La materia e l'atomo

LA MATERIA

È ogni cosa che ha massa e occupa spazio. La massa non deve essere confusa con il peso. Quest’ultimo cambia in base al luogo in cui ci troviamo. La materia si trova in 3 stati fisici: SOLIDO, LIQUIDO e AERIFORME.

Il solido è ordinato, ovvero ha una disposizione prevedibile nello spazio. I costituenti di questo stato sono distribuiti regolarmente nella spazio. Occupa un posto fisso.

Nei liquidi questo ordine manca ma poco meno ancora.

PROPRIETÀ FISICHE:

caratteristiche di una sostanza che possono essere osservate e misurate senza che si cambi la sostanza da cui è formata. Sono: punto di ebollizione, di fusione, conducibilità elettrica. Sono proprietà dovute alla struttura.

PROPRIETÀ CHIMICHE:

caratteristiche di una sostanza legate alla sua composizione e alla sua reattività rispetto ad altre sostanze. Mentre le proprietà fisiche non cambiano la struttura intrinseca della sostanza, nella reattività chimica si ha la trasformazione dei reagenti in prodotti diversi.

LA MATERIA

È ogni cosa che ha massa e occupa spazio. La massa non deve essere confusa con il peso. Quest'ultimo cambia in base al luogo in cui ci troviamo. La materia si trova in 3 stati fisici: SOLIDO, LIQUIDO e AERIFORME.

Il solido è ordinato, ovvero ha una disposizione prevedibile nello spazio. I costituenti di questo sistema sono distribuiti regolarmente nello spazio. Occupa un posto fisso.

Nei liquidi questo avviene meno, nei gas meno ancora.

PROPRIETÀ FISICHE

caratteristiche di una sostanza che possono essere osservate e misurate senza che essa cambi. (punto di ebollizione, di fusione, conducibilità elettrica sono proprietà derivate della struttura).

PROPRIETÀ CHIMICHE

caratteristiche di una sostanza legate alla sua composizione e alla sua reattività rispetto ad altre sostanze. Mentre le proprietà fisiche non cambiano, la struttura intrinseca dello stato della reattività chimica si ha la trasformazione dei reagenti in prodotti diversi.

FASE

porzioni di materia con proprietà omogenee. Ad esempio abbiamo una pentola con l'acqua. Questa è una fase liquida acquosa perché in tutti i punti l'acqua ha le stesse proprietà, come colore, conducibilità. Se prendo un pezzo di sale, questa è una fase solida perché anche in questo caso il sale ha sempre le stesse proprietà. Se aggiungo il sale all'acqua, allora si avrà una fase detta fase soluzione.

I costituenti della materia sono:

• ATOMI
• AGGREGATI (molecole, ioni, protoni)

Gli atomi sono la parte più piccola di materia, di materiale, la fase o proprietà. Si trarre di atomi con Zola: 92. Gli aggregati che si conoscono superano di poco le 15.000.000, un numero molto più piccolo di quello che si spettterebbe con l'aggregazione esistente in caso. Questo significa che da come dalla regola ben precisa nell'aggregazione. Questa regola sono legami chimici.

ELEMENTI (quelli della tavola periodica)

SOSTANZE PURE

COMPOSTI

ELEMENTI: sono costituiti da atomi dello stesso elemento. L'elio è l'elemento secondo in abbondanza nell'universo, è un gas, ma è e pericolosità. Si usa nei palloncini, nella risonanza magnetica, perché è un crioliquido, ovvero un liquido che raffreddandosi (-260°). Un ulteriore raffreddamento dell'atomico liquido, l'elio non si oppone con nessun interotto a un gas nobile. L'₂ è un altro elemento (si mette il 2 perché l'idrogeno è un aggregato con 2 atomi di idrogeo) è un gas leggerissimo, è un combustibile, forma facendo in acqua. Al contrario dell'He, tutte l'atomi di H₂ aggiungono tra essi, al metallico. Tutti gli atomi di pure si mettono insieme. I COMPOSTI: sono costituiti da molecle formate da atomi di diversi elementi (H₂O, questo: SiO₂).

H₂O è costituita da atomi di H e di O. Il poliac insor è mette.

OMO ENE (costituta da unica psc) - aria.

MISCELE: ETEROGENEE costituite da più di una psc - progetto.

L'aria è principalmente formata da azoto N₂, ossigeno O₂, ma è presente anche CO₂ anidride carbonica, H₂, H₂O e He, NO_x gas di scarico inquinanti, SO₂ anidride solforosa, anidride carbonica.

IONE: atomo o insieme di atomi con carica elettrica. Le cariche possono essere positive o negative; i positivi si chiamano cationi (Na⁺, K⁺, NH₄⁺ ione ammonio, Fe³⁺, Al³⁺, Ca²⁺), e l’elemento con carica negativa è l’anione (Fione fluoruro, I^- ioduro, SO₄^2- solfato, PO₄^3- fosfato, NO₃^- nitrato).

FORMULE CHIMICHE

Ci sono 3 modi per rappresentare un composto:

• FORMULA MINIMA O STECHIOMETRICA: indica quali elementi compongono la sostanza e in che rapporto stanno (NaCl, H₂O, H₂SO₄, CH). SE sodio è rapresent con il cloro 1 a 1, come anche l’idrogeno con l’ossigeno. Questa formula dà il rapporto numerico di proporzioni.
• FORMULA MOLECOLARE: indica la composizione della molecola (N₂O, NH₃ ammoniaca, CO₂, HNO₃ acido nitrico, CH₄ (etano). Questa formula identifica la molecola perché mi dice quanti atomi ci sono, alcune composti come NaCl, hanno la doppia formula stechiometrica e molecolare.
• FORMULA DI STRUTTURA: rappresenta la disposizione spaziale degli atomi che lo strutturano. La sostanza regge x segne x rigghez, utilizzati per convenro la disposizione degli atomi in un molecolo. Tuttuo e min che rispecuia molte ro nulla. Non sempre si riesce ad ottenere la struttura della molecola pericarità di quelle più complexe.

STATI DI AGGREGAZIONE

In funzione delle interazioni fra particelle (atomi, molecole o ioni), di cui sono costitute le sostanze, possono avere 3 stati:

• GASSOSO: un gas non ha né volume proprio né forma propria; occupa il volume del recipiente che lo contiene. A livello molecolare le interazioni tra particelle sono trascurabili; ogni particella si comporta come se fosse a sé stante. Le distanze medie che ci sono tra le particelle sono molto più grandi rispetto alla loro grandezza.
• LIQUIDO: ha volume proprio e prende la forma del recipiente che lo contiene. Le interazioni non sono più trascurabili; ma non sono così forti da immobilizzare le particelle nello spazio.
• SOLIDO: ha forma e volume proprio. Sinonimo di stato solido è ordine tridimensionale: le particelle si accodano con regolarità nello spazio. Indipendentemente dello stato di aggregazione tutte le particelle sono in continuo movimento.

STRUTTURA DELL'ATOMO

L'atomo è la più piccola particella elementare che partecipa e rimane inalterata nelle reazioni chimiche. È costituito da un nucleo e da elettroni che si muovono alla periferia del nucleo.

NUCLEO: È la parte centrale dell'atomo ed è costituito da nucleoni. Le sono di due tipi: neutroni e protoni. Si differenzia tra parte due particelle per la massa e la carica, le no[neutroni] non c'è e nei prot[o]ni è positivo.

ELETTRONI: costituiscono la parte esterna dell'atomo, quello implicata nelle reazioni chimiche. La grandezza dell'atomo è circa 10^-10 m.

RIPASSO DI ALCUNI CONCETTI:

LOGARITMO:

Data a un numero reale positivo e b un numero reale positivo allora esiste un numero reale c tale che a^c=b. C può essere ciò positivo che negativo. Il numero C si dice logaritmo in base a di b.

Il logaritmo esiste, ma non dei numeri negativi. Infatti non esiste il logaritmo di un numero inferiore o uguale a 0.

PROPRIETÀ DEI LOGARITMI:

1. Il logaritmo di un prodotto è la somma dei logaritmi: log_a(b . c) = log_ab + log_ac
2. Il logaritmo di un quoziente è la sottrazione dei logaritmi: log_a(b/c) = log_ab - log_ac
3. Il logaritmo di una potenza è il prodotto dell'esponente per il logaritmo della base: log_ab³ = 3log_ab
4. Il logaritmo di una radice è uguale al logaritmo del radicando diviso l'indice della radice: log_a√^a = log_a^a/^b

log_a1 = 0 Tutti i numeri da 0 a 1 avranno logaritmi negativi.

log_a0,1 = -2 perché 10^-2 = 0,01 I numeri maggiori di 1 hanno logaritmi positivi.

UNITÀ DI MISURA:

La misura di una grandezza fisica è data dal rapporto tra la grandezza in esame e un campione della stessa, detto come unità di misura.

La precisione di una misura descrive quante ripetute misurazioni sono in accordo l'una con l'altra. Non tutte le misurazioni infatti sono identiche; se però sono state precise, lo scarto tra una misurazione e l'altra è molto piccolo.

L'accuratezza di una misura è determinata dall'accordo tra la quantità misurata e il suo valore corretto. Quindi l'accuratezza mi dice quanto la mia misurazione si avvicina alla realtà.

Se ad esempio faccio delle misurazioni con un metro descritto, ma tutte le misurazioni sono da 7,5 m₂, vuol dire che sono stato molto preciso, ma totalmente inaccurato.

Le misure PRECISE hanno un piccolo errore casuale e sono riproducibili.

Le misure ACCURATE hanno un piccolo errore sistematico, forniscono un valore prossimo a quello vero della grandezza misurata.

L'ideale è avere una misura precisa e accurata.

Tutte le misurazioni con cui abbiamo a che fare, dette perteronitali, hanno degli errori.

TEMPERATURA: è una grandezza collegata con l'agitazione delle particelle. La temperatura ha 3 scale di misurazione:

• scala Kelvin, quella del S.I. (K), si indica con una T maiuscola. Questa scala ha lo zero voluto iniziare:

T (K) = t (°C) + 273,15 OK, lo zero assoluto è voluto -273,15

• scala Celsius detta anche centigrada, l'acqua congela a 0° e bolle a 100° C, in condizioni normali (1 atm= p)

0° C = K - 273,15

• scala Fahrenheit, in cui l'acqua congela a 32° F e bolle a 212° F con P = 1 atm.

°F = 32 + ⁹/₅ . °C

LE VARIE UNITÀ DI MISURA: Le unità di misura sono grandezze di paragone con valore unitario, rispetto alle quali vengono misurate le altre grandezze omogenee. Arbitrariamente adottata l'unità di misura a ciò che si vuole misurare.

LUNGHEZZA= metro (m)

MASSA = chilogrammo (kg)

TEMPO = secondo (s)

CORRENTE ELETTRICA= ampere (A)

TEMPERATURA = Kelvin (K)

INTENSITÀ LUMINOSA= candela (cd)

QUANTITÀ DI SOSTANZA= mole (mol)

Consente di mettere in relazione la quantità di sostanza con il numero di particelle.

PREFISSI DI MULTIPLI E SOTTOMULTIPLI:

• MULTIPLI
• yotta 10²⁴ Y
• zetta 10²¹ Z
• exa 10¹⁸ E
• peta 10¹⁵ P
• tera 10¹² T
• giga 10⁹ G
• mega 10⁶ M
• chilo 10³ k
• etto 10² h
• deca 10¹ da
• SOTTOMULTIPLI
• yocto 10^-24 y
• zepto 10^-21 z
• atto 10^-18 a
• femto 10^-15 f
• pico 10^-12 p
• nano 10^-9 n
• micro 10^-6 μ
• milli 10^-3 m
• centi 10^-2 c
• deci 10^-1 d

ENERGIA E LAVORO:

L'energia è tutto ciò che può essere trasformato in lavoro. Le unità di misura sono le stesse. L.E.S.= Joule (J)

Ci sono tre tipi di energie:

ENERGIA CINETICA: È posseduta da un corpo in movimento.

ENERGIA POTENZIALE: È posseduta da un corpo in relazione alla sua posizione in un campo di forze. Un corpo è una trasmissione in fatto ogni massa comunica la sua presenza agli altri corpi creando un campo.

Un bacino d'acqua che sta in alto, lontano dal centro della terra, ha una energia potenziale maggiore rispetto ad uno che sta in basso. ENERGIA RELATIVISTICA è dovuta all'equivalenza tra massa ed energia secondo la relazione E=mc². Un sistema cambia energia con l'amb. esterno mediante calore e/o lavoro.

IL NUCLEO: ha una dimensione molto più piccola dell'intero atomo.

Queste sono le masse che si riferiscono al protone e al neutrone isolati. Le par- ticelle che stanno nel nucleo, invece, han- no una massa leggermente più piccola.

Servono 1836 elettroni per fare la massa di un protone. Queste masse andate per sono comode. Per questo si è scelta un'unità di misura più comoda.

COME CARATTERIZZARE UN ATOMO

• NUMERO ATOMICO (Z): indica il numero di protoni presenti nel nucleo. Nella tavola periodica gli elementi sono organizzati a Z crescente.
• NUMERO (N): indica il numero di neutroni presenti nel nucleo. I neutroni rendono il nucleo stabile.
• NUMERO DI MASSA (A): A = Z + N. Indica il numero di protoni più quello dei neu- troni, quindi il numero di nucleoni presenti nel nucleo.

ISOTOPI: atomi dello stesso elemento che differiscono per il numero di neutro- ni presenti nel nucleo (¹H, ²H, ³H, ¹²C, ¹³C) ₁¹H = A-1 ciò significa che N=0, poiché Z=1 tutte onde ₁²H = A-2 ciò significa che N=1, poiché Z=1 L'è onde ₁³H = A-3 quindi N=2

Nel caso dell'idrogeno gli isotopi hanno anche nomi diversi:

• ²H: deuterio (D)
• ³H: trizio (T)

Mentre ¹H e ²H sono naturali, ³H non c'è in natura, bisogna produrlo.

In natura però ci possono essere più isotopi e questo insieme è chiamato MISCELA ISOTOPICA NATURALE. Per l’idrogeno sono 2: ¹H e ²H.

Gli isotopi non si trovano in natura nella stessa quantità. Quindi nella miscela isotopica, se ci sono 2 isotopi, non è detto che essi si trovano al 50%. Ad esempio ¹H è molto più abbondante di ²H.

NUCLIDE: ogni specie atomica caratterizzata da un definito numero di protoni e neutroni. Si rappresenta così: ₆¹²C, ₆¹³C, ₆¹⁴C.

Quindi un isotopo è un nuclide di uno stesso elemento con uguale Z, ma diverso numero di massa A.

Gli isotopi di uno stesso elemento hanno uguali proprietà chimiche.

PESO ATOMICO

Non è mai rappresentato da un numero intero. Sono però tutti numeri relativamente piccoli. Questo perché è stata scelta un'unità di misura ridotta.

La massa di ciascun nuclide infatti è stata definita in rapporto a quella di un nuclide di riferimento, scelto come base. Con porzione nuclide si è definita, al posto della massa assoluta (in kg), la massa relativa, cioè il peso atomico. Inizialmente si era scelto come elemento di riferimento l’¹H, poi si è infine scelto il carbonio 12 (¹²C). La cui massa è circa, per convenzione uguale a 12, la massa di qualche altro nuclide è rapportata a 1/12 della massa del ¹²C, quindi ogni massa è rapportata ad 1/12 la massa di ¹²C. Ad es., ¹³CO₃ significa che è 13,0033 volte il nuclide scelto come riferimento, è anche l'intero atomo di carbonio. Le coppie unità di misura scelta basta moltiplicare la massa del nuclide atomico per 1/12 del ¹²C. ^{1/12 12}C = 1,66 x 10^-27 kg. Questo valore è chiamato UNITÀ DI MASSA ATOMICA (UMA).

PESI ATOMICI RELATIVI E MEDI DEGLI ELEMENTI:

Questi numeri sono tutti frazionari. Questo perché il peso atomico che troviamo nella tavola periodica non è di un singolo nucleo, ma è la media pesata della miscela isotopica. Le medie e le pesate perché gli isotopi non hanno tutte la stessa abbondanza. Quindi il peso atomico tiene conto dell'abbondanza degli elementi.

È riportato in mai: gli isotopi non sono totalmente identificabili. Ciò significa che la miscela isotopica naturale di un elemento possa restituire da un composto ad un altro, attraverso reazioni chimiche.

₁H = 0,007825 (99,985%)    ₂H = 2,014102 (0,015%)

La massa relativa dell'elemento idrogeno è:

1,007825 x 0,99985 + 2,014102 x 0,0015 = 1,00796

Queste masse relative e medie non sono chiamate pesi atomici e non numeri puri.

PESO MOLECOLARE:

MOLECOLA: La più piccola parte di una sostanza che, conservando le proprietà chimiche e fisiche tipiche di quella della sostanza stessa, sia capace di esistenza fisica indipendente.

Il PESO MOLECOLARE è la somma dei pesi atomici degli elementi che sono contenuti in una molecola di una sostanza elementare o di un composto.

H₂O = PM = PM _H ≈ 2.1,00 + 16 = 18

Se voglio la massa in kg di H₂O basta moltiplicare per 18 l'unità di massa atomica (UMA).

LA MOLE

MOLE: quantità di sostanza che contiene tante specie chimiche elementari (atomi, molecole, ioni), quanti sono gli atomi contenuti in 12 g di nuclide ¹²C.

Questo numero di specie chimiche elementari si chiama Numero di Avogadro: N_A = 6,022169.10²³

Per definizione questo numero è costante per qualunque specie chimica ed hanno uniscono una specie elementare.