione); • temperatura di solidificazione (a parità di pressione uguale a quella di fusione).

26 La pressione e i passaggi di stato
La tensione di vapore di un liquido, a una data temperatura, è la pressione che esercita un vapore in equilibrio con il proprio liquido puro, ed è tanto più alta quanto maggiore è la temperatura.

27 La pressione e i passaggi di stato
La temperatura di ebollizione di un liquido è la temperatura a cui la tensione di vapore uguaglia la pressione esterna: maggiore è la pressione, più difficile è l’ebollizione del liquido.

28 La pressione e i passaggi di stato
Un aumento della pressione produce un innalzamento della temperatura di ebollizione.

29 La pressione e i passaggi di stato
La fusione e la solidificazione sono poco influenzate dalla pressione esterna: infatti sono passaggi caratterizzati da piccoli cambiamenti di volume, non particolarmente contrastati da pressioni elevate.

30 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze
La filtrazione è il metodo per separare, per mezzo di filtri, i materiali solidi da un miscuglio liquido o gassoso.

31 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze
La centrifugazione è il metodo per separare miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi aventi densità diversa.

32 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze
L’estrazione è il metodo per separare i componenti di un miscuglio per mezzo di un solvente.

33 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze
La cromatografia è il metodo per separare i componenti di un miscuglio che si spostano con velocità diverse su un supporto (fase fissa), trascinati da un solvente (fase mobile).

34 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze
La distillazione si basa sulla diversa volatilità dei componenti di miscele liquide. Minore è la temperatura di evaporazione, maggiore è la volatilità.

35 I principali metodi di separazione di miscugli e sostanze

36 Perché le sostanze si sciolgono?
• Le soluzioni sono miscugli omogenei i cui costituenti conservano le loro proprietà. • Nelle soluzioni il solvente è il componente in maggiore quantità. • Il soluto è il componente delle soluzioni che si trova in minore misura.

37 Perché le sostanze si sciolgono?
La formazione di una soluzione presenta sempre una variazione del contenuto energetico dovuto alla rottura (energia acquisita) e alla formazione (energia liberata) di legami: il sistema tende alla minor energia potenziale possibile.

38 Soluzioni acquose ed elettroliti
I composti molecolari formano soluzioni per dispersione nell’acqua delle molecole elettricamente neutre; l’acqua rompe i deboli legami intermolecolari. Queste soluzioni non conducono elettricità.

39 Soluzioni acquose ed elettroliti
I composti polari (come gli acidi) in acqua si ionizzano: le molecole dipolari dell’acqua spezzano i legami covalenti polari della molecola con conseguente formazione di ioni: HCl(g) ⇄ H+(aq) + Cl–(aq) Queste soluzioni conducono elettricità.

40 Soluzioni acquose ed elettroliti
I composti ionici in acqua si dissociano, ovvero liberano ioni: le molecole d’acqua separano gli ioni di carica opposta già presenti nel composto NaCl(s) ⇄ Na+(aq) + Cl-(aq) Queste soluzioni conducono elettricità.

41 Soluzioni acquose ed elettroliti
Nella dissociazione e nella ionizzazione gli ioni vengono circondati dalle molecole d’acqua orientate in modo che il polo positivo sia rivolto verso lo ione negativo, e il polo negativo verso lo ione positivo.

42 Soluzioni acquose ed elettroliti
Si formano ioni idratati.

43 Soluzioni acquose ed elettroliti
Tutti i composti che in soluzione producono ioni per dissociazione o per ionizzazione prendono il nome di elettroliti. Un elettrolita è una sostanza che rende elettricamente conduttrice la soluzione acquosa in cui è disciolto.

44 Soluzioni acquose ed elettroliti
Soluzioni con alta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti forti. Soluzioni con modesta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti deboli. Soluzioni che non presentano conducibilità elettrica contengono soluti detti non elettroliti.

45 Soluzioni acquose ed elettroliti

46 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente in cui il soluto è disciolto. È possibile esprimere questo rapporto in funzione di diverse grandezze.

47 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione percentuale in massa (% m/m) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 grammi di soluzione.

48 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione percentuale massa su volume (% m/V) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 mL di soluzione.

49 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione percentuale in volume (% V/V) indica il volume in millilitri di soluto sciolto in 100 mL di soluzione. Questo è il metodo usato anche per calcolare il grado alcolico di una bevanda.

50 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione in parti per milione (ppm) indica il numero di parti di soluto presenti in un milione di parti di soluzione. oppure

51 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione molare (M) o molarità indica il rapporto fra le moli di soluto e il volume in litri della soluzione.

52 La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione molale (m) o molalità è il rapporto tra le moli di soluto e la massa del solvente espressa in kilogrammi.

53 La concentrazione delle soluzioni
La frazione molare (X) di un componente di una soluzione è il rapporto fra il suo numero di moli di quel componente e il numero totale di moli di tutti i componenti.

54 La concentrazione delle soluzioni

55 La solubilità e le soluzioni sature
Quando un soluto non si scioglie più in un solvente, la soluzione si dice satura e il soluto in eccesso corpo di fondo.

56 La solubilità e le soluzioni sature
La solubilità di una sostanza in un certo solvente è la sua concentrazione nella soluzione satura.

57 La solubilità e le soluzioni sature
La solubilità varia da sostanza a sostanza e dipende dalla temperatura e dalla natura del solvente. Spesso viene espressa in grammi di soluto presenti in 100 g di solvente.

58 La solubilità e le soluzioni sature
Tra il soluto disciolto e quello indisciolto si instaura un equilibrio detto equilibrio dinamico dovuto al persistente movimento delle particelle.

59 Solubilità, temperatura e pressione
Per la maggior parte delle sostanze solide, la solubilità cresce all’aumentare della temperatura. Per tutti i soluti gassosi la solubilità diminuisce all’aumentare della temperatura.

60 Solubilità, temperatura e pressione

61 Solubilità, temperatura e pressione
Per i gas la solubilità dipende anche dalla pressione.

62 Elementi e composti Sappiamo che è possibile isolare da un miscuglio una o più sostanze pure. La maggior parte di queste sostanze può subire una trasformazione chimica e produrre sostanze più semplici. Altre sostanze resistono a qualsiasi tipo di trasformazione in sostanze più elementari. 62

63 Elementi e composti Le sostanze pure formate da componenti più semplici si chiamano composti. 63

64 Elementi e composti Le sostanze che non possono essere trasformate in sostanze più semplici si chiamano elementi. 64

65 Elementi e composti 65

66 Gli elementi a oggi conosciuti sono 118: • 92 sono presenti in natura*
• 26 sono stati scoperti** *più che altro sotto forma di composti e raramente nella forma elementare ** nel corso di ricerche sull’energia atomica oppure con reazioni nucleari 66

67 Gli elementi La quantità e la distribuzione degli elementi presenti in natura sono molto diverse. 67

68 La classificazione degli elementi
La classificazione degli elementi oggi utilizzata è stata proposta dal russo Dmitrij Mendeleev nel 1869. Mendeleev classificò gli elementi in base alle loro proprietà chimiche e fisiche, ordinandoli in una struttura detta tavola periodica. 68

69 La classificazione degli elementi
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70 La classificazione degli elementi
Nella tavola periodica gli elementi possono essere suddivisi in quattro classi: • metalli • non metalli • semimetalli • gas nobili Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica 70

71 La classificazione degli elementi
La classe più numerosa è quella dei metalli, che sono: • lucenti; • buoni conduttori di calore; • buoni conduttori di elettricità; • duttili; • malleabili. 71

72 La classificazione degli elementi
I non metalli occupano la parte destra della tavola periodica e sono: • variamente colorati; • gassosi, ma anche liquidi e solidi; • cattivi conduttori di calore ed elettricità; • buoni conduttori di elettricità; • né duttili, né malleabili. Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica 72

73 La classificazione degli elementi
I semimetalli presentano proprietà intermedie fra i metalli e i non metalli: • a temperatura ambiente sono solidi; • sono semiconduttori (né conduttori né isolanti). 73