Proprietà fisiche - Liceo Scientifico Rodolico

Proprietà fisiche delle
sostanze
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DI COSA SI OCCUPA LA CHIMICA?
studio della composizione e della struttura della
materia (sostanze) e delle sue trasformazioni
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Ma chi ha paura della chimica ?
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LE PROPRIETA’ DELLA MATERIA
MASSA
PESO
misura la quantità di materia di un
corpo e si misura in Kg
UM (SI)= Kg
forza con cui il corpo è attratto
dalla terra per la forza di
gravità e si misura in Newton
UM (SI)=N
N. B.
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La MASSA di un corpo è costante in ogni luogo,
ma il PESO varia con la posizione del corpo,
essendo dipendente dall’accelerazione di gravità
LA DENSITA’
Due oggetti che occupano lo stesso volume hanno
masse diverse quando la materia di cui sono
costituiti è diversa
Cubo di legno
Cubo di ferro
La densità è il rapporto tra la massa ed il volume
di un corpo: d = m / V e corrisponde alla massa
contenuta in un volume unitario.
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Grandezze Intensive ed Estensive
Proprieta’ che dipendono dalla
quantita’ di materia sono
chiamate Estensive come
lunghezza, volume, massa e
peso
Proprieta’ indipendenti dalla
quantita’ di materia sono
chiamate Intensive come la
temperatura e la densità
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Cosa e’ la Temperatura?
Qualitativamente, e’ la proprieta’ di un oggetto
che determina la sensazione di caldo o di
freddo quando lo tocchiamo.
E’ quella grandezza … che viene misurata con
un termometro.
E’ una misura dell’energia cinetica media molecolare.
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Cosa e’ la Temperatura?
…due persone diverse possono definire “caldo” o
“freddo” lo stesso oggetto
… tuttavia saranno entrambe concordi nel ritenere
che l’acqua bollente è piu’ calda del ghiaccio.
Possiamo rendere quantitativa questa
osservazione, cercando una proprieta’ fisica che
varia in modo regolare passando dal freddo al
caldo
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Cos’è il Calore ?
Passa da un corpo a
temperatura maggiore ad
un corpo a temperatura
minore…
Dipende dalla quantità di
materia che viene
coinvolta
Il calore specifico è la
quantità di energia
assorbita o ceduta da 1
g di materiale durante un
aumento o diminuzione
di temperatura di 1°C
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Scale di Temperatura
Punto di
ebollizione
Fahrenheit
212
180°
Punto di
congelamento
32
Celsius
100
100°
0
Kelvin
373.15
100°
273.15
1 kelvin = 1 grado Celsius
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In chimica si usano dei modelli
La realta’ e’ spesso troppo complessa per poter essere
studiata in modo semplice, preciso e accurato.
Gli scienziati ricorrono a delle semplificazioni, a volte
drastiche, in modo però da mantenere sempre le
caratteristiche salienti del fenomeno da studiare
Una teoria scientifica
deve essere la più
semplice possibile...
ma non troppo
semplice
(A. Einstein)
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Cosa sono i modelli
Un modello e’ una costruzione teorica che cerca di
catturare, piu’ o meno fedelmente, uno o piu’
aspetti di un fenomeno
Un modello semplifica, diminuisce la complessita’ di
un fenomeno, aiuta a capire, ma approssima
Scegliere un modello “corretto” è difficile.
Complessita’
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13
Modelli in Chimica
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La capacità di astrazione
L’astrazione e’ una semplificazione di qualche aspetto
di un fenomeno o di un problema, che ci permette di
concentrarsi sugli aspetti salienti e non sui dettagli
• Una rappresentazione di qualche cosa
• Spesso meno dettagliata dell’originale
• Nasconde o elimina informazioni poco o non rilevanti
• Può essere difficile da capire senza una adeguato
allenamento
Il colore di un missile e’ irrilevante per calcolare
la sua traiettoria
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Astrazione
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Astrazione e Modelli
Il sole è, in prima approssimazione, un recipiente
pieno di un Gas .
Un cavallo da corsa è, in prima approssimazione,
una sfera.
Un bicchiere d’acqua (liquida) NON è, neanche in
prima approssimazione, assimilabile ad un gas.

Si devono trascurare i dettagli insignificanti, o
trascurabili... ma solo quelli.

Un modello È NECESSARIO!!!
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Sistema, Ambiente e Universo
Nello studio di un fenomeno, si cerca di isolare
la ‘zona di spazio’ dove avviene il fenomeno
da quello che la circonda.
Universo
SISTEMA
+
Sistema
AMBIENTE
=
Ambiente
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UNIVERSO
Sistemi in chimica
Vari tipi di sistemi utilizzati in Chimica:
Isolato
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Chiuso
Aperto
MATERIA
MISCUGLIO
MISCUGLIO
OMOGENEO
•
•
•
•
•
•
SOSTANZA PURA
MISCUGLIO
ETEROGENEO
COMPOSTO
ELEMENTO
Elemento: una sostanza pura che non può essere scomposta in sostanze più
semplici.
Composto: una sostanza pura che può essere scomposta in sostanze piu’ semplici.
Sistema puro: sistema costituito da una sola sostanza.
Miscuglio: unione di due o piu’ sostanze che con il loro contatto non producono
una reazione chimica.
Miscuglio omogeneo: miscuglio i cui componenti non sono piu’ distinguibili e che
si presenta in una fase.
Miscuglio eterogeneo: miscuglio i cui componenti sono facilmente distinguibili e
che è costituito da due o piu’ fasi.
Miscele , elementi e composti
Miscela eterogenea
Zolfo ferro
Elementi:
P bianco, S, Carbonio, Br, I
Composti:
NaCl, CuSO4, NiCl2, K2Cr2O7, CoCl2
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I composti hanno proprietà molto diverse da
quelle degli elementi da cui derivano.
CLORO
Cl2
SODIO
Na
SODALITE
Na4Al3Si3O12Cl
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CLORURO DI
SODIO
NaCl
SILVERITE
KCl
Composti dello stesso tipo di atomi possono
avere proprietà anche molto diverse
Nera
Tenera
Sfaldabile
Buon
conduttore di
calore ed
elettricità
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“Tutti i diamanti del mondo si
stanno trasformando in mine per
matite”
Incolore
Trasparente
Duro
Isolante
Si possono produrre diamanti sintetici
sottoponendo la grafite a P e T elevate.
La maggior parte delle sostanze presenti sulla terra sono
utili all’uomo. Molte sostanze devono essere raffinate e
talvolta convertite in altri materiali piu’ utili.
ALLUMINIO
BAUXITE
Il riciclaggio del Al
permette di risparmiare
il 95% di energia
GLI ELEMENTI
• Gli elementi non possono essere scomposti,
con metodi chimici, in sostanze più semplici.
• Sono costituiti da atomi della stessa specie e
sono raggruppati nella tavola periodica.
• L’atomo è la più piccola parte di un elemento,
con cui esso può entrare a far parte di un
composto.
N. B.
Gli atomi di uno stesso elemento non sono tutti
uguali (differenze di massa), si può solo dire che
sono della stessa specie.
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LE MOLECOLE
L’atomo di un elemento NON conserva le proprietà
chimiche e fisiche dell’elemento e NON è mai capace di
esistere libero (a parte i gas nobili aventi molecola
monoatomica).
INFATTI…
La più piccola parte di un elemento capace di esistenza
fisica indipendente è la MOLECOLA che è formata da due
o più atomi e che conserva le proprietà chimiche e gran
parte di quelle fisiche dell’elemento.
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I COMPOSTI
• I composti sono formati da due o più elementi
legati in rapporto fisso e costante, scomponibili per
mezzo di processi chimici.
• Le molecole dei composti sono formate sempre da almeno
due atomi diversi.
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LE MISCELE
• Sono porzioni di materia costituita da due o più sostanze
pure mescolate in rapporti variabili. Possono essere
omogenee o soluzioni ed eterogenee o miscugli.
OMOGENEE o
SOLUZIONI
di elementi
di composti
di elementi+composti
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ETEROGENEE
o MISCUGLI
(eterogenei)
MISCUGLI
• Porzioni di materia non omogenea,
formate da due o più individui chimici
presenti in rapporti variabili (sabbia,
farina, latte, globuli rossi, globuli
bianchi,…)
• Sono separabili nei diversi
componenti con operazioni
meccaniche
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Esempi:
i fumi (solidi in gas)
le nebbie (liquidi in gas)
le emulsioni (liquidi in
liquidi)
le spugne (gas in solidi)
le schiume (gas in liquidi)
LE FASI
Per fase si intende ciascuna delle parti fisicamente
omogenee che costituiscono un sistema eterogeneo.
In un sistema:
• tutti i componenti gassosi
formano un’unica fase
• i componenti allo stato liquido
possono formare un’unica fase se
miscibili (soluzione) o più fasi se
immiscibili
• i componenti solidi formano più
fasi a meno che non si tratti di
soluzioni solide (gioielli, ghisa,…)
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MISCUGLI ETEROGENEI
1.
Nei miscugli eterogenei, i
componenti mantengono le
proprie caratteristiche e ciò
permette di individuarli anche se
sono ben mescolati. Ad esempio
un miscuglio di sale fino e pepe
macinato.
2.
I componenti di un miscuglio
eterogeneo possono essere
mescolati nelle più diverse
quantità e proporzioni.
3.
I componenti di un miscuglio
eterogeneo possono essere
separati mantenendo immutate le
loro proprietà.
4.
Le proprietà del miscuglio
possono risultare diverse nelle
diverse porzioni del miscuglio
stesso.
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MISCUGLI ETEROGENEI
Ad esempio il latte sembra un
miscuglio omogeneo e
l’aggettivo “omogeneizzato”
che compare talvolta sulle
confezioni contribuisce a
dare l’impressione che sia
così. In realtà se osservato
al microscopio, mostra
distintamente i globuli di
grasso immersi nel liquido.
Nel latte omogeneizzato
questi globuli sono molto
piccoli, in quello appena
munto sono molto più grandi
e tendono a raccogliersi in
superficie formando la
panna.
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MISCUGLI ETEROGENEI
Il sistema acqua + olio rappresenta un
miscuglio eterogeneo a due fasi. Le
particelle delle due sostanze attirano
solamente le particelle di ugual tipo e
non si attirano tra di loro; questo
provoca la separazione del sistema in
due differenti fasi, quella acquosa sotto
e quella oleosa sopra. Nelle due
differenti fasi il sistema ha
evidentemente diverse proprietà.
Nel caso dei miscugli eterogenei le porzioni
di materia che si interpongono sono
sempre più o meno grossolane ed è
quindi sempre possibile a occhio nudo
o al massimo tramite l'utilizzo di un
microscopio ottico riconoscere i
componenti di partenza.
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LE SOLUZIONI
Miscele omogenee di due o più specie chimiche (solide, liquide
o gassose) le cui proporzioni possono variare con continuità
entro un campo definito di valori.
Si distinguono un
SOLVENTE (fase disperdente) e
almeno un SOLUTO (fase dispersa)
Es.: soluzione acquosa di sale da cucina (NaCl)
varia con continuità
soluzione satura (limite superiore del campo definito) ad
una certa T
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LE SOLUZIONI
 Ad esempio la COCA COLA
è una soluzione in cui sono
presenti
 SOLUTI SOLIDI (zucchero,
caffeina, caramello),
 LIQUIDI (acido
ortofosforico) e
 GASSOSI (soprattutto
anidride carbonica).
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SOLUZIONI
 Gli sciroppi per preparare le
granite, ad esempio, sono
soluzioni acquose in cui il
soluto principale, lo
zucchero, è un solido.
 Ammoniaca e acido cloridrico,
che vengono usati in soluzione
acquosa, sono dei gas.
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