Chimica per capire unico

Pagina 1
Alberto Bargellini Massimo Crippa Donatella Nepgen
Chimica per capire
CHIMICA PER CAPIRE
Nel volume
• Risolviamo insieme e Sviluppa il tuo intuito, per imparare il metodo e allenarsi
con il pensiero scientifico
• Indagini con la chimica, per trovare ed elaborare in autonomia nuovi contenuti
• Qualcosa in più, per approfondire
• Schede interdisciplinari: Chimica e salute, Chimica e tecnologia, Protagonisti e idee
della chimica, Strumenti e metodi della chimica
• Facciamo il punto e Ricordati che…, per fissare i concetti
• Ricchi apparati didattici con problemi ed esercizi guidati
• Esperienze di laboratorio
Nella Guida: programmazione flessibile e personalizzabile,
uso del Libropiùweb e dei contenuti multimediali per LIM, prove di valutazione
e altri strumenti per la didattica.
Piano dell’opera licei scientifici
Piano dell’opera licei umanistici*
1° biennio
1° biennio
ISBN 978-88-00-21065-2
Volume 1
A – La materia: aspetti qualitativi e quantitativi.
ISBN 978-88-00-21065-2
Volume 1
A – La materia: aspetti qualitativi e quantitativi.
ISBN 978-88-00-20980-9
Volume 2
B – Gli stati di aggregazione della materia.
C – Elementi e reazioni chimiche.
ISBN 978-88-00-20980-9
Volume 2
B – Gli stati di aggregazione della materia.
C – Elementi e reazioni chimiche.
Volume unico 1+2 con CD-ROM
Volume unico 1+2 con CD-ROM
ISBN 978-88-00-21066-9
Guida con CD-ROM
ISBN 978-88-00-21093-5
Guida con CD-ROM
ISBN 978-88-00-21162-8
Volume 3
D – Dall’atomo ai composti chimici inorganici
e organici
ISBN 978-88-00-21162-8
Volume 3
D – Dall’atomo ai composti chimici inorganici
e organici
ISBN 978-88-00-21163-5
Volume 4
E – Le trasformazioni chimiche:
aspetti termodinamici e cinetici.
F – Reazioni all’equilibrio ed elettrochimica.
in preparazione
Volume 4
E – Trasformazioni e reazioni chimiche.
Volume unico 3+4 con CD-ROM
(*) Licei Classico, delle Scienze Umane, Linguistico.
Per il programma dei Licei Artistici si suggeriscono i volumi 1,
2 e 3.
Guida con CD-ROM
Volume 5 con CD-ROM
in preparazione
I – La chimica, l’ambiente e la vita.
•
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•
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CHIMICA
PER CAPIRE
per il 1° biennio dei Licei
in preparazione
CONTENUTI MULTIMEDIALI
Volume + CD-ROM
Prezzo al pubblico
Euro 16,80
ISBN 978-88-00-21093-5
2° biennio e 5° anno
Guida con CD-ROM
A. Bargellini M. Crippa D. Nepgen
ISBN 978-88-00-21066-9
2° biennio e 5° anno
ISBN 978-88-00-21167-3
C
C
ON
Questo volume sprovvisto del talloncino a fronte (o opportunamente punzonato o altrimenti contrassegnato) è da considerarsi copia di saggio-campione gratuito, fuori commercio (vendita e altri atti di
disposizione vietati art. 17, c.2 L. 633/1941). Esente da I.V.A. (D.P.R. 26.10.1972, n. 633, art. 2, lett. d).
M
19:38
A. Bargellini M. Crippa D. Nepgen
A.
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n
9
13-12-2010
O
D-R
Chimica per capire unico
Video LAB: filmati con esperienze di laboratorio
Chimica VIVA: animazioni e video per vedere
la chimica in azione
E-trainer: esercizi interattivi per mettere alla prova
le proprie conoscenze
Strumenti per l’insegnante: test di verifica
con registro virtuale, programmazione e prove
di verifica personalizzabili
A
B
C
La materia
Gli stati di aggregazione della materia
Elementi e reazioni chimiche
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
10-12-2010
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Pagina III
A T L A N T E
D E L
C O R S O
Teoria
Gli aeriformi
UNITÀ 4
Analizzando simili risultati, Jacques Charles e Joseph Gay-Lussac ricavarono una legge che oggi porta il loro nome.
Leggi e definizioni
evidenziate
La legge di Charles e Gay-Lussac, detta anche prima legge di Gay-Lussac,
o legge isobara, afferma che il volume V occupato da una data quantità di
gas varia di un 273-esimo del volume V0 occupato a 0 °C per ogni variazione di 1 °C della temperatura t, se si opera a pressione costante.
Infografica
Vale, pertanto, l’equazione
volume (m3) a 0 °C
volume (m3)
alla temperatura t
Tracciando il grafico cartesiano che rappresenta questa relazione, si ottiene una semiretta che incontra l’asse delle ascisse a −273 °C (figura 5): a tale
temperatura il volume del gas (ideale) si ridurrebbe a zero!
volume (mL)
Le soluzioni
figura 5
temperatura (°C)
V0 t
V = V0 +
273 °C
Volume del gas in funzione della
temperatura a pressione costante.
I punti rappresentano i dati della
tabella 4: prolungando sino
all’asse delle ascisse il tratto
rettilineo che li unisce, l’asse viene
intersecato in corrispondenza
della temperatura di −273 °C (0 K).
180
180
160
160
140
140
120
120
100
100
80
80
60
60
“Qualcosa in più”:
approfondimenti
tematici
ualcosa in più
I colloidi
Esistono particolari miscele, i sistemi colloidali, o colloidi, che si distinguono da quelle finora descritte per alcune caratteristiche (figura 5).
I colloidi rappresentano una situazione intermedia tra le vere e proprie
soluzioni e le sospensioni (contenenti particelle grossolane), e si formano
quando le particelle del materiale disperso hanno dimensioni comprese tra
1 nm e 1 µm (10−9 m e 10−6 m). Le particelle di queste dimensioni non decantano e non sono separabili per filtrazione, come accade invece per le sospensioni. In un sistema colloidale, si dice fase dispersa quella minoritaria,
corrispondente al soluto nelle soluzioni, e fase disperdente quella maggioritaria, corrispondente al solvente. I colloidi, analogamente alle soluzioni,
possono presentarsi in diversi stati fisici (tabella 2). Molte emulsioni colloi-
40
40
20
20
0
500 temperatura (K)
0
100
0
–273
–200
200
300
–100
0
400
50
100
200
UNITÀ 6
La soluzione che, a una data temperatura, contiene disciolta una quantità
di soluto superiore alla solubilità del medesimo è detta soprasatura. Si tratta
di una situazione molto instabile: se in essa si introduce un piccolo germe cristallino o su di essa si effettua un’azione meccanica (come l’agitazione), tutto
il soluto in eccesso cristallizza.
figura 5
Esempi di colloidi.
temperatura (°C)
Da queste considerazioni Lord Kelvin, nel 1848, propose la scala assoluta
delle temperature. Se la temperatura viene misurata in kelvin invece che in
gradi centigradi, la legge isobara può essere espressa matematicamente in
forma più semplice:
volume (m3)
temperatura assoluta (K)
V
= costante
T
dove la costante dipende dalla quantità di gas e dalla pressione cui il gas è
sottoposto.
La legge isobara può essere quindi enunciata anche nel modo che segue.
In una trasformazione fisica isobara, cioè a pressione costante, il volume
occupato da una certa quantità di gas varia al variare della sua temperatura
assoluta secondo una relazione di proporzionalità diretta.
La tabella 5, riportando gli stessi dati della tabella 4 con le temperature
espresse in kelvin, mette in evidenza che il rapporto V/T è costante: si constata, così, che le due formule che esprimono la legge isobara sono tra loro
equivalenti.
tabella 5 - Volume V e
corrispondente temperatura
assoluta T di un gas mantenuto a
pressione costante. Il rapporto V/T
non varia.
V (mL)
T (K)
V (mL/K)
T
100
273
0,366
118,3
323
0,366
136,6
373
0,366
173,3
473
0,366
Gelatine per uso alimentare.
La nebbia (goccioline d’acqua nell’aria).
tabella 2 - Vari tipi di sistemi colloidali.
Fase
dispersa
79
Fase
disperdente
Nome del
colloide
Esempi
chiara d’uovo, gelatina,
colla, amido
solido
liquido
solido
gas
fumi, pulviscolo atmosferico
aerosol solido
liquido
gas
nebbia, spray, nubi
aerosol liquido
liquido
liquido
creme idratanti, maionese
emulsione
liquido
panna montata, chiara d’uovo
sbattuta, schiuma da barba
schiuma
gas
sol e gel *
* Sol (da “soluzione”), se prevale la fase liquida su quella solida; gel (da “gelatina”) se prevale la fase solida su quella liquida.
“Chimica e…”:
schede interdisciplinari
Gli stati condensati: i liquidi e i solidi
119
“Risolviamo insieme”:
problemi ragionati
su argomenti concreti
Le soluzioni
UNITÀ 5
UNITÀ 6
Soluzioni isotoniche, ipertoniche e ipotoniche
CHIMICA E TECNOLOGIA
Se immaginiamo di ripetere l’esperimento interponendo la membrana semipermeabile tra due soluzioni di diversa concentrazione (che quindi
esercitano pressioni diverse), il solvente diluisce la soluzione più concentrata sino a che le due soluzioni non raggiungono la medesima concentrazione.
Due soluzioni che esercitano la stessa pressione osmotica sono dette soluzioni isotoniche. Se tra di esse si interpone una membrana semipermeabile,
non si verifica alcun flusso netto di solvente.
Sono isotoniche le soluzioni con uguale concentrazione, anche se di soluti
differenti.
Se due soluzioni sviluppano invece pressioni diverse, quella che esercita la
pressione maggiore è detta soluzione ipertonica, mentre quella che esercita
la pressione minore è chiamata soluzione ipotonica. Il flusso netto di solvente è diretto dalla soluzione ipotonica, meno concentrata, a quella ipertonica,
più concentrata.
Gli stati atipici
della materia
Esistono stati fisici che non rientrano
nelle solite categorie e che solo alcune
sostanze possono presentare (figura A), e
altri, altrettanto inusuali, che si originano
solamente in particolari condizioni
ambientali.
I solidi amorfi o vetrosi
figura A
Il vetro non possiede una struttura ordinata come
i solidi cristallini. Le sue particelle sono disposte
in modo casuale, come se fosse un fluido del
quale si è presa un’istantanea in un momento in
cui si trovava in una delle infinite configurazioni
molecolari possibili.
Pur essendo dei solidi a tutti gli effetti, i solidi
amorfi hanno un comportamento irregolare nei
passaggi di stato, durante i quali non mantengono costante la loro temperatura.
Alcune sostanze, come la silice (SiO2), possono
diventare, raffreddandosi a partire dallo stato liquido, sia solidi cristallini sia solidi vetrosi. Il loro diverso comportamento dipende dalla rapidità
del raffreddamento: se questo è rapido, la loro
struttura diventa vetrosa.
Il vetro è un solido privo di struttura cristallina.
I cristalli liquidi
Esistono sostanze, le cui molecole hanno forma allungata (a bastoncino), che formano uno stato intermedio tra solido e liquido, detto stato mesomorfo, se vengono mantenute entro l’intervallo di
temperature compreso tra la temperatura di fusione e la temperatura di solidificazione, che in questo caso non coincidono.
Le sostanze che si trovano nello stato mesomorfo, comunemente indicate con il nome di cristalli liquidi, presentano una struttura parzialmente ordinata. In esse le molecole tendono a
disporsi parallelamente l’una all’altra, possiedono una mobilità maggiore che in un comune solido, ma minore che in un comune liquido (figura B). Per questo motivo i cristalli liquidi possono scorrere come fluidi viscosi, cui assomigliano, pur possedendo le proprietà elettriche e magnetiche dei solidi.
In alcuni tipi di cristalli liquidi, l’applicazione di
un campo elettrico modifica l’orientazione delle
RISOLVIAMO INSIEME 8
Pressione osmotica e globuli rossi
molecole: i cristalli possono così diventare, da
opachi, trasparenti e perciò sono adatti all’impiego in dispositivi per la visualizzazione delle immagini. In questi ultimi anni il loro utilizzo si sta
notevolmente ampliando. Dagli ormai tradizionali display di orologi e calcolatrici si è arrivati
agli schermi ultrapiatti di monitor e televisori.
Perché è pericoloso somministrare a un paziente una
soluzione fisiologica con una concentrazione di NaCl
superiore a quella prescritta? Per comprenderlo calcoliamo la pressione osmotica esercitata, a 37,0 °C,
temperatura media del plasma sanguigno, da una
soluzione acquosa 0,150 M di NaCl.
Dati e incognite
Il plasma
M = 0,150 mol/L
t = 37,0 °C
π=?
È ritenuto il quarto stato della materia, poiché
qualsiasi sostanza assume la forma di un plasma
a temperature estremamente elevate.
Il plasma può essere assimilato a un gas, in cui
però non esistono più gli atomi, poiché gli elettroni si sono separati dai nuclei e si muovono liberamente. I più moderni schermi piatti dei televisori contengono plasma.
Soluzione
La temperatura corporea t = 37,0 °C è, nella scala
assoluta, T = (37,0 + 273) K = 310 K.
Poiché il coefficiente correttivo di van’t Hoff relativo
al cloruro di sodio è i = 2, dalla legge della pressione
osmotica si ricava:
π=iMRT=
= 2 (0,150 mol/L) (0,0821 atm · L/(mol · K)) (310 K) =
= 7,64 atm
Riflettiamo sul risultato
La pressione osmotica che abbiamo calcolato è
quella esercitata dalla normale soluzione fisiologica.
Se nelle vene di un paziente fosse iniettata una soluzione più concentrata, il plasma diventerebbe una
soluzione ipertonica rispetto al liquido racchiuso al-
l’interno dei globuli rossi, attraverso la cui membrana cellulare l’acqua, di conseguenza, fuoriuscirebbe. Quindi i globuli rossi raggrinzirebbero e verrebbero distrutti (il fenomeno è detto “plasmolisi”).
Prosegui tu
Calcola la pressione osmotica esercitata, a 25,0 °C,
da una soluzione che contiene 50,0 g di glucosio in
850 g di acqua, sapendo che la massa molare del
glucosio è 180 g/mol e che la densità dell’acqua è
1000 g/L.
[8,00 atm]
Facciamo il punto
4. Vero o falso?
figura B
Le molecole di forma allungata di cui sono costituiti
i cristalli liquidi tendono ad assumere un orientamento
comune, producendo strutture con un grado di ordine
inferiore a quello dei solidi cristallini ma superiore a
quello dei liquidi.
109
“Facciamo il punto”:
prima verifica per
fissare i concetti
Le proprietà colligative di una soluzione dipendono
prevalentemente dal numero di particelle di soluto presenti
in una data quantità di soluzione.
V
F
Lo spargimento di sale sulle strade d’inverno fa diminuire
il punto di congelamento dell’acqua, così il ghiaccio si forma
con più difficoltà.
V
F
135
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
10-12-2010
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Gli aeriformi
UNITÀ 4
Per pressione parziale di un gas in una miscela si intende la pressione che
il gas svilupperebbe se fosse l’unico componente presente.
La pressione parziale di ciascun componente si ricava dal rapporto tra il
numero di moli di quel gas e il numero totale delle moli di gas presenti,
moltiplicato per la pressione totale. Indicando con n1, n2, n3, … il numero
di moli del primo componente, del secondo, del terzo ecc., si ha, cioè,
n3
n2
n1
P ...
P P3 =
P P2 =
P1 =
n1 + n 2 + n 3 + ...
n1 + n 2 + n 3 + ...
n1 + n 2 + n 3 + ...
Pagina IV
“Ricordati che…”:
sintesi di fine unità
RISOLVIAMO INSIEME 7
Trimix: l’aria dei sommozzatori
Il trimix è una miscela gassosa usata dai sub per le
immersioni più impegnative (oltre i 40 metri di profondità). La miscela è composta da ossigeno, elio e azoto in percentuali variabili in base alla durata e profondità dell’immersione.
Supponiamo che in una bombola per sommozzatori vi siano 2,50 g di elio, 5,50 g di azoto e 20,0 g di
ossigeno. Sapendo che le masse molari dell’elio,
dell’azoto e dell’ossigeno sono, rispettivamente,
4,00 g/mol, 28,0 g/mol e 32,0 g/mol, quali sono le
pressioni parziali dei tre gas, se la pressione totale
della miscela è di 2,00 atm?
nO2 dei tre gas che compongono la miscela:
m
2 , 50 g
nHe = He =
= 0 , 625 mol
M He
4 , 00 g/mol
mN2
5 , 50 g
=
= 0 ,196 mol
nN2 =
28 , 0 g/mol
M N2
mO 2
20 , 0 g
= 0 , 625 mol
=
nO2 =
32 , 0 g/mol
M O2
2
=
2
P = 2,00 atm
mHe = 2,50 g; MHe = 4,00 g/mol; PHe = ?
mN2 = 5,50 g; MN2 = 28,0 g/mol; PN2 = ?
mO2 = 20,0 g; MO2 = 32,0 g/mol; PO2 = ?
nN
nHe + nN + nO
PO =
2
=
nHe + nN + nO
■ Secondo il modello particellare, in tutti e tre gli stati fisici in cui si presenta la materia possiamo immaginare che essa sia costituita da particelle piccolissime,
approssimativamente sferiche e in perenne movimento:
• nei solidi le particelle si attraggono fortemente, si
mantengono molto vicine e hanno una limitata libertà di movimento;
• nei liquidi le forze di coesione sono più deboli, le
particelle possiedono una maggiore libertà di movimento ma non possono allontanarsi tra loro;
• negli aeriformi le forze di coesione sono debolissime
e le particelle sono libere di muoversi e di allontanarsi tra loro.
(2,00 atm) = 0,271 atm
P =
2
2
Soluzione
Determiniamo, dapprima, i numeri di moli nHe, nN2 ed
2
0 ,196 mol
( 0 , 625 + 0 ,196 + 0 , 625 ) mol
nO
(2,00 atm) = 0,864 atm
P =
2
2
=
2
0 , 625 mol
( 0 , 625 + 0 ,196 + 0 , 625 ) mol
2
0 , 625 mol
(2,00 atm
m) = 0,864 atm
( 0 , 625 + 0 ,196 + 0 , 625 ) mol
SVILUPPA IL TUO INTUITO
Perché il trimix?
L’azoto, che è il 78% dell’aria che si respira, è un gas inerte che non partecipa agli scambi gassosi negli alveoli polmonari. Quando la pressione parziale
di questo gas si innalza al di sopra di
certi limiti, come avviene nelle immersioni profonde, esso provoca, tuttavia,
un effetto tossico nell’organismo: la
narcosi da azoto o ebbrezza da alti
fondali.
La narcosi da azoto può verificarsi
durante le immersioni subacquee nel
caso in cui la pressione ambientale
superi 4 atm (a oltre 40 m di profondità) ed è accentuata dalla velocità di discesa. I suoi
effetti sono molto simili a quelli provocati dall’uso di
alcolici: il soggetto inizialmente vive uno stato di lucida euforia ma in seguito, se non inizia immediata-
La materia: aspetti qualitativi e quantitativi
■ In condizioni di temperatura e pressione stabilite e
costanti, la materia si presenta ai nostri sensi in tre diversi stati fisici: lo stato solido, lo stato liquido e lo stato aeriforme (gas e vapore). Ogni sostanza in un determinato stato fisico ha ben definite proprietà:
• un solido ha volume e forma propri; un liquido ha
un proprio volume, ma assume la forma del recipiente che lo contiene;
• un aeriforme non ha né volume né forma propri e
può essere compresso.
Le pressioni parziali sono:
nHe
PHe =
P =
nHe + nN + nO
PN =
Dati e incognite
SEZIONE A
RICORDATI CHE…
mente a risalire, la sua mente si offusca completamente.
Per risolvere questo problema sono state messe a punto delle miscele, come
il trimix, in cui l’azoto è sostituito in parte dall’elio. L’elio non è pericoloso, ma
fa sentire freddo: a parità di temperatura, gli atomi di elio, di massa minore,
hanno una velocità media superiore a
quella delle molecole di azoto; di conseguenza, urtando con maggiore frequenza contro le nostre cellule, sottraggono a esse molto calore. Un secondo
effetto collaterale è la modificazione
della voce, che diventa più acuta: per
la minore densità dell’elio, infatti, le corde vocali vibrano più rapidamente.
A questo punto sorge una domanda: non si potrebbe
usare ossigeno puro? Assolutamente no! Oltre i 6 m di
profondità diventa tossico per il sistema nervoso!
■ I corpi materiali che ci circondano sono quasi sem-
pre costituiti da miscele di più sostanze. Le miscele
possono essere omogenee o eterogenee a seconda che
in esse siano distinguibili una o più fasi. Una fase è una
parte di materia delimitata da superfici nette e con le
stesse proprietà (colore, densità ecc.) in ogni suo punto. Le miscele omogenee sono dette soluzioni, quelle
eterogenee miscugli.
■ In una soluzione a due componenti si dice solvente
quello in quantità preponderante e soluto il componente minoritario.
■ I componenti di una miscela possono essere isolati
gli uni dagli altri attraverso opportune tecniche di separazione basate su trasformazioni fisiche.
Le tecniche di separazione delle miscele
• Eterogenee solido-liquido, o sospensioni: decantazione, centrifugazione, filtrazione.
bacchetta di vetro
■ Al variare delle condizioni di temperatura e di pressione la materia cambia stato fisico; tale cambiamento
viene detto passaggio di stato. I passaggi di stato sono
trasformazioni fisiche.
miscuglio
filtro
I passaggi di stato
• Da solido a liquido: fusione.
• Da liquido a solido: solidificazione.
• Da liquido ad aeriforme: vaporizzazione.
• Da aeriforme a liquido: condensazione.
• Da solido ad aeriforme: sublimazione.
• Da aeriforme a solido: brinamento (o sublimazione).
AERIFORME
vaporizzazione
87
condensazione
sublimazione
LIQUIDO
brinamento
(sublimazione)
residuo
solido
filtrato
• Eterogenee liquido-liquido, o emulsioni: decantazione (imbuto separatore), centrifugazione.
• Eterogenee solido-solido: cristallizzazione, sublimazione.
• Omogenee: distillazione semplice, distillazione frazionata, cromatografia.
■ Una sostanza pura ha valori definiti e costanti di pro-
prietà fisiche come la densità, il punto di fusione e il
punto di ebollizione, che ne permettono l’identificazione.
fusione
■ Alcune sostanze pure si possono decomporre per
“Sviluppa il tuo intuito”:
per allenarsi con
il pensiero scientifico
solidificazione
mezzo di reazioni chimiche in sostanze più semplici, altre non sono decomponibili. Le prime sono i composti,
le seconde gli elementi.
SOLIDO
■ Gli elementi conosciuti sono più di 110 e vengono
rappresentati attraverso i loro simboli.
46
Applicazioni
“Indagini con la chimica”:
temi per ricerche
Gli stati condensati: i liquidi e i solidi
UNITÀ 5
LABORATORIO
Le curve di riscaldamento e di raffreddamento
del paradiclorobenzene
SCOPO
Verificare l’esistenza delle soste termiche.
Materiale occorrente
• Becher da 1 L
• Provettone
• Becco Bunsen
• Treppiedi, reticella, stativo e morsetti
• Cronometro
• Termometro
• Bacchette di vetro
• p-diclorobenzene (oppure comune naftalina)
PROCEDIMENTO
SEZIONE A
Rilevare i valori di temperatura ogni 10 secondi,
sino a che non sono scesi al di sotto dei 30 °C
(45 °C per la naftalina).
ELABORAZIONE DATI E CONCLUSIONI
Separatamente per ciascuno dei due processi, di riscaldamento e raffreddamento, costruire una tabella con i dati raccolti e rappresentare i dati su un piano cartesiano avente in ascisse il tempo e in ordinate la temperatura. Unire i punti per ottenere le curve di riscaldamento e raffreddamento.
Verificare che ciascuno dei due grafici presenti una
sosta termica, cioè che durante tutto il tempo in cui
sono avvenuti i passaggi di stato da solido a liquido
e da liquido a solido la temperatura del campione
non sia variata.
La temperatura di fusione (e di solidificazione) del
p-diclorobenzene è di 53 °C (quella della naftalina
di 79 °C). Verificare che, entro un errore percentuale del 5%, sia proprio questo il valore di temperatura che corrisponde ai passaggi di stato osservati nel
corso dell’esperimento.
Inserire 5-10 g di p-diclorobenzene (o di naftalina) nel provettone.
Fissare il provettone immergendolo nell’acqua
calda e inserire al suo interno il termometro in modo che il bulbo sia coperto dalla sostanza ma non
tocchi le pareti di vetro.
La liofilizzazione: una “sublime” tecnica di essiccamento
Poche sono le sostanze che, come
lo iodio e la naftalina, sublimano
spontaneamente in condizioni ambientali. Tuttavia, in particolari condizioni, è possibile far sublimare
anche l’acqua contenuta negli alimenti e conservare a lungo un
buon risotto alla milanese o preparare un aromatico caffè istantaneo.
La tecnica utilizzata è la liofilizzazione, che permette di realizzare
l’essiccamento di una sostanza mediante rapido raffreddamento sotto
vuoto e successiva sublimazione dei
cristalli di ghiaccio. Fai una ricerca
su questa tecnica, molto utilizzata
anche nella preparazione di prodotti farmaceutici.
2
Le leghe metalliche
Nel 1962, mentre cercavano di rendere meno fragile il titanio aggiungendovi diverse quantità di nichel,
alcuni ricercatori statunitensi scoprirono una lega “a memoria di forma”.
Se si deforma meccanicamente un
nastro di questa lega, esso ritorna alla forma originale quando viene
scaldato: la temperatura alla quale si
ottiene il cambiamento può variare
da –100 °C a 100 °C a seconda della
quantità di nichel presente. Con la
3
Rilevare immediatamente la temperatura iniziale.
La materia: aspetti qualitativi e quantitativi
INDAGINI CON LA CHIMICA
1
Riempire il becher con acqua del rubinetto e
portare la temperatura dell’acqua a circa 70 °C
(o fino a 100 °C se si usa la naftalina) con il
becco Bunsen.
Togliere il provettone dal becher e sostituire l’acqua nel becher con acqua fredda del rubinetto (per
accelerare il processo si può anche aggiungere un
poco di ghiaccio).
Immergere il provettone contenente il campione
di p-diclorobenzene fuso.
L’apparato sperimentale.
115
70
lega Ti/Ni a memoria di forma è stato possibile ripristinare il normale
flusso sanguigno in arterie ostruite.
Questo è solo uno dei più recenti
esempi di utilizzo di leghe metalliche. La prima lega prodotta dall’uomo è stata il bronzo e ancora oggi
viene molto utilizzato l’ottone. Scrivi
una relazione su queste e altre leghe
(come amalgama, argentana, alpacca, peltro), specificandone composizione, proprietà e usi.
Contiamo le molecole
Il valore approssimato della costante
di Avogadro (6,02 ⋅ 1023 mol–1) era
già noto alla fine del XIX secolo: il
primo calcolo risale al 1875 ed è dovuto a Johannes D. van der Waals.
Questo valore si può ottenere sperimentalmente in numerosi modi. Un
metodo moderno è quello basato sulla conoscenza della densità di un cristallo puro di silicio, della sua massa
atomica relativa e della distanza tra i
singoli atomi determinata tramite i
raggi X; un secondo metodo è quello
di Ernest Rutherford, basato sull’utilizzo del contatore Geiger; un terzo,
Rilevare la temperatura del p-diclorobenzene
ogni 10 secondi, sino a quando non supera i 60 °C
(90 °C per la naftalina).
Rilevare il valore della temperatura e far partire
il cronometro.
Proposte
per attività
di laboratorio
dovuto a Lord Rayleigh, utilizza l’acido oleico. Ricerca notizie su quest’ultimo e descrivi in dettaglio come av-
viene l’esperimento, che potresti eseguire in laboratorio con l’aiuto dell’insegnante.
acido oleico
acqua cosparsa
di polvere di talco
macchia di acido oleico
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina V
Esercizi
Problemi
guidati
Esercizi per
paragrafo
Trasformazioni fisiche e chimiche della materia
NE
R
2
7
a
1
a
b
c
d
2
a
b
c
d
3
a
b
c
d
Gli stati di aggregazione della
materia e i loro cambiamenti
I liquidi sono
a
con forma propria.
comprimibili.
con volume proprio.
densi.
b
Un solido ha
volume proprio ma non forma propria.
forma propria ma non volume proprio.
forma e volume propri.
né forma né volume propri.
È lo stato fisico in cui le particelle hanno la minima
libertà di movimento.
Liquido
Solido
Aeriforme
Gassoso
.................................................. è il passaggio da aeriforme a liquido.
.................................................. è il passaggio da solido a liquido.
■
.................................................. è il passaggio da liquido a solido.
■
.................................................. è il passaggio da solido ad aeriforme e viceversa.
5
Il gelato che si scioglie è un esempio di
c
a
b
c
d
sublimazione.
condensazione.
fusione.
evaporazione.
Due
Tre
c
d
……
acqua e olio
……
■
fumo di scarico d’auto
……
da cui ottieni:
■
vino
……
V =
■
aceto
……
■
fango
……
...... V =
......
RT
Mm
.... R T
(.... g) (.... atm ⋅ L/(mol ⋅ K)) (..... K ) = .... L
=
Mm ....
(32, 0 g/mol) (.... atm)
42 In una bombola da campeggio sono contenuti 12,0 g
di propano, la cui massa molare è 44,1 g/mol, alla
pressione di 2,00 atm e alla temperatura di 15,0 °C.
Qual è il volume della bombola?
10 Per ottenere un miscuglio occorre
mescolare due o più sostanze diverse.
pesare esattamente sostanze diverse e mescolarle.
accertarsi che si ottenga un sistema eterogeneo.
sciogliere una sostanza in un’altra.
a
b
c
d
V
F
V
F
43 Un dirigibile contiene 10,0 kg di elio, la cui massa molare è 4,00 g/mol, a 25,0 °C di temperatura
e a 1,01 · 105 Pa di pressione. Qual è il suo volume?
3
44 In una bombola del volume di 0,100 m , 54,0 g di
ammoniaca esercitano una pressione di 5,00 kPa.
Sapendo che la massa molare dell’ammoniaca è
17,0 g/mol, a quale temperatura si trova la bombola?
Le tecniche di separazione delle
miscele
13 Il miglior modo per
separare fango da un
campione di acqua
torbida è
a
b
c
d
GUIDA ALLA SOLUZIONE
Del gas contenuto nella bombola conosci il volume V,
la pressione P di 5,00 kPa = …… Pa, la massa m e la
massa molare Mm.
Per determinare la sua temperatura assoluta T puoi utilizzare l’equazione di stato nella forma
filtrare.
distillare.
cromatografare.
estrarre con solvente.
P ...... =
m
RT
......
47
3
....P .... (.... g/mol) (.... Pa) (.... m )
= .... K
=
mR
( 54,, 0 g) (.... J/(mol ⋅ K))
46 A quale temperatura 50,0 g di ossigeno, la cui massa molare è 32,0 g/mol, occupano un volume di
40,0 L alla pressione di 101 kPa?
47 Un airbag che contiene 45,0 g di azoto raggiunge
un volume di 30,0 L a 25,0 °C. Qual è la pressione
che esercita l’azoto all’interno, sapendo che la sua
massa molare è 28,0 g/mol?
48 Una bombola da 50,0 L contiene 4,00 g di idrogeno, la cui massa molare è 2,02 g/mol, alla temperatura di 25,0 °C. Quale pressione esercita il gas all’interno della bombola?
49 Un dirigibile è riempito con 2,00 · 105 m3 di elio
alla temperatura di 25,0 °C e alla pressione di
1,01 · 105 Pa. Sapendo che la massa molare dell’elio è 4,00 g/mol, quanti kilogrammi di gas contiene il dirigibile?
51 Su Marte la pressione atmosferica è di 800 Pa e
la temperatura all’equatore di 27 °C. Qual è la
massa di 20 m3 dell’aria
marziana, di massa molare uguale a 44 g/mol?
52 Una bombola contiene 30,0 L di idrogeno, la cui massa molare è 2,02 g/mol, alla temperatura di 20,0 °C e
alla pressione di 5,00 atm. Se si apre la valvola e si
fanno uscire 10,0 g di gas, quale sarà la pressione
esercitata dal gas residuo, che occupa il medesimo
volume alla stessa temperatura?
53 Una miscela di gas è costituita da 8,40 g di azoto e
1,50 g di ossigeno. Se la pressione esercitata dalla
miscela nel suo complesso è di 2,00 atm, quali sono
le pressioni parziali dell’azoto e dell’ossigeno, le cui
masse molari sono, rispettivamente, 28,0 g/mol e
32,0 g/mol?
97
Le soluzioni
12 Una soluzione acquosa 0,1 m di KI (soluto che si
dissocia completamente), rispetto a una soluzione
acquosa 0,1 m di saccarosio, presenta un innalzamento ebullioscopico
a
b
pari alla metà.
doppio.
c
d
triplo.
uguale.
a
b
c
d
soluto attraverso una membrana permeabile.
soluto da una zona a maggior concentrazione a una
a minor concentrazione.
solvente attraverso una membrana semipermeabile.
soluto attraverso una membrana semipermeabile.
14 Quale delle seguenti affermazioni non è corretta?
a
b
c
d
La pressione osmotica può essere misurata in atmosfere.
L’espressione matematica della pressione osmotica
deriva da un’equazione che ha la stessa forma dell’equazione di stato dei gas perfetti.
La pressione osmotica dipende dal numero di particelle di soluto contenuto in una determinata quantità di soluzione.
La pressione osmotica dipende soltanto dalla concentrazione della soluzione.
Esercizi di riepilogo
15 La massima quantità di soluto che può sciogliersi in
una data quantità di solvente è detta
a
b
solubilizzazione.
solubilità.
c
d
solvatazione.
corpo di fondo.
16 A una soluzione di zucchero in acqua, contenente cristalli di zucchero sul fondo, si aggiunge altro zucchero.
Che cosa accade?
a
b
c
d
La concentrazione della soluzione aumenta.
La soluzione diventa satura.
La concentrazione della soluzione resta la stessa,
ma aumenta il corpo di fondo.
La concentrazione della soluzione aumenta e aumenta anche il corpo di fondo.
17 Quale delle seguenti affermazioni relative all’acqua
di mare è sbagliata?
a
b
c
d
La sua temperatura di ebollizione è più alta di quella dell’acqua pura.
La sua temperatura di congelamento è più bassa di
quella dell’acqua pura.
La sua pressione di vapore è più bassa di quella dell’acqua pura.
La sua densità è uguale a quella dell’acqua pura.
UNITÀ 6
18 Qual è la concentrazione percentuale massa/massa di una
soluzione contenente 10,0 g di NaCl in 250 g di acqua?
GUIDA ALLA SOLUZIONE
La relazione da utilizzare è:
% m/m =
13 L’osmosi è il passaggio di
Esercizi
di riepilogo
sugli argomenti
dell’unità
T =
ovvero, in scala Celsius, t = …… °C.
50 Per gonfiare un palloncino sino a un volume di
3,00 L sono necessari 0,400 g di elio a 27,0 °C.
Qual è la pressione esercitata dal gas, la cui massa
molare è 4,00 g/mol, in kilopascal?
sostanze pure.
miscugli.
miscele omogenee.
elementi.
12 Vero o falso?
Una miscela di acqua e zucchero
è omogenea poiché costituita da una
sola fase.
Se si lascia a riposo un’emulsione di acqua
e olio si osservano due fasi.
UNITÀ 4
Notando che le unità di misura qui utilizzate per la
pressione e il volume sono quelle del SI, rispettivamente il pascal e il metro cubo, e pertanto devi esprimere
la costante universale dei gas in J/(mol · K), ottieni:
45 A quale temperatura 80,0 g di azoto, la cui massa
molare è 28,0 g/mol, occupano un volume di 50,0 L
alla pressione di 1520 mmHg?
GUIDA ALLA SOLUZIONE
Essendo note la massa m del gas, la sua massa molare Mm, la pressione P da esso esercitata e la sua temperatura, che in scala assoluta è T = (20,0 + ……) K =
= …… K, per determinare il volume V della bombola
che lo contiene puoi utilizzare l’equazione di stato
nella forma
Una
Nessuna
nebbia
3
Il ghiaccio che si trasforma in acqua è un esempio di
sublimazione.
condensazione.
fusione.
evaporazione.
elemento.
soluzione.
11 Le leghe metalliche sono
■
d
c
d
■
c
■
6
composto.
miscela eterogenea.
Quante fasi si osservano in una soluzione?
■
d
.................................................. è il passaggio da liquido ad aeriforme.
41 In una bombola sono contenuti 20,0 g di ossigeno,
la cui massa molare è 32,0 g/mol, alla pressione di
0,400 atm e alla temperatura di 20,0 °C. Qual è il volume della bombola?
Individua tra le miscele sotto elencate quelle che si
possono classificare come soluzioni:
b
■
Le miscele
Una miscela formata da due o più fasi è detta
9
a
Completa le frasi.
b
b
8
4
a
Gli aeriformi
40 Un palloncino viene riempito con elio sino a una
pressione di 22,0 mmHg a 25,0 °C. Se il palloncino
ha un volume di 350 mL, quante moli di gas vi sono contenute?
Allenati
anche con
i test online
Test e problemi
1
UNITÀ 2
E-TRAI
ESERCIZI
massa del soluto (g)
⋅ 100
massa della soluzione (g)
in cui la massa della soluzione è la somma della massa
del soluto e di quella del solvente.
Nel caso considerato si ha:
…… g
⋅ 100 = ……
% m/m =
(…… + 250 ) g
cioè la concentrazione della soluzione è ……. % m/m.
19 Calcola la concentrazione percentuale in massa di
una soluzione contenente 20,0 g di KCl in 700 g di
acqua. Quanti grammi di KCl sono presenti in
2,50 kg di soluzione?
20 Quanti grammi di glucosio sono necessari per preparare 1 L di soluzione acquosa al 3% m/V?
21 Calcola quanti grammi di K2SO4 sono presenti in
300 mL di soluzione acquosa al 2% m/V.
22 Calcola la molarità di una soluzione contenente 20,0 g
di NaOH in un volume di 500 mL, usando la tavola
periodica per determinare la massa molare del soluto.
GUIDA ALLA SOLUZIONE
Consultando la tavola periodica trovi che la massa
molare del sodio è …… g/mol, quella dell’ossigeno è
16,0 g/mol e quella dell’idrogeno 1,01 g/mol. Sommando, ottieni che la massa molare di NaOH è:
Mm = ( …… + 16,0 + 1,01) g/mol = …… g/mol
La molarità M di una soluzione è il rapporto, espresso in
mol/L , tra il numero di moli n del soluto e il volume V
della soluzione:
n
M=
V
Indicando con ms la massa del soluto, si ha anche:
n=
ms
Mm
Combinando questa con la precedente, ed esprimendo il volume in litri (V = 500 mL = 0,500 L), ottieni:
M=
ms
Mm V
=
…… g
(…… g/mol) (0, 500 L )
= …… mol/L
23 Calcola la molarità di una soluzione contenente 5,00
g di Ca(OH)2 in un volume di 700 mL, usando la tavola periodica per determinare la massa molare del
soluto.
24 Calcola la molarità di una soluzione contenente 1,20 g
di FeCl2 in un volume di 200 mL, usando la tavola periodica per determinare la massa molare del soluto.
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I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina VI
WEB
Gli stati condensati: i liquidi e i solidi
UNITÀ 5
I liquidi e le loro proprietà specifiche
Anche i liquidi, come gli aeriformi, sono dei fluidi, ma si distinguono dagli aeriformi per alcune proprietà caratteristiche.
• I liquidi hanno densità maggiore rispetto ai gas, perché le loro particelle
(di norma molecole) sono costrette a stare vicine dalla presenza di più intense forze attrattive.
• I liquidi sono assai poco comprimibili, anche se sottoposti a forti pressioni: è un’evidente conseguenza della vicinanza tra le molecole, che non
possono, se non di poco, ulteriormente avvicinarsi. Per questo motivo costituiscono, come i solidi, uno stato condensato della materia.
• I liquidi diffondono, ma meno rapidamente dei gas (figura 1). L’elevato addensamento riduce, infatti, la possibilità di movimento delle loro particelle, perché nel muoversi esse si urtano continuamente (come quando noi ci
spostiamo in mezzo alla folla). Vi sono casi in cui la diffusione deve essere facilitata manualmente agitando o mescolando, perché molto lenta, e altri in cui non avviene del tutto.
• I liquidi sono in grado di fluire, ossia di scorrere all’interno di tubature
come gli aeriformi, ma non si espandono (figura 2). Ciò dipende dal fatto
che le forze di coesione impediscono l’allontanamento recirpoco delle particelle, che rimangono sempre a stretto contatto, permettendone tuttavia
lo scorrimento l’una rispetto all’altra. Tutti i liquidi, inoltre, possiedono
una viscosità, cioè una resistenza allo scorrimento.
In tutte le unità
V
F
I liquidi si espandono
ma non fluiscono.
V
F
Animazioni
Gli stati condensati: i liquidi e i solidi
ESERCIZI
CHIMIC
IVA
AV
2. La transizione dallo stato liquido a quello
di vapore
Allenati
anche con
i test online
Test e problemi
Pressione
di vapore saturo
1
La vaporizzazione di un liquido, cioè il suo passaggio allo stato aeriforme, può
avvenire in due diversi modi: il liquido può evaporare, secondo un processo
lento che interessa solo la sua superficie, oppure può bollire, secondo un processo tumultuoso che coinvolge tutto il suo volume.
1
a
La volatilità: i liquidi tendono a evaporare
b
L’evaporazione è un processo di vaporizzazione che si verifica a tutte le temperature. Per comprendere come avviene dobbiamo tenere presente che le
particelle di un liquido non hanno tutte la medesima energia cinetica: alcune
possiedono un’energia maggiore della media, altre un’energia minore.
Le particelle dotate di energia cinetica più elevata, se vengono casualmente
a trovarsi vicino alla superficie del liquido, riescono a vincere le forze attratti-
c
d
2
a
b
101
c
d
Le caratteristiche dei liquidi
6
a
b
c
I liquidi
sono facilmente comprimibili a causa della loro bassa densità.
sono in grado di fluire meglio dei gas.
tendono a espandersi come i gas.
sono più densi dei gas.
Nei liquidi le forze attrattive tra le particelle sono
più intense di quelle esistenti nei solidi.
più deboli di quelle esistenti nei gas.
dello stesso ordine di grandezza di quelle esistenti nei gas.
più intense di quelle esistenti nei gas.
d
7
a
b
c
d
2
a
b
c
d
La transizione dallo stato liquido
a quello di vapore
L’evaporazione di un liquido è influenzata
dalla superficie di evaporazione e dalla ventilazione.
dalla temperatura.
dalla natura del liquido.
da tutti i fattori sopra elencati.
Nel processo di evaporazione passano alla fase aeriforme le molecole
a
superficiali dotate di minore energia cinetica.
superficiali dotate di maggiore energia cinetica.
di tutto il volume del liquido che hanno maggiore
energia cinetica.
di tutto il volume del liquido che hanno minore
energia cinetica.
b
c
d
5
a
b
c
d
La volatilità di un liquido
è misurata dalla sua pressione di vapore.
è la tendenza del liquido a evaporare.
dipende dal tipo di liquido.
Tutte le risposte precedenti sono corrette.
Il vapore è detto saturo quando in un ambiente
chiuso la velocità
a
del processo di evaporazione supera quella del processo di condensazione.
del processo di evaporazione eguaglia quella del
processo di condensazione.
del processo di condensazione supera quella del
processo di evaporazione.
dei processi di evaporazione e di condensazione è
nulla.
c
d
9
a
b
4
La pressione di vapore saturo
è la pressione esercitata dal vapore in equilibrio dinamico con il suo liquido.
si misura in ambiente aperto.
è la pressione esercitata dal vapore prima che raggiunga l’equilibrio dinamico con il suo liquido.
è la pressione esercitata dal liquido in equilibrio dinamico con il suo vapore.
8
b
3
UNITÀ 5
E-TRAI
R
F
I liquidi diffondono.
CHIMIC
NE
Tutte le sostanze in fase liquida possono scorrere
e si raccolgono sul fondo dei recipienti: una
proprietà dei liquidi mirabilmente illustrata dalla
Fontana del Moro di Piazza Navona, a Roma.
F
I liquidi hanno densità
minore dei gas
e si comprimono
facilmente.
V
IVA
AV
figura 2
Lenta diffusione di un liquido
colorato in acqua.
A parità di temperatura,
lo stato fisico di una
sostanza dipende
dall’intensità delle forze
di coesione tra le
particelle che la
costituiscono.
V
R
1. Vero o falso?
figura 1
NE
E-TRAI
Esercizi
interattivi
Facciamo il punto
c
d
Un liquido bolle quando
la pressione di vapore saturo raggiunge la pressione atmosferica.
la pressione esercitata sulla sua superficie dall’esterno
è minore della pressione atmosferica.
la pressione di vapore saturo è inferiore alla pressione atmosferica.
la pressione esercitata sulla sua superficie dall’esterno è maggiore della pressione atmosferica.
Un liquido che evapora si raffredda perché perde le
molecole più
ricche di energia
cinetica.
povere di energia
cinetica.
ricche di energia
potenziale.
povere di energia
potenziale.
10 In alta montagna l’acqua bolle a una temperatura
a
b
c
d
inferiore a 100 °C perché la pressione atmosferica è
inferiore a 1 atm.
di oltre 100 °C perché la pressione è inferiore a 1 atm.
di oltre 100 °C perché la pressione supera 1 atm.
inferiore a 100 °C perché la pressione supera 1 atm.
113
Trasformazioni fisiche e chimiche della materia
UNITÀ 2
VIDE
O
LAB
LABORATORIO
Sublimazione
Miscugli e composti
Miscugli e soluzioni
VIDE
O
Distinguere i miscugli dalle soluzioni. Scegliere e
utilizzare metodi di separazione appropriati.
PROCEDIMENTO (I)
■ Versare circa 4 mL di acqua in 4 provette.
■ Aggiungere nella prima una piccola quantità di
olio, nella seconda di alcol, nella terza di sciroppo,
nella quarta di talco.
■ Preparare in modo analogo le seguenti miscele:
alcol-farina, alcol-olio, olio-sciroppo.
■ Osservare e annotare le osservazioni in tabella.
■ Tappare e agitare.
■ Osservare e annotare le osservazioni in tabella.
■ Lasciare riposare ogni miscela per circa 3 minuti.
■ Completare la tabella delle osservazioni.
OSSERVAZIONI
Sistema
Subito si
Dopo
presenta … agitazione …
Materiale occorrente
•
•
•
•
•
•
Provette e portaprovette
Tappi di gomma
Beuta imbuto
Carta da filtro
Centrifuga da laboratorio
Distillatore
•
•
•
•
•
•
LAB
SCOPO
Acqua distillata
Olio d’oliva
Alcol etilico
Sciroppo di menta
Talco
Farina
CONCLUSIONI
Sistema
Miscuglio/
soluzione
Sospensione/ Metodi di
emulsione separazione
acqua-olio
acqua-alcol
acquasciroppo
acqua-talco
Dopo 3
minuti …
acqua-olio
acqua-alcol
acquasciroppo
acqua-talco
alcol-farina
alcol-olio
olio-sciroppo
alcol-farina
alcol-olio
olio-sciroppo
PROCEDIMENTO (II)
Separare i miscugli con i mezzi a disposizione.
OSSERVAZIONI
Verificare, in base alla limpidezza del filtrato, centrifugato o distillato, che i metodi usati abbiano
davvero separato i componenti delle miscele.
Cromatografia su carta
SCOPO
Riconoscere che l’inchiostro nero è una soluzione
di più colori.
Materiale occorrente
•
•
•
•
•
Cilindro graduato da 50 mL
Striscia di carta da filtro (lunga circa 30 cm)
Acetone
Inchiostro nero (si può ripetere con altri colori)
Pellicola trasparente aderente
PROCEDIMENTO
■ Versare circa 5 mL di acetone nel cilindro.
■ Produrre una macchia d’inchiostro sulla carta
da filtro a circa 3 cm dal fondo.
■ Inserire la striscia nel cilindro in modo che la
macchia non sia bagnata dall’acetone.
■ Chiudere il cilindro con la pellicola aderente.
■ Estrarre la carta e lasciare asciugare all’aria quando il solvente è a circa 3 cm dall’alto.
OSSERVAZIONI
Il solvente adsorbito dalla carta da filtro sale verso
l’alto per capillarità e provoca la separazione delle
sostanze colorate contenute nella macchia iniziale,
perché queste hanno una solubilità diversa e un
diverso modo di aderire alla carta. Si noterà una
serie di macchie colorate (cromatogramma).
49
Videolaboratori
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina VII
I N D I C E
SEZIONE
A
La temperatura
La scala Kelvin e la temperatura assoluta
William Thomson, Lord Kelvin
La materia:
aspetti qualitativi
e quantitativi
RISOLVIAMO INSIEME 3
Oggi fa caldo o freddo?
Il calore: energia in trasferimento
20
20
RISOLVIAMO INSIEME 4
Che scottatura!
UNITÀ 1
La chimica
2
1. Perché la chimica?
Chimica e tecnologia
Chimica e ambiente
Chimica e salute
I settori fondamentali della chimica
2
3
3
5
5
2. La chimica studia la materia
Le proprietà della materia
Le trasformazioni della materia
7
7
7
3. La chimica e il metodo scientifico
Definizione del problema
Osservazione del fenomeno
Il ruolo dell’ipotesi nel metodo scientifico
Verifica dell’ipotesi
Teorie e modelli teorici
19
19
20
8
9
9
9
10
10
6. Le misure e la loro espressione
Gli errori di misura
Accuratezza e precisione
Errore assoluto ed errore relativo
21
22
22
22
22
RISOLVIAMO INSIEME 5
Al peso!
Come si esprimono i dati sperimentali
Arrotondamento dei dati
Notazione scientifica
23
23
24
24
STRUMENTI E METODI DELLA CHIMICA
Gli strumenti di laboratorio
25
RICORDATI CHE…
29
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
30
32
LABORATORIO
Diluizione di una soluzione colorata
Un semplice ma spettacolare processo chimico
34
34
PROTAGONISTI E IDEE DELLA CHIMICA
L’alchimia diventa chimica
4. Le grandezze e le loro unità di misura
Il Sistema Internazionale delle unità di misura
La massa
Il peso
La pressione
11
12
12
13
14
15
RISOLVIAMO INSIEME 1
Perché se metti le racchette da neve non sprofondi?
Il volume
La densità assoluta
15
16
16
RISOLVIAMO INSIEME 2
Quel braccialetto è proprio d’oro?
5. La chimica e l’energia
Energia cinetica ed energia potenziale
Trasformazioni energetiche e conservazione dell’energia
17
17
18
18
Qualcosa in più
L’energia di massa
19
UNITÀ 2
Trasformazioni fisiche e chimiche
della materia
35
1. Gli stati di aggregazione della materia
e i loro cambiamenti
35
Lo stato di aggregazione di ogni sostanza dipende dalle
condizioni ambientali
Gli stati di aggregazione: descrizione microscopica
I passaggi di stato
La fusione e l’ebollizione
36
36
37
37
2. Le miscele
Miscele eterogenee e miscele omogenee
38
38
VII
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina VIII
INDICE
Un’unica fase o più fasi coesistenti?
Gli stati di aggregazione delle miscele
Proprietà comuni a tutte le miscele
3. Le tecniche di separazione delle miscele
La separazione delle miscele eterogenee solido-liquido
(sospensioni)
La separazione delle miscele eterogenee liquido-liquido
(emulsioni)
La separazione delle miscele eterogenee solido-solido
La distillazione delle miscele omogenee allo stato liquido
(soluzioni)
La cromatografia
39
39
39
40
40
41
41
41
42
RISOLVIAMO INSIEME 1
Chimica in cucina
4. Le sostanze pure
Proprietà delle sostanze pure
Entrano in gioco le trasformazioni chimiche: composti ed
elementi
Un composto non è una miscela
43
43
44
44
44
RISOLVIAMO INSIEME 2
Chimica casalinga
Gli elementi: nomi e simboli
45
45
RICORDATI CHE…
46
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
47
48
57
58
58
La misurazione delle masse assolute
L’unità di massa atomica
La massa molecolare relativa
4. La mole: il contatore delle quantità di sostanza
La definizione di mole
Il numero di Avogadro
La massa molare
60
60
60
61
RISOLVIAMO INSIEME 1
62
Dalle moli alle masse e viceversa
5. Le formule: il linguaggio della chimica
Come si determina la formula di un composto?
Dalla composizione percentuale alla formula molecolare
di un composto
62
63
RICORDATI CHE…
65
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
66
67
64
LABORATORIO
69
Verifica della legge di Lavoisier
70
INDAGINI CON LA CHIMICA
LABORATORIO
Miscugli e soluzioni
Cromatografia su carta
Miscugli e composti
49
49
50
51
1. Le leggi ponderali: l’importanza
delle quantità
La legge di Lavoisier o legge della conservazione
della massa
Antoine Laurent Lavoisier
La legge di Proust o legge delle proporzioni definite
e costanti
La legge di Dalton o legge delle proporzioni multiple
John Dalton
La teoria atomica di Dalton interpreta le leggi ponderali
51
51
52
52
53
53
54
2. La scoperta delle molecole:
gli atomi preferiscono stare insieme
Teoria atomica ed esperimenti di Gay-Lussac:
un’insanabile contraddizione
La teoria atomico-molecolare di Avogadro
Amedeo Avogadro
La definizione di molecola
Stanislao Cannizzaro
54
54
55
56
56
56
3. Massa assoluta e massa relativa:
due modi per “pesare” gli atomi
VIII
B
Gli stati
di aggregazione
della materia
UNITÀ 3
L’aspetto quantitativo delle reazioni:
leggi ponderali, massa atomica, mole
SEZIONE
UNITÀ 4
Gli aeriformi
72
1. Lo stato rarefatto della materia
Le caratteristiche degli aeriformi
La pressione: una delle variabili in gioco
Le condizioni normali
72
72
73
73
STRUMENTI E METODI DELLA CHIMICA
Misurare la pressione
74
PROTAGONISTI E IDEE DELLA CHIMICA
La chimica pneumatica
2. Le leggi dei gas
Il gas perfetto
La legge di Boyle
Robert Boyle
75
76
76
76
77
RISOLVIAMO INSIEME 1
Comprimi un gas!
La legge di Charles e Gay-Lussac
Jacques Charles
78
78
80
RISOLVIAMO INSIEME 2
57
Scoppia o no il palloncino?
80
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina IX
INDICE
La seconda legge di Gay-Lussac
Joseph Gay-Lussac
81
82
RISOLVIAMO INSIEME 3
Mai mettere una bomboletta sulla fiamma!
L’equazione di stato dei gas perfetti
82
83
RISOLVIAMO INSIEME 4
Che cosa succede in quota ai palloni
meteorologici?
Il volume molare e la costante universale dei gas
84
84
RISOLVIAMO INSIEME 5
Quanto gas ci vuole per riempire una mongolfiera?
La densità dei gas
La legge di Dalton
La legge di Graham
CHIMICA E TECNOLOGIA
Gli stati atipici della materia
5. La temperatura e il calore nei passaggi di stato
Passaggi di stato e soste termiche
Calore latente
109
110
110
110
RISOLVIAMO INSIEME 1
Rinfresca di più l’acqua o l’alcol?
111
112
86
86
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
113
114
87
SVILUPPA IL TUO INTUITO
Perché il trimix?
107
108
RICORDATI CHE…
RISOLVIAMO INSIEME 7
Trimix: l’aria dei sommozzatori
Le proprietà dei cristalli
La struttura interna dei solidi cristallini
85
86
RISOLVIAMO INSIEME 6
Perché i gas inquinanti ristagnano nell’atmosfera?
Qualcosa in più
87
88
LABORATORIO
Le curve di riscaldamento e di raffreddamento
del paradiclorobenzene
115
RISOLVIAMO INSIEME 8
C’è una perdita di gas, evacuare l’edificio!
88
CHIMICA E TECNOLOGIA
Dai dirigibili all’airbag: quanti usi per i gas!
89
UNITÀ 6
3. Gas perfetti e gas reali
Pressione e temperatura secondo la teoria cinetica dei gas
La teoria cinetica giustifica le leggi dei gas
Il comportamento dei gas reali
91
91
91
92
Le soluzioni
116
RICORDATI CHE…
93
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
94
95
1. Tipi di soluzioni e solubilità
I diversi tipi di soluzioni
Le soluzioni sature
La solubilità
Solubilità e temperatura
Solubilità e pressione
Soluzioni diluite, concentrate e soprasature
116
116
116
117
117
118
118
Qualcosa in più
LABORATORIO
Verifica della seconda legge di Gay-Lussac
99
I colloidi
CHIMICA E SALUTE
Solubilità dei gas ed embolia dei subacquei
2. La solubilizzazione
Solubilizzazione e variazioni di temperatura
UNITÀ 5
Gli stati condensati:
i liquidi e i solidi
1. Le caratteristiche dei liquidi
Aeriforme, liquido o solido? Una lotta tra agitazione
termica e forze di coesione
I liquidi e le loro proprietà specifiche
La volatilità: i liquidi tendono a evaporare
Da che cosa è influenzata l’evaporazione di un liquido?
La pressione di vapore saturo
L’ebollizione
100
100
100
101
La velocità dei processi di solubilizzazione
Solubilizzazione e volume della soluzione
3. La concentrazione delle soluzioni
La concentrazione percentuale in massa
La concentrazione percentuale in volume
122
122
101
101
102
102
104
La superficie dei liquidi come una pellicola
Il perché della capillarità
La viscosità
104
104
105
106
4. Lo stato solido e le sue molte forme
Le caratteristiche dei solidi
106
106
122
122
122
123
123
123
RISOLVIAMO INSIEME 1
Ci ha fermato la Stradale!
3. La tensione superficiale, la capillarità
e la viscosità
121
SVILUPPA IL TUO INTUITO
Mai dar da bere all’acido!
2. La transizione dallo stato liquido
a quello di vapore
119
La concentrazione percentuale massa su volume
123
124
RISOLVIAMO INSIEME 2
La flebo
La concentrazione in parti per milione
124
124
RISOLVIAMO INSIEME 3
Oggi l’aria è inquinata?
La molarità
125
125
RISOLVIAMO INSIEME 4
Ma quella particella di sodio è proprio sola?
Molarità e diluizioni
126
126
RISOLVIAMO INSIEME 5
Diluiamo la soluzione!
La molalità
127
127
IX
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina X
INDICE
RISOLVIAMO INSIEME 6
128
Stiamo calmi!
SVILUPPA IL TUO INTUITO
128
Com’è dura quest’acqua!
4. Le proprietà colligative
Abbassamento della pressione di vapore
Innalzamento del punto di ebollizione
Jacobus H. van’t Hoff
Abbassamento del punto di congelamento
129
129
130
131
131
RISOLVIAMO INSIEME 7
Annaffiare d’inverno?
L’osmosi
La pressione osmotica
Soluzioni isotoniche, ipertoniche e ipotoniche
132
133
134
135
I non metalli e i semimetalli
150
4. L’uso industriale di alcuni elementi
L’utilizzo dell’idrogeno
Ciò che crediamo alluminio è spesso una lega di questo
metallo
Il carbonio, un elemento dalle diverse forme
Il silicio e gli altri elementi del gruppo IV A
Pesticidi, disinfettanti, propellenti: come sono utilizzati
alcuni elementi dei gruppi successivi
L’importanza dei metalli di transizione
150
150
RICORDATI CHE…
153
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
154
155
151
151
151
152
152
RISOLVIAMO INSIEME 8
135
Pressione osmotica e globuli rossi
LABORATORIO
Saggi alla fiamma
CHIMICA E TECNOLOGIA
Osmosi inversa, dissalatori e… sopravvivenza
RICORDATI CHE…
137
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
138
139
LABORATORIO
Preparare soluzioni a concentrazione prefissata
SEZIONE
141
142
INDAGINI CON LA CHIMICA
UNITÀ 8
Le reazioni chimiche
e la loro rappresentazione
1. Come si rappresenta una reazione
Una trasformazione a livello atomico con conseguenze
macroscopiche
L’equazione chimica
157
2. Il bilanciamento delle equazioni chimiche
I coefficienti di reazione permettono di scrivere
un’equazione bilanciata
Le regole del bilanciamento
158
Mai mettere un acido concentrato
in un contenitore di ferro!
3. I principali tipi di reazioni
Reazioni di sintesi
Reazioni di decomposizione
Reazioni di sostituzione semplice
Elementi
e reazioni
chimiche
Reazioni di scambio doppio
UNITÀ 7
La tavola periodica
144
1. La classificazione degli elementi
La legge delle triadi di Döbereiner
La legge delle ottave di Newlands
La tavola di Mendeleev
144
144
144
145
146
146
2. Una breve descrizione della tavola periodica
I periodi
I gruppi
157
157
158
159
159
160
160
160
161
RISOLVIAMO INSIEME 2
Trasmutiamo il ferro in… oro?
Ramsey e la scoperta dei gas nobili
157
RISOLVIAMO INSIEME 1
C
Dmitrij Ivanovič Mendeleev
156
136
146
146
147
162
162
CHIMICA E TECNOLOGIA
Trasformazioni chimiche in edilizia
163
RICORDATI CHE…
164
ESERCIZI
Test e problemi
Esercizi di riepilogo
165
166
LABORATORIO
Segnali di avvenuta reazione
167
INDAGINI CON LA CHIMICA
168
Indice analitico
169
CHIMICA E SALUTE
L’importanza biologica di alcuni elementi chimici
148
3. Metalli e non metalli: una distinzione antica,
ma molto utile
I metalli
X
149
149
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina XI
INDICE DEI CONTENUTI DIGITALI
Per la classe virtuale
Per esercitarsi
E-TRAI
VIDE
NE
R
LAB
IVA
AV
O
CHIMIC
SEZIONE A
SEZIONE B
La materia: aspetti qualitativi
e quantitativi
Gli stati di aggregazione
della materia
UNITÀ 1
UNITÀ 4
La chimica
Chimica VIVA • Lettura delle misure
E-trainer
Gli aeriformi
22
30
Chimica VIVA • Equazione di stato, legge di Boyle,
leggi di Gay-Lussac
UNITÀ 2
Trasformazioni fisiche e chimiche
della materia
Chimica VIVA • Passaggi di stato
Chimica VIVA • Metodi di separazione di miscele
eterogenee e omogenee
E-trainer
Video LAB • Sublimazione
Video LAB • Miscugli e composti
E-trainer
Video LAB • Volume molare
76
83
94
99
37
42
47
49
49
UNITÀ 3
UNITÀ 5
Gli stati condensati: i liquidi e i solidi
Chimica VIVA • Pressione di vapore saturo
E-trainer
101
113
UNITÀ 6
L’aspetto quantitativo delle reazioni:
leggi ponderali, massa atomica, mole
E-trainer
Video LAB • Legge di Lavoisier
Chimica VIVA • Leggi dei gas: Boyle, Charles,
Gay-Lussac, Avogadro
Le soluzioni
66
69
Chimica VIVA • Cloruro di sodio in acqua
E-trainer
122
138
XI
I_XII_chimLS_I_biennio_Romane
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Pagina XII
INDICE
Video LAB • Saggi alla fiamma
SEZIONE C
Elementi e reazioni chimiche
UNITÀ 8
Le reazioni chimiche e la loro rappresentazione
UNITÀ 7
Il sistema periodico degli elementi
Chimica VIVA • Tavola interattiva degli elementi
E-trainer
XII
156
Chimica VIVA • Bilanciamento di equazioni
146
154
E-trainer
Video LAB • Segnali di avvenuta reazione
158
165
167
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Pagina 143
SEZIONE C
Elementi
e reazioni chimiche
7. La tavola periodica
Chimica e salute
L’importanza biologica di alcuni elementi chimici
8. Le reazioni chimiche e la loro rappresentazione
Chimica e tecnologia
Trasformazioni chimiche in edilizia
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UNITÀ 7
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La tavola periodica
L’alternarsi del dì e della
notte, delle stagioni e delle
fasi lunari sono fenomeni che
si ripetono periodicamente nel
tempo. La struttura di un
cristallo e quella di un guscio
di conchiglia presentano
regolarità nello spazio. Anche
le caratteristiche degli
elementi si ripetono
periodicamente, se li si
ordina in un certo modo…
1. La classificazione degli elementi
Nel corso del XIX secolo, grazie al contributo di scienziati come Lavoisier,
Dalton, Avogadro e Cannizzaro, i chimici accumularono conoscenze fondamentali sulle proprietà fisiche e chimiche degli elementi. Non sfuggì loro la
somiglianza esistente tra alcuni di essi, per cui li raggrupparono in famiglie
e si cimentarono nel tentativo di individuare un valido criterio di classificazione.
La legge delle triadi di Döbereiner
Nel 1817 il chimico tedesco Johann W. Döbereiner individuò alcune serie di
elementi con comportamento simile e, poiché ogni serie era formata da tre
elementi, formulò una legge di periodicità detta legge delle triadi. Secondo
tale legge gli elementi potevano essere raggruppati, in base alle analogie di
comportamento, in serie di tre.
Döbereiner, però, riuscì a individuare solo quattro serie: Li-Na-K; Ca-Sr-Ba;
S-Se-Te; Cl-Br-I.
La legge delle ottave di Newlands
Dopo gli studi di Cannizzaro, che permisero di ricavare misure accurate della
massa atomica relativa, molti chimici cercarono di legare le proprietà degli
elementi a questa grandezza.
L’inglese John A. Newlands (1837 - 1898) ordinò gli elementi per massa
atomica crescente e li numerò in modo progressivo a partire dall’idrogeno.
Dopo i primi sette elementi, notò che l’ottavo aveva caratteristiche simili al
primo e lo collocò sotto di esso; così proseguendo, gli altri elementi furono
collocati uno a fianco dell’altro in sette colonne.
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Pagina 145
La tavola periodica
UNITÀ 7
Per analogia con le note musicali, che si ripetono ogni gruppo di sette, questa legge di periodicità venne chiamata legge
delle ottave. Fu presto chiaro, però, che tale regolarità si interrompeva dopo il diciassettesimo elemento.
La tavola di Mendeleev
Fu il russo Dmitrij I. Mendeleev a legare il suo nome alla nascita di una moderna classificazione degli elementi. Nel 1869, in
un articolo pubblicato sul Giornale della Società Chimica Russa,
propose una tabella, nota come tavola di Mendeleev o tavola
periodica (TP), in cui ordinava i 63 elementi allora conosciuti
secondo valori crescenti di “peso atomico” (massa atomica relativa). Aveva infatti notato che, così facendo, a intervalli regolari
(ma non sempre uguali) comparivano nella tavola elementi con
proprietà simili. Gli elementi obbedivano, cioè, a una legge periodica.
Per evidenziare questa periodicità, Mendeleev dispose gli elementi uno sotto l’altro, in colonne (figura 1). In questo modo elementi con caratteristiche simili venivano a trovarsi affiancati su
una stessa riga.
Il chimico russo si scontrò però con qualche incongruenza:
gli elementi di alcune coppie (tellurio e iodio, cobalto e nichel),
ordinati in funzione della massa atomica, si trovavano in posizione invertita rispetto a quella che avrebbero dovuto occupare
in base alle loro proprietà chimiche, per cui scambiò la posizione reciproca sia di tellurio e iodio, sia di cobalto e nichel, anteponendo (in contrasto con la legge periodica da lui stesso enunciata) l’elemento che in ogni coppia aveva massa atomica maggiore. Lasciò infine delle
caselle vuote, ipotizzando l’esistenza di elementi ancora da scoprire.
Egli riuscì a specificare molto bene quali caratteristiche chimiche dovessero
avere gli elementi ancora ignoti che venivano dopo il boro, l’alluminio e il silicio, e che, secondo l’etimologia greca, chiamò rispettivamente “ekaboro”,
“ekaalluminio” ed “ekasilicio” (sono lo scandio, il gallio e il germanio).
Nel 1872 Mendeleev pubblicò, questa volta in tedesco, una nuova tavola con
gli elementi organizzati sempre in righe e colonne, ma in cui gli elementi con
proprietà chimiche simili erano disposti uno sotto l’altro, come oggi (figura 2). La
scoperta di molti degli elementi mancanti, avvenuta nell’arco di quindici
anni dalla pubblicazione della prima tavola, contribuì al successo di
Mendeleev.
figura 1
La prima tavola periodica
proposta da Mendeleev nel 1869.
figura 2
Tavola di Mendeleev pubblicata in
lingua tedesca nel 1872. È
suddivisa in 12 periodi (orizzontali)
e 8 gruppi (verticali). Gli spazi vuoti
corrispondono a elementi allora
sconosciuti.
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SEZIONE C
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Pagina 146
Elementi e reazioni chimiche
Dmitrij Ivanovič Mendeleev
(Tobol’sk, 1834 - San Pietroburgo, 1907) Nonostante la difficile situazione economica della famiglia, riuscì a frequentare
l’Università di San Pietroburgo e alcune importanti università europee. Divenuto professore di chimica, si impegnò in
vari settori di studio (petrolio, soluzioni, fluidi e altro) ma, dopo il congresso di Karlsruhe del 1860, fu affascinato dall’idea di trovare un collegamento tra i diversi elementi, un
criterio di classificazione che ne giustificasse le proprietà.
Nacque così la tavola di Mendeleev, che fece di lui il chimico più famoso del mondo. Tenne seminari e lezioni nelle più
prestigiose facoltà scientifiche europee e americane, ma
paradossalmente non vinse mai il premio Nobel.
Ramsey e la scoperta dei gas nobili
Nel 1894 Il chimico scozzese William Ramsey isolò il primo gas inerte, che
chiamò argo, dalla parola greca che significa “inattivo”.
Un anno dopo lo stesso Ramsey scoprì l’esistenza dell’elio (già individuato
nel Sole con metodi spettroscopici) anche sulla Terra e, nel 1898, isolò altri
tre gas inerti che chiamò neon, kripto e xeno.
Si pose allora il problema della loro collocazione nella tavola periodica. I
chimici conclusero che si doveva aggiungere una nuova colonna, costituita da
elementi di cui non esistevano composti, e la chiamarono “gruppo 0” (oggi
VIII A).
Nel 1904 Mendeleev pubblicò una nuova edizione della sua tavola introducendo tutti gli elementi scoperti fino allora: gli spazi vuoti erano rimasti
pochi!
Negli anni successivi, molte sono state le proposte di schemi in cui ordinare gli elementi, dalle forme più svariate: a piramide, a spirale, a elica o a forma di torre.
Facciamo il punto
1. Scegli le due alternative.
Ordinando gli elementi in base al peso atomico Mendeleev notò che le loro proprietà chimiche ricorrevano periodicamente, a condizione di scambiare di posizione/tralasciare il tellurio e lo iodio, così come il cobalto e il boro/nichel.
CHIMIC
IVA
AV
Tavola interattiva
degli elementi
2. Una breve descrizione della tavola periodica
In ogni casella della TP è posizionato un elemento chimico (figura 3). Oltre al
simbolo dell’elemento, nella casella sono indicati il suo numero atomico,
ossia il numero corrispondente alla sua posizione nella TP, la sua massa atomica relativa e, spesso, altre proprietà fisiche e chimiche.
La TP si presenta suddivisa in righe orizzontali e in colonne verticali.
I periodi
Le righe orizzontali sono dette periodi e sono numerate da 1 a 7. In ogni periodo gli elementi hanno, da sinistra verso destra, numero atomico crescente.
Il primo periodo, che contiene due soli elementi, e il secondo e il terzo,
che ne contengono otto, sono anche detti periodi brevi. I periodi dal 4 al 7
vengono invece chiamati periodi lunghi, perché il 4 e il 5 contengono 18
146
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Pagina 147
UNITÀ 7
La tavola periodica
90
90Th
NUMERO ATOMICO
NUMERO ATOMICO
GRUPPI
IA
H
II A
3
9,01218
11
12
Mg
22,98977
24,305
19
20
K
4
Be
6,941
Na
ARTIFICIALE
GAS
He
4,00260
ARTIFICIALE
III A
5
III B
IV B
21
22
Sc
VB
VI B
23
Ti
V
IB
25
26
27
28
Cr
Mn
Fe
Co
II B
29
Ni
30
Cu
Zn
VA
7
VI A
8
VII A
9
N
10
B
C
10,81
12,011
14,0067
15,9994
18,99840
20,179
13
14
15
16
17
18
Al
VII B
24
IV A
6
Si
O
P
F
S
Ne
Cl
Ar
26,98154
28,0855
30,97376
32,06
35,453
39,948
31
32
33
34
35
36
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
40,08
44,9559
47,88
50,9415
51,996
54,9380
55,847
58,9332
58,69
63,546
65,38
69,72
72,59
74,9216
78,96
79,904
83,80
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
85,4678
87,62
88,9059
91,224
92,9064
95,94
(98)
101,07
102,9055
106,42
107,868
112,41
114,82
118,71
121,75
127,60
126,9045
131,29
55
56
57
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
Ba
*La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
137,33
138,9055
178,49
180,9479
183,85
186,207
190,2
192,22
195,08
196,9665 200,59
87
88
89
104
105
106
107
108
109
110
111
(223)
Ra
226,0254
**Ac
227,028
Rf
(261)
Ha
Sg
(262)
Ns
(263)
*
LANTANIDI 58
(264)
59
Ce
140,12
**
ATTINIDI 90
Th
232,0381
Hs
(265)
60
Pr
(266)
61
Nd
Uun
Mt
Pm
(272)
62
63
207,2
Bi
208,9804
Po
(209)
At
(210)
Rn
(222)
gas nobili
Uub
(277)
64
Eu
204,383
Pb
112
Uuu
(272)
Sm
Tl
Hg
132,9054
Fr
7
2
39,0983
Cs
6
VIII A
GAS
LIQUIDO
NON METALLO
SEMIMETALLO
VIII B
Ca
Rb
5
SIMBOLO
LIQUIDO
SOLIDO
MASSA
ATOMICA RELATIVA
232,0381
(Per molti elementi radioattivi
è indicato tra parentesi il
MASSA di
ATOMICA
numero
massa RELATIVA
(Per molti elementi
radioattivi
dell’isotopo
più stabile.)
è indicato tra parentesi il
numero di massa
dell’isotopo più stabile.)
3
2
METALLO
NON METALLO
SEMIMETALLO
METALLO
232,0381
1,0079
Li
SIMBOLO
Th
PERIODI 1
1
SOLIDO
65
Gd
66
Tb
67
Dy
68
Ho
69
Er
Tm
70
71
Yb
Lu
140,9077
144,24
(145)
150,36
151,96
157,25
158,9254
162,50
164,9304
167,26
168,9342
173,04
174,967
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
Pa
U
231,0359
238,0289
Np
Pu
237,0482 (244)
Am
(243)
Cm
(247)
Bk
(247)
Cf
(251)
Es
(252)
Fm
(257)
Md
(258)
No
(259)
Lr
(260)
ELEMENTI DI TRANSIZIONE INTERNA
elementi ciascuno, mentre il 6 e il 7 ne contengono 32 (il 7 solo teoricamente, poiché non tutti i possibili elementi artificiali sono stati prodotti).
figura 3
La moderna tavola periodica.
I gruppi
Le colonne sono chiamate gruppi: la numerazione più comunemente usata
distingue due serie di otto gruppi ciascuna, indicati ognuno con i numeri romani da I a VIII e con le lettere A o B.
In alcuni casi i gruppi hanno un nome derivato dalle antiche famiglie di
elementi:
• gli elementi del gruppo I A (escluso l’idrogeno) sono detti metalli alcalini;
• gli elementi del gruppo II A sono detti metalli alcalino-terrosi;
• gli elementi del gruppo VII A sono detti alogeni;
• gli elementi del gruppo VIII A sono detti gas nobili o gas rari, o anche
gas inerti.
Tutti gli elementi della zona centrale (dal gruppo III B al gruppo II B) sono detti elementi di transizione, o metalli di transizione.
Facciamo il punto
2. Nella TP
a gli elementi sono in ordine di massa atomica decrescente.
b le colonne verticali sono i gruppi.
c le colonne verticali sono i periodi.
d le righe orizzontali sono le famiglie.
3. Completa la frase.
Gli elementi del gruppo I A sono detti ................................................................ ,
quelli del gruppo VIII A ........................................ .
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Elementi e reazioni chimiche
CHIMICA E SALUTE
L’importanza biologica di alcuni
elementi chimici
Oltre a carbonio, idrogeno, ossigeno e azoto, che sono i costituenti principali di
proteine, acidi nucleici e altri composti presenti nei viventi, esistono altri elementi
chimici importanti per la vita sul nostro pianeta e per la salute dell’uomo.
Elementi essenziali per la vita
Il sodio e il potassio intervengono nella trasmissione degli impulsi nervosi e nei movimenti muscolari. Il magnesio catalizza nelle cellule
l’idrolisi dell’ATP (adenosina trifosfato), cioè la
reazione da cui viene estratta l’energia che alimenta le funzioni metaboliche, e nelle cellule
vegetali è presente nella clorofilla, indispensabile per il processo di fotosintesi.
Il calcio è presente nelle ossa e nei denti dei vertebrati e nelle conchiglie di molluschi e altri organismi; è essenziale per la contrazione muscolare e la trasmissione degli impulsi nervosi. Il fosforo è presente negli acidi nucleici e nell’ATP;
alcuni suoi composti sono nelle ossa e nei denti.
Il ferro è contenuto nell’emoglobina, lo iodio è
un costituente essenziale degli ormoni tiroidei,
il cobalto è presente nella vitamina B12, il fluoro
serve a fissare il calcio nei denti; selenio, rame,
zinco e manganese sono necessari per il funzionamento di vari enzimi cellulari.
Certi altri elementi, invece, hanno effetti deleteri sulla salute dell’uomo.
con una di queste crisi si verificò la sua morte, avvenuta a Vienna nel 1827, a 57 anni d’età.
I ricercatori hanno scoperto che i capelli del musicista erano saturi di piombo. Contenevano, cioè, una
concentrazione del metallo cento volte superiore a
quella normale. Beethoven avrebbe potuto ingerire piombo proveniente dalle decorazioni delle
stoviglie, dai bicchieri di cristallo ottenuto con
l’aggiunta di sali di piombo, dal vino spesso conservato in taniche di piombo: resta comunque un
mistero l’origine di livelli così alti!
Il mercurio, i pesci e… il cappellaio matto
Nei sedimenti fangosi di fiumi e laghi, numerosi microrganismi anaerobi sono in grado di trasformare il mercurio in metil-mercurio. Questo
composto viene facilmente assimilato dai pesci,
accumulandosi sempre più lungo la catena alimentare (figura A). Si considerano inquinate acque con un tenore di mercurio di 0,30 µg/L.
Il metil-mercurio provoca una grave intossicazione (idrargirismo, dal nome greco del mercurio, hydrargyros), con disturbi a carico del sistema nervoso, lesioni orali, renali e cardiache. Il
Il piombo e… Beethoven
fenomeno fu scoperto negli anni Cinquanta del
Il piombo e i suoi composti sono tossici. L’assecolo scorso, quando si verificò un avvelenasunzione frequente, anche di piccole quantità, di
mento collettivo nella località giapponese di Miquesto metallo causa pericolose intossicazioni,
namata. Gli abitanti furono colpiti da una grave
disattivando gli enzimi preposti
sindrome nervosa, spesso mortaalla sintesi dell’emoglobina. L’avle, la cui causa poté essere idenvelenamento da piombo, o saturtificata nella dieta ricca di pesce,
nismo, si manifesta con vari sinpescato in acque inquinate dagli
tomi tra i quali coliche addomiscarichi di mercurio provenienti
nali, anemia ed encefalopatia.
da una vicina industria.
Un gruppo di ricercatori americani
Un tempo si utilizzavano sali di
dell’Argonne National Laboratory
mercurio per ottenere i feltri
pensa di aver trovato una spiegacon i quali produrre cappelli,
zione riguardo ai problemi comcon effetti deleteri sul sistema
portamentali e fisici del grande
nervoso degli addetti a quel lamusicista Beethoven. Egli soffrì
voro. Il ricordo di ciò è immorper buona parte della vita di una figura A
talato nella figura del cappellaio
malattia intestinale, che si manife- Il metil-mercurio si concentra nei matto, celebre personaggio di
stava con gravi e dolorosissime co- pesci predatori di grandi
Alice nel paese delle meraviglie di
liche; proprio in concomitanza dimensioni.
Lewis Carrol.
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UNITÀ 7
La tavola periodica
3. Metalli e non metalli: una distinzione antica,
ma molto utile
Nella TP vediamo una linea spezzata che separa i metalli, alla sua sinistra,
dai non metalli, alla sua destra; gli elementi a cavallo della linea sono i semimetalli.
I metalli
I metalli hanno in comune le seguenti proprietà:
• sono solidi e lucenti a temperatura ambiente, tranne il mercurio, che è liquido;
• sono duttili e malleabili, cioè si possono agevolmente tirare in fili e battere in lamine sottili, e quelli del gruppo I A sono teneri (si tagliano con un
coltello);
• sono buoni conduttori di calore e di elettricità;
• in natura sono quasi sempre combinati in composti (come il sodio in
NaCl), e allo stato nativo (ossia come elementi) si trovano solo il rame,
l’oro e l’argento.
Come evidenziato nella figura 4, il carattere metallico è massimo negli elementi dei gruppi I A e II A, e diminuisce progressivamente lungo i periodi
da sinistra a destra (i metalli di transizione come il ferro o il rame, nonostante siano i più noti e utilizzati, hanno carattere metallico meno elevato di sodio o potassio); nei gruppi si accentua procedendo dall’alto verso il basso
(nel gruppo I A, ad esempio, il potassio ha proprietà metalliche più marcate
del sodio).
figura 4
Andamento delle proprietà
metalliche (e non metalliche)
degli elementi.
il carattere metallico aumenta
IA
VIII A
2
1
He
II A
III A
5
3
il carattere metallico aumenta
Li
Na
13
20
K
Ca
38
37
Rb
55
Cs
Sr
56
Ba
88
87
Fr
Ra
21
Sc
39
Y
57
*La
IV B
VB
22
23
Ti
V
40
41
Zr
72
Hf
Nb
73
Ta
VI B
24
Cr
42
Mo
74
W
VII B
25
Mn
43
Tc
75
Re
VIII B
26
Fe
44
Ru
76
Os
27
Co
45
Rh
77
Ir
IB
28
Ni
46
Pd
78
Pt
29
Cu
47
Ag
79
Au
VA
7
C
14
Al
Mg
III B
19
6
B
Be
12
11
IV A
VI A
8
N
15
Si
9
O
16
P
VII A
S
10
F
17
Ne
18
Cl
Ar
II B
30
31
Zn
32
Ga
49
48
Cd
Hg
50
In
81
80
Ge
Sn
82
Tl
Pb
33
As
51
Sb
83
Bi
34
Se
52
35
53
Te
84
Po
36
Br
Kr
54
I
85
At
Xe
86
Rn
89
**Ac
il carattere non metallico aumenta
metalli
semimetalli
non metalli
149
il carattere non metallico aumenta
H
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Elementi e reazioni chimiche
I non metalli e i semimetalli
Facciamo il punto
4. Scegli tra le due alternative.
I metalli sono solidi e lucenti/
opachi.
I metalli sono buoni/cattivi conduttori di calore.
I non metalli allo stato solido
sono duttili e malleabili/fragili.
I metalli/non metalli sono prevalentemente gassosi.
Anche i non metalli hanno un insieme di proprietà generali che li contraddistingue:
• sono opachi e fragili allo stato solido;
• a temperatura ambiente sono prevalentemente gas, a esclusione del carbonio,
dello zolfo, del fosforo e dello iodio, che sono solidi, e del bromo, che è liquido;
• sono cattivi conduttori di calore ed elettricità, a eccezione del carbonio
sotto forma di grafite;
• in natura sono quasi sempre combinati in composti (come il cloro in
NaCl), e si trovano nello stato elementare solamente il carbonio (grafite e
diamante), lo zolfo, l’azoto, l’ossigeno e i gas nobili.
I semimetalli, infine, come il silicio e il germanio, hanno proprietà intermedie tra quelle dei metalli e quelle dei non metalli: conducono infatti la
corrente elettrica e il calore, ma meno bene dei metalli.
4. L’uso industriale di alcuni elementi
Oltre che di tutta la materia vivente e non vivente che esiste in natura, gli elementi costituiscono i “mattoni” chimici dei materiali sfruttati dall’uomo nella produzione industriale. Alcuni elementi sono utilizzati puri: tra questi i gas nobili, come l’elio, impiegato per gonfiare i palloni aerostatici e come refrigerante, e il neon, usato nelle omonime lampade. Più spesso gli elementi trovano applicazione
combinati in composti.
L’utilizzo dell’idrogeno
L’idrogeno è utilizzato industrialmente per produrre margarine e ammoniaca; è usato anche come propellente liquido nei razzi o per alimentare celle a
combustibile. È un combustibile pulito perché il suo unico prodotto di combustione è l’acqua, ma la tecnologia per utilizzarlo è ancora poco conveniente e il gas è pericoloso perché altamente infiammabile (figura 5).
figura 5
L’incendio del dirigibile
Hindenburg (1937), che conteneva
idrogeno.
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Pagina 151
La tavola periodica
UNITÀ 7
Ciò che crediamo alluminio è spesso una lega
di questo metallo
L’alluminio, abbondante nella bauxite, il minerale da cui si estrae, è tenero e poco resistente: si usa per produrre, con altri metalli, leghe leggere e resistenti alla
corrosione impiegate per utensili da cucina, strutture di aerei, motori di automobili, linee elettriche ad alta tensione.
L’alluminio ha una forte affinità per l’ossigeno. All’aria forma immediatamente
una pellicola di ossido che lo protegge da ulteriore corrosione: questo fenomeno è detto “passivazione”.
Il carbonio, un elemento dalle diverse forme
Il carbonio, appartenente al gruppo IV A, è un non metallo che si trova puro in natura in due forme: diamante, durissimo e non conduttore di elettricità (figura 6), e grafite, tenera e buona conduttrice. I diamanti naturali sono
considerati gemme preziose perché sono rari, mentre quelli artificiali, ottenuti dalla grafite ad alta pressione e temperatura (10 000 bar e 2000 °C),
vengono usati per la loro durezza nelle punte delle trivelle, nelle seghe e in
altri apparecchi da taglio.
La grafite, buon conduttore di elettricità e poco reattiva, viene usata per fabbricare elettrodi, come lubrificante solido, come mina delle matite e come rinforzo nelle fibre sintetiche.
figura 6
Cristallo di diamante.
Il silicio e gli altri elementi del gruppo IV A
Scendendo lungo il gruppo IV A della tavola periodica, dopo il carbonio si incontra il silicio. Questo elemento non si trova libero in natura, ma sotto forma
di minerale silicato nelle rocce. Per le sue caratteristiche di semiconduttore viene utilizzato nella produzione di componenti microelettronici e microprocessori. L’elemento successivo del gruppo è il germanio, un elemento molto raro in
natura, utilizzato come semiconduttore e nella costruzione di lenti per l’infrarosso.
Poi si trova lo stagno, il cui uso più comune è la produzione di protezioni stagnate e fogli di stagnola. Infine il piombo, impiegato nelle batterie e
negli accumulatori elettrici, nelle tubazioni di acqua e gas, nelle vernici antiruggine, come schermo contro le radiazioni; in lega con lo stagno costituisce il peltro.
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Pagina 152
Elementi e reazioni chimiche
Pesticidi, disinfettanti, propellenti: come sono utilizzati alcuni
elementi dei gruppi successivi
Nel gruppo V A si trova il fosforo, che in forma di fosforo rosso (molecola P4) è
utilizzato per la produzione dei fiammiferi, perché molto infiammabile. Il parathion, un derivato organico di questo elemento, è usato come pesticida a elevata
tossicità.
L’impiego primario dell’ossigeno, appartenente al gruppo VI A, è la produzione di acciaio. Ma l’ossigeno è sfruttato anche per produrre sorgenti di calore a
temperatura molto elevata, come il cannello ossiacetilenico e la fiamma ossidrica (figura 7). L’ossigeno liquido viene utilizzato come propellente di razzi insieme all’idrogeno nelle celle a combustibile. Infine l’ozono (O3), che libera continuamente ossigeno atomico (O), è usato come sbiancante, come disinfettante e per la potabilizzazione dell’acqua.
Lo zolfo, anch’esso del gruppo VI A, viene utilizzato per produrre acido solforico, insetticidi, antiparassitari ed esplosivi, oltre che per vulcanizzare la
gomma.
Il fluoro e il cloro, del gruppo VII A, sono presenti nei clorofuorocarburi
(come il freon), utilizzati negli impianti frigoriferi e, nel passato, come propellenti nelle bombolette spray, prima che si scoprisse il loro effetto distruttivo sull’ozono della stratosfera. Il cloro è alla base della produzione dell’acido cloridrico (muriatico) e della candeggina. Allo stesso gruppo appartengono il bromo e lo iodio, i cui vapori sono presenti nelle lampade alogene.
figura 7
Nella fiamma ossidrica si
raggiungono temperature di circa
2600 °C, che permettono di
fondere metalli come l’alluminio e
il ferro.
L’importanza dei metalli di transizione
Facciamo il punto
5. Quali sono i più importanti impieghi dell’ossigeno?
6. Sotto quali forme, in natura, si
presenta il carbonio puro?
7. Indica almeno un composto
contenente cloro.
152
I metalli di transizione hanno molteplici usi: il cromo come protezione di
altri metalli (cromatura); il ferro soprattutto per la produzione di acciaio,
una lega ferro-carbonio molto resistente agli agenti esterni; il rame come
conduttore elettrico e come composto negli antiparassitari; lo zinco per la
produzione di leghe metalliche; l’argento come rivestimento degli specchi
e, con il bromo, nelle pellicole fotografiche (AgBr); il mercurio nei termometri, nei barometri, nelle pile, nelle leghe (amalgame) e nei processi di
produzione di carta e materie plastiche.
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Pagina 153
La tavola periodica
UNITÀ 7
RICORDATI CHE…
Nella tavola di Mendeleev, i 63 elementi allora conosciuti erano ordinati secondo valori crescenti di massa
atomica. La legge periodica cui obbedivano gli elementi così disposti consisteva nel fatto che a intervalli regolari (ma non sempre uguali) comparivano nella tavola
elementi con proprietà simili. Per evidenziare tale periodicità, Mendeleev organizzò gli elementi in righe e
colonne.
il carattere metallico aumenta
metalli
La periodicità delle proprietà chimiche degli
elementi
Nell’elaborare la sua tavola periodica Mendeleev dovette correggere due incongruenze: aveva notato che
gli elementi delle coppie tellurio-iodio e cobalto-nichel, ordinati in funzione della massa atomica, si trovavano in posizione invertita rispetto a quella che
avrebbero dovuto occupare in base alle loro proprietà chimiche. Perciò scambiò di posizione il tellurio
con lo iodio e il cobalto con il nichel.
Osservando la periodicità delle proprietà chimiche,
Mendeleev si rese conto inoltre di dover lasciare delle caselle vuote, ipotizzando l’esistenza di elementi
ancora sconosciuti, che in effetti sarebbero stati scoperti negli anni successivi.
Nella moderna tavola periodica (TP) gli elementi sono distribuiti su sette righe orizzontali, dette periodi.
Le colonne verticali costituiscono invece i gruppi e sono distinte in due serie (A e B) di otto gruppi ciascuna.
Ogni gruppo è individuato da un numero romano,
compreso tra I e VIII, affiancato dalla lettera A o B.
Gli elementi dal comportamento simile si trovano incolonnati nel medesimo gruppo. Essi sono spesso indicati con nomi tradizionali, anticamente attribuiti alle
“famiglie” di elementi:
• gli elementi del gruppo I A (escluso l’idrogeno) sono
detti metalli alcalini;
• gli elementi del gruppo II A sono detti metalli alcalino-terrosi;
• gli elementi del gruppo VII A sono detti alogeni;
• gli elementi del gruppo VIII A sono detti gas nobili o
gas rari, o anche gas inerti;
• tutti gli elementi della zona centrale (dal gruppo III B
al gruppo II B) sono detti elementi di transizione, o
metalli di transizione.
semimetalli
non metalli
il carattere non metallico aumenta
il carattere non metallico aumenta
La legge delle ottave di Newlands ordinava gli elementi per massa atomica crescente, in serie costituite
ciascuna da otto elementi e disposte in sette colonne.
Nella tavola periodica una linea spezzata separa i metalli, alla sua sinistra, dai non metalli, alla sua destra;
gli elementi a cavallo della linea sono i semimetalli. Il
carattere metallico è massimo negli elementi dei gruppi
I A e II A, e diminuisce progressivamente lungo i periodi da sinistra a destra; nei gruppi si accentua procedendo dall’alto verso il basso.
il carattere metallico aumenta
La legge delle triadi di Döbereiner individuava alcune serie, di tre elementi ciascuna, con comportamento
simile: Li-Na-K; Ca-Sr-Ba; S-Se-Te; Cl-Br-I.
Metalli, non metalli e semimetalli
In queste tre categorie si dividono per antica consuetudine gli elementi in base alle loro proprietà fisiche
e chimiche.
I metalli si trovano, in condizioni normali e ad eccezione del mercurio, allo stato solido; sono lucenti,
duttili e malleabili, buoni conduttori di calore e di
elettricità.
I non metalli possono essere solidi, liquidi e gassosi;
sono opachi e fragili allo stato solido; a temperatura
ambiente sono prevalentemente aeriformi; sono cattivi conduttori di calore ed elettricità.
I semimetalli, come il silicio e il germanio, hanno
proprietà intermedie.
Gli elementi chimici sono i “mattoni” di tutta la materia vivente e non vivente che esiste in natura, oltre
che dei materiali sfruttati dall’uomo nella produzione
industriale. L’uso industriale degli elementi consiste
prevalentemente nella produzione artificiale di composti che trovano applicazione nei più vari settori:
• l’idrogeno è utilizzato soprattutto per produrre margarine e ammoniaca, ma anche per alimentare celle a
combustibile;
• l’alluminio è prevalentemente impiegato per la produzione di leghe leggere e resistenti alla corrosione;
• i semimetalli silicio e germanio vengono utilizzati
nella produzione di componenti microelettronici e
microprocessori;
• l’impiego primario dell’ossigeno è nella produzione
dell’acciaio, ma questo elemento è sfruttato anche per
produrre sorgenti di calore a temperatura molto elevata, come la fiamma ossidrica;
• lo zolfo viene utilizzato per produrre acido solforico,
insetticidi, antiparassitari ed esplosivi.
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Elementi e reazioni chimiche
NE
R
ESERCIZI
E-TRAI
Allenati
anche con
i test online
Test e problemi
La classificazione degli elementi
1
1
a
b
c
d
2
a
b
c
d
3
a
b
c
d
4
a
b
c
d
Newlands ordinò gli elementi in base
alla legge delle triadi.
alla legge delle ottave.
alle legge periodica.
a nessuno dei precedenti criteri.
Mendeleev ordinò gli elementi in base
al peso atomico.
al colore.
allo stato fisico.
alla densità.
8
a
b
c
d
9
a
b
c
d
La legge delle triadi fu proposta da
Döbereiner.
Cannizzaro.
Mendeleev.
Avogadro.
5
a
b
c
d
6
a
b
c
d
3
a
b
metalli alcalini.
metalli alcalino-terrosi.
alogeni.
gas inerti.
V
F
V
F
Metalli e non metalli: una
distinzione antica, ma molto utile
11 Quale tra i seguenti metalli si può trovare allo stato
nativo?
a
b
Fe
Pb
c
d
Zn
Cu
12 Quale tra i seguenti non metalli è un liquido alle
normali temperature?
Una breve descrizione della tavola
periodica
Gli elementi disposti su una stessa riga della TP
fanno parte di
b
c
d
Br
Cl
H
P
13 Vero o falso?
un gruppo.
una famiglia.
un blocco.
un periodo.
I metalli stanno sulla destra nella TP
I metalli sono duttili e malleabili.
I metalli sono cattivi conduttori
di elettricità.
V
F
V
F
V
F
Gli elementi disposti in colonna nella TP fanno parte di
un
un
un
un
gruppo.
aggregato.
blocco.
periodo.
4
Da quanti periodi è composta la TP?
b
8
10
c
c
d
7
14
d
154
L’uso industriale di alcuni elementi
14 Quale tra le seguenti non è una proprietà del diamante?
a
7
Gli elementi del gruppo VII A sono detti
I gruppi contrassegnati con la lettera A
sono otto.
Gli elementi del gruppo VIII A sono detti
gas rari.
a
2
degli alogeni.
dei metalli alcalino-terrosi.
dei metalli alcalini.
dei metalli di transizione.
10 Vero o Falso?
Ramsey
intuì la legge periodica.
ordinò gli elementi in triadi.
ordinò gli elementi in ottave.
scoprì i gas nobili.
Il gruppo II A è detto anche
Conduce la corrente elettrica.
È una delle forme in cui si presenta in natura il carbonio puro.
È molto duro.
È un solido cristallino.
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Pagina 155
La tavola periodica
15 Un modo per proteggere dalla corrosione un manufatto in ferro è ricoprirlo di
a
b
c
d
rame.
argento.
cromo.
mercurio.
19 Individua la posizione nella TP degli elementi elencati nella seguente tabella; completa inoltre la tabella indicando per ciascun elemento il periodo e il
gruppo di appartenenza.
Elemento
16 Vero o falso?
La combustione dell’idrogeno è inquinante.
V
F
L’alluminio subisce la passivazione.
V
F
Il silicio viene utilizzato in microelettronica.
V
F
Il principale utilizzo industriale dell’ossigeno
è nella produzione dell’acciaio.
V
F
L’elio può essere adoperato come
refrigerante.
V
UNITÀ 7
Periodo
Gruppo
berillio
..............................
..............................
carbonio
..............................
..............................
calcio
..............................
..............................
ossigeno
..............................
..............................
potassio
..............................
..............................
fluoro
..............................
..............................
elio
..............................
..............................
manganese
..............................
..............................
cloro
..............................
..............................
argo
..............................
..............................
ferro
..............................
..............................
arsenico
..............................
..............................
argento
..............................
..............................
mercurio
..............................
..............................
stagno
..............................
..............................
bromo
..............................
..............................
bario
..............................
..............................
platino
..............................
..............................
piombo
..............................
..............................
uranio
..............................
..............................
F
Esercizi di riepilogo
17 Vero o falso?
Nella TP un periodo è costituito
da elementi con proprietà chimiche simili.
V
F
I metalli di transizione costituiscono
un gruppo della TP.
V
F
Gli elementi del gruppo I A hanno carattere
non metallico.
V
F
18 Completa la tabella con i nomi e simboli degli elementi che occupano le posizioni specificate nella TP.
Elemento
Periodo Gruppo
nome
simbolo
............................................
..................
3
IA
............................................
..................
3
II A
............................................
..................
6
VI B
............................................
..................
4
II B
............................................
..................
3
III A
............................................
..................
4
IB
............................................
..................
6
IB
............................................
..................
5
VII A
............................................
..................
2
VIII A
155
143_156_chimLS_I_biennio_U7
SEZIONE C
15-09-2010
10:39
Pagina 156
Elementi e reazioni chimiche
VIDE
O
LAB
LABORATORIO
Saggi alla fiamma
Saggi alla fiamma
SCOPO
OSSERVAZIONI
Riconoscere alcuni elementi dalla colorazione che
impartiscono alla fiamma ossidante di un bruciatore Bunsen.
Riportare le osservazioni in tabella.
Elemento
Colore della fiamma
litio
Materiale occorrente
•
•
•
•
•
•
•
•
Provette e portaprovette
Piastra in porcellana a sei incavi (o vetri di
orologio)
Bacchetta in vetro con filo di nichel-cromo
Vetrini al cobalto
Spatola metallica
Bruciatore Bunsen
Cloruro di idrogeno in soluzione concentrata
Cloruro di litio (LiCl), di sodio (NaCl), di
potassio (KCl), di stronzio (SrCl2) e di bario
(BaCl2).
PROCEDIMENTO
Accendere il bruciatore Bunsen e aprire la ghiera
per ottenere la fiamma ossidante (quella incolore).
In una provetta versare qualche millilitro di cloruro di idrogeno in soluzione concentrata.
Pulire il filo di nichel-cromo immergendolo nella soluzione di cloruro di idrogeno e poi passandolo sulla fiamma ossidante.
Ripetere più volte l’operazione fino a quando la
fiamma non assume più alcuna colorazione.
In ognuno degli incavi della piastra di porcellana mettere una punta di spatola dei cloruri da testare, avendo cura di segnare con un pennarello i
diversi elementi presenti.
Immergere il filo di nichel-cromo nella soluzione
di cloruro d’idrogeno e raccogliere uno o due granelli del primo composto (ad esempio cloruro di litio).
Portare il filo sulla fiamma dal basso verso l’alto,
cioè dalla parte meno calda a quella più calda della fiamma.
Osservare il colore che la fiamma assume.
Pulire bene il filo nel cloruro di idrogeno.
Ripetere le operazioni per gli altri composti (tenere per ultimo il cloruro di sodio perché dà una
colorazione alla fiamma molto persistente).
Osservare la colorazione della fiamma del cloruro
di potassio anche attraverso due vetrini al cobalto.
156
rosso carminio
potassio
viola (rosso attraverso i
vetri al cobalto)
stronzio
...............................................
bario
...............................................
sodio
...............................................
CONCLUSIONI
Ciascun elemento presente nei composti esaminati
assorbe energia dalla fiamma e poi la rilascia sotto
forma di luce colorata. Ogni elemento emette luce
dal colore diverso, perciò questa tecnica è utile per
riconoscere elementi contenuti in sostanze sconosciute o in miscele.
1
2
3
4
Colorazioni impartite
alla fiamma
dal litio (1),
dal potassio (2),
dallo stronzio (3),
dal bario (4)
e dal sodio (5).
5