Introduzione alla chimica

TEMPERATURA

Grandezza intensiva che fornisce la misura di quanto un corpo sia caldo o freddo, è associata alla misura quantitativa della tendenza relativa del calore a lasciare un oggetto. Una temperatura più alta indica una maggiore tendenza del calore ad abbandonare l'oggetto. Lo strumento utilizzato per misurare la temperatura è il termometro, che contiene una sostanza le cui proprietà variano in maniera riproducibile al variare della temperatura.

Le scale di temperatura sono stabilite assegnando le temperature a due sistemi di riferimento. La scala Celsius (°C) assegna il valore zero al punto di congelamento dell'acqua pura (0°C) e 100 al suo punto di ebollizione (100°C). La scala Kelvin (K) assegna lo zero alla temperatura più bassa che si può raggiungere, ovvero lo zero assoluto (-273,15°C). L'unità di misura della scala Kelvin è il Kelvin e tutte le temperature sono positive. La scala Fahrenheit (°F) è un'altra scala termometrica utilizzata principalmente negli Stati Uniti.

Per convertire tra le diverse scale termometriche, si utilizzano le seguenti formule:
T(K) = t(°C) + 273,15
T(°C) = T(K) - 273,15
t(°C) = (5/9)(t(°F) - 32)

[t(°F) - 32,0]

PROPRIETÀ ESTENSIVE ED INTENSIVE

Le grandezze che descrivono le proprietà della materia sono:

Grandezze/proprietà estensive, dipendono dalla quantità di sostanza:

• Massa
• Volume

Grandezze/proprietà intensive, non dipendono dalla quantità di sostanza:

• Temperatura
• Pressione
• Densità

DENSITÀ

Proprietà fisica (possono essere osservate e misurate senza variare la composizione di una sostanza), è un esempio di proprietà espressa in unità derivate

DENSITà = rapporto tra massa e volume:

d = m / V

Unità di misura = kg / m

In chimica sono usate g / cm o g / m

La densità di una sostanza dipende dalla temperatura

La densità per la maggior parte delle sostanze decresce al crescere della temperatura, in quanto il volume della maggior parte delle sostanze aumenta all’aumentare della temperatura.

ENERGIA, LAVORO E CALORE

LAVORO = prodotto della forza per lo

spostamentoL = F s

Unità di misura = joule (J = N m), calorie (1 cal = 4,186 J)

CALORE = trasferimento di energia tra due corpi che si trovano inizialmente a temperature diverse

ENERGIA = capacità di un corpo di compiere un lavoro e trasferire calore

È possibile distinguere l'energia in:

Energia cinetica = energia associata al movimento di un oggetto

E = 1/2 m V

Energia potenziale = energia immagazzinata da un oggetto associata alla sua posizione

relativamente ad un punto di riferimento

E = m g h

costante di accelerazione gravitazionale = 9,81 m/s^2

Unità di misura = joule (J)

1 J = 1 N m = 1 kg m/s^2 (N = kg m/s^2)

LEGGE DI CONSERVAZIONE DELL'ENERGIA

Durante una trasformazione, l'energia non è né creata né distrutta.

L'energia può essere convertita da una forma all'altra o trasferita da un sistema all'altro, ma la quantità totale dell'energia non subisce cambiamenti.

legge di

conservazione dell'energia = la somma dell'energia cinetica e dell'energia potenziale di un oggetto in volo è costante. E = E + E = costante-POTENZA Velocità alla quale l'energia è prodotta o consumata Unità di misura = watt (1 W = 1 J s ) I consumi elettrici sono espressi in unità di kilowattora (kWh). energia consumata da un'apparecchiatura di un kilowatt che funziona per un'ora. MISURE: ACCURATEZZA E PRECISIONE Accuratezza = accordo tra misura e il valore vero per quella quantità. • Espressa mediante l'errore percentuale: Errore percentuale = (valore medio - valore vero) / valore vero * 100 Valore vero = Valore più accurato realmente conosciuto in base alle migliori conoscenze dello sperimentatore Precisione = indica quanto sono in accordo tra di loro diverse determinazioni della stessa quantità. • Espressa mediante la deviazione standard. Una misura può essere accurata e non precisa, e

viceversa.

DEVIATIONE STANDARD

La misura può essere accompagnata da due tipi di errore:

• Errori sistematici (es. a causa di strumenti malfunzionanti)
• Errori casuali, dovute a cause sconosciute che non possono essere controllate dall'operatore

Un modo per valutare gli errori casuali è calcolare la deviazione standard:

Radice quadrata della somma dei quadrati delle differenze fra ogni misura e il valore medio, diviso per il numero delle misure meno uno.

Valore vero della densità dell'acqua a 25°C e alla pressione di 1 atm: 1,00 g/mL

1. dati accurati e precisi
2. dati accurati ma meno precisi
3. dati precisi ma non accurati
4. dati né accurati né precisi

CIFRE SIGNIFICATIVE

PRECISIONE = indicata dal numero di cifre significative che sono le cifre effettivamente osservate con lo strumento di misura (L'ultima cifra destra è considerata non precisa) (Se non specificato, bisogna assegnare un'incertezza pari a 1 all'ultima cifra).

Il risultato di una misura sperimentale deve fornire tre tipi di informazioni:

1. unità di misura
2. un numero che indica quante volte l'unità di misura è contenuta nella grandezza in esame
3. deve essere fornita la precisione con la quale la misura è stata effettuata:

Es. 2.265 g (4 cifre significative)

Es. 2.265 g ± 0.001 (incertezza pari a 1 sull'ultima cifra significativa).

REGOLE PER DETERMINARE IL NUMERO DI CIFRE SIGNIFICATIVE

1. Tutte le cifre diverse da zero e tutti gli zeri compresi tra queste cifre sono cifre significative.

Es. 4023 mL (4 cifre significative)

2. Gli zeri terminali, a destra di una cifra decimale sono cifre significative.

Es. 2,200 g (4 cifre significative)

3. Gli zeri che compaiono a sinistra della prima cifra significativa nei numeri decimali (utilizzati solo per stabilire la posizione della virgola) non sono significativi.

Es. 0,0013 (2 cifre significative).

4. Gli zeri terminali possono essere o no cifre significative, a meno che non siano specificati.

significative. Un'utile regola empirica è verificare se scompaiono quando viene utilizzata la notazione scientifica. Es. 13000.5. I numeri che possono essere contati esattamente e i fattori di conversione (es. 1 m = 100 cm) sono considerati numeri esatti. Non c'è alcun limite alla precisione di un numero esatto e questo non segue le regole per le cifre significative, ovvero un numero esatto ha infinite cifre significative.

COME USARE LE CIFRE SIGNIFICATIVE NEI CALCOLI

Regola 1. Addizioni e sottrazioni

• Il risultato non deve essere espresso con un numero di cifre decimali maggiore di quelle presenti nel numero, addizionato o sottratto, avente il minor numero di cifre decimali

Regola 2. Moltiplicazioni e divisioni

• Il numero di cifre significative nel risultato è definito dalla quantità con il minor numero di cifre significative.

Regola 3. Arrotondamenti

• L'ultima cifra da conservare viene aumentata di 1 solo se la cifra seguente è

5 o maggiore.

NOTAZIONE ESPONENZIALE O SCIENTIFICA = rappresentazione di un numero come multiplo di una potenza in base 10.

N x 10^L

L'esponente n è:

• positivo se il numero è più grande di 1
• negativo se è inferiore a 1

Sommare e sottrarre numeri in notazione scientifica

Convertirli prima nelle stessa potenza di 10

Prodotto di numeri espressi in notazione scientifica

Gli esponenti vengono sommati algebricamente