MPT – Chimica
Capitolo 1 La materia
La materia
Definizioni
Chimica: Scienza che studia le caratteristiche, le proprietà, la composizione e le trasformazioni
della materia e dei materiali.
Materia : Tutto ciò che possiede una massa e occupa un volume.
Sistema : Porzione di materia presa in esame.
Ambiente : Tutto il resto.
Gli stati della materia
La materia può apparire ai nostri occhi in tre stati di aggregazione ben precisi: solido, liquido e
gassoso. Vogliamo passare in rassegna le caratteristiche fondamentali di questi stati di
aggregazione.
Solido
I solidi hanno un volume proprio (un volume che non può essere cambiato) e hanno forma propria .
Il volume proprio può essere evidenziato immergendo il corpo solido in un liquido osservandone la
variazione del livello. La forma propria: cambiando il recipiente ad un solido, questo non cambierà
la propria forma.
Nei solidi le particelle sono unite tra loro da forze stabili . La posizione nello spazio di una singola
particella è fisso; l'unico movimento a loro concesso è la vibrazione (che è legata alla dilatazione
dei solidi in funzione della temperatura).
Liquido
I liquidi hanno volume proprio ma non possiedono una forma . Se si cerca di comprimere una
siringa piena di acqua il risultato è che il pistone non si muove (volume proprio). Variando il
contenitore, un liquido si adatta alla forma del contenitore (non ha forma), occupando naturalmente
sempre lo stesso volume.
Nei liquidi le particelle percepiscono forze di attrazione tra loro, ma queste forze sono labili e
quindi si possono rompere . Nei liquidi le particelle si possono muovere , a patto che le forze di
attrazione che vanno perse a causa del movimento, vengano sostituite da nuove forze di attrazione
per altre particelle.
Gassoso
I gas non possiedono né volume proprio, né forma propria. Ne consegue che tendono ad occupare
tutto il recipiente a loro dedicato (privo di forma propria). Se si cerca di comprimere una siringa
piena di aria il risultato è che il pistone si muove (privo di volume proprio).
Nei gas le particelle sono libere di muoversi e non hanno forze di attrazione tra loro. Per questo
motivo i gas tendono ad espandersi quanto più il recipiente permette loro.
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Cambiamenti degli stati di aggregazione
Lo stato di aggregazione della materia (es.: ghiaccio, acqua, vapore) dipende principalmente da due
fattori: la temperatura e la pressione .
Ci sono 6 cambiamenti di stato, ciascuno con un nome proprio; impariamoli.
Fusione e solidificazione sono caratterizzati da una temperatura precisa, al di sopra della quale la
materia è liquida e al di sotto del quale la materia è solida: il punto di fusione. Il punto di fusione
non è molto influenzato dalla pressione (ma un po' sì, vedi i pattinatori!).
Condensazione ed ebollizione sono simili e accomunate dal punto di ebollizione che è fortemente
influenzato dalla pressione. In altitudine l'ebollizione avviene a temperature più basse!
La differenza tra l'ebollizione e la evaporazione : l'ebollizione avviene solo alla temperatura che
corrisponde al punto di ebollizione (Es. a 100°C per l'acqua) e il gas si forma in qualsiasi punto del
liquido (formazione di bolle), mentre l'evaporazione avviene invece a qualsiasi temperatura, anche
molto più bassa del punto di ebollizione; in questo caso solo le particelle che sono sulla superficie
del liquido passano allo stato gassoso.
Sublimazione e brinamento sono processi più difficili da immaginare. La materia in questi casi
passa direttamente dallo stato solidoo a quello gassoso e viceversa. Esempi pratici sono la
liofilizzazione dei cibi (sublimazione industriale) e la formazione della brina.
Classificazione della materia
La materia in genere può essere distinta subito in due grandi famiglie: le sostanze pure e le miscele .
• Elementi: Sono gli elementi della tavola periodica. Es alluminio (Al), ferro (Fe), zolfo (S), oro
(Au), ecc.
• Composti: Sono composti da più elementi in proporzioni ben precise (vedremo più avanti
come). Es acqua (H2O), alcol (C2H5OH), sale (NaCl).
• M.omog.: Le singole componenti non si distinguono più. Per separare le componenti si deve
cambiare lo stato di aggregazione di una delle due componenti (es evaporare l'acqua per
ottenere il sale dall'acqua marina).
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• M. eterog.: Le singole componenti si possono distinguere. Per separare le componenti si può
"prendere una pinzetta" (filtrare, decantare, centrifugare).
Soluzioni
Esempi di soluzioni (miscugli omogenei)
• acqua minerale (acqua, sali, gas)
• miscela (benzina, olio)
• candeggina (acqua, ipoclorito di sodio NaOCl)
• alcool denaturato (alcool, denaturante)
• Solvente: è la componente preponderante, ciò che scioglie
• Soluto: è in quantità minore, ciò che è sciolto
• Soluzione satura: soluzione nella quale è presente la massima quantità ammissibile di soluto
nel solvente
• Concentrazione: può essere espressa matematicamente in vari modi. Per esempio in g/l vedi
pag. 9 del libro.
Separazione dei miscugli
Vediamo in rassegna le principali tecniche di laboratorio per separare le componenti dei miscugli.
Miscugli eterogenei
• Filtrazione: La fase fluida (liquido o gas) è fatta passare attraverso un filtro che trattiene le
impurità solide
• Decantazione: Il solido si deposita sul
fondo essendo più pesante del liquido. Il
liquido dopo un periodo di riposo è rimosso
delicatamente.
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• Flottazione: Analogo alla decantazione, ma con il solido che viene a
galla
• Centrifugazione: Metodo analogo alla decantazione/flottazione. Il
processo è accelerato aumentando la forza di separazione (f.
centrifuga >> f. gravità). Scrematura industriale della panna,
produzione dell'olio di oliva.
• Estrazione: Combinazione di metodi. Si sfrutta la solubilità di una
delle due componenti in un solvente, per rimuoverlo selettivamente. Es caffeina dal caffè
solubile in diclorometano o anidride carbonica. Preparare un caffè o un thè....
• Levigazione: Es separare le pepite d'oro dalla sabbia.... oppure i diamanti grezzi dalla ghiaia
Miscugli omogenei
• Distillazione: Liquidi con diverse temperature di ebollizione
vengono separati facendoli evaporare e ricondensare. Es
grappa, petrolio. Per ottenere una separazione migliore si
opta spesso per la distillazione frazionata.
• Cromatografia: Es della cromatografia su strato sottile.
• Cristallizzazione: Es separare rame e stagno da una lega di rame tramite fusione e
solidificazione controllata
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Purezza
La quantità relativa di un componente in un miscuglio è di solito espressa in percentuale (di peso
sulla massa totale). Latte parzialmente scremato (1.8g di grasso su 100g di latte).
Alcuni miscugli sono particolari nel senso che hanno un'altissima concentrazione di una delle
componenti e tutte gli altri sono trascurabili (considerati impurezze)
Sale per lavastoviglie 99.97%
Sale da cucina (marino) 99.5%
Sale antigelo >95%
I materiali puri sono costituiti da una sola componente, e sono chiamati sostanze. Tuttavia c'è da
osservare un fatto fondamentale. Una purezza del 100% non è possibile mai (le ragioni per ora sono
troppo complesse da spiegare. Per questo motivo vengono chiamate sostanze le materie con il
massimo grado di purezza ottenibile. Acqua distillata, oro 24 carati, rame per l'elettronica, silicio
per i microchip,....
Quelle materie che possono essere chiamate sostanze possono anche essere descritte da una
composizione chimica vera e propria.
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Serie 1
Classifica le sostanze qui elencate nelle categorie prima viste. Nella colonna commento indicate il
motivo della classificazione.
Sostanza
Aria
Rame
Vino
Sabbia
Latte
Azoto
Nebbia
Ossigeno
Acqua dist.
Birra
Acqua e olio
Plastica
Acqua e sciroppo
Acqua di mare
Coca cola chiusa
Grappa
Crema cosmetica
Granito
Coca cola aperta
Benzina pura
Petrolio
Alcol puro
Sabbia bagnata
Profumo
Miscela motorino
Glucosio
Sale da cucina
Zolfo
Grafite
Pittura per i muri
Fumo
Amalgama per denti
Elem.
Comp.
M.Om.
M.Et.
Commento classificazione
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Esercizio 2
a) Trova nel vocabolario le definizioni appropriate per i seguenti vocaboli:
• dispersione
• sospensione
• emulsione
b) Trova nell'esercizio N°1 miscugli che possano coincidere con queste descrizioni
Modello particellare della materia
Solidi liquidi e gas si differeziano per come le particelle microscopiche della materia interagiscono
tra loro.
Nei solidi le particelle sono ben ordinate tra loro e ciascuna particella è trattenuta nella sua
posizione da stabili forze di attrazione con le altre particelle. L'unico movimento loro concesso è la
vibrazione che è anche correlata alla dilatazione termica; maggiore è la temperatura, più ampia
diventa la vibrazione e quindi le particelle necessitano di maggiore spazio per questo movimento.
Allo stato liquido le particelle sono ancora legate tra loro, ma con forze labili. Le particelle
scivolano una sopra l'altra.
Allo stato gassoso invece ciascuna particella si muove indipendentemente rispetto alle altre. Le
particelle non sono più strettamente legate l'una all'altra. Per questo motivo nel passaggio liquidogas la materia subisce una fortissima espansione. Per esempio 1 litro di acqua si trasforma in 700
litri di vapore!
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