La materia
La materia è tutto ciò che occupa un volume e ha una massa. Il nome deriva dal latino “mater” che significa
“madre”. Infatti la materia può essere considerata come la madre di tutto quello che è intorno a noi. Tutto è
materia: l’aria, l’acqua, le case,..
Esistono moltissimi tipi di materia: Il legno, il ferro, l’acciaio, la vernice, l’acqua,..
Gli atomi
La materia è composta da atomi. Gli atomi sono i mattoncini con cui tutta la materia è costruita. Il nome atomo
deriva dal greco “atomos” che significa indivisibile. Il primo a parlare di atomi fu il filosofo greco Democrito.
Per avere un'idea della dimensione di un atomo, può essere utile confrontarli con oggetti più grandi, ad
esempio:
il diametro di un capello umano corrisponde a circa un milione di atomi di carbonio disposti in fila;
una goccia d'acqua contiene circa 1021 atomi di ossigeno;
Verso la fine dell’ottocento si scoprì che l’atomo non è l’oggetto più piccolo esistente ma che è formato da
particelle più piccole.
1. materia
2. atomi
3. atomo composto da elettroni, neutroni e protoni
4. elettrone
5. quark
6. stringhe
I protoni dotati di carica positiva e i neutroni che sono privi di carica formano il "nucleo
atomico", protoni e neutroni sono detti quindi nucleoni.
Gli elettroni hanno carica negativa sono presenti nello stesso numero dei protoni e ruotano
attorno al nucleo senza seguire un'orbita precisa.
Da wikipedia
Esistono sei tipi di quark, ogni nucleone è composto da tre quark. Il nome "quark", venne
scelto dal fisico Murray Gell-Mann. E’ un termine privo di significato proveniente da un
passo del romanzo Finnegans wake scritto dal poeta inglese James Joice, che Murray GellMann stava leggendo al tempo degli studi:
Three quarks for Muster Mark!
Sure he has not got much of a bark
And sure any he has it's all beside the mark.
Una stringa è un oggetto con una sola estensione spaziale, può essere immaginata come
una corda che in base al modo con cui vibra da origine a diversi tipi di particelle.
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L’atomo e le particelle contenute al suo interno sono
troppo piccole per poter essere viste al microscopio,
come si fa allora a dire che esistono davvero. Si
utilizzano macchinari chiamati acceleratori di
particelle. Essi sono delle gallerie all’interno delle
quali protoni ed atomi vengono fatti scontrare in
modo da romperli, i frammenti che si formano
lasciano delle tracce.
Al confine tra Francia e Svizzera si trova
l’acceleratore più grande e più potente mai costruito, è
un tunnel sotterraneo chiamato LHC, lungo 27 km e
mantenuto ad una temperatura di -271 gradi Mappa dell’acceleratore di particelle LHC passante
nelle vicinanze dell’aeroporto della città di Ginevra.
centigradi.
Tutta la materia assomiglia ad un gioco di costruzioni. Così come utilizzando le costruzioni si possono ottenere
vari tipi di oggetti, allo stesso modo unendo tra loro gli atomi si ottengono i vari tipi di materia. Gli atomi sono
la porzione più piccola di materia esistente. Quando due o più atomi si uniscono tra loro si forma una molecola.
Le molecole possono essere formate da atomi tutti uguali tra di loro oppure da atomi diversi.
Molecola di ossigeno (formata da due atomi di Molecola di acqua (formata da un atomo di ossigeno e
ossigeno)
due di idrogeno
In natura esistono 92 tipi di atomi diversi, a questi vanno aggiunti gli atomi artificiali.
Esistono dei microscopi che forniscono una immagine
grossolana degli atomi ma non permettono di vedere
la loro struttura interna.
Si chiamano microscopi elettronici a scansione e
microscopi a forza atomica.
L’immagine a fianco rappresenta una sostanza
chiamata Grafene
Ogni punto dell’immagine è singolo atomo di
carbonio
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Miscugli e sostanze pure
Alcuni tipi di materia sono formati da molti componenti diversi tra loro altri da un solo componente. Ad
esempio l’acqua del mare è formata da acqua e sali minerali, l’aria è formata da diversi gas come l’ossigeno,
l’azoto, l’anidride carbonica ed altri. Le sostanze formate da molti componenti vengono chiamate miscugli. Al
contrario, sostanze come il ferro, l’oro e l’acqua distillata (cioè l’acqua senza sale al suo interno) vengono
chiamate sostanze pure perché sono formate da un solo componente.
Esistono due tipi di miscugli: i miscugli eterogenei ed i miscugli omogenei chiamati anche soluzioni.
Un esempio di miscuglio omogeneo è il sale mescolato nell’acqua, una volta che acqua e sale sono stati
mescolati insieme, essi non saranno più distinguibili l’uno dall’altro ed ogni porzione del miscuglio anche
microscopica presenta sempre le stese proprietà, invece un esempio di miscuglio eterogeneo è la sabbia
mescolata con la limatura di ferro. Anche dopo il mescolamento le due sostanze saranno distinguibili e la
composizione non è uniforme in tutte le sue parti. Appartengono a questa categoria le sospensioni (miscuglio
liquido-solido), le emulsioni (miscuglio liquido-liquido) le schiume (miscuglio gas-liquido), le mescolanze
grossolane di due sostanze.
Le sostanze pure si suddividono in sostanze semplici (elementi) e sostanze composte, le prime sono formate
da atomi dello stesso tipo (ad esempio un pezzo di ferro) o da molecole costituite da atomi uguali (ad esempio
l’ossigeno presente nell’aria), le seconde sono formate da molecole contenenti atomi di tipo diverso (ad
esempio la molecola dell’acqua è formata da due atomi di idrogeno ed uno di ossigeno).
atomi uguali
sostanze
semplici
sostanze
pure
sostanze
composte
miscugli
miscugli
omogenei
(soluzioni)
materia
molecole formate da atomi
uguali
molecole formate da atomi
diversi
miscugli
eterogenei
Separazione dei miscugli
1)I miscugli eterogenei ad esempio un miscuglio liquido-solido vengono separati con mezzi meccanici, essi
sono la decantazione, la filtrazione e la centrifugazione.
Decantazione: consiste nel lasciar depositare sul fondo di un recipiente il solido fino a quando tutto il liquido
sovrastante diventa limpido
Filtrazione: il miscuglio viene versato su un filtro di carta che si trova sopra un imbuto, al di sotto dell’imbuto è
presente un contenitore dove passa il liquido filtrato mentre la parte solida resta intrappolata sulla carta.
Centrifugazione: il miscuglio è inserito all’interno di un contenitore rotante in questo modo la sostanza più
pesante si separa da quella meno pesante
Ad esempio la limatura di ferro e la sabbia possono essere separate utilizzando semplicemente una calamita
I miscugli omogenei si separano con mezzi fisici, essi sono i passaggi di stato. Il sale può essere separato
dall’acqua facendo evaporare quest’ultima.
Un altro metodo in cui sono utilizzati i passaggi di stato è la distillazione.
Distillazione: i componenti del miscuglio vengono separati sfruttando la diversa temperatura di ebollizione dei
componenti. Ad esempio in questo modo si separano i diversi componenti del petrolio (cherosene, gasolio,
benzina, gas)
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Proprietà della materia
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lo stato fisico (solido o liquido o aeriforme)
il punto di fusione e di ebollizione, cioè la temperatura alla quale una sostanza fonde e bolle rispettivamente
il colore
la trasparenza, cioè la capacità di un corpo di lasciarsi attraversare dalla luce
la lucentezza, cioè la capacità di un corpo di riflettere la luce
la densità e il peso specifico
la malleabilità, cioè la facilità con cui il materiale può essere pressato, arrotolato o martellato, per farne fogli
sottili.
la duttilità, cioè la facilità di trasformarlo in fili sottili.
la conducibilità termica, cioè la facilità a trasmettere il calore.
la conducibilità elettrica, cioè la facilità a trasmettere la corrente elettrica.
la comprimibilità, cioè la capacità di diminuire il volume a causa di una pressione
la durezza, cioè la capacità di resistere alla scalfittura (cioè all’incisione)
la solubilità, cioè la facilità di una sostanza a sciogliersi in un’altra
la volatilità, cioè la facilità ad evaporare
la carica elettrica
La densità rappresenta la quantità di materia contenuta all’interno di un certo volume di materia, si calcola
eseguendo la divisione tra la massa (misurata in kg) ed il volume (misurato in m 3 ). Cosa rende un materiale
denso? Un materiale è denso se contiene tanta materia in poco spazio. La materia è tanta se gli atomi
contengono molti protoni e neutroni ad esempio una atomo di ferro che contiene 52 nucleoni (26 protoni + 26
neutroni) contiene più materia di una atomo di ossigeno che contiene solo 16 nucleoni (8 protoni + 8 neutroni).
Per capire come lo spazio occupato dalla materia influisce sulla densità consideriamo degli atomi di ferro, se
questi sono distanti tra loro la densità è bassa se invece sono vicini la densità è alta. Oppure consideriamo gli
alunni seduti ai propri banchi in un’aula scolastica, se gli alunni si alzano e si posizionano tutti in vicinanza
della porta si avrà un aumento della densità in quanto lo spazio tra un alunno e l’altro è diminuito. Si può allora
dire che la densità aumenta se gli oggetti (atomi, alunni od altro) sono vicini e diminuisce se sono lontani.
La densità dell’acqua è di 1000kg per ogni metro cubo, mentre quella dell’aria è di circa 1,2 kg per ogni metro cubo questo vuol dire
che nell’aria c’è molta meno materia di quanta ce n’è nell’aria e cioè che l’aria è meno densa rispetto all’acqua.
La viscosità spesso viene spesso confusa con la densità ma si tratta di un errore. La viscosità rappresenta la
capacità che ha un liquido di scorrere. Ad esempio l’acqua quando viene versata da una bottiglia su un tavolo
scorre verso l’esterno della bottiglia facilmente e rapidamente raggiunge il tavolo sul quale poi si appiattisce, al
contrario se si prova a versare del miele, questo fuoriesce dal barattolo lentamente e altrettanto lentamente cade
verso il tavolo accumulandosi e appiattendosi molto lentamente. Si dirà allora che l’acqua è poco viscosa
mentre il miele è molto viscoso.
Esistono dei fluidi per i quali la viscosità può variare, essi sono chiamati fluidi non newtoniani.
Un esempio di fluido non newtoniano chiamato in maniera più precisa fluido dilatante, può essere realizzato
miscelando acqua e fecola di patate oppure acqua con amido di mais (chiamato anche "maizena").
L'applicazione di una forza sulla miscela così ottenuta, per esempio colpendo la superficie con una mano o
capovolgendo rapidamente il contenitore in cui il fluido è posto, fa si che esso si comporti come
un solido invece che come un liquido. Applicando forze più deboli, come il lento inserimento di un cucchiaio
nella miscela, la manterrà nel suo stato liquido. Una persona che si muova velocemente e che applichi una forza
sufficiente con i piedi su di un fluido non newtoniano, può letteralmente camminare sopra un tale liquido.
Fluido: è lo stato della materia in cui le particelle possono più o meno liberamente muoversi le une rispetto alle altre. Comprende sia i
liquidi che gli aeriformi.
Fecola di patate: La fecola di patate è una farina ricavata con l'essiccamento e la successiva macinazione della patata. Composta
essenzialmente dall'amido (uno zucchero) delle patate, si presenta alla vista come una polvere di colore bianco.
Essendo totalmente inodore e particolarmente leggera è usata come addensante per creme e nella pasticceria in generale. Trova
applicazione nella preparazione di torte e altri dolci da forno che contribuisce a rendere soffici.
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Diffusione
Moto browniano
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