Presentazione di PowerPoint - Zanichelli online per la scuola

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Autore, Autore, AutoreTitolo © Zanichelli editore 2009
1
5. Le teorie della
materia
5.1 Il concetto di
atomo ha radici
antiche
Il concetto di atomo • 1
•
Le prime ipotesi sulla struttura della
materia si basavano esclusivamente
su argomentazioni di tipo filosofico.
Valitutti Tifi Gentile La chimica della Natura © Zanichelli editore 2011
4
Il concetto di atomo • 2
“La materia non è continua
come sembra, ma è formata
da particelle piccolissime”
Leucippo (450 a.C)
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5
Il concetto di atomo • 3
•
Un suo discepolo, Democrito, chiamò
atomi queste particelle.
•
L’idea atomistica della materia fu
osteggiata da Platone e Aristotele.
•
Fu ripresa in seguito da Lucrezio (95-
55 a.C.) nel De rerum natura.
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6
Il concetto di atomo • 4
•
Il primo modello atomico costruito su
basi sperimentali fu proposto solo
ventidue secoli dopo.
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7
Il concetto di atomo • 5
•
Gli attuali risultati sperimentali ci
autorizzano a dire che la materia non
è continua ma è formata da particelle
piccolissime separate da spazi
vuoti.
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5.2 La moderna teoria
atomica è nata grazie
a Lavoisier, Proust e
Dalton
Le basi sperimentali
•
La prima teoria atomica nacque
dall’analisi di tre leggi sperimentali:
–
Legge di conservazione della massa.
–
Legge delle proporzioni definite.
–
Legge delle proporzioni multiple.
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Conservazione della massa • 1
“Mi
sono dato come legge di
procedere sempre dal noto all’ignoto,
e di non fare alcuna deduzione che
non sgorghi direttamente dagli
esperimenti e dall’osservazione”
Lavoisier (Parigi,1743 -1794)
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11
Conservazione della massa • 2
•
La bilancia fu lo strumento che
accompagnò Lavoisier nei suoi
esperimenti e intorno al quale
ruotarono le prime idee scientifiche
della chimica.
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Conservazione della massa • 3
Legge di conservazione della
massa: in una reazione chimica la
massa dei reagenti è uguale alla
massa dei prodotti.
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Conservazione della massa • 4
La legge di Lavoisier può essere verificata utilizzando
ioduro di potassio e nitrato di piombo
Si preparano le due polveri
bianche e un mortaio
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Si uniscono le polveri nel
mortaio e si misura la massa.
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Conservazione della massa • 5
Si mischiano le due
polveri nel mortaio
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Il miscuglio rimane bianco
o cambia colore? La massa
cambia o rimane la stessa?
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Legge delle proporzioni definite• 1
•
Joseph Proust, un altro chimico
francese, attraverso un metodo
d’indagine analogo a quello di
Lavoisier, arrivò nel 1799 ad
enunciare la legge delle proporzioni
definite.
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Legge delle proporzioni definite • 1
Legge delle proporzioni definite:
in un composto, gli elementi che lo
costituiscono sono presenti secondo
rapporti in massa costanti e definiti.
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Legge delle proporzioni definite • 2
•
Riscaldando diversi campioni di
carbonato di rame del peso di
123.5 g, si ottengono sempre 79,5 g di
ossido di rame e 44 g di diossido di
carbonio.
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Legge delle proporzioni definite • 3
“… un composto è un
prodotto privilegiato al quale
la natura ha dato una
composizione costante”
Proust (Angers,1754 -1826)
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Legge delle proporzioni definite • 4
Il rapporto tra le masse degli elementi che costituisco un
dato composto (rapporto di combinazione) è costante.
In questo un composto differisce da un miscuglio, in cui il
rapporto tra gli elementi può assumere qualsiasi valore.
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Legge delle proporzioni multiple • 1
•
Dalton analizzò casi in cui due
elementi possono reagire dando luogo
a due o più composti diversi. Ad
esempio, carbonio e ossigeno
possono formare monossido di
carbonio o diossido di carbonio.
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Legge delle proporzioni multiple • 2
C
1g
O2
1.33 g
CO
2.33 g
Quando l’ossigeno è poco
si forma il monossido.
C
1g
O2
2.66 g
CO2
3.66 g
Quando l’ossigeno è tanto
si forma il diossido
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Legge delle proporzioni multiple • 3
•
Le quantità di ossigeno che si
combinano con 1 g di carbonio per
formare il monossido e il diossido
stanno tra loro in rapporto 1:2.
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Legge delle proporzioni multiple • 4
Legge delle proporzioni multiple:
quando un elemento si combina con una
stessa massa di un secondo elemento
per formare composti diversi, le masse
del primo elemento stanno tra loro in
rapporti semplici.
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La prima teoria atomica • 1
•
Nel 1803 Dalton formulò la prima teoria
atomica, in accordo con le tre leggi
sperimentali sopra enunciate.
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La prima teoria atomica • 2
1. La materia è fatta di atomi piccolissimi,
indivisibili e indistruttibili;
2. Tutti gli atomi di uno stesso elemento
sono identici e hanno la stessa massa;
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La prima teoria atomica • 3
3. gli atomi di un elemento non possono
essere convertiti in atomi di altri
elementi;
4. gli atomi di un elemento si combinano
solo con numeri interi di atomi di altri
elementi;
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La prima teoria atomica • 4
5. gli atomi non possono essere creati
né distrutti, ma si trasferiscono interi
da un composto all’altro.
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La prima teoria atomica • 5
•
La teoria di Dalton è in accordo con la
legge di conservazione della massa: i
punti 1, 2, 3, 5 implicano che in una
reazione chimica gli atomi
rimangono invariati in numero e
massa.
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La prima teoria atomica • 6
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La prima teoria atomica • 7
•
La teoria è in accordo con la legge di
Proust: i punti 4 e 5 implicano che un
composto ha composizione costante,
cioè contiene un numero fisso di
atomi di ogni elemento.
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La prima teoria atomica • 8
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32
La prima teoria atomica • 9
•
La teoria di Dalton è in accordo anche
con la legge delle proporzioni multiple.
Ad esempio nella reazione tra ossigeno
e carbonio, il monossido contiene un
atomo di O per ogni atomo di C, il
diossido ne contiene due.
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La prima teoria atomica • 10
I due composti hanno proprietà fisiche e chimiche
completamente diverse.
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5.3 La teoria atomica
spiega le proprietà
della materia
Gli elementi • 1
Questa pepita d’oro è costituita da una sola specie di
atomi (Au). Lo stesso è vero per un oggetto di rame (Cu),
di alluminio (Al) o di ferro (Fe).
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Gli elementi • 2
•
Immaginiamo di dividere un oggetto di
alluminio in campioni sempre più
piccoli.
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Gli elementi • 3
•
Dopo numerosissime suddivisioni,
arriveremo alla singola particella,
chiamata atomo, che conserva le
proprietà chimiche dell’alluminio.
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Gli elementi • 4
Gli elementi sono costituiti da
atomi che hanno proprietà
chimiche identiche.
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39
Gli elementi • 5
•
L’atomo non possiede però le
proprietà fisiche dell’elemento: un
solo atomo non può avere un colore o
condurre l’elettricità.
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Gli elementi • 6
•
Le proprietà macroscopiche (ad
esempio opacità, colore, conducibilità,
densità, stato di aggregazione) sono il
risultato dell’unione di tantissime
particelle, in questo caso atomi.
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Le molecole • 1
Alcuni elementi, come l’idrogeno, l’ossigeno, l’azoto, il
cloro, il fluoro, il bromo e lo iodio, si trovano in natura sotto
forma di molecole costituite da due atomi identici
(molecole biatomiche).
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Le molecole • 2
Altri elementi, come il fosforo e l’arsenico, esistono sotto
forma di molecole costituite da quattro atomi; lo zolfo e il
selenio possiedono molecole formate da otto atomi.
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Le molecole • 3
La molecola è un
raggruppamento di due o più
atomi che possiede proprietà
chimiche caratteristiche.
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44
Le molecole • 4
•
La formula di una molecola indica da
quali elementi essa è costituita e
quanti atomi di ciascun elemento
contiene.
•
L’ossigeno ad esempio si trova in
molecole con formula chimica O2.
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45
Le molecole • 5
•
La formula che utilizziamo per indicare
quali e quanti atomi costituiscono la
molecola di un composto è chiamata
formula bruta o grezza.
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Le molecole • 6
Le molecole dei composti sono
costituite da atomi di tipo diverso.
I composti hanno composizione
definita a cui partecipano atomi di
natura diversa.
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47
Le molecole • 7
L’acqua è un composto costituito da molecole la cui
formula chimica è H2O. L’acqua contenuta in un bicchiere
è formata da miliardi e miliardi di molecole d’acqua.
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48
Le molecole • 8
Questi tre composti hanno formula chimica
rispettivamente: CO2, NH3, CH4.
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49
Le molecole • 9
•
Una singola molecola non ha le
proprietà fisiche dell’elemento o del
composto.
•
Non ha significato, ad esempio, parlare
del punto di fusione di una singola
molecola.
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50
Le molecole • 10
Proprietà microscopiche e macroscopiche
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51
I composti ionici • 1
Si definiscono ioni gli atomi
(o i gruppi di atomi) con una
o più cariche elettriche,
positive o negative.
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I composti ionici • 2
•
Un composto ionico contiene schiere
di ioni positivi e negativi che si
alternano in modo ordinato.
•
A temperatura ambiente i composti
ionici sono tutti solidi.
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I composti ionici • 3
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54
I composti ionici • 4
•
La formula di un composto ionico
indica il rapporto con cui sono
combinati gli ioni che lo costituiscono.
NaCl significa che il rapporto con cui
sono combinati Na+ e Cl- è 1:1.
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5.4 Le particelle sono
in continuo
movimento: la teoria
cinetico-molecolare
La teoria cinetico-molecolare • 1
•
Le particelle che costituiscono i
materiali sono separate da spazio
vuoto e sono in continuo movimento.
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La teoria cinetico-molecolare • 2
Nei solidi le particelle oscillano intorno a posizioni fisse.
Nei liquidi le molecole sono in contatto tra loro ma hanno
maggiore libertà di movimento.
Nei gas il moto molecolare è assolutamente disordinato.
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58
La teoria cinetico-molecolare • 3
1. Le molecole hanno energia cinetica
legata al loro moto.
2. Hanno inoltre energia potenziale
legata alle interazioni tra molecole.
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La teoria cinetico-molecolare • 4
Energia interna del sistema:
Esistema = Ec + Ep
Se forniamo calore a un oggetto, la sua energia interna
aumenta. Infatti, il calore è un modo di trasferire energia
da un corpo più caldo a uno più freddo.
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60
La teoria cinetico-molecolare • 5
•
In seguito a riscaldamento, l’energia
cinetica delle particelle aumenta.
Esse si muovono via via più
velocemente urtandosi sempre più
spesso e tendono ad allontanarsi
l’una dall’altra.
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La teoria cinetico-molecolare • 6
La temperatura assoluta
di un corpo è proporzionale
all’energia cinetica media
delle particelle che lo
costituiscono.
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62
La teoria cinetico-molecolare • 7
•
Le particelle di un corpo non hanno
tutte la stessa energia cinetica.
•
Per questo si preferisce parlare di
energia cinetica media delle
particelle.
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La teoria cinetico-molecolare • 8
•
In seguito a riscaldamento, anche
l’energia potenziale delle particelle
aumenta, perché le distanze
intermolecolari aumentano e le
interazioni attrattive si indeboliscono.
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