Fondamenti della Fisica

Il pH e la concentrazione di ioni

H+logaritmo della concentrazione di ioni (protoni) cambiato di segno: cioè pH = -log10[H+], [H+] H+ H+dove è la concentrazione di ioni espressa in moli per litro. Siccome gli ioni+),si legano alle molecole d'acqua per formare ioni idronio (H3O il pH è anche espresso infunzione della concentrazione di questi ioni.+ (OH-Nell'acqua pura a 22 °C, gli ioni H3O e ossidrile ) esistono in uguali quantità; la10-7concentrazione di ogni specie è moli/litro, cosicché il pH dell'acqua pura è -log(10-7), 107,ossia il log cioè 7. Se si aggiunge un acido all'acqua, tuttavia, si forma un+, 10-6 10-1eccesso di ioni H3O la cui concentrazione può variare fra e moli/litro, aseconda della forza e della quantità di acido. Per questo motivo, le soluzioni acide hannopH variabile fra 6 (per un acido debole) e 1 (per un acido forte). Al contrario, una+ OH-soluzione basica ha bassa concentrazione di ioni H3O e un

eccesso di ioni , diconseguenza il pH varia fra 8 (per basi deboli) e 14 (per basi forti).

Il pH di una soluzione può essere misurato tramite titolazione, che consiste nellaneutralizzazione di un acido (o di una base) con una quantità misurata di base (o diacido) a concentrazione nota, in presenza di un indicatore (composto il cui coloredipende dal pH). Il pH di una soluzione può anche essere determinato direttamentemisurando il potenziale elettrico che insorge su elettrodi particolari immersi in soluzione.

Il pH è un parametro che serve alla misurazione del grado di acidità di una soluzione. Tale valore varia nell'intervallo che va da 0 a 14 e, man mano che aumenta, diminuisce ilgrado di acidità in favore di quello di basicità. Viceversa man mano che diminuisce,aumenta il grado di acidità diminuendo quello di basicità.

Soluzione Valore del pH

Succo gastrico 1 - 2

Succo di limone 2 - 3

Vino 3 - 4

Latte 6

• 7Sangue 7
• 8Soluzione di bicarbonato 8
• 9Sapone da bagno 10
• 11Ammoniaca domestica 12 - 13
• I SaliSali Composti chimici ottenibili miscelando quantità equivalenti di un acido e di una base.
• Si formano secondo la generica reazione: Acido + Base → Sale + Acqua
• Ad esempio, per reazione di una molecola di acido cloridrico con una di idrossido di sodio si forma una molecola di cloruro di sodio, e dalla reazione si libera anche una molecola di acqua: HCl + NaOH → NaCl + H2O
• Per reazione di un acido con una base, presi in quantità tale che il numero di idrogeni acidi dell'acido sia pari a quello di ioni idrossido della base, si ottiene un sale neutro: Al(OH)3 + H3PO4 → AlPO4 + 3H2O
• Se l'acido è poliprotico, si forma un sale acido chiamato anche idrogenosale: H2CO3 + NaOH → NaHCO3 + H2O
• Se invece la base è polidrossilica si ottiene un sale basico: Fe(OH)3 + HCl → Fe(OH)2Cl + H2O
• La nomenclatura dei sali segue la

forte in soluzioneacquosa si idrolizza e dà reazione acida;

un sale proveniente dalla reazione di una base forte con un acido debole in soluzioneacquosa si idrolizza e dà reazione basica;

un sale proveniente dalla reazione di una base debole con un acido debole in soluzioneacquosa si idrolizza e dà reazione acida, neutra o basica, secondo che l'acido sia meno debole, ugualmente debole o più debole della base;

un sale proveniente dalla reazione di una base forte con un acido forte in soluzioneacquosa non si idrolizza e la sua soluzione è neutra.

Nome scientifico Nome comune Formula

Cloruro di sodio Sale da cucina NaCI

Carbonato di calcio Marmo CaCO3

Carbonato di sodio Soda Na2CO3

Solfuro di Mercurio Pirite FeS3

Struttura degli atomi

Il primo scienziato ad ipotizzare l'esistenza degli atomi fu J. Dalton, il quale formulò la sua teoria atomica riprendendo le antiche idee di Democrito. Dalton, supponendo che gli atomi fossero particelle

indivisibili e approfondendone lo studio, dedusse le seguenti tesi:

1. L'atomo è il più piccolo costituente di un elemento;
2. Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali fra loro;
3. Atomi di diversi elementi si combinano tra loro per formare i composti;
4. Durante una reazione chimica gli atomi conservano le loro proprietà.

Dalton immaginava che l'atomo avesse forma sferica, che fosse solido ed indivisibile. Durante un esperimento scoprì che facendo passare della corrente elettrica attraverso un gas, questi emetteva delle particelle cariche sia positivamente sia negativamente. Agli inizi del 1900 i fisici Rutherford e Bohr formularono un nuovo modello di atomo, nel quale vie erano cariche negative, gli elettroni, disposti attorno ad una parte centrale, il nucleo; le cariche positive, dette protoni, erano disposte nel nucleo assieme ad altri elementi privi di carica, i neutroni. L'ultima versione riconosciuta scientificamente risale al 1926 con il modello

A nuvola elettronica. Tutte le particelle presenti in un atomo sono definite molecole subatomiche; il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico ed è indicato con la lettera Z. La somma del numero dei protoni e del numero dei neutroni è detto numero di massa ed è espresso dalla lettera A.

Modello con nuvola elettronica. Tutte le particelle presenti in un atomo sono definite molecole subatomiche; il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è detto numero atomico ed è indicato con la lettera Z. La somma del numero di protoni e del numero di neutroni è detta numero di massa ed è espresso dalla lettera A.

Gli elettroni in un atomo sono distribuiti secondo livelli di energia e la loro disposizione attorno al nucleo rappresenta una nuvola elettronica. Gli elettroni che hanno energia più bassa sono i più vicini al nucleo, mentre quelli che hanno energia più alta sono più lontani.

Il primo modello energetico può contenere al massimo due elettroni; il secondo e il terzo possono contenerne al massimo otto. Questo tipo di configurazione è quella che conferisce una maggiore stabilità energetica all'intero sistema atomico. All'aumentare del numero di elettroni, questi si distribuiscono su orbitali esterni sempre più complessi.

I corpi solidi, struttura e proprietà meccaniche

Un corpo solido propriamente detto è un corpo a struttura cristallina. In alcune sostanze, quali il sale da cucina e lo zucchero, la struttura cristallina è bene evidente anche a occhio nudo. In altre, come i metalli, essa non è visibile ad occhio nudo; tuttavia se si pulisce la superficie di un metallo con un opportuno agente chimico, l'osservazione al microscopio mostra il metallo come una massa di piccolissimi cristalli le cui dimensioni sono di qualche milionesimo di centimetro.

I cristalli sono corpi solidi limitati da superfici.

naturali piane. Lo studio ai raggi X ha mostrato che i cristalli sono sistemi comprendenti un grandissimo numero di atomi disposti nello spazio secondo un reticolo che può essere complicato ma che è comunque sempre regolare. I cristalli sono corpi anisotropi; in essi le proprietà fisiche (dilatabilità, conducibilità termica, conducibilità elettrica, ecc.) dipendono dalla direzione. Esistono poi corpi i quali, per quanto presentano molte particolarità di comportamento simili a quelle dei solidi, non hanno una struttura cristallina. Questi corpi detti amorfi, vanno spesso considerati come fluidi dotati di elevata viscosità (esempio sono il vetro o la pece).

Nella meccanica si è introdotto il concetto di corpo rigido, ossia di un corpo assolutamente indeformabile. In natura però non esistono corpi del genere poiché qualunque materiale soggetto a sollecitazioni esterne (forze) si deforma sempre, per quanto essa è

L'intensità della sollecitazione arriva al limite di rottura: a questo punto il corpo si rompe.

I limiti di elasticità e di rottura sono elementi caratteristici di ogni materiale; essi servono a definire le proprietà meccaniche dei materiali stessi.

I materiali possono essere classificati come:

• Elastici, se hanno elevato limite di elasticità (la gomma elastica);
• Tenaci, se hanno elevato limite di rottura (alluminio, ottone);
• Fragili, se il loro limite di elasticità coincide con quello di rottura (vetro, ghisa);
• Duttili, se possono essere facilmente ridotti a fili sottili (rame, platino, alluminio);
• Malleabili, se possono essere facilmente ridotti in fogli (oro);
• Plastici, se in essi manca praticamente la fase elastica e quindi ogni loro deformazione è permanente (piombo).

Vi sono infine materiali in cui alcune delle precedenti caratteristiche possono coesistere.

ACUSTICA

Facendo cadere un sassolino sulla super