Dott. Vincenzo Cunsolo SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE
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CHIMICA CHIMICA SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE FACOLTÁ di AGRARIA Dott. Vincenzo Cunsolo Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA LA CHIMICA LA CHIMICA È LA SCIENZA CHE STUDIA LA MATERIA. IN PARTICOLARE LA CHIMICA STUDIA LA COMPOSIZIONE LA STRUTTURA LE PROPRIETÀ DELLA MATERIA E LE TRASFORMAZIONI SUBISCE CHE ESSA CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo IN CHE MODO SI PUÒ DEFINIRE LA MATERIA? MATERIA È TUTTO CIÒ CHE COSTITUISCE L'UNIVERSO, TUTTO CIÒ CHE HA UN VOLUME ED UNA MASSA. LA MASSA È UNA PROPRIETÀ INTRINSECA DEI CORPI (intesi come porzioni limitate di materia). PUÒ ESSERE INTESA COME "QUANTITÀ DI MATERIA" POSSEDUTA DA UN CORPO . IL VOLUME DI UN CORPO È INVECE LO SPAZIO DELL’UNIVERSO OCCUPATO DAL CORPO STESSO . Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA IN CHE MODO SI PUÒ CLASSIFICARE LA MATERIA? IN GENERALE QUALSIASI CAMPIONE DI MATERIA È CLASSIFICABILE IN: SOSTANZA PURA ELEMENTI COMPOSTI MISCELA DI PIÙ SOSTANZE MISCELA ETEROGENEA MISCELA OMOGENEA Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA IN CHE MODO SI PUÒ CLASSIFICARE LA MATERIA? IN GENERALE QUALSIASI CAMPIONE DI MATERIA È CLASSIFICABILE IN: SOSTANZA PURA ELEMENTI COMPOSTI GLI ELEMENTI SONO LE SOSTANZE FONDAMENTALI, NON DECOMPONIBILI IN SOSTANZE PIÙ SEMPLICI, DELLE QUALI È COSTITUITA TUTTA LA MATERIA (Es. Allumino, Al; Ferro, Fe; Calcio, Ca). I COMPOSTI SONO SOSTANZE DECOMPONIBILI (MEDIANTE REAZIONI CHIMICHE) IN DUE O PIÙ ELEMENTI (Es. H2O). Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA IN CHE MODO SI PUÒ CLASSIFICARE LA MATERIA? IN GENERALE QUALSIASI CAMPIONE DI MATERIA È CLASSIFICABILE IN: UNA MISCELA ETEROGENEA È COSTITUITA DA PIÙ FASI SEPARATE TRA LORO OSSERVABILI AD OCCHIO NUDO O AL MICROSCOPIO. Sospensione (es. acqua - sabbia ) Emulsione ( es. latte, acqua - olio ). UNA MISCELA OMOGENEA È COSTITUITA DA UNA SOLA FASE ( es. l'aria, il vino, le soluzioni) MISCELA DI PIÙ SOSTANZE MISCELA ETEROGENEA MISCELA OMOGENEA CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo COMPOSIZIONE, STRUTTURA E STATO DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA COMPOSIZIONE: PER LE SOSTANZE ELEMENTARI È DATA DAL TIPO DI ATOMO; PER I COMPOSTI DAI TIPI DI ATOMI E DAL LORO RAPPORTO NUMERICO. STRUTTURA: CIOÈ DAL MODO IN CUI GLI ATOMI SONO LEGATI TRA LORO (i legami chimici). STATO DI AGGREGAZIONE, CIOÈ DALLA CONSISTENZA FISICA. IN PARTICOLARE, LO STATO FISICO DELLA MATERIA È CORRELATO CON LA SUA ENERGIA. CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo PROPRIETÀ DELLA MATERIA Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA PROPRIETÀ DELLA MATERIA LE PROPRIETÀ DELLA MATERIA SONO CLASSIFICABILI IN: PROPRIETÀ FISICHE (VOLUME, MASSA, LUNGHEZZA, PUNTO DI FUSIONE ecc.) PROPRIETÀ CHIMICHE (ACIDITÀ, BASICITÀ ecc.) PROPRIETÀ ORGANOLETTICHE (SAPORE, ODORE, COLORE ecc.) Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA PROPRIETÀ DELLA MATERIA PROPRIETÀ FISICHE: SONO GRANDEZZE QUALI VOLUME, MASSA, LUNGHEZZA, PUNTO DI FUSIONE, DENSITÀ E DIPENDONO DALLA SOSTANZA STESSA. POSSONO ESSERE DISTINTE IN: PROPRIETÀ ESTENSIVE: DIPENDONO DALLA QUANTITÀ DI MATERIA DEL CAMPIONE ( ES. VOLUME, MASSA, LUNGHEZZA ). PROPRIETÀ INTENSIVE: NON DIPENDONO DALLA QUANTITÀ DI MATERIA ( ES. TEMPERATURA, PUNTO DI FUSIONE). Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA PROPRIETÀ DELLA MATERIA PROPRIETÀ CHIMICHE: DIPENDONO IN PREVALENZA DALL'INFLUENZA DI ALTRE SOSTANZE SULLA SOSTANZA IN ESAME (ES. REATTIVITÀ CON L'OSSIGENO, REATTIVITÀ CON L'ACQUA, REATTIVITÀ CON GLI ACIDI). PROPRIETÀ ORGANOLETTICHE: POSSONO ESSERE PERCEPITE E VALUTATE DAGLI ORGANI DI SENSO (ES. SAPORE, ODORE, COLORE). Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA L’ENERGIA LA CHIMICA STUDIA ANCHE L'ENERGIA Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA L’ENERGIA OGGETTO DI STUDIO DELLA CHIMICA È ANCHE L'ENERGIA, L'ALTRO COMPONENTE DELL'UNIVERSO INSIEME ALLA MATERIA. L'ENERGIA VIENE DEFINITA COME L'ATTITUDINE DI UN CORPO A COMPIERE LAVORO (L'ENERGIA DI UN CORPO MISURA IL LAVORO CHE ESSO È IN GRADO DI COMPIERE) VI SONO SOSTANZIALMENTE DUE "TIPI" DI ENERGIA: L’ENERGIA CINETICA L’ENERGIA POTENZIALE Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA L’ENERGIA CINETICA L'ENERGIA CINETICA È L'ENERGIA POSSEDUTA DA UN CORPO A CAUSA DEL SUO MOVIMENTO. CORRISPONDE AL LAVORO CHE SI DEVE COMPIERE SU UN CORPO DI MASSA m, INIZIALMENTE FERMO, PER PORTARLO AD UNA CERTA VELOCITÀ v. L'ENERGIA CINETICA QUINDI È ASSOCIATA ALLA MASSA E ALLA VELOCITÀ DI UN CORPO IN MOVIMENTO: Ec = ½ m· v 2 CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo L’ENERGIA POTENZIALE L'ENERGIA POTENZIALE (Ep) È L'ASPETTO PIÙ GENERALE DELL'ENERGIA. E' DETTA ANCHE ENERGIA DI CONFIGURAZIONE E PUÒ ESSERE CONSIDERATA COME UNA FORMA DI ENERGIA "IMMAGAZZINATA“ DI UN CORPO, ASSOCIATA ALLA SUA POSIZIONE ALL’INTERNO DI UN SISTEMA. AD ESEMPIO UN MASSO IN CIMA AD UNA MONTAGNA O UNA MOLLA COMPRESSA CONTENGONO UNA CERTA Ep. TALE ENERGIA È PARI AL LAVORO CHE PUÒ COMPIERE IL MASSO ROTOLANDO A VALLE. CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo ALTRE FORME DI ENERGIA L'ENERGIA TERMICA DERIVA DALL'INCESSANTE MOTO DI AGITAZIONE DELLE PARTICELLE COSTITUENTI LA MATERIA E DIPENDE DALLE LORO ENERGIE CINETICHE (LA MISURA DELL'ENERGIA CINETICA MEDIA DELLE PARTICELLE È DATA DALLA TEMPERATURA); L'ENERGIA RADIANTE O ELETTROMAGNETICA DERIVA DA EMISSIONI DI RADIAZIONI DA PARTE DI CORPI ECCITATI (PER ESEMPIO, LA RADIAZIONE LUMINOSA); Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA ALTRE FORME DI ENERGIA L'ENERGIA CHIMICA DIPENDE DALLA STRUTTURA ATOMICO-MOLECOLARE DI UN CORPO (IN PARTICOLARE DALLE FORZE DETTE DI LEGAME CHE TENGONO UNITI GLI ATOMI); L'ENERGIA ELETTRICA DERIVA DAL MOTO DI CARICHE ELETTRICHE; L'ENERGIA NUCLEARE SI MANIFESTA NEI PROCESSI DI FISSIONE E FUSIONE NUCLEARI CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo CONVERSIONE DELLE FORME DI ENERGIA TUTTE LE FORME DI ENERGIA SI POSSONO CONVERTIRE LE UNE NELLE ALTRE E POSSONO ESSERE TRASFERITE DA UN CORPO ALL'ALTRO. TUTTAVIA, LA SOMMA TOTALE DELL'ENERGIA PRIMA E DOPO UNA QUALUNQUE TRASFORMAZIONE È LA STESSA. IN ALTRE PAROLE, L'ENERGIA TOTALE RIMANE COSTANTE: È QUESTA LA LEGGE DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA, CHE PUÒ ANCHE ESSERE ESPRESSA NELLA FORMA: L'ENERGIA NON VIENE CREATA NÉ DISTRUTTA CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo CALORE E TEMPERATURA IL CALORE È UNA FORMA DI ENERGIA, CORRELATA ALL'ENERGIA TERMICA, CHE VIENE TRASFERITA TRA DUE CORPI CHE SI TROVANO A TEMPERATURA DIFFERENTE (È QUINDI UN'ENERGIA IN TRANSITO). LA TEMPERATURA È UNA PROPRIETÀ DELLA MATERIA CHE INDICA LA TENDENZA DEI CORPI A TRASFERIRE CALORE DALL'UNO ALL'ALTRO. È CORRELATA CON L'ENERGIA CINETICA MEDIA DELLE PARTICELLE. UN CORPO A TEMPERATURA PIÙ ALTA È IN GRADO DI TRASFERIRE CALORE AI CORPI AVENTI TEMPERATURE PIÙ BASSE E NON VICEVERSA CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo STATI FISICI DELLA MATERIA Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA STATI FISICI DELLA MATERIA LA MATERIA SI PUÒ PRESENTARE IN DIVERSI STATI FISICI (STATI DI AGGREGAZIONE) CHE SONO IL RISULTATO DI DUE PROPRIETÀ CARATTERISTICHE DELLE PARTICELLE CHE LA COSTITUISCONO. Il movimento delle particelle (Moto di traslazione) Le forze di reciproca interazione Legato all’energia cinetica di cui sono dotate Interazioni elettrostatiche, legami a ponte di idrogeno, forze di Van der Waals, etc. Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA STATI FISICI DELLA MATERIA GENERICAMENTE…………… …A SECONDA DEL TIPO DI ENERGIA CHE PREVALE (CINETICA O POTENZIALE), LA MATERIA SI PUÒ PRESENTARE IN TRE DIVERSI STATI DI AGGREGAZIONE: GASSOSO, LIQUIDO, SOLIDO. CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo STATI FISICI DELLA MATERIA GAS L'energia cinetica è tale da vincere le forze di interazione intermolecolari Le particelle (molecole) sono in grado di muoversi liberamente in tutto lo spazio a disposizione. Un gas non ha né forma, né volume propri. LIQUIDO I legami interatomici e intermolecolari sono allentati, permettendo così una certa mobilità di atomi e molecole, ma non l'allontanamento definitivo; il volume resta perciò praticamente definito, mentre non lo è più la forma. Un liquido ha un volume proprio, ma non una forma propria e infatti tende ad assumere la forma del recipiente che lo contiene. SOLIDO Allo stato solido le interazioni sono piuttosto forti, tanto che Le particelle (molecole, ioni o atomi) occupano posizioni fisse nello spazio (es. reticolo cristallino) e gli unici movimenti consentiti sono piccole oscillazioni (vibrazioni) intorno a queste posizioni. I solidi hanno sia un volume che una forma definiti. CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo I PASSAGGI DI STATO CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo STATI FISICI DELLA MATERIA MODIFICANDO OPPORTUNAMENTE I PARAMETRI CHE AGISCONO SU UN SISTEMA, SI PUÒ AVERE LA TRASFORMAZIONE FISICA DEL SUO STATO DI AGGREGAZIONE (PASSAGGIO DI STATO) IN GENERALE, FORNENDO ENERGIA SOTTO FORMA DI CALORE A UN CORPO SI FAVORISCE IL PASSAGGIO DA UNO STATO DI AGGREGAZIONE IN CUI LE PARTICELLE SONO ASSOCIATE NEL MODO PIÙ COMPATTO E ORDINATO (SOLIDO) A STATI IN CUI SONO ASSOCIATE IN MODO VIA VIA MENO COMPATTO E ORDINATO (LIQUIDO E AERIFORME). L'INVERSO AVVIENE SOTTRAENDO CALORE Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA STATI FISICI DELLA MATERIA LA VARIAZIONE DELLO STATO DI AGGREGAZIONE AVVIENE SENZA MODIFICHE DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UNA SOSTANZA PROCESSO PASSAGGIO FUSIONE S→L SUBLIMAZIONE S→G SOLIDIFICAZIONE L→S EVAPORAZIONE L→G CONDENSAZIONE G→L CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo TRASFORMAZIONI FISICHE E CHIMICHE DELLA MATERIA I PASSAGGI DI STATO RIENTRANO IN GENERALE NELLE TRASFORMAZIONI CHE PUÒ SUBIRE LA MATERIA. LE TRASFORMAZIONI POSSONO ESSERE SUDDIVISE IN: FISICHE, CHE INTERESSANO LE PROPRIETÀ FISICHE DEL CORPO QUALI LA MASSA, IL VOLUME, IL COLORE, LO STATO DI AGGREGAZIONE, IL PUNTO DI FUSIONE ECC.. CHIMICHE, CHE PORTANO AD UN CAMBIAMENTO DELLA COMPOSIZIONE CHIMICA DI UN CORPO (REAZIONI CHIMICHE). CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA PER POTER DEFINIRE IN TERMINI QUANTITATIVI IL COMPORTAMENTO DI UN CAMPIONE DI MATERIA OCCORRE ESPRIMERE CON UNA MISURA LE SUE PROPRIETÀ. LE PROPRIETÀ DELLA MATERIA CHE SI POSSONO MISURARE SONO DETTE GRANDEZZE (ES. LA MASSA E IL VOLUME) PER MISURARE UNA GRANDEZZA OCCORRE CONFRONTARLA CON UNA UNITÀ DI MISURA, CIOÈ CON UNA GRANDEZZA DI RIFERIMENTO AD ESSA OMOGENEA E DI VALORE UNITARIO. CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA IL SISTEMA METRICO INTERNAZIONALE (SI) SONO STABILITE LE UNITÀ DI MISURA SOLO DI ALCUNE GRANDEZZE FONDAMENTALI E DA QUESTE VENGONO RICAVATE LE UNITÀ RELATIVE ALLE ALTRE GRANDEZZE DERIVATE . IL GRUPPO DI UNITÀ DI MISURA FONDAMENTALI SI CHIAMA SISTEMA DI UNITÀ DI MISURA. UN TALE SISTEMA ADOTTATO UNIVERSALMENTE IN CAMPO SCIENTIFICO È CHIAMATO SISTEMA INTERNAZIONALE (SI). Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA Le grandezze fondamentali del SI sono sette: lunghezza, massa, tempo, intensità intensità di corrente elettrica, temperatura, intensità intensità luminosa e quantità quantità di materia QUANTITÀ FISICA UNITÀ S.I. SIMBOLO lunghezza metro m massa chilogrammo kg tempo secondo s corrente elettrica ampere A temperatura kelvin K intensità luminosa candela cd quantità di sostanza mole mol CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA Alcune unità delle grandezze derivate sono le seguenti: CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA In alcuni casi le unità di misura fondamentali e derivate sono troppo piccole o troppo grandi per l'uso pratico. Si utilizzano perciò, rispettivamente, dei loro multipli e sottomultipli, caratterizzati da prefissi. Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA LA MASSA DI UN CORPO NEL SISTEMA METRICO INTERNAZIONALE L’UNITÀ DI MISURA FONDAMENTALE DELLA MASSA (OVVERO LA “QUANTITÀ DI MATERIA" POSSEDUTA DA UN CORPO ) È IL KILOGRAMMO (Kg). LA MASSA NON DEVE ESSERE CONFUSA CON IL “PESO” , CHE È DEFINITO COME peso = massa × accelerazione di gravità (g) CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA MASSA E PESO DI UN CORPO UN OGGETTO HA LA STESSA MASSA SULLA TERRA COSÌ COME NELLO SPAZIO; IL PESO INVECE È DIVERSO A SECONDA CHE LO STESSO OGGETTO SIA SULLA TERRA IN PRESENZA DI GRAVITÀ O NELLO SPAZIO (IN ASSENZA DI GRAVITÀ IL PESO È ZERO) Un astronauta ha la stessa massa, sia che si trovi sulla Terra o sulla Luna. La massa è una proprietà intrinseca; il peso no, Il peso è una forza che dipende dalla accelerazione gravitazionale Dott. Vincenzo Cunsolo CHIMICA CHIMICA LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA TEMPERATURA LA TEMPERATURA È UNA PROPRIETÀ INTENSIVA, INDIPENDENTE DALLA QUANTITÀ DI MATERIA. È UNA MISURA DELL'ENERGIA CINETICA MEDIA DELLE PARTICELLE CHE COSTITUISCONO UN CORPO. LA TEMPERATURA IN AMBITO SCIENTIFICO USUALMENTE SI MISURA UTILIZZANDO DUE TIPI DI SCALE: 1) CELSIUS (°C) 2) KELVIN (K) CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA TEMPERATURA: LA SCALA CELSIUS LA SCALA CELSIUS È UNA SCALA ARBITRARIA IN QUANTO PER CREARLA SONO STATI PRESI DUE PUNTI DI RIFERIMENTO: -IL PUNTO DI CONGELAMENTO DELL'ACQUA PURA ALLA PRESSIONE DI UN'ATMOSFERA (0 °C); - IL PUNTO DI EBOLLIZIONE DELL’ACQUA PURA A PRESSIONE DI UN’ATMOSFERA (100 °C) CHIMICA CHIMICA Dott. Vincenzo Cunsolo LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA TEMPERATURA: LA SCALA KELVIN LA SCALA KELVIN SI BASA SULLE PROPRIETÀ DEI GAS, NON È UNA SCALA ARBITRARIA MA DIPENDE DIRETTAMENTE DAI PRINCIPI DELLA TERMODINAMICA. IN QUESTA SCALA LO ZERO CORRISPONDE ALLA TEMPERATURA DI -273,15 °C. LO ZERO KELVIN, O ZERO ASSOLUTO, CORRISPONDE AD UNA TEMPERATURA IRRAGGIUNGIBILE IN CUI TEORICAMENTE LE PARTICELLE CHE COMPONGONO LA MATERIA SONO PRIVE DI ENERGIA CINETICA E QUINDI COMPLETAMENTE IMMOBILI. Relazione di conversione Celsius / Kelvin T = t (°C) + 273,15 Così, ad esempio, lo zero della scala Celsius corrisponde a 273,15 K, mentre l'acqua bolle a 373,15 K.
