Comprendere gli elementi: dalla materia ai composti chimici

Gli elementi sono sostanze che non possono essere ulteriormente decomposte con i mezzi chimici ordinari. Tutta la materia dell'Universo è costituita da 104 elementi; circa una ventina di questi si trovano allo stato libero, altri sono allo stato di combinazione e costituiscono la crosta terrestre.

Elementi naturali e scoperti

I primi 92 elementi, che vanno dall'idrogeno all'uranio, sono chiamati elementi naturali e costituiscono gli elementi nati prima dell'era atomica; gli altri 12 elementi sono stati scoperti nell'ultimo quarto di secolo (plutonio, americio, californio, berchelio, fermio, mendelevio, ecc)
Gli elementi possono essere suddivisi in due grandi categorie: quella dei metalli e quella dei non metalli.
I metalli sono elementi che riflettono il calore e la luce, splendono come l'argento, trasmettono bene il calore e l'elettricità. Alcuni sono duttili e possono essere tirati in fili, o malleabili e possono essere laminati sottilmente: così l'oro, l'argento, il rame, ecc..... Unico metallo liquido è il mercurio. I metalli si dividono in metalli leggeri, se hanno una densità inferiore a 5, e metalli pesanti, se la densità super 5.

Quali sono le caratteristiche dei non metalli?

I non metalli sono elementi che non hanno queste caratteristiche, sono cattivi conduttori del calore e dell'elettricità; non possono essere trafilati perché sono fragili: lo zolfo ne è un esempio. Alcuni, come lo Iodio, il fosforo, il carbonio, si presentano allo stadio solido, se esaminati a temperatura dell'ambiente, il bromo è allo stato liquido; altri, anche a temperatura ambiente, sono allo stato gassoso come l'ossigeno, l'azoto, il cloro, ecc.....

tale distinzione però non è netta, perché esistono elementi che presentano caratteristiche intermedie tra le due categorie, come per esempio l'arsenico e l'antimonio. Questi elementi vengono denominati semimetalli.

Simboli chimici

Per rappresentare i vari elementi usiamo i cosiddetti simboli chimici, che sono costituiti dalla prima lettera del nome dell'elemento. Ossigeno O, Carbonio C, Fluoro F.

Spesso si usa la prima lettera del nome latino dell'elemento: H idrogeno, N azoto, K potassio, ecc.....siccome le lettere non bastavano, per alcuni elementi si usano le prime lettere del nome:Cl Cloro, Ca Calcio, Cu rame; come si vede la seconda lettera è sempre minuscolo, per evitare che si confondano con i composti (es. CO = ossido di carbonio).

Composti e miscugli

Due o più elementi possono unirsi e rimanere o combinati chimicamente o semplicemente mescolati meccanicamente. Nel primo caso si è formato un composto chimico, in cui gli elementi sono uniti – con un legame di tipo particolare – in proporzioni ben definite, nel secondo caso si è preparato un miscuglio, i cui rapporti in peso tra i costituenti possono variare ampiamente.
La caratteristica principale dei composti è quella di contenere sempre gli stessi elementi in unione chimica e presenti sempre nelle stesse proporzioni, cioè in proporzioni costanti di peso. Un esempio è dato dall'acqua distillata, che è un composto chimico e contiene sempre 11,19% parti in peso di idrogeno e 88,81% parti in peso di ossigeno.

Proprietà dei miscugli

La caratteristica dei miscugli è quella di non avere composizioni costante e di consentire la facile separazione dei costituenti, che rimangono inalterati chimicamente.
Un esempio è dato dalla polvere sottilissima di zolfo, chiamata anche “fior di zolfo” che, aggiunta e mescolata intimamente alla limatura di ferro, forma una miscela.

Tale unione può essere fatta in tutti i rapporti tra zolfo e ferro. Con l'aiuto di una buona calamita possiamo separare completamente il ferro dallo zolfo, i quali conservano la loro individualità chimica, sia nella miscela che separati: situazione che non si verifica per l'acqua. La miscela di zolfo e ferro è una miscela eterogenea perché, esaminata attentamente, non ha aspetto uniforme. Miscele omogenee sono per es., le soluzioni o le miscele di elementi gassosi; sono chiamate così perché presentano aspetto uniforme. Nelle miscele eterogenee gli stati fisici di aggregazione, che sono ben individuabili e separabili, costituiscono le fasi. Gli individui chimici che compongono le miscele costituiscono i componenti.

Fasi delle miscele

Così, nella miscela eterogenea zolfo – ferro abbiamo due fasi solide e due componenti, nella miscela omogenea formata dalla soluzione acquosa di zucchero abbiamo una fase liquida e due componenti. In quest'ultimo caso, se consideriamo anche l'aria soprastante la soluzione, abbiamo una miscela eterogenea, i cui componenti sono azoto, ossigeno, altri gas, acqua e saccarosio, distribuiti in due fasi, una gassosa ed una liquida. A seconda delle fasi, le miscele eterogenee possono prendere diversi nomi, come risulta dallo schema seguente, nel quale la prima fase è in minore quantità ed è distribuita nella seconda:

solido in un gas → fumo

liquido in un gas → nebbia

gas in un liquido → schiuma

gas in un solido → occlusione

liquido in un liquido → emulsione

solido in un liquido → sospensione

Legge delle proporzioni definite

Gli esempi illustrati mostrano che, per formare un composto, gli elementi si uniscono tra loro in rapporti definiti di peso. Tale osservazione, estesa a tutti i composti chimici, condusse alla legge delle proporzioni definite, enunciato dal chimico francese Giuseppe Luigi Proust (1755 – 1826), la quale stabilisce che : ogni composto chimico ha un composizione in peso definita e costante.