LA MATERIA
Materia è tutto ciò che occupa un volume.
La materia possiede una massa.
La materia è costituita da atomi.
Le gocce d'acqua e le particelle di polvere sono tipi
di materia, così come le piante, gli animali, i
pianeti.
Massa e peso
Il peso di un oggetto è la forza che questo
esercita sulla Terra: si tratta della
conseguenza della gravità che agisce sul
corpo. Sulla Luna il nostro peso è molto
minore che sulla Terra e questo a causa della
minore forza di gravità.
La massa misura la quantità di
materia contenuta in un corpo. E’
indipendente dalla forza di gravità.
Gli scienziati misurano la massa, in
chilogrammi (Kg) e il peso in newton
(N): 1Kg è pari a una forza di 9,81
N.
La forza di gravità
La gravità è una proprietà fondamentale della materia,
consistente nel fatto che due corpi qualsiasi si attraggono, cioè
esercitano tra loro una forza.
La legge di gravitazione, formulata da Newton, stabilisce che
due corpi si attraggono con una forza direttamente
proporzionale al prodotto delle masse e inversamente
proporzionale al quadrato della distanza.
Gm1m2
F
d2
dove:
F = forza gravitazionale tra i due
oggetti
m1 = massa del primo oggetto
m2 = massa del secondo oggetto
d = distanza tra i due oggetti
G = costante di gravitazione universale
La gravità è la forza che muove i pianeti attorno al Sole, che ci tiene sulla Terra e che ….. fa
cadere le mele sulla testa degli scienziati!!!
La forza di gravità è universale, è ovunque, e agisce su tutti gli oggetti, pianeti, atomi, rocce,
ecc.
La densità
Un oggetto metallico è di solito molto
più pesante di uno di legno, a parità di
volume: questo avviene perché
l’oggetto metallico ha una densità
maggiore.
La densità di una sostanza dipende
dalla massa di un volume dato di quella
sostanza. Un oggetto metallico ha
atomi impaccati più strettamente,
rispetto a un oggetto in legno, perciò
ha densità maggiore.
Possiamo misurare la densità di un
oggetto con la seguente formula.
Densità = massa/volume (g/cm3)
Che cos'è l'energia?
Tutto ciò che succede, succede grazie all’energia. Gli
scienziati classificano l’energia in diversi tipi, tra cui
energia chimica, energia luminosa, energia nucleare.
Quando l’energia passa da una forma all’altra succedono le
cose, ovvero viene compiuto un lavoro.
Nel motore dell’automobile, per esempio, la benzina
fornisce energia chimica, che, quando il motore viene
avviato, viene convertita in energia meccanica, energia
termica, energia elettrica ed energia acustica.
Autoverifica
1.
Perché gli astronauti nello spazio galleggiano e sembrano privi di peso?
2.
Le nuvole sono costituite da materia? E l’aria che respiriamo?
3.
Esistono attorno a te cose che non possiedono una massa?
4.
Elenca alcune situazioni in cui è necessaria l’energia, in qualunque
forma.
5.
Uno scooter, quando è in movimento, sviluppa diversi tipi di energia.
Quali?
6.
Metti in ordine di densità crescente i seguenti materiali: acqua, olio,
gommapiuma, ferro, sabbia.
Gli stati della materia
Gli stati di aggregazione della materia sono tre: solido, liquido e
gassoso e dipendono dalla temperatura.
Le proprietà di cui gode una sostanza alle diverse temperature dipendono
dall’energia e dalle forze che agiscono tra gli atomi e tra le molecole.
Le molecole di un solido sono legate da forze intense, quelle di un gas,
invece si diffondono facilmente perché sono legate da forze deboli.
Lo stato solido
Un solido è una sostanza compatta, formata da atomi strettamente legati tra loro
da forze intense e disposti in configurazioni ben definite.
La durezza di un solido dipende dalla configurazione e dai movimenti dei suoi
atomi. A seconda della configurazione degli atomi i solidi si dicono cristalli o
amorfi.
L'elemento carbonio, per esempio, può presentarsi sotto forma di grafite, friabile,
ma anche di diamante, che è uno dei solidi più duri. La differenza è dovuta dalla
diversa disposizione degli atomi.
Il diamante
La grafite
Lo stato liquido
I liquidi si spostano con libertà
maggiore rispetto ai solidi ma con
libertà minore rispetto ai gas, perché
l'energia delle particelle che li
costituiscono è maggiore di quella dei
solidi ma minore di quella dei gas;
inoltre non possono essere compressi.
La resistenza opposta dai liquidi al
flusso è detta viscosità. Questa è alta
nei liquidi come gli sciroppi, che
scorrono lentamente, mentre è bassa
in liquidi come l'acqua.
Lo stato gassoso
I gas, come le altre forme della
materia, sono costituiti da
atomi.
Le particelle di gas si muovono
molto liberamente, a grande
velocità, occupando grandi
spazi.
Muovendosi, le particelle di gas
ricche di energia si scontrano e
urtano contro le pareti dei
contenitori ed esercitano una
pressione.
Caratteristiche degli stati gassoso, liquido e solido.
gas
liquido
Riscaldamento
Raffreddamento
solido
Riscaldamento
Raffreddamento
Assume la forma e il
volume del suo contenitore.
Le particelle si possono
muovere
indipendentemente le une
dalle altre.
Assume solo la forma del
suo contenitore, ma
possiede un volume
proprio.
Le particelle possono
scivolare le une accanto alle
altre.
Possiede una forma e un
volume proprio.
Le particelle sono bloccate
nella loro posizione.
Comprimibile.
Molto spazio tra le
particelle.
Non comprimibile.
Poco spazio tra le particelle.
Non comprimibile.
Poco spazio tra le particelle.
I passaggi di stato
Autoverifica
SOLIDO
LIQUIDO
AERIFORME
Autoverifica
Esiste un tipo di materia che non occupa alcuno spazio?
Nell’aria è presente materia allo stato gassoso?
In quali stati fisici è presente l’acqua sulla terra?
Per sciogliere il ghiaccio devo aumentare o diminuire la
temperatura?
Come si chiama il passaggio dallo stato solido allo stato di
vapore?
L'atomo
Tutte le sostanze sono
costituite da piccole
particelle: gli atomi. Gli
atomi sono così piccoli
che in una capocchia di
spillo ve ne sono 60
miliardi.
A loro volta, gli atomi sono costituiti da particelle
ancora più piccole: i protoni, i neutroni e gli elettroni.
I protoni hanno carica elettrica positiva, gli elettroni
negativa e i neutroni non hanno carica.
Struttura dell’atomo
Il cuore di un atomo è formato da un nucleo che è molto
piccolo rispetto all'atomo, ma ne contiene quasi tutta la
massa. Le particelle che lo compongono sono i protoni e
i neutroni.
Il numero dei protoni del nucleo è il numero atomico di
un elemento; quello di protoni e dei neutroni insieme
indica, invece, il numero di massa.
Gli elettroni sono lontani dal nucleo, formano un guscio
esterno e sono numericamente uguali ai protoni, ma
hanno una massa molto piccola.
Numero di massa
protoni + neutroni
Numero atomico
protoni
12
6
C
Le dimensioni degli atomi
Un atomo ha un diametro di circa 10-10 m.
Il nucleo ha un diametro di circa 10-15 m.
Se il nucleo fosse delle dimensioni di una mosca e stesse al centro del
cerchio di centrocampo, gli elettroni starebbero in curva.
Se gli elettroni si muovessero sulla superficie del nucleo, gli oggetti si
contrarrebbero di 105 volte, conservando la stessa massa. L’Everest
diventerebbe una montagna alta 8 cm, ma con una densità elevatissima.
Gli elementi
Gli elementi sono sostanze costituite da un’unica specie di atomi.
In natura esistono 92 elementi diversi.
Ciascun elemento è identificato dal numero atomico, cioè dal numero dei protoni.
Ogni elemento ha un nome.
Ogni nome è sintetizzato con un simbolo.
Gli elementi chimici unendosi tra di loro formano tutte le sostanze dell' Universo
Tutti gli elementi presenti in natura e quelli creati in laboratorio sono organizzati in
una tabella che si chiama TAVOLA PERIODICA DEGLI ELEMENTI.
Gli isotopi
Gli isotopi sono atomi di uno stesso elemento che possiedono un eguale
numero di protoni, ma un diverso numero di neutroni.
Gli isotopi di un elemento possiedono, quindi, lo stesso numero atomico,
ma un numero di massa diverso.
Isotopi dell’idrogeno
Idrogeno
Massa atomica = 1
Numero atomico = 1
Deuterio
Massa atomica = 2
Numero atomico = 1
Gli ioni
Atomi che possiedono un numero di elettroni diverso rispetto al numero dei protoni
sono detti ioni.
Atomi che hanno ceduto uno o più elettroni assumono tante cariche positive quanti
sono gli elettroni persi e prendono il nome di cationi o ioni positivi.
Gli atomi che acquistano uno o più elettroni, al contrario, si chiamano anioni e
possiedono tante cariche negative quanti sono gli elettroni acquisiti.
H+ : ione idrogeno con
carica positiva
Catione
H : atomo di idrogeno
neutro
H- : ione idrogeno con
carica negativa
Anione
5
2
Autoverifica
Come si chiamano le particelle contenute nel nucleo di un atomo?
Disegna un atomo di elio, con evidenziate tutte le sue particelle e descrivilo a
parole.
Elenca il numero di protoni, neutroni ed elettroni per ciascuno dei seguenti
atomi:
13
6
C
14
7
N
2
1
H
238
92
U
5
2
He
Come si chiamano gli atomi di uno stesso elemento che differiscono per la
massa?
Come si chiama un atomo che ha perso due elettroni? Che carica elettrica
possiede
I legami chimici
La maggior parte degli atomi si lega con altri
atomi per formare composti.
Ciò che ci circonda è quasi interamente
costituito da composti, cioè da atomi legati
tra di loro. Gli atomi isolati infatti, con
l'eccezione dei gas nobili, tendono ad unirsi in
aggregati stabili in cui i singoli atomi sono
tenuti insieme da forze di natura elettrica che
vengono definite legami chimici.
2 atomi di idrogeno condividono i loro
elettroni per formare la molecola del gas
idrogeno (formula: H2).
Tutti gli atomi, ad esclusione dell’idrogeno e dell’elio, nel loro guscio più esterno
possono contenere fino a 8 elettroni. Solo i gas nobili hanno il guscio esterno completo.
Tutti gli altri atomi devono legarsi tra loro per raggiungere l’ottetto completo (= 8
elettroni).
Quando due atomi si legano, la molecola risultante è un sistema più stabile rispetto ai
due atomi isolati; questo è il motivo per cui in natura si trovano pochissimi atomi
isolati. Esistono diversi tipi di legame tra gli atomi, tra cui il legame ionico e il legame
covalente.
Legame ionico
Alcuni atomi raggiungono l'ottetto
stabile acquistando o cedendo degli
elettroni. In questo modo l'atomo
acquista una carica elettrica
positiva o negativa, a seconda che
ceda o acquisti un elettrone.
Un atomo che cede uno o più
elettroni diventa uno ione
positivo.
Un atomo che acquista uno o piu'
elettroni diventa uno ione
negativo.
Il legame che si stabilisce tra due
atomi di questo tipo si dice legame
ionico ed è dato dalle forze
elettriche opposte che si
attraggono
Legame covalente
Fra gli atomi instabili, alcuni
completano l'ultimo strato senza ne'
cedere ne' acquistare elettroni, ma
mettendoli in comune con atomi dello
stesso tipo o di tipo diverso, in modo
tale che la molecola risultera' formata
da atomi che hanno completato
l'ultimo strato.
Questo tipo di legame si dice legame
covalente.
Il legame covalente consiste nella
condivisione di una o più (massimo
tre) coppie di elettroni.
Le reazioni chimiche
Le reazioni chimiche sono processi
in cui due o più sostanze
interagiscono, trasformandosi in
sostanze con composizione
molecolare diversa da quella di
partenza. Le sostanze che
interagiscono sono dette
reagenti, quelle finali prodotti.
Una reazione chimica può essere
rappresentata in modo sintetico
attraverso un’equazione in cui al
primo membro sono scritti i
reagenti e al secondo membro i
prodotti.
I simboli e le formule chimiche
usate mettono in evidenza i
cambiamenti che si verificano nel
passaggio da reagenti a prodotti.
Simulazione della reazione chimica:
2H2 + O2 → 2H2O
reagenti → prodotti
Gli stati della materia a livello
molecolare
Modello molecolare di un
cristallo di ghiaccio
Molecole di acqua allo stato
liquido
Molecola di acqua allo stato gassoso
Elementi, Composti & Miscele: Elementi
Atomi dell’elemento Argo (Ar) in
fase gassosa
Molecole dell’elemento Azoto
(N) in fase gassosa.
Un elemento:
consiste di un solo tipo di atomi;
Non può essere scomposto in un tipo più semplice di materia, né con sistemi
fisici né con sistemi chimici;
Può esistere sia come atomi da soli (es. Argo) sia come molecole (es. l’azoto).
Elementi, Composti & Miscele:
Composti
Molecole di acqua in fase gassosa. Gli atomi di ossigeno sono di
colore rosso e quelli di idrogeno sono bianchi.
Un composto:
consiste di atomi di due o più elementi diversi legati assieme;
può essere scomposto in sostanze più semplici (elementi) attraverso mezzi chimici;
possiede proprietà differenti rispetto agli elementi che lo compongono;
può essere rappresentato da una formula chimica (es. H2O).
Elementi, Composti & Miscele: Miscele
Miscela gassosa contenente due elementi (argo
e azoto) e un composto (acqua).
Una miscela:
consiste di due o più elementi e/o composti;
può essere separata nei suoi componenti attraverso mezzi fisici;
spesso mantiene le proprietà dei suoi componenti
può essere omogenea, se non sono distinguibili i componenti (es. soluzione di
acqua e sale), oppure eterogenea, in cui sono visibili le diverse sostanze che
la compongono (es. acqua e olio, acqua e sabbia)
Sostanze pure e miscele
La Materia
Sostanze Pure
Elementi
Composti
Miscele
Miscele
Omogenee
Miscele
Eterogenee
Autoverifica
A
B
C
D
E
F
Quale disegno o disegni
rappresentano un composto,
un elemento, una miscela di
elementi?
