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Il punto di vista della chimica.
La chimica studia le proprietà della materia e le sue trasformazioni, quindi dovrebbe occuparsi di tutto. Le ricerche di tipo chimico si sovrappongono con la fisica, la biologia, la geologia e altre discipline scientifiche.
È divisa in 5 aree:
Il lavoro dei chimici
La chimica unisce la teoria e la pratica e può avere applicazioni concrete in molti settori produttivi, come industrie. Qui vengono utilizzati in aeree di ricerca (ad es. per trovare nuovi tessuti sintetici), sviluppo, controllo qualità, produzione e vendita.
Quel industria più collegata alla materia è senz’altro l’industria chimica che produce: fertilizzanti, materie plastiche, inchiostri, vernici, colori, materiali sensibili alla fotografia. La chimica è utilizzata anche nell’industria alimentare soprattutto per controlli di qualità e la produzione di imballaggi.
La chimica per l’ambiente può essere sia dannosa che benigna perché come inquina può trovarne il rimedio nell’inquinamento dell’acqua, aria e per i restauri. In campo scientifico e artistico può decretare la compatibilità di certi materiali e il miscuglio di certe sostanze.
Misurare significa confrontare una grandezza con un’altra scelta come unità di misura, questo risultato o misurazione è una misura espressa mediante un numero e l’unità.
Le misure scientifiche vengono espresse utilizzando le unità di misura del S.I. (sistema internazionale) che stabilisce sette grandezze fondamentali (metro=lunghezza, kilogrammo=massa, secondo=tempo, kelvin=temperatura, mole=quantità, ampere=corrente elettrica, candela=intensità luminosa) e grandezze derivate (volume, area, densità, forza, pressione, energia).
La massa è la misura della quantità di materia di un corpo, il peso è la misura della forza gravitazionale che agisce sul corpo. L’unità di misura della massa è un kilogrammo (Kg).
Per la lunghezza l’unità è il metro.
Un’unità di misura a volte si dimostra però o troppo grande o troppo piccola rispetto all’oggetto da misurare, per questo esistono i multipli (deca-;etto-;kilo-;mega-;giga-; tera-;) e i sottomultipli (deci-; centi-;milli-;micro-;nano-;pico-).
È importante effettuare misure accurate e registrarle correttamente. Nessuna misura dà misure esatte ma tutte comportano un’incertezza di misura o errore.
Il numero di cifre significative in una misura è il numero di cifre che sono note con certezza (nel caso 3,14 il 3,1) e una cifra incerta (nello stesso caso il 4). La cifra incerta è l’ultima che appare riportata.
Quando si sommano,sottraggono, moltiplicano o dividono due misure si deve portare il risultato allo stesso numero di cifre significative della misura meno precisa. Se la prima cifra è minore di 5, la cifra precedente resta com’è (5,4352à5,435), se invece e maggiore si incrementa di uno la cifra precedente (3,678à3,68), se invece la cifra è cinque bisogna guardare la cifra dopo (5,65857à5,6586à5,659).
La temperatura. Nella temperatura ci sono diverse scale, La scala Celsius che vada 0 a 100 gradi prende come riferimento i valori di ebollizione dell’acqua, anche la scala Fahrenheit usa questi due come punti di riferimento ma ne assegna i 32° F e i 212°F. Il S.I. usa la scala Kelvin che parte dal 0 assoluto (quindi la temperatura più bassa raggiungibile (-273,15 °C).
Due grandezze sono direttamente proporzionali se aumentano o diminuiscono nello stesso modo, ad es: se una raddoppia anche l’altra lo fa e se una di diminuisce del 20% anche l’altra. La proporzionalità diretta su un piano cartesiano è descritta da una retta che passa per l’origine. La densità è un esempio di proporzionalità tra grandezze in questo caso massa e volume. La densità di una sostanza è la sua massa per unità di volume, e dipende da come le particelle siano strette le une alle altre, l’unità di misura della densità si ricava da Kg fratto m3.
La materia possiede una massa e un volume. Queste due caratteristiche possono essere studiate a livelli macroscopico (a occhio nudo), microscopio (visibile al microscopio ottico) e particellare (delle particelle).
Le particelle si rappresentano in simboli e formule. Le formule per rappresentare le particelle, sono simboli che rappresentano le molecole. Le molecole sono particelle formate da particelle più piccole chiamate atomi. Gli atomi sono rappresentati da simboli di 1 o 2 lettere che di solito rappresentano le prime lettere del nome dell’elemento moderno o latino o del nome del scopritore (CàCarbonio; CuàRame(da Cuprum)). Gli atomi si possono quindi unire con atomi dello stesso tipo o di tipo diverso, formando una molecola. H2O è la formula che rappresenta una molecola d’acqua ovvero la sua formula chimica che dice quali e quanti atomi sono presenti in una molecola. In questo caso due di idrogeno e uno di ossigeno. Esistono poi altri simboli per mostrare la posizione degli atomi come la struttura di Lewis, o altri modelli a stecche e sfere o compatti.
Il modello a stecche e sfere gli atomi sono sfere legate da stecche, mentre nel modello compatto sono descritti i confini esterni delle particelle.
La materia ha diversi stati: quello aeriforme (suddiviso in vapori, che in condizioni ambientali di solito è presente in un altro stato, e gas), quello liquido e quello solido.
Allo stato aeriforme le particelle si muovono a caso in un contenitore chiuso e lo riempiono occupando tutto il suo volume, hanno la forma e il volume dello spazio che riempiono e sono comprimibili. Le particelle sono indipendenti e non ci sono forze di coesione e possono muoversi in qualsiasi direzione.
Allo stato liquido le particelle hanno legami più forti ma si possono comunque muovere , per questo ha un suo volume ma non una sua forma, è incomprimibile.
Allo stato solido le particelle sono unite tra loro dalle forze di coesione e la materia ha un suo volume e una sua forma, è incomprimibile.
Lo stesso tipo di materia può avere tutti i tre gli stati questo quando attraverso proprietà fisiche stesse della materia raggiunge un punto di ebollizione (diventa aeriforme) o un punto di fusione (da liquido a solido) o condensazione (da aeriforme a liquido). Questi cambiamenti alterano la forma fisica della materia senza cambiarne la sia identità chimica, quindi sono trasformazioni fisiche.
Le trasformazioni chimiche invece cambiano anche le caratteristiche della materia formando una materia nuovo con proprietà chimiche proprie.
Un campione si dice omogeneo quando in ogni sua parte, aspetto e composizione, è uniforme.
Le soluzioni sono miscugli omogenei di due o più componenti (acqua e zucchero).
Quando invece un campione non ha un aspetto e una componete uniforme si dice eterogeneo. Un miscuglio eterogeneo è una sostanza dove i due componenti non si uniscono (acqua e olio).
La sostanza pura è una singola specie chimica che contiene un solo “tipo” di materia e contiene le proprie caratteristiche. In una miscela o miscuglio sono presenti più sostanze pure, più specie chimiche mantiene certe caratteristiche delle sostanze di cui è composta ma ne varia altre a seconda della quantità dei componenti. I miscugli possono essere divisi tramite trasformazioni fisiche in modo che una delle sostanze che la compongano cambi stato.
Un elemento è una sostanza pura che non può essere decomposta o suddivisa in un'altra sostanza pura né attraverso mezzi fisici né attraverso mezzi chimici.(Oro, argento, rame, alluminio)
Qualsiasi sostanza pura che possa essere scomposta in due o più altre sostanze pure attraverso trasformazioni chimiche è un composto. (quarzo, sala, zucchero,gesso, acqua)
Gli elementi chimici e i composti sono rappresentati attraverso simboli o formule. Negli elementi, che contengono una sola specie chimica, il simbolo è la lettera dell’atomo. Mentre per i composti è la formula chimica che rappresenta o la molecola più piccola che si ripete o nel caso dei solidi cristallini (sale) il modulo di base di come è composto il solido. I composti presenti in natura sono tantissimi mentre gli elementi sono 113, 88 naturali gli altri artificiali.
Legge della composizione definita: in un determinato composto gli elementi sono presenti sempre nella stessa proporzione di massa. Fissa e costante quindi si può riconoscere un composto da un miscuglio infatti, un miscuglio non è rappresentabile con una forma e le sue proprietà variano a seconda delle quantità degli elementi, mentre i composti hanno proprietà proprie diverse da quelli degli elementi che lo compongono.
La materia possiede proprietà elettriche, infatti la materia si può caricare negativamente o positivamente parlando di elettricità statica respingendosi tra due cariche uguali e attraendosi in senso opposto. Queste proprietà elettriche sono responsabili dell’energia accumulata o liberata dalle trasformazioni chimiche o fisiche.
Le trasformazioni chimiche sono descritte dell’equazione chimica formate dalle sostanze di partenza, i reagenti seguiti da una freccia e poi le sostanze che si formano i prodotti.
Reagenti à prodotti
H2+O2 à H2O (l’idrogeno e l’ossigeno reagiscono per produrre acqua)
Ma la trasformazione deve riprendere la legge di Lavroise: nulla si crea nulla si distrugge, quindi gli atomi ei prodotti devono essere uguali a quelli dei reagenti, per fare questo bisogna mettere davanti alla formula dei coefficienti.
2H2+O2 à 2H2O
Lavroise sfatò la teoria del flogisto che per spiegare perché la cenere era più leggera del legno di partenza credeva che nella combustione si liberasse i flogisto e per questo perdeva peso, Lavroise dopo numerosi esperimenti capì che a livello degli atomi nulla cambiava.
La materia si credeva fosse formata da particelle minuscole ed indivisibili, gli atomi. Dalton agli inizi dell’800 formulò la teoria atomica dove diceva che:
La legge delle proporzioni multiple: quando due elementi si combinano per formare più di un composto, quantità diverse di un elemento che si combinano con una stessa quantità dell’altro elemento stanno tra loro secondo rapporti semplici espressi da numeri interi. (gli elementi si combinano per formare composti solo secondo multipli interi di una quantità che resta sempre uguale e indivisibile).
La teoria di Dalton non si dimostrò tuttavia del tutto vera poiché l’atomo è composto da particelle più piccole, chiamate particelle subatomiche:
L’atomo ha una struttura nucleare, che può essere rappresentata dal modello planetario di Rutherford. È presente un nucleo che è la parte più pesante e vischiosa dell’atomo dove sono presenti protoni e neutroni, è la massa dell’atomo, mentre intorno su orbite navigano gli elettroni che portano il volume dell’atomo.
La teoria di Dalton si sbagliava anche sul fatto che gli atomi di una stesso elemento sono tutti uguali infatti non è così, possono essere diversi nel peso questo avviene negli isotopi, atomi di elementi uguali con l’unica differenza nel numero di neutroni presenti nel nucleo. Ad esempio esistono 3 isotopi di H, il Prozio, il Deuterio e il Trizio. Il loro numero atomico è sempre lo stesso ma varia il numero di massa (A) questo numero è la somma dei protoni e dei neutroni.
Rutherford scoprì il modello dell’atomo bombardando una lamina d’oro con dei raggi alfa. Molti di questi lo attraversavano, dimostrando l’esistenza di spazi vuoti tra atomi, altri rimbalzavano o addirittura tornavano indietro questo dipendeva se si erano avvicinati al nucleo positivo oppure l’avevano colpito.
La massa degli atomi essendo troppo piccola per essere misurata in grammi ha preso una sua unita, l’unità di massa atomica indicata da u. 1 u corrisponde alla massa di protoni e neutroni mentre gli elettroni è pari a 0.
Il peso atomico di un elemento è la massa media di tutti gli isotopi dell’elemento presenti in natura.
A metà ottocento Mendeleev e Meyer tentarono di catalogare gli atomi allora esistenti mettendoli in ordine in base alla massa atomica, così facendo si accorsero che certe proprietà si riprendevano di riga in riga, però molti erano invertiti di proprietà interrompendo così la regolarità. La loro proposta non del tutto sbagliata diede origine all’attuale tavola periodica dove gli elementi sono catalogati sotto ordine di numero atomico, questo portò alla regolarità delle proprietà, anche se si constatavano alcuni buchi sulla tabella compilata, questi saranno riempiti dagli elementi ancora da scoprire.
La tavola periodica è suddivisa in sette periodi che non hanno la stessa lunghezza infatti nel primo ci sono solo 2 elementi, nella seconda e nella terza 8, nella quarta e nella quinta 18 nella sesta 32 e la settima è ancora incompleta. Poi ci sono i gruppi o famiglie (verticali) alcune nominata con A altre con B questo perché gli A sono elementi rappresentativi mentre i B di transizione. C’è una specie di linea a gradini che separa gli elementi in metalli e non metalli. Di questi 113 elementi 88 sono naturali, il resto sono artificiali e gli ultimi 4 non hanno ancora nome.
Il peso molecolare di un composto è uguale alla somma dei pesi atomici di tutti gli elementi presenti nel composto.
La mole è una quantità di una qualunque sostanza che contiene un numero di Avogadro (6,02 x 1027) particelle.
La massa molare è il peso di una mole espressa in grammi ed è numericamente uguale alla massa molecolare espressa non più in dalton ma con un'altra unità di misura: i g/mol.
La percentuale di un elemento in un composto è il numero di parti dell’elemento che si trovano in 100 parti totali.
La composizione percentuale di un composto è la percentuale in massa di ciascun elemento nel composto.
Le formule empiriche indicano il minimo rapporto tra gli atomi degli elementi nel composto. Es. l’etilene CnHn e propilene CnHn stessa formula percentuale ma non molecolare.
La formula molecolare indica il numero di atomi presenti nella molecola . Es. C2H4
Una equazione chimica è bilanciata quando tutti gli atomi presenti a sinistra della freccia si trovano anche a destra, e quindi è soddisfatta la legge di Lavroise.
Il numero che scriviamo davanti alle formule chimiche delle molecole nell’ecquazione chimica si chima coefficiente e indica il numero di molecole di ciascun tipo di sostanza che partecipa alla reazione.
I calcoli stechiometrici permettono di risalire alle quantità di sostanze coinvolte in una reazione.
I coefficientio dell’equazione forniscono i fattori di conversione per passare dal numero di unità di una sostanza a quello di un’altra nella reazione. Poiché tra i coefficienti i rapporti restano sempre gli stessi.
Rapporti stechiometrici= i rapporti tra i coefficienti che restano uguali.
Fonte: http://mirwen.altervista.org/file/appunti/CHIMICA001.doc
Sito web da visitare: http://mirwen.altervista.org
Autore del testo: non indicato nel documento di origine
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