CHIMICA
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SCIENZE E TECNOLOGIE AGRARIE
FACOLTÁ di AGRARIA
Dott. Vincenzo Cunsolo
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CHIMICA
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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
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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 .
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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
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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).
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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
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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.
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PROPRIETÀ
DELLA MATERIA
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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.)
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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).
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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).
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L’ENERGIA
LA CHIMICA STUDIA ANCHE L'ENERGIA
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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
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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
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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.
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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);
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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
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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
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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
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STATI FISICI
DELLA MATERIA
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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.
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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.
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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.
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I PASSAGGI
DI STATO
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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
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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
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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).
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LE GRANDEZZE
FISICHE E LE UNITÀ
DI MISURA
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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.
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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).
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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
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LE GRANDEZZE FISICHE E LE UNITÀ DI MISURA
Alcune unità delle grandezze derivate sono le seguenti:
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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.
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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)
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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
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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)
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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)
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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.
