Chimica generale e inorganica

Capitolo 2

Un è una porzione delimitata di materia (qualsiasi cosa occupa uno spazio e ha una massa). La

sistema

materia può esistere in tre stati sici, detti solido, liquido e gassoso.

stati di aggregazione della materia:

Il solido ha volume proprio, forma propria e una densità alta; il liquido ha volume proprio, assume la forma

del recipiente che lo contiene e ha densità media; il gas occupa tutto il volume disponibile, assume la forma

del recipiente e ha una densità bassa.

Le particelle che costituiscono il solido sono tenute insieme in un reticolo rigido e ben de nito, le particelle in

un liquido non sono sse nella loro posizione, ma sono libere di muoversi all’interno del volume del liquido,

le particelle in un gas tendono ad essere molto distanti tra loro e si muovono rapidamente all’interno del

volume del gas.

I processi chimici e sici vengono osservati a livello macroscopico. La chimica studia la struttura della materia

a livello microscopico o particellare degli atomi e delle molecole, studiando come gli atomi si uniscono tra

loro per formare le molecole. Per rappresentare atomi e molecole si utilizzano dei modelli in cui piccole sfere

rappresentano gli atomi. Poi si conducono esperimenti macroscopici, ma le considerazioni chimiche si fanno

a livello particellare. I risultati vengono tradotti come simboli e come modelli che rappresentano gli elementi

e i composti coinvolti.

La materia può essere suddivisa in e Le sostanze pure hanno caratteristiche e

sostanze pure miscele.

composizioni costanti. Le miscele sono sistemi formati da due o più sostanze (es. aria). Nelle miscele le

sostanze componenti si trovano mescolate insieme senza essere combinate chimicamente.

Le miscele possono essere o

omogenee eterogenee:

• miscela eterogenea non è uniforme da punto a punto, essendo costituita da componenti chimicamente

de niti e da fasi sicamente distinguibili.

• una soluzione è una miscela omogenea, ovvero uniforme da punto a punto, di due o più componenti, dei

quali il componente più abbondante è il solvente, mentre quelli meno abbondanti sono i soluti.

Esempio:

Miscela eterogenea: zucchero, sabbia, limatura di ferro e polvere d’oro. I componenti non possono essere

distinti alla vista. Un magnete può essere utilizzato per separare la limatura di ferro dalla miscela.

Miscela omogenea: soluzione di zucchero (C H O ) in acqua. In chimica il solvente più comune è l’acqua,

12 22 11

in questo caso si parla di soluzione acquosa (aq).

Metodi di separazione di miscele

si usa per separare materiali solidi da una miscela liquida per mezzo di ltri di carta. La carta

Filtrazione:

• da ltro è disponibile in una vasta gamma di dimensione dei pori, no a 2,5 x 10 m (utilizzata per

-8

rimuovere batteri ad esempio da liquidi come birra in lattina, latte a lunga conservazione, acqua in

bottiglia, i più piccoli batteri hanno dimensioni di circa 1 x 10 m di diametro).

-7

si usa per separare miscele eterogenee di liquidi e/o solidi aventi densità diverse.

Centrifugazione:

• per es. lo zucchero può essere recuperato dalla soluzione per evaporazione e dell’acqua,

Evaporazione:

• processo che lascia nel contenitore cristalli di zucchero. Il sale è recuperato dall’acqua marina su scala

commerciale mediante evaporazione dell’acqua.

si usa per separare un liquido da una soluzione in cui sia disciolto un solido. Il liquido è il

Distillazione:

• solo componente volatile, cioè che evapora facilmente. Se una soluzione contiene due o più componenti

volatili (es. acqua ed etanolo) questi possono essere separati sfruttando la diversa volatilità (diversi punti di

ebollizione) dei componenti di miscele liquide. Minore è la temperatura di ebollizione maggiore è la

volatilità. Il processo di separazione di una soluzione costituita da due o più componenti volatili è chiamato

distillazione frazionata.

fi fi fi fi fi fi fi fi fi

Elementi e atomi

È possibile isolare da una miscela una o più sostanze pure. La maggior parte di queste sostanze può subire

una trasformazione chimica e produrre sostanze più semplici.

Una sostanza che non può essere scomposta in sostanze più semplici è chiamata Gli elementi

elemento.

sono costituiti da un solo tipo di atomo.

L’atomo è la particella più piccola di un elemento che conservi le proprietà chimiche caratteristiche

dell’elemento stesso.

Composti e molecole

Una sostanza pura che può essere suddivisa in due o più elementi, ossia costituita da due o più elementi

tenuti insieme da un legame chimico, è chiamato composto.

Sebbene siano conosciuti solo circa 120 elementi, ad oggi sono noti più di 20 milioni di composti. Quando gli

elementi diventano parte di un composto, le loro proprietà originarie sono sostituite dalle proprietà

caratteristiche del composto. La composizione di qualsiasi composto è rappresentata dalla sua formula

chimica (es. H O).

2

I composti sono costituiti da le più piccole unità discrete che conservano la composizione e le

molecole,

caratteristiche chimiche del composto.

Elementi

Circa 90 elementi dei 120 si trovano in natura (più in forma di composti, raramente nella forma elementare).

I rimanenti sono stati sintetizzati in laboratorio.

Il 99.99% delle sostanze conosciute sono formate da circa 40 elementi, gli altri 80 sono piuttosto rari.

Gli elementi vengono indicati mediante sigle chiamate simboli chimici.

Elementi arti ciali, non esistenti in natura: tecnezio (Tc), plutonio (PU) e americio (Am) furono prodotti nel

XX secolo usando tecniche della sica moderna.

Composizione elementare della super cie terrestre, includendo crosta terrestre, oceani e atmosfera

e sono gli elementi più abbondanti sulla Terra, sono i costituenti principali di sabbia, terra

Ossigeno silicio

e rocce. L’ossigeno si trova anche come elemento libero nell’atmosfera e in combinazione con l’idrogeno

nell’acqua.

Il nucleo terrestre si pensa sia costituito essenzialmente da ferro.

Composizione elementare del corpo umano

Solo 10 elementi costituiscono il 99% della massa totale del corpo umano.

Poiché circa il 70% della massa del corpo umano è costituito da acqua, ne consegue che gran parte di questa

massa è costituita da e

ossigeno idrogeno.

Gli elementi possono essere divisi in due grandi classi:

1. Metalli

• Lucenti

• Buoni conduttori di calore ed elettricità

• Duttili (possono essere ridotti in li)

• Malleabili (possono essere trasformati in lamine)

• Tutti i metalli sono solidi a temperatura ambiente (20° C) ad eccezione del mercurio che è un liquido

lucido argenteo (argento vivo)

2. Non metalli

• Variamente colorati

• Più della metà gassosi, gli altri sono solidi ad eccezione del bromo che è liquido a temperatura ambiente

(20° C)

• Cattivi conduttori di calore ed elettricità

• Né duttili né malleabili

fi fi fi fi

Idrogeno, azoto, ossigeno, uoro, cloro, bromo e iodio esistono in natura come unità costituite da due atomi

uniti insieme. Un’unità costituita da due o più atomi uniti insieme si chiama Una molecola

molecola.

composta da due soli atomi è chiamata Queste sette sostanze sono classi cate come

molecola biatomica.

perché le loro molecole sono costituite da atomi identici.

elementi

L’atomo e la sua storia

La materia è formata da particella microscopiche, gli atomi.

•