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LA COSTITUZIONE DELLA MATERIA 1.1 La chimica e le altre discipline scienti che Chimica: la scienza che studia la composizione e le propriet della materia....

LA COSTITUZIONE DELLA MATERIA 1.1 La chimica e le altre discipline scienti che Chimica: la scienza che studia la composizione e le propriet della materia. Materia: Il termine "materia" deriva dall'equivalente latino materia, ma pu essere ricondotto direttamente anche al termine latino mater, che signi ca madre. L'etimologia del termine lascia quindi intuire come la materia possa essere considerata il fondamento costituente di tutti i corpi e di tutte le cose: la sostanza prima di cui tutte le altre sostanze sono formate. La massa una propriet intrinseca di un corpo materiale che misura la quantit di materia contenuta in esso. La chimica anche stata de nita come "la scienza centrale" perch connette le altre scienze naturali, come l'astronomia, la sica, le scienze dei materiali, la biologia e la geologia. Tale studio della materia non limitato alle sue propriet e struttura in un dato istante, ma riguarda anche le sue trasformazioni. 1.2 Il metodo scienti co La chimica una disciplina in continuo cambiamento. I ricercatori utilizzano nello studio dei fenomeni naturali un approccio noto come metodo scienti co. Il metodo scienti co la modalit con cui la scienza procede per raggiungere una conoscenza della realt oggettiva, a dabile, veri cabile e condivisibile. Esso consiste, da una parte, nella raccolta di evidenze empiriche attraverso l'osservazione e l'esperimento; dall'altra, nella formulazione di ipotesi e teorie da sottoporre al vaglio dell'esperimento per testarne l'e cacia. Il metodo di indagine pu essere: sperimentale-induttivo o ipotetico-deduttivo Limitandosi al campo delle scienze naturali, siche e matematiche, il ciclo conoscitivo induttivo o induzione descrive il percorso seguito per arrivare alla stesura di una legge scienti ca a partire dall'osservazione di un fenomeno. Si articola nei seguenti passi, ripetuti ciclicamente: Osservazione; Esperimento; Correlazione fra le misure; De nizione di un modello sico; Elaborazione di un modello matematico; Formalizzazione della teoria. Per eseguire osservazioni scienti che che abbiano carattere di oggettivit , necessario applicare le seguenti regole, proprie del metodo deduttivo: formulare un'ipotesi; esprimerla in modo da prevedere alcune conseguenze o eventi, deducibili dall'ipotesi iniziale; osservare se si produce l'evento previsto; se l'evento si produce, la teoria non confermata, semplicemente non stata smentita e possiamo accettarla solo provvisoriamente Gli esperimenti forniscono fatti empirici. Le osservazioni forniscono i dati. Un’asserzione di validit generale, basata sui risultati di molti esperimenti, viene detta legge scienti ca. Le leggi sono spesso espresse sotto forma di equazioni matematiche. Le leggi riassumono i risultati di una serie di esperimenti senza spiegare il perch questi avvengono. I modelli teorici cercano di dare una spiegazione alle leggi scienti che: un’ipotesi una spiegazione provvisoria una teoria una spiegazione veri cata sperimentalmente Il metodo scienti co un processo ciclico: le osservazioni portano a formulare delle leggi e un modello teorico, che suggeriscono a loro volta nuovi esperimenti, che possono confermare o modi care le ipotesi. La teoria atomica un modello della natura. Le sostanze chimiche sono costituite da atomi. fi fi fi fi è à è è è è è fi fi è fi è è à ffi à ò fi fi è fi ffi à fi fi fi è fi fi fi à à fi é è à ò è à é fi  Gli atomi si combinano tra loro per formare le molecole. Alcuni modi di rappresentare le molecole: A) i simboli chimici rappresentano gli elementi e le linee i legami B) modello a stecche e sfere C) modello a spazio pieno 1.3 Le propriet della materia Le caratteristiche o propriet della materia permettono di distinguere le varie sostanze. Le propriet possono essere classi cate come siche o chimiche: le propriet siche possono essere osservate senza che si abbia una variazione della composizione della sostanza; le propriet chimiche comportano una trasformazione chimica che porta alla formazione di nuove sostanze. Le trasformazioni chimiche sono descritte dalle reazioni chimiche. La materia e le sue trasformazioni FENOMENI FISICI: Nei fenomeni sici la composizione chimica della sostanza non cambia. FENOMENI CHIMICI: I fenomeni chimici producono invece un cambiamento nella composizione chimica e le sostanze si trasformano in altre chimicamente diverse. Tali fenomeni chimici vengono comunemente chiamati REAZIONI CHIMICHE Le propriet possono essere classi cate come intensive o estensive: Le propriet intensive sono indipendenti dalle dimensioni del campione (Esempio: il colore del campione o il punto di fusione). Le propriet estensive dipendono dalle dimensioni del campione (Esempio: il volume o la massa di un campione). Per identi care una sostanza sono pi utili le propriet intensive. I tre stati sici della materia hanno di erenti propriet : (a) I solidi hanno forma e volume propri; le particelle sono strettamente associate tra loro e non hanno libert di movimento (b) I liquidi hanno volume proprio ma forma inde nita; le particelle sono vicine ma sono in grado di scorrere l’una rispetto all’altra (c) I gas hanno forma e volume inde niti; le particelle sono separate da ampi spazi vuoti e possono muoversi liberamente 1.4 Gli stati di aggregazione della materia Quando una porzione di materia pu esistere stabilmente nei tre stati sici, essa pu essere fatta passare da uno stato all’altro mediante una serie di processi sici detti passaggi di stato della materia: - SOLIDIFICAZIONE: da liquido a solido - FUSIONE: da solido a liquido - SUBLIMAZIONE: da solido a gas - BRINAMENTO: da gas a solido - EBOLLIZIONE/EVAPORAZIONE: da liquido a gas - CONDENSAZIONE/LIQUEFAZIONE: da gas a liquido Gli elementi sono sostanze che non possono essere decomposte in sostanze pi semplici per mezzo di reazioni chimiche. Ciascun elemento rappresentato di un simbolo chimico: il simbolo formato da uno o due lettere la prima lettera sempre maiuscola la seconda sempre minuscola Gli elementi oggi noti con esattezza sono pi di 110 e sono distinti in metalli, non metalli, semimetalli e gas nobili. fi fi à à à à à à à è fi à è è à fi fi fi ò fi ff ù ù fi fi à à fi fi è ù ò  Tutti sono individuabili facilmente nella tavola periodica in quanto i metalli si trovano a sinistra di una spezzata, mentre a destra si trovano i non metalli. I semimetalli (B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, At) si trovano invece a cavallo della spezzata ed esistono in pi forme, alcune con le propriet dei metalli, altre dei non metalli. I gas nobili sono quelli che si trovano nella colonna a destra (gruppo 0 o 18); essi sono molto poco reattivi. Un tempo venivano chiamati inerti perch non reagivano con altri elementi ma oggi si conoscono diverse reazioni di alcuni di loro. Gli atomi di uno stesso elemento non sono tutti uguali in quanto possono di erire per la massa. E’ quindi errato dire che gli atomi di un elemento sono tutti uguali L’atomo di un elemento non conservano le propriet chimiche e siche dell’elemento e non mai capace di esistere libero. (a parte i gas nobili aventi molecola monoatomica L’atomo di un elemento non conservano le propriet chimiche e siche dell’elemento e non mai capace di esistere libero. (a parte i gas nobili aventi molecola monoatomica Non confondere i concetti di sostanza e materia. La farina materia non sostanza. L’amido e l’oro sono sostanze chimiche I composti sono sostanze formate da due o pi elementi di erenti combinati secondo rapporti in massa costanti. Le propriet siche e chimiche di un composto sono di erenti dalle propriet siche e chimiche degli elementi che lo compongono. Elementi e composti sono esempi di sostanze pure. La composizione di una sostanza pura sempre la stessa. I composti sono indicati con formule costituite dai simboli degli elementi componenti e da indici. Ad esempio 2 4 I composti possono essere: - molecolari: La formula rappresenta anche la molecola del composto - ionici: La formula usata per rappresentare il composto solo una formula empirica o formula minima. Essa rappresenta il pi semplice rapporto tra gli ioni che costituiscono la molecola ed espresso da numeri interi Una miscela formata da due o pi elementi o composti mescolati in proporzione variabile. Le miscele omogenee o soluzioni presentano le stesse propriet in qualsiasi punto del campione. Le miscele eterogenee o miscugli presentano due o pi fasi. Propriet siche della materia Le propriet siche sono propriet della materia che possono essere osservate e misurate senza variare la composizione della sostanza. Esse ci permettono di classi care ed identi care le sostanze. Esempi di propriet siche sono la densit , cio il rapporto tra la massa di un oggetto e il suo volume = / La temperatura che una misura indiretta della energia cinetica media delle molecole; La malleabilit una propriet sica della materia che indica la capacit di un corpo o di un materiale (in particolare di un metallo) di essere facilmente deformabile e riducibile in strati laminiformi sottili; La duttilit una propriet sica della materia che indica la capacit di un corpo o di un materiale di deformarsi plasticamente sotto carico prima di giungere a rottura, cio la capacit di sopportare deformazioni plastiche; la viscosit Il punto di fusione, il punto di ebollizione, la conducibilit , etc. In un sistema costituito da una miscela eterogenea sono sempre individuabili due o pi parti sicamente omogenee a cui si da’ il nome di fasi. Per fase si intende ciascuna delle parti sicamente omogenee che costituiscono un sistema eterogeneo è 𝐷 fi fi 𝑒 𝑛 𝑠 ù 𝑖 𝑡 à à à fi à 𝑀 à à è 𝑎 𝐻 fi fi è à 𝑠 𝑠 è 𝑎 𝑆 𝑂 𝑣 à 𝑜 𝑙 fi 𝑢 è 𝑚 𝑒 à fi fi à ù fi à ù à è à fi ù è à à é ù è ff è ff à fi fi à à à è à ff fi à ù è è Tutti i componenti gassosi formano un’unica fase I componenti dello stato liquido possono formare un’unica fase se miscibili o pi fasi se immiscibili I componenti solidi formano pi fasi a meno che non formino soluzioni solide, quali, ad esempio, l’oro dei gioielli (leghe di oro e rame o platino o palladio) e la ghisa (soluzione solida di carbone nel ferro) ù ù