Corso diCHIMICA INORGANICA

Lezione Prima• Concetti generali• Gli elementi e i composti• I miscugli• Gli stati di aggregazione e i passaggi di stato

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1 La chimica è importante per chiunque studi discipline scientifiche

Chimica:è la scienza che studia la composizione (come è fatta) e le

proprietà (come si comporta) della materia

Materia è tutto ciò che occupa uno spazio, cioè ha un volume e possiede

una massa (noi stessi e tutto ciò che ci circonda)

ci appare in varie forme, cioè le sostanze chimiche

è costituita da microscopiche particelle chiamate atomi

si presenta in forma solida, liquida e gassosa

(stati di aggregazione della materia)

La massaè una misura della quantità di materia

contenuta in un oggetto

La chimica ha un ruolo di primo piano nelle diverse scienze perché tutti gli oggetti sono

formati da sostanze chimiche.

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1.1 La materia è descritta in base alle sue proprietàI vari tipi di materia vengono chiamati sostanze

le sostanze sono caratterizzate da proprietà specifiche diverse, sia fisiche sia chimiche.

si trovano da sole(sostanze pure chiamate elementi o composti)

possono mischiarsi fra loro a dare miscugli e miscele

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La materia può essere così classificata:

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1) Gli elementi sono sostanze che non possono essere decomposte in sostanze più semplici per mezzo di reazioni chimiche.

Ciascun elemento è rappresentato da un simbolo chimico:• il simbolo è formato da uno o due lettere• la prima lettera è sempre maiuscola• la seconda è sempre minuscola

H Idrogeno

He Elio

C Carbonio O

Ossigeno

N Azoto

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Gli elementi allo stato puro, quindi, non sono combinati con altri elementi a formare composti.

Per esempio: Fe (ferro), Na (sodio), K (potassio).

N.B. Alcuni elementi allo stato puro sono presenti in natura come molecole** biatomiche.

** Molecola = la più piccola parte di una sostanza (elemento o composto) capace di esistenza indipendente

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ELFO-2012/2013 --- Chimica_Lezione-1ELFO-09/10 --- Classi I - II --- Chimica_Lezione-

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2) I composti sono sostanze formate da due o più elementi differenti combinati secondo rapporti in massa costanti.

Le proprietà fisiche e chimiche di un composto sono differenti dalle proprietà fisiche e chimiche degli elementi che lo compongono.

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Per esempio:NaCl

è composto dall’elemento sodio e dall’elemento cloro in un rapporto uno a uno

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Altri esempi:SO2

SO3

sono composti dagli elementi zolfo e ossigeno in un rapporto

uno a due (SO2)uno a tre (SO3)

Sia gli Elementi che i Composti vengono chiamati in chimica:

sostanze pure

La composizione di una sostanza pura è sempre la stessa

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Un miscuglio o miscela è formata da due o più elementi o composti mescolati in proporzione variabile.

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3) Le sostanze posso inoltre mischiarsi in vari modi

Le miscele omogenee o soluzioni presentano le stesse proprietà in qualsiasi punto del campione, non si distinguono i componenti la soluzione

Le miscele eterogenee presentano due o più fasi, cioè si distinguono i vari componenti

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Sostanze Miscuglio Descrizione Esempiosolido/liquido OMOGENEO soluzione: unica fase liquida

trasparenteacqua di mare, zucchero in acqua

ETEROGENEO sospensione: miscuglio opaco di particelle solide sospese in un liquido

acque torbide di fiume, farina in acqua

ETEROGENEOcolloidale

gel: miscuglio gelatinoso di un solido e di un liquido

gelatina

liquido/liquido OMOGENEO soluzione: unica fase liquida trasparente

vodka, benzina, olio

ETEROGENEO emulsione: miscuglio opaco contenente goccioline di un liquido mescolato intimamente con un altro

latte, maionese, crema cosmetica

gas/liquido OMOGENEO soluzione: unica fase liquida trasparente

acqua tonica, bibite gasate

ETEROGENEO nebbia: goccioline di liquido sospese nel gas

nubi a bassa quota

ETEROGENEO schiuma: numerose goccioline di gas bloccate dentro un liquido

schiuma da barba, schiume detergenti

solido/gas ETEROGENEO fumo: sospensione di particelle solide in un gas

fumo di sigaretta

ETEROGENEOcolloidale

schiuma: numerose goccioline di gas bloccate dentro un solid

paste in lievitazione, gommapiuma, polistirolo espanso

solido/solido OMOGENEO Soluzione (leghe): unica fase solida bronzo, acciaio, ottone

ETEROGENEO Rocce: diverse fasi solide Granitogas/gas OMOGENEO Miscela gassosa Aria dell’atmosfera

PRINCIPALI TIPI DI MISCUGLIO

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Esempi di miscugli

Miscuglioeterogeneo fumo

Miscuglio eterogeneo rocia

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La materia, ovvero le sostanze chimiche, sono costituite da atomi.

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 legamiB) modello a stecche e sfereC) modello a spazio pieno

1.2 La materia è costituita da microscopiche particelle indivisibili

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I tre stati fisici della materia hanno differenti proprietà:

(a)I solidi hanno forma e volume propri;le particelle sono strettamente associate tra loro e non hanno libertà di movimento

(b) I liquidi hanno volume proprio ma forma indefinita; le particelle sono vicine ma sono in grado di scorrere l’una rispetto all’altra

(c) I gas hanno forma e volume indefiniti; le particelle sono separate da ampi spazi vuoti e possono muoversi liberamente

1.3 La materia si presenta in vari modi

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Le varie sostanze ,ovvero ogni sostanza chimica, può presentarsi in tre stati fisici di aggregazione.

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Ogni sostanza, in funzione delle proprie caratteristiche e se si trova nelle opportune condizioni di temperatura e pressione, è in grado di cambiare di stato.

Lava di un vulcano

Grafico deipassaggi di

stato

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Il cambiamento di stato avviene

fornendo o sottraendo calore ad una sostanza

La temperatura della sostanza varia secondo

curve caratteristiche

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1.4 Approfondimenti e curiositàUn po' di storia - La scoperta degli elementi

La scoperta e l'isolamento degli elementi chimici è un'avventura lunga quasi quanto la storia dell'umanità e che continua ancora oggi.Alcuni elementi sono stati scoperti in tempi antichissimi, ma non ci è noto né quando né chi fu lo scopritore; è anzi molto probabile che siano stati scoperti più volte in epoche diverse. Essi sono argento, carbonio, ferro, mercurio, oro, piombo, rame, stagno e zolfo.Fino al XVII secolo furono aggiunti soltanto altri cinque elementi: arsenico, antimonio, bismuto e fosforo.La maggior parte degli elementi che conosciamo fu scoperta nel XVIII (diciannove, fra i quali alcuni importantissimi quali l'idrogeno, l'ossigeno e l'azoto); nel XIX (cinquantuno); nel XX secolo (trenta) e nei primi sei anni del XXI, (quattro nuovi elementi).Molti degli ultimi elementi scoperti, in verità sono stati "inventati". Sono elementi che non si trovano in natura (e sono detti pertanto elementi artificiali) e si possono produrre solamente in particolari e costosissime attrezzature note come acceleratori di particelle: la loro vita ha una durata brevissima e si trasformano in altri elementi più stabili dopo pochissimi millesimi di secondo.Il nome di molti elementi chimici deriva da un luogo o da quello di una persona (spesso famosi scienziati).Per alcuni, quali l'europio, l'americio o l'einstenio, è facile intuire la provenienza del nome.Per altri, invece, è più difficile. Così, l'afnio deriva il suo nome da Hafnia, il nome latino di Copenhagen, mentre dubnio deriva dalla città russa Dubna dove fu sintetizzato per la prima volta. La città svedese di Ytterby ha dato il nome a ben quattro elementi, erbio, terbio, itterbio ed ittrio, tutti scoperti in un particolare minerale rinvenuto nelle sue vicinanze.

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Un po' di storia - La carbonatazione dell'acqua

Acqua e altre bevande gassate sono oggigiorno diffusissime. Il loro sapore acidulo e la caratteristica effervescenza sembrano incontrare il gusto di molti consumatori. Entrambe queste loro caratteristiche sono dovute alla presenza in soluzione di una certa quantità di anidride carbonica disciolta. Le bottiglie di queste bevande, infatti, sono sigillate al fine di evitare che la CO2 sfugga via sotto forma di gas lasciandone priva la bevanda.La presenza di anidride carbonica può essere dovuta a fenomeni naturali (come la fermentazione dei vini champagne e della birra) oppure può essere dovuta all'aggiunta artificiale (come avviene nella maggior parte delle bevande gassate) tramite un processo di carbonatazione.Il primo a pensare al processo di carbonatazione artificiale fu il chimico e filosofo inglese Joseph Priestley nel XVIII secolo. Mentre stava studiando il processo di fermentazione della birra si rese conto che se si lasciava un contenitore pieno d'acqua sospeso al di sopra di uno dei tini di fermentazione l'acqua assumeva un sapore acidulo. Come scoprì successivamente, tale cambiamento era dovuto alla solubilizzazione di un gas prodotto dal processo di fermentazione e che lui chiamò "aria fissa". Non era altro che l'anidride carbonica, appunto.Successivamente, il processo venne perfezionato da Jean Jacob Schweppe che nel 1783 mise a punto un metodo di carbonatazione sfruttato poi industrialmente. A quel tempo, infatti, si pensava che l'acqua gassata avesse effetti benefici sulla salute. Ben presto, però, la voce di questa nuova bevanda si sparse e l'idea ebbe un successo tale che Schweppe fondò una fiorente azienda per la produzione di bevande gassate, che esiste tuttora.La fama delle bevande gassate come tonico per la salute è durata a lungo e per molto tempo esse sono state vendute in farmacia come una medicina. Anche se è da tempo noto che questo effetto è illusorio, le bevande con le bollicine sono ormai entrate nel gusto della gente.