Concetti Chiave
- La materia può essere costituita da sostanze pure con composizione fissa o da miscugli con composizione variabile, che possono essere omogenei o eterogenei.
- Le sostanze pure comprendono elementi e composti, mentre i miscugli sono combinazioni di diverse sostanze che mantengono le loro proprietà individuali.
- I metodi di separazione dei miscugli includono filtrazione, centrifugazione e distillazione, ciascuno adatto a particolari differenze fisiche tra le componenti.
- L'energia si manifesta in diverse forme, tra cui cinetica e potenziale, e viene misurata in joule o calorie, con il calore specifico indicante la quantità di calore necessaria per modificare la temperatura di una sostanza.
- Le trasformazioni fisiche alterano l'aspetto ma non la composizione delle sostanze, mentre le trasformazioni chimiche comportano variazioni nella composizione chimica.
Indice
La materia
La materia è costituita da una sostanza pura o da un miscuglio
Sostanze pure
Una sostanza pura è una sostanza che ha una composizione chimica definita e proprietà misurabili che la caratterizzano.
All'insieme delle sostanze pure corrispondono gli elementi e i composti.
Un elemento è una sostanza pura non scindibile in sostanze pure più semplici. Un composto chimico è anch'esso una sostanza pura, ma è costituito da una combinazione di due o più elementi.
Ogni elemento chimico è rappresentato da un simbolo, per cui ogni composto chimico si può scrivere attraverso la combinazione dei simboli degli elementi che lo compongono; questa combinazione prende il nome di formula chimica. Ad esempio, l'acqua è un composto chimico costituito da idrogeno e ossigeno e ha la formula H2O dove H indica l'idrogeno e O l'ossigeno.
Miscugli
Un miscuglio è formato da due o più sostanze mescolate tra loro e può essere omogeneo (nel quale caso prende nome di miscela) o eterogeneo.
La differenza tra gli elementi e i composti da una parte e i miscugli dall'altra risiede nella composizione: gli elementi e i composti sono sostanze pure con una composizione fissa, i miscugli presentano una composizione variabile. In un miscuglio omogeneo la composizione è identica in ogni punto del campione. In un miscuglio eterogeneo la composizione non è identica in ogni punto.
Le proprietà fisiche della materia
Le caratteristiche attraverso cui si descrive la materia sono dette proprietà fisiche, che si possono osservare e misurare senza conoscere l'identità della sostanza.
Stati della materia
La materia si presenta in natura in varie forme o stati di aggregazione. Tutte le sostanze si possono presentare sotto forma di liquidi, solidi e aeriformi.Un solido ha un volume e una forma ben definiti. Un liquido ha un volume definito, ma assume la forma del recipiente che lo contiene. Un aeriforme non ha volume né forma definiti, ma si espande per tutto il volume del recipiente che lo contiene e ne assume quindi la forma. Ogni sostanza può passare da uno stato all'altro. I passaggi avvengono in determinate condizioni di temperatura e pressione.
Trasformazioni fisiche e chimiche
Una trasformazione fisica non è la mutazione della composizione bensì dell'aspetto. Si ha invece una trasformazione chimica quando vi sono variazioni della composizione di una sostanza.
I metodi di separazione dei miscugli
Filtrazione
La tecnica della filtrazione permette di separare sostanze che differiscono per il loro stato di aggregazione. E' infatti possibile dividere un miscuglio composto da una sostanza solida e da una liquida.
Centrifugazione
La centrifugazione è una tecnica usata talvolta al posto della filtrazione quando il miscuglio si presenta sotto forma di sospensione, cioè quando è costituito da un liquido e da particelle solide estremamente piccole. Il metodo consiste nel posizionare una provetta all'interno di una centrifuga, uno strumento che permette di far ruotare velocemente la provetta contenente il miscuglio. In questo modo la forza centrifuga costringe la parte solida e quella liquida di separarsi: la parte liquida rimane al di sopra di quella solida, che si deposita sul fondo della provetta.
Distillazione
E' possibile separare sostanze caratterizzate da una differente temperatura di ebollizione. Il miscuglio è portato a ebollizione e le sue componenti trasformate in vapore che si fa condensare portandolo nuovamente allo stato liquido, grazie al passaggio in un refrigeratore; la parte raccolta è detta distillato. Esistono due tipi di distillazione:
- Semplice, opera a temperature al di sotto dei 150° ed è utilizzata per separare un liquido da una sostanza che ha difficoltà a passare allo stato aeriforme. Un esempio è la separazione dell'acqua da un sale disciolto in essa.
- Frazionata, è invece usata quando è necessario separare un miscuglio di due o più liquidi la cui temperatura di ebollizione differisca di meno di 25°C. In questa procedura, il miscuglio è riscaldato e fatto bollire; la prima sostanza a passare allo stato aeriforme è quella caratterizzata da una temperatura di ebollizione inferiore a quella delle altre sostanze presenti; le altre sostanze evaporano successivamente a temperature via via crescenti. Esempi di prodotti ottenuti sono la grappa, il brady, il rum e la vodka.
L'energia
L'energia è la capacità di un corpo di compiere lavoro o di produrre calore.
Energia cinetica ed energia potenziale
L'energia potenziale è quella immagazzinata in un corpo a seguito della sua posizione nello spazio e delle sue caratteristiche chimiche. L'energia cinetica è associata a un corpo in movimento: traslazione del baricentro, rotazione, oscillazione, movimento degli atomi e delle molecole.
Forme di energia e unità di misura
Il calore, o energia termica, è l'energia che fluisce da un copro più caldo a un altro più freddo. E' una forma di energia strettamente legata al moto delle particelle che costituiscono un corpo: più veloci si muovono, maggiore è il calore o l'energia termica della sostanza.
L'unita di misura dell'energia e del lavoro è il joule, cioè una quantità di energia molto piccola.
Un'altra unità di misura è la caloria. E'definita come la quantità di energia (o calore) necessaria per far aumentare da 14,5°C a 15,5°C la temperatura di 1g d'acqua.
Il calore specifico
Ogni sostanza può assorbire o cedere calore. Per farlo, alcune sostanze hanno bisogno di assorbire più calore rispetto ad altre per raggiungere la stessa temperatura. Il calore specifico rappresenta dunque la quantità di calore necessaria per fare aumentare di 1°C la temperatura di 1g di una sostanza.
Gli scambi di calore si misurano con il calorimetro.
Domande da interrogazione
- Qual è la differenza principale tra sostanze pure e miscugli?
- Come si distinguono i diversi stati della materia?
- Quali sono i metodi principali per separare i miscugli?
- Che cos'è l'energia cinetica e come si differenzia dall'energia potenziale?
- Come si misura il calore specifico di una sostanza?
Le sostanze pure hanno una composizione chimica definita e proprietà misurabili, mentre i miscugli sono formati da due o più sostanze mescolate con una composizione variabile.
I diversi stati della materia si distinguono per le loro caratteristiche fisiche: i solidi hanno volume e forma definiti, i liquidi hanno volume definito ma forma variabile, e gli aeriformi non hanno né volume né forma definiti.
I metodi principali per separare i miscugli includono la filtrazione, la centrifugazione e la distillazione, ciascuno adatto a specifiche caratteristiche del miscuglio.
L'energia cinetica è associata al movimento di un corpo, mentre l'energia potenziale è immagazzinata in un corpo a causa della sua posizione o delle sue caratteristiche chimiche.
Il calore specifico si misura come la quantità di calore necessaria per aumentare di 1°C la temperatura di 1g di una sostanza, utilizzando un calorimetro.
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