Riassunto esame Chimica inorganica, Prof. Albrizio Stefania, libro consigliato Chimica. “Un approccio molecolare”, Nivaldo

IL METODO SCIENTIFICO

Il metodo scientifico inizia con Galileo Galilei e si basa fondamentalmente sull’osservazione

dei fenomeni, che non è però sufficiente per poi sviluppare ipotesi, teorie ecc. È necessario

sicuramente fare un’ipotesi di lavoro per cercare di interpretare un certo fenomeno, ma la

cosa importante, e diciamo la rivoluzione galileiana, deriva essenzialmente dal fatto che per

poter verificare l’ipotesi è necessario preparare un esperimento e fare una verifica

sperimentale di questa ipotesi. (Senza questo punto fondamentale torniamo indietro di

migliaia di anni, ai primi filosofi, ad Aristotele fondamentalmente, che va benissimo come

filosofo, ma dal punto di vista della scienza è proprio un danno).

Ritornando all’esperimento: una volta che l’esperimento conferma l’ipotesi, si può passare a

delle leggi ed eventualmente l'insieme delle leggi può portare a una teoria unificante che deve

avere una prerogativa importante, che è quella che deve avere capacità predittive, quindi

una teoria deve essere capace di spiegare il fenomeno prima che esso avvenga (esempio: se

hai un sasso e lo lanci dalla finestra, tu sai già che fine farà quel sasso, a che velocità cadrà,

qual è la forza di impatto con la quale cadrà sul terreno, qual è la ragione e la spiegazione per

cui quel sasso cadrà e parliamo della forza gravitazionale che spiega perché il sasso fa una

determinata cosa (quindi l’ipotesi gravitazionale è quella che spiega e che predice il

fenomeno). Quindi il metodo galileiano si basa sulla verifica di un’ipotesi con uno o due

esperimenti, e come disse Einstein per la teoria della relatività sia ristretta che generale,

basta che ci sia un esperimento che contraddica l’ipotesi, che la fa automaticamente cadere.

La differenza tra una legge e una teoria è che una legge descrive i fenomeni naturali; una

teoria spiega i fenomeni. GLI STATI DELLA MATERIA

Che cos’è la materia?

La materia è tutto ciò che possiede massa e quindi occupa spazio. Chiamiamo uno specifico

tipo di materia, una sostanza che si può classificare a seconda del suo stato fisico (forma

fisica) e della sua composizione (i componenti fondamentali che la costituiscono).

Andiamo a vedere inizialmente come è classificata la materia. Essa può essere classificata in

diversi modi:

In base al suo stato di aggregazione (solido, liquido, aeriforme)

➢ in base alla sua composizione (sostanza pura o miscela)

➢

La materia solida può essere cristallina, nel qual caso i suoi atomi o molecole sono

organizzati seguendo un ordine che si ripete su lunghe distanze, o può essere amorfa, nel

caso i suoi atomi o molecole non hanno un ordine a lungo raggio. Il sale da cucina è il

diamante sono esempi di solidi cristallini. Esempi di solidi amorfi includono il vetro e plastica.

Il liquido è una via intermedia tra il solido e il gas. Le posizioni degli atomi in un liquido non

sono ben definite, non stanno in un reticolo, a meno che questo non modifichi. In un liquido

però viene conservato il volume, in quanto vi è sufficiente una attrazione cellulare

consentendo il mantenimento del volume, cosa che non avviene in un gas. Le molecole in un

liquido e le molecole si agitano continuamente, ma il volume si conserva a causa

dell’attrazione molecolare.

In un gas gli atomi molecole si distingue uniformemente in tutto il volume del recipiente. Un

recipiente che contiene un gas dobbiamo immaginarcelo come un insieme di atomi molecole

che viaggiano ad una velocità considerevole, urtando tra loro, contro le pareti del recipiente e

si distribuiscono su tutto il volume non mantenendo quindi posizioni ben definite.

Se andiamo a prendere sostanze pure queste possono essere:

Un singolo elemento della tavola periodica.

➢ Un elemento è una sostanza che non può essere scissa chimicamente in una

➢ sostanza più semplice.

SOSTANZE PURE E MISCELE

La prima divisione nella classificazione della materia è tra sostanza pura e miscela. Una

sostanza pura è fatta solo da un componente la sua composizione è invariante (non cambia

da un campione all’altro). Le componenti di una sostanza pura possono essere singoli atomi

o gruppi di atomi legati insieme. Le sostanze pure possono essere a loro volta classificate

due tipi, elementi e composti, a seconda che non possono e possano essere separate in

sostanze più semplici.

Una miscela invece è formata da due o più componenti in porzioni che possono variare da un

campione all’altro. Le miscele si possono classificare in due tipi eterogenee ed omogenee, a

seconda di quanto uniformemente le sostanze si mescolano tra di loro. La sabbia bagnata è

una miscela eterogenea, la cui composizione varia da un punto all’altro. Il tè zuccherato è

una miscela omogenea, che ha composizione uniforme. Le miscele omogenee hanno

composizione costante perché gli atomi o le molecole che lo compongono si mescolano

uniformemente. Le miscele eterogenee sono formate da fasi diverse perché gli atomi e le

molecole che le compongono non ci si distribuiscono in modo uniforme.

SEPARARE LE MISCELE

Le miscele sono separabili perché le diverse componenti hanno proprietà fisiche o chimiche

diverse. Si possono usare varie tecniche che sfruttano queste differenze ai fini della

separazione, come ad esempio è possibile separare una miscela di sabbia e acqua per

decantazione, una miscela omogenea di liquidi può essere separata per distillazione, un

processo in cui la miscela è scaldata per allontanare il liquido più volatile facilmente

vaporizzabile . Il vapore poi raffreddato in un condensatore e liquido è raccolto in un

contenitore separato. Se una miscela è composta da un solido insolubile e un liquido, questi

possono essere separati per filtrazione, versando la miscela in un imbuto su carta da filo.

TRASFORMAZIONI FISICHE E CHIMICHE E PROPRIETÀ FISICHE E CHIMICHE

Andiamo ora a valutare la differenza tra una trasformazioni fisica e una chimica. Ci sono

trasformazioni della materia in cui la composizione della stessa non cambia. Queste sono

chiamate trasformazioni fisiche, invece la composizione cambia , sono chiamate

trasformazioni chimiche. Facciamo alcuni esempi:

L’ebollizione, essa è una trasformazione fisica in quanto la composizione della materia

➢ non cambia. Semplicemente le molecole che inizialmente nel liquido si attraevano

con un’attrazione di tipo elettrostatica, tra cariche positive e negative, nello stato

aeriforme si perdono, ma non cambiano composizione.

La ruggine, si passa dal ferro all’ossido di ferro.gli atomi nell’ossido di ferro si

➢ dispongono in maniera diversa dal ferro stesso. La composizione della materia cambia

e quindi abbiamo una trasformazione chimica.

Le trasformazioni fisiche e chimiche sono spesso accompagnate da trasformazioni di energia.

Ed ecco che entra in gioco un concetto importantissimo, che quello dell’energia. L’energia si

può definire come la capacità di compiere un lavoro. Il lavoro in fisica si può definire come il

prodotto di una forza per una distanza. Esistono varie forme di energia:

L’energia cinetica dovuta al movimento

➢ L’energia termica associata alla temperatura.tale energia aumenta le vibrazioni degli

➢ atomi all’interno di solidi, liquidi o gas

L’energia potenziale è dovuta alla posizione di un oggetto oppure degli atomi all’interno

➢ di una struttura molecola o alla composizione

Energia chimica e una forma di energia potenziale che è associata alla posizione degli

➢ elettroni e dei nuclei. Vedremo che gli atomi sono costituiti da un nucleo centrale ed

elettroni che in una qualche maniera abbastanza complicata, orbitano attorno al

nucleo centrale.

Ci sono quindi diverse manifestazioni dell’energia. Una proprietà dell’energia che è sempre

vera è che questa si conserva. Essa si trasforma, da un tipo di energia all’altra. Ma la somma

dell’energie rimane costante. Questa è la legge di conservazione dell’energia. L’energia totale

si conserva, sebbene questa possa cambiare da una forma all’altra, la quantità totale rimane

costante. I sistemi ad alta energia potenziale sono instabili e tendono ad abbassare la loro

energia potenziale diventando più stabili.

LE UNITÀ DI MISURA

Gli scienziati usano il Sistema Internazionale (SI) che è basato sul sistema metrico. Sono

sette le grandezze fondamentali del sistema internazionale: il metro (l’unità della lunghezza),

il kilogrammo (l’unità della massa), il secondo (l’unità del tempo), il kelvin (l’unità della

temperatura).

La misura è una determinazione di una dimensione, capacità, quantità, questa misura si dà

da un numero che può essere esatto (non ci sono dubbi su questo numero, non ho delle

incertezze) oppure un numero approssimato (tonda ci saranno delle incertezze legate a

questo numero). Quando c’è un numero o una misura approssimata, la mia misura può

essere precisa (si riferisce a quanto sono precise tra loro una serie di misure della stessa

grandezza) o accurata (quando risulta vicina a una misura rispetto al valore vero o accettato

come vero). Esistono degli errori casuali (dipendono da variabili incontrollabili) o sistematici

(sono originati da variabili controllabili in un esperimento).

L'incertezza: Ogni misura ha un certo grado di incertezza associato ad essa (ovvero errore)

Abbiamo anche delle cifre significative: le cifre in ogni misura che sono Conosciute con

sicurezza più una cifra che approssimata

Le cifre diverse da 0 sono sempre significative 11.231errore

➢ Gli zeri iniziali non sono significativi 0.032 ( 32 cifre significative) (2 errore)

➢ Gli zeri centrali sono sempre significativi 2.0001 (cifre significative 000) (1 errore)

➢ Gli zeri finali sono significativi 32.00 significative

➢ OPERAZIONI MATEMATICHE

Le operazioni sono addizione e sottrazione, divisione e moltiplicazione. I calcoli matematici

non devono aumentare o diminuire l’incertezza nelle misure, (devono sempre guardare quelle

che ne ha di meno e non quelle che ne hanno di più)

Esempio:

6.38x2.57= 15.51766 (numero calcolatrice)= 15.5 (risposta corretta) tre cifre significative

347+2.03+23.6= 372.63 (numero calcolatrice)= 373 (risposta esatta) tre cifre significative

37.24+10.3=47.5 errore poiché tre sono le cifre significative

ARROTONDAMENTO DEI NUMERI

Se la prima cifra è minore di 5, quelle che la seguono si eliminano 62.312 diventa 62.3

➢ Se la prima cifra è maggiore di 5, le cifre in eccesso sono tutte eliminate,