Capitolo 1: La Materia (PDF)

# CAPITOLO 1 ## La materia ### Chimica organica e inorganica - La chimica organica si occupa dei composti che contengono carbonio, provenienti da organismi viventi o sintetizzati - La chimica inorganica si occupa dei composti non contenenti carbonio, che non provengono da organismi viventi, anche...

# CAPITOLO 1 ## La materia ### Chimica organica e inorganica - La chimica organica si occupa dei composti che contengono carbonio, provenienti da organismi viventi o sintetizzati - La chimica inorganica si occupa dei composti non contenenti carbonio, che non provengono da organismi viventi, anche se ci sono eccezioni (es. sostanze sintetizzate da organismi viventi). Ha come oggetto di studio la materia e la sua composizione, le proprietà, le trasformazioni (spontanee e /o provocate dall'uomo, es. reazioni chimiche) La materia è composta da atomi. Fino agli inizi del '900, si pensava che l'atomo fosse la particella più piccola. Successivamente sono state scoperte le particelle subatomiche. ## Stati di aggregazione La materia può esistere in tre stati: - **Stato solido:** forma e volume propri, incomprimibili (il volume non varia al variare della pressione). - **Stato liquido:** volume proprio ma forma non definita, incompressibili (volume non variabile o variabile ma in maniera non significativa). - **Stato gassoso:** Né volume né forma propri, altamente compressibile (il volume varia in maniera anche molto significativa al variare della pressione). Le proprietà di una sostanza dipendono dagli atomi che la compongono e dai legami tra di essi. Sostanze con gli stessi atomi possono avere proprietà diverse a causa di legami differenti. (es. ci sono sostanze fatte dagli stessi atomi ma cambiano a causa dei diversi legami). ## Proprietà delle sostanze La chimica studia le proprietà: - **P. chimiche:** Si manifestano solo in particolari condizioni (es. reattività con acidi, infiammabilità, ecc..) - **P. fisiche:** Caratteristiche sempre presenti in una sostanza e ben definite (es. odore, colore, sapore, punto di fusione). - **P. misurabili:** - **Intensive:** Non dipendono dalla quantità e sono sono additive (es. temperatura, pressione ecc..) - **Estensive:** Dipendono dalla quantità di sostanza che si va a considerare e sono additive (es. volume) ## Trasformazioni della materia - **Fisiche:** Non modificano la composizione della materia della sostanza in considerazione e sono generalmente reversibili, onde eccezioni (es. passaggio dell'acqua dallo stato solido allo stato liquido per effetto della temperatura → cambia lo stato di aggregazione ma non cambia la composizione). - **Chimiche:** Comportano una variazione di composizione e non sono reversibili, onde eccezioni (es. passaggio da una sostanza o creazione di altre ecc) Le trasformazioni sono generalmente accompagnate da una variazione del contenuto di energia del sistema. Quindi, per effetto di una certa reazione si può verificare una liberazione o un assorbimento di energia. ## Energia e stabilità **Energia:** Capacità di compiere lavoro, il lavoro implica sempre movimento. Ogni sistema possiede la propria energia, che è la somma di due componenti: E. potenziale +E. cinetica - **E. potenziale:** quota di energia che il corpo possiede in virtù della propria posizione. - **E. cinetica:** quota di energia che un corpo possiede a causa del proprio moto. Ogni sistema tende sempre a raggiungere il minor contenuto di energia, ovvero la condizione di massima stabilità. ## Composizione della materia ### Miscugli - **Eterogenei (miscele)** - Sistemi composti da due o più componenti distinti, i quali anche dopo il mescolamento conservano le proprie caratteristiche e identità. Tali componenti sono quindi osservabili macroscopicamente o microscopicamente (es. sabbia e limatura di ferro). - E' possibile identificarli e mescolarli in tutte le proporzioni ma continueranno ad essere distinti, è possibile separarli con metodi fisici senza alterarne le proprietà (es. con calamita). - **Omogenei (soluzioni)** - Sistema in cui uno dei componenti potrebbe essere modificabile, non è possibile mescolarli in tutte le proporzioni. - E' possibile separare i componenti con metodi fisici, ma è probabile che ciò comporti un'alterazione di uno dei due componenti. ### Sostanze pure - **Elementi** - Sostanze pure che non possono essere ulteriormente scomposte in sostanze più semplici (118 elementi chimici, alcuni naturali altri sintetizzati in laboratorio). - Vengono rappresentati con i simboli, che generalmente derivano dal nome latino - Esistono sotto forma di: - **Atomi singoli:** (gas nobili, He, Na ecc) - Questi elementi hanno una configurazione elettronica già stabile, per cui non hanno necessità di legarsi con altri atomi. - **Molecole biatomiche:** (H2, O2, N2 ecc) - Alcuni elementi esistono come molecole formate da due atomi dello stesso tipo. - **Sistemi tenuti insieme da legami metallici:** (sodio, potassio, magnesio ecc..). - **Agregati tenuti insieme da legami covalenti:** (es. carbonio che si divide in diamante e grafite). - Possono essere: - **Metalli:** duttili, malleabili, conduttori di elettricità. A temperatura ambiente sono tutti solidi, ad eccezione del Mercurio. - **Non metalli:** non duttili, non malleabili, cattivi conduttori di calore ed elettricità. A temperatura ambiente lo stato varia da gassoso a solido, ad eccezione del Bromo che è liquido. - **Semimetalli:** pochi, con caratteristiche intermedie tra metalli e non metalli. Nella tavola periodica si trovano a scaletta e fungono da confine per i due gruppi. - **Composti** - Sostanze pure che possono essere ulteriormente scomposte in sostanze più semplici (es. acqua : idrogeno + ossigeno) - Rappresentati con formule chimiche (quali atomi ci sono e quanti atomi di quell'elemento) - Possono essere: - **Molecolari:** Esistono sotto forma di singole molecole (es. acqua, ammoniaca, metano ecc..). - **Ionici:** Sistema fatto da ioni positivi e negativi che stanno insieme grazie all'attrazione elettrostatica tra cariche positive e negative (es. sale da cucina). - **Polimerici:** Macromolecole, un certo aggregato di atomi che si ripete tante volte a formare lunghe catene (es. polivinilcloruro). ## Gli atomi dal punto di vista elettrico sono strutture neutre, a causa della somma tra le cariche - **Uno ione** è un atomo che ha perso o acquistato elettroni. Sono sistemi di cariche positive e cariche negative. - **Ioni positivi:** perso elettrone (catione) - **Ioni negativi:** acquisito elettrone (anione) ## Reazioni chimiche - `aA + bB→ cC + dD: irreversibile` - `aA + bB→ cC + dD: reversibile` - **Minuscole:** coefficienti stechiometrici - **Maiuscole:** elementi A e B reagenti Ce D prodotti - `→` Reazione diretta - `←` Reazione inversa ## Leggi della chimica - **Lavoisier (Legge di conservazione della massa):** - In una qualunque reazione chimica, la massa totale dei reagenti deve essere uguale alla massa totale dei prodotti, quindi non ci può essere né diminuimento o aumento di massa. ( es. CH4 + 2O2; → CO2+ 2H2O). - **Legge esatta ma non rigorosa** - Dalla legge di Einstein (E = mc² ), si ottiene poi che Am = ΔE / Ac², con ΔΕ ≠0 e Am≠0, il che implica che per quanto presa in considerazione la legge di Lavoisier, si avrà sempre una minimissima variazione di massa e di energia, essendo che non possono essere uguali a 0. Nonostante ciò essendo così piccola è trascurabile. - **Legge della composizione costante:** - La composizione di una qualunque sostanza chimica in qualunque modo io la produca o da qualunque sorgente io la ottenga, sarà sempre la stessa, causa rapporto costante di ogni sostanza. - (es: in CaS si ha Ca 55,6% e S 44,4%, il rapporto è di 1,25 (l'atomo di calcio pesa 1,25 di più dell'atomo di zolfo, SEMPRE). Su questo concetto si è basata la determinazione dei pesi atomici degli elementi. ## Pesi - **Peso atomico:** Numero che indica quanto quell'atomo pesi in più rispetto all'atomo di riferimento (unità di massa atomica) - Atomo di riferimento: inizialmente idrogeno, successivamente l'ossigeno (isotopo 16), che più o meno reagisce con tutti gli elementi, in particolare si scelse 1/16 dell'ossigeno 16, infine OGGI il riferimento è il carbonio 12, ovvero 1/12 dell'isotopo 12 del carbonio). - **Peso molecolare:** Numero che indica quante volte la molecola in considerazione pesi di più rispetto all'atomo di riferimento. - Si ha quindi la somma dei pesi atomici (moltiplicando gli elementi per il proprio coefficiente stechiometrico) (es. Molecola dell'acqua = 18: H2O= 1*2+16). - **Peso formula:** Peso che si ricava partendo dalla formula del composto, è quindi la somma delle masse atomiche che costituiscono la formula minima del composto (es. NaCl = 23+35,45 = 58,45).