introduzione

Dispense CHIMICA GENERALE E ORGANICA (STAL)
2012/13
Prof. P. Carloni
INTRODUZIONE
COS’È LA CHIMICA?
La Chimica è la scienza che studia la composizione, la struttura e le proprietà della
materia, le trasformazioni che in essa avvengono (spontaneamente o provocate
dall’uomo) e l’energia ceduta o assorbita durante queste trasformazioni. La Chimica è
quella scienza che assume come unità fondamentali della Natura gli atomi e le molecole e
utilizza la conoscenza del loro comportamento per spiegare le proprietà della materia che
osserviamo (e misuriamo) su scala macroscopica.
La Chimica è attorno a noi: fotosintesi, combustione, ruggine, farmaci, fertilizzanti, materie
plastiche, semiconduttori, pianeti, stelle, galassie; e in noi: concepimento, crescita, morte,
vista, odorato, apprendimento, memoria, sogni.
La Chimica spiega i “perché” e i “come” della vita di tutti i giorni, partendo dagli atomi e
dalle molecole e usando un suo linguaggio.
Il mestiere del chimico è quello di comprendere come è fatta e come funziona la Natura
(ESPLORATORE) ed inventare e creare nuove molecole, nuovi materiali, nuovi processi
(INVENTORE).
“... noi chimici montiamo e smontiamo delle costruzioni molto piccole. Ci dividiamo in due
rami principali, quelli che montano e quelli che smontano, e gli uni e gli altri siamo come
dei ciechi con dita sensibili. Dico dei ciechi, perché appunto, le cose che noi manipoliamo
sono troppo piccole per essere viste, anche coi microscopi più potenti; e allora abbiamo
inventato diversi trucchi intelligenti per riconoscerle senza vederle.” (Primo Levi, La chiave
a stella).
Chimica è una parolaccia?
“Si direbbe di sì, a giudicare dalle reazioni della opinione pubblica che associa i pesticidi
chimici all’inquinamento delle acque, gli additivi chimici alla contaminazione dei cibi, le
industrie chimiche agli incidenti...“ (Giorgio Nebbia, Airone, Settembre 1998).
La chimica gode di una cattiva reputazione anche presso gli studenti perché è ritenuta
una disciplina astrusa e difficile. Tale reputazione è immeritata: studiare ed imparare la
Chimica non solo non è impossibile, ma può essere anche stimolante e bello!
La Chimica si occupa di fatti reali e concreti
La Chimica è ragionamento e non nozionismo
OSSERVAZIONI E MISURE
Il campo di indagine delle scienze sperimentali è quello della descrizione e
dell'interpretazione della realtà percepita dai sensi e dall'intelletto umano. La descrizione
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della realtà può essere fatta in modo qualitativo e quindi soggettivo, o quantitativo e quindi
oggettivo, il che presuppone una operazione di misura di caratteristiche ben definite della
realtà, mediante gli adatti strumenti. Ogni caratteristica di un corpo o dello spazio che sia
in misurabile in modo oggettivo, viene detta grandezza fisica.
Ogni sistema distingue le grandezze in fondamentali e derivate.
Le grandezze
fondamentali sono grandezze indipendenti le cui unità di misura sono scelte
arbitrariamente. Le grandezze fondamentali costituiscono un nucleo di poche grandezze
dalle quali si ottengono tutte le altre. Le grandezze derivate sono quelle definite da una
relazione in rapporto a grandezze fondamentali.
Il sistema di misura attualmente più diffuso è il Sistema Internazionale (SI).
GRANDEZZE FONDAMENTALI
Lunghezza
m (metro)
Tempo
s (secondo)
Massa
Kg (chilogrammo)
Temperatura
K (grado Kelvin)
Intensità di
corrente
A (Ampère)
Intensità
luminosa
c (candela)
Quantità di
materia
mol (mole)
GRANDEZZE DERIVATE
Sono più di un centinaio
Es.: superficie (m2); velocità (m/s); forza (N); Energia (J); frequenza (H); ……..
Si dice che una grandezza è definita operativamente quando viene specificato, in maniera
univoca ed universale, il modo con cui detta grandezza viene misurata.
Prendiamo in esame un po’ più in dettaglio alcune di queste grandezze:
- la lunghezza: La lunghezza di un segmento è il numero reale che si ottiene dal
rapporto fra il segmento dato ed un segmento prefissato scelto come unità di misura. Il
termine di lunghezza è usato anche in alternativa al termine distanza. La lunghezza
viene misurata mediante l'unità di misura metro (m);
- la superficie: che non è altro che una lunghezza al quadrato e la cui unità di misura è
quindi il metro quadrato (m2);
- il volume: che non è altro che una lunghezza al cubo e la cui unità di misura è quindi il
metro cubo (m3) o il suo sottomultiplo centimetro cubo (cm 3 = 1 X 10-6 m3 ) anche detto
“cc" o il litro (l = 1 X 103 cm3 = 1 X 103 cc = 1 X 10-3 m3 ) nel caso si abbia a che fare
con dei liquidi.
- la massa: che è la quantità di materia di cui è costituito un corpo. Essa si misura
attraverso l'unità di misura chilogrammo (Kg). Bisogna fare attenzione a non
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confondere la massa con il peso in quanto quest'ultimo è la forza con la quale la terra
attrae una massa su di essa. Sulla superficie terrestre fino a 10000 m da terra, la
massa ed il peso corrispondono in quanto l'accelerazione di gravità può essere ritenuta
costante.
la densità: che è il rapporto tra la massa ed il volume di un corpo. Essa si indica con
“d” e si misura quindi in chilogrammi su metri cubi (d = kg/m 3) o con i suoi multipli o
sottomultipli. In chimica se si ha a che fare con dei gas si misura di solito in g/l e con
dei liquidi in g/ml.
la forza: è una grandezza fisica che si manifesta nell’interazione di due o più corpi
materiali, sia a livello macroscopico, sia a livello delle particelle elementari, che cambia
lo stato di quiete o di moto dei corpi stessi.
il tempo: Il tempo è la dimensione dell'universo fisico che permette di ordinare la
sequenza degli eventi che si verificano in un dato luogo.
Esso viene misurato in secondi (s) o nei suoi multipli o sottomultipli. Bisogna fare
attenzione perché il sistema di misurazione dei tempo (s, m, h) non è un sistema
decimale, ma esadecimale e cioè sessanta secondi sono uguali ad un minuto e
sessanta minuti sono uguali ad un'ora. Per cui 100 secondi corrispondono a 1.66
minuti o meglio ad 1 minuto e 40 secondi.
la temperatura: si misura in gradi per mezzo di uno strumento chiamato termometro.
Esistono tre scale di temperatura:
- Scala Celsius o centigrada: ha come valori base la temperatura di congelamento
dell'acqua (t = 0°C) e quella di ebollizione dell'acqua (t = 100°C) alla pressione di una
atmosfera. Tale intervallo di temperatura è diviso in 100 parti uguali ed ognuna di
queste parti è il grado centigrado o Celsius (°C).
- Scala Keivin o assoluta: ha come valore base la temperatura assoluta, al di sotto
della quale non è possibile andare (particelle completamente ferme), che viene posta
uguale a 0 K e corrisponde a -273.16 °C. Per quanto riguarda l'ampiezza del grado
questa corrisponde al grado Celsius. Avremo
quindi che se t = 0 K corrisponde a t = -273.16 °C,
t = 0 °C corrisponderà a t = 273.16 K; a una t (°C)
= x corrisponderà quindi una t (K) = 273.16 + x.
- Scala Fahrenheit: divide in 180 parti
l'intervallo di temperatura compreso tra la
temperatura di congelamento (t = 0 °C = 32 °F) e
quella di ebollizione (t = 100 °C = 212 °F)
dell'acqua ad 1 atmosfera di pressione per cui
come ampiezza 1 °C = 1.8 °F. I fattori di
conversione da °C a °F e viceversa sono quindi,
[t(°F) = 32 + 1.8 t(°C)] e [t(°C) = (t(°F) - 32) / 1.8]
mentre quelli da °F a K e viceversa sono: [t(°F) =
1.8 t(K) - 459.69] e [t(K) = t(°F)/1.8 + 255.38].
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