1. Miscugli e soluzioni 2. Fenomeni fisici e fenomeni chimici 3

Fenomeni fisici e chimici
modello atomico
Miscugli e soluzioni
Gli elementi e i composti
Miscugli e soluzioni
I legami chimici e la valenza
Cerchiamo di vincere quella “chemiofobia” …
Nei giornali la CHIMICA fa notizia solo
quando si parla di
disastri ecologici
inquinamento
e sofisticazioni…
…per il prosciutto di Parma
“Purezza sì, Chimica no”!
(tratto dalla pubblicità
del prodotto!)
Fotosintesi
6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2
Materie plastiche
Farmaci
Fertilizzanti
…..
Indice
I fenomeni fisici
Un cubetto di ghiaccio, tolto dal congelatore, fonde.
Cambia, da solido a liquido, lo stato di aggregazione della sostanza H2O.
Però le molecole di H2O restano immutate:
se alla fine rimettete l’acqua nel freezer, si riformerà il cubetto di ghiaccio iniziale.
Questo è un esempio di fenomeno fisico.
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I fenomeni chimici
Versate qualche cucchiaino
di bicarbonato di sodio
in un palloncino sgonfio.
Poi incappucciate con il palloncino
una bottiglietta in cui avete versato
un po’ di aceto.
Infine sollevate il palloncino, così
che il bicarbonato cada nell’aceto.
Che cosa succederà?
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I fenomeni chimici
Si formerà una schiuma ribollente
e il palloncino inizierà a gonfiarsi.
Sta avvenendo una reazione
chimica: l’aceto e il bicarbonato,
mescolandosi, si trasformano
in sostanze diverse.
Il palloncino si gonfia perché
dentro la bottiglietta si produce
un gas che prima non c’era.
dal palloncino si è fatto cadere
bicarbonato dentro l’aceto
contenuto nella bottiglietta
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Fenomeni fisici e fenomeni chimici
Se la costituzione della
materia non cambia,
si parla di fenomeni fisici.
Se la costituzione della materia
invece cambia, si parla
di fenomeni chimici.
I fenomeni fisici di solito sono
reversibili: dai risultati si può
tornare al punto di partenza.
I fenomeni chimici di solito sono
irreversibili: dai risultati non si può
tornare al punto di partenza.
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Come è fatto l’atomo? da pagina 73 Voluma A
• Ogni atomo ha un nucleo
Z=1
centrale intorno a cui orbitano
elettroni.
• Il nucleo è fatto
di protoni e neutroni.
• Il numero dei protoni
Z=2
Z=6
nel nucleo è chiamato
numero atomico
e si indica con la lettera Z.
• Il numero atomico Z
Le proprietà chimiche di un elemento
dipendono dal numero atomico Z
dei suoi atomi.
è uguale al numero degli
elettroni che orbitano intorno
al nucleo: perciò ogni atomo
è elettricamente neutro.
Tavola periodica degli elementi
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Come è fatto l’atomo? (2)
Gli elettroni negli atomi non possono
assumere una posizione qualsiasi:
devono muoversi all’interno
di una serie di «gusci» concentrici,
un po’ come gli strati di una cipolla.
Inoltre ogni guscio può ospitare
un numero massimo di elettroni:
primo guscio: al massimo 2 elettroni;
secondo guscio: al massimo 8 elettroni;
terzo guscio: al massimo 8 elettroni.
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Come è fatto l’atomo? (3)
Quando un guscio elettronico si riempie, gli elettroni iniziano a occupare
il guscio successivo.
ei due atomi più semplici
N
gli elettroni occupano
il guscio più interno.
ell’atomo di neon
N
il secondo guscio
elettronico è
completamente
occupato.
’atomo di sodio
L
ha un elettrone
nel terzo guscio.
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Come è fatto l’atomo? (4)
Questi tre atomi stanno nella stessa colonna della tabella di Mendeleev,
dunque hanno proprietà chimiche molto simili tra loro.
Quale caratteristica hanno in comune i tre atomi di Be, Mg e Ca?
Ciascuno dei tre atomi ha due elettroni nel guscio elettronico più esterno.
Dunque le proprietà chimiche di un elemento sono determinate
dal numero degli elettroni nel guscio più esterno dei suoi atomi.
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Elementi e composti chimici
l’acqua è una
sostanza
composta
H2O
Fe
Esistono tanti tipi diversi di
atomi, ciascuno dei quali
rappresenta un particolare
elemento chimico.
• Un elemento è formato
da atomi tutti identici
tra loro.
Fe
il ferro è una sostanza semplice
• Un composto contiene
una particolare
combinazione di atomi
di tipo diverso.
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Le miscele
…da pagina 84 volume A
La materia è formata da tante
sostanze, ciascuna composta
da un particolare tipo di atomi
o molecole.
In natura è raro incontrare una
sostanza allo stato puro.
Di solito le sostanze sono
mescolate tra loro in forma di
miscele, che possono essere:
• solide (esempio: le rocce);
• liquide (esempio: le bibite);
• aeriformi (esempio: l’aria).
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I miscugli
Mescolate in un piatto un po’ di sabbia
con un po’ di limatura di ferro.
Avrete così un miscuglio,
o miscela eterogenea.
Le due sostanze si possono
di nuovo separare facilmente:
basta usare una calamita.
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Le soluzioni
Se invece mescolate l’acqua e il sale,
non riuscirete più a distinguerli.
Ora avete una soluzione,
o miscela omogenea.
Se però riscaldate la soluzione,
l’acqua evapora e resta il sale.
cristalli di sale
Per separare le sostanze che formano
una soluzione, bisogna dunque
utilizzare i cambiamenti di stato.
acqua e sale
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Miscugli e soluzioni
Indice
Il volume dei miscugli è minore della somma dei volumi di partenza
Versate in un contenitore
70 ml d’acqua
e in un altro contenitore
30 ml di sabbia.
Poi versate l’acqua nel contenitore della sabbia:
il miscuglio ha un volume totale di 85-90 ml.
Dove è finito il volume mancante?
Il volume mancante è quello che all’inizio
era occupato dall’aria tra i granelli della sabbia.
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Il volume dei miscugli è minore della somma dei volumi di partenza
Ciò che abbiamo visto per la
sabbia accade con qualsiasi
solido poroso, cioè pieno di
«buchi» o pori.
Per esempio, se immergiamo
questa spugna nel bicchier
d’acqua, certamente lo farà
traboccare, no?
E invece no!
Anche qui la ragione è che
l’acqua va a occupare tutti i
buchi della spugna che prima
erano occupati dall’aria.
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Solventi e soluti
Nelle soluzioni si chiama:
• solvente la sostanza
che è presente
in quantità maggiore;
• soluto la sostanza che
è presente in quantità
minore.
Esempio:
nell’acqua zuccherata
l’acqua è il solvente e
lo zucchero è il soluto.
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Sostanze che formano e che non formano soluzioni
Versate insieme acqua e olio:
vedrete che formano un
miscuglio, ma si rifiutano
di entrare in soluzione;
l’olio resta in superficie.
olio
acqua
e colorante
l’acqua e l’olio non si mescolano
Se lasciate cadere nell’olio
gocce di colorante
(a base d’acqua),
per la stessa ragione vedrete
che le gocce non si sciolgono.
Se però spingete le gocce
in basso, appena arrivano
a contatto con l’acqua
esse subito formano
una soluzione colorata.
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Le emulsioni
Se agitate con un
cucchiaio un miscuglio
di acqua e olio,
otterrete un’emulsione:
tantissime goccioline di
olio rimangono sospese
nell’acqua.
acqua e olio
latte
Anche il latte
è un’emulsione.
Infatti il latte è formato
da piccolissime
particelle di grasso
sospese in un liquido
simile all’acqua.
Indice
Esempi di soluzioni allo stato solido, liquido e aeriforme
i
l vino è una soluzione tra due liquidi:
il solvente è l’acqua mentre l’alcol etilico
è il soluto (la concentrazione dell’alcol
può variare tra il 10% e il 15%)
na bevanda gassata
u
è una soluzione tra
liquidi e aeriformi:
alla bibita è mescolato
un po’ di diossido di
carbonio (anidride
carbonica), il gas che
forma le «bollicine»
l
’aria che respiriamo è un esempio di
soluzione di gas in gas: l’azoto è il
solvente mentre il soluto è l’ossigeno
(al 20% circa), con tracce di altri gas
l
e leghe metalliche sono soluzioni tra solidi;
per esempio nel bronzo delle statue il solvente
è il rame e il soluto è un altro metallo, lo stagno
(con una concentrazione intorno al 10-20%)
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La concentrazione di una soluzione
Si chiama concentrazione
di una soluzione il rapporto
tra la massa del soluto
e la massa totale della
soluzione (oppure tra il volume
del soluto e il volume totale
La concentrazione si esprime
in percentuale.
della soluzione).
è pari al 20%.
Se per esempio sciogliete in acqua 20 ml
di sale ottenendo 100 ml di acqua salata,
allora la concentrazione della soluzione
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Le soluzioni sature
Se continuate ad aggiungere
sale a una soluzione in acqua,
vedrete che a un certo punto
il sale non si scioglie più.
Il sale ora precipita
in forma solida
al fondo del contenitore.
La soluzione è diventata satura.
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Come si possono classificare gli elementi chimici?
Nel 1870 Mendeleev trovò un buon metodo: la tabella (o tavola) periodica.
• In ogni riga gli elementi sono ordinati in base alla loro massa atomica.
• Ogni colonna (o gruppo) contiene elementi con proprietà chimiche molto
simili tra loro.
Così in ogni riga si ripete, da sinistra verso destra, la stessa sequenza di
proprietà chimiche; perciò le righe della tabella sono chiamate periodi.
Indice
La tabella periodica si è rivelata un’ottima classificazione degli elementi.
In particolare, Mendeleev aveva lasciato nella tabella alcuni spazi vuoti…
… infatti era convinto che le caselle con lo sfondo azzurro
dovessero corrispondere a elementi chimici con proprietà ben precise,
che non erano ancora stati scoperti.
Ebbene, quei nuovi elementi chimici sono stati poi scoperti davvero, e
si è trovato che essi hanno proprio le caratteristiche previste da Mendeleev!
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I legami chimici
Il sodio (Z = 11) e il cloro (Z = 17) si uniscono
e formano il cloruro di sodio (sale da cucina).
Perché tra questi due atomi si
forma un legame chimico?
Il sodio ha due gusci completi più
un elettrone nel terzo guscio.
Il cloro ha tre gusci quasi completi:
gli manca soltanto un elettrone
per completare il terzo guscio.
Gli atomi cercano sempre di completare il guscio elettronico più esterno.
I legami chimici si formano quando gli atomi
cedono, acquistano o mettono in comune i propri elettroni
in modo tale da completare il proprio guscio elettronico più esterno.
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Come si forma un legame ionico tra gli atomi?
Si chiama ione un atomo che ha acquistato o perduto uno o più elettroni
(e perciò non è più elettricamente neutro, ma ha una carica negativa o positiva)
il sodio cede un elettrone al cloro

i due ioni con carica opposta si attraggono

si forma il legame ionico del cloruro di sodio

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Come si forma un legame covalente tra gli atomi?
ue atomi di idrogeno si legano mettendo
D
in comune il loro elettrone: entrambi così
completano il primo guscio elettronico.
ella molecola dell'acqua ci sono due legami
N
covalenti tra idrogeno e ossigeno. Tutti gli atomi
così completano il loro guscio più esterno.
In questo caso gli atomi, per completare il proprio guscio elettronico più esterno,
mettono in comune alcuni elettroni e li condividono.
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I metalli e il legame metallico
I metalli tendono a cedere
i loro elettroni più esterni,
diventando così ioni positivi.
Gli ioni positivi sono circondati
da una nube di elettroni liberi.
Si chiama legame metallico
l’attrazione di tipo elettrico
che tiene insieme
gli ioni positivi e
la nube di elettroni.
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La valenza è il numero degli elettroni che un atomo può cedere, acquistare
o condividere per completare il proprio guscio elettronico più esterno.
valenza 1
valenza 2
valenza 3
valenza 4
il litio tende a
cedere l’unico
elettrone che ha
nel guscio esterno
il berillio tende a
cedere i 2 elettroni
che ha nel guscio
esterno
il boro tende a
cedere i 3 elettroni
che ha nel guscio
esterno
il carbonio tende ad
acquistare 4 elettroni
per completare il
guscio esterno
valenza 3
valenza 2
valenza 1
valenza 0
Quali tra questi atomi
tendono a cedere
e quali invece
tendono ad
acquistare elettroni?
l’azoto tende ad
acquistare 3 elettroni
per completare il
guscio esterno
l’ossigeno tende ad
acquistare 2 elettroni
per completare il
guscio esterno
il fluoro tende ad
acquistare 1 elettrone
per completare il
guscio esterno
il neon ha il guscio
esterno completo;
non cede né
acquista elettroni
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I gas inerti (o nobili)
Gli elementi del gruppo VIII della tavola periodica sono gassosi
e hanno tutti il guscio elettronico più esterno completo.
Dunque la loro valenza è 0 e non formano legami chimici;
per questa ragione sono chiamati gas inerti.