Misure e grandezze (Chimica)

Chimica

La chimica studia la struttura, la composizione, le proprietà della materia, le sue trasformazioni e le leggi che le governano. La chimica si divide in:

• Chimica generale: studia la struttura dell’atomo e del legame chimico;
• Chimica inorganica: studia sistematicamente tutti gli elementi chimici;
• Chimica organica: è la chimica dei derivati del carbonio;
• Chimica analitica: studia i metodi per individuare i singoli componenti di una miscela o di un composto e per determinarne le relative quantità;
• Chimica fisica: studia da un punto di vista fisico alcuni aspetti della chimica generale quali l'atomistica, la termochimica, la radioattività.

La materia

La materia: tutto ciò che ha massa e dimensioni ed è soggetto alla forza di gravità

Unità didattica 1: misure e grandezze

Siccome alla base dello studio della chimica e della fisica c’è l’esperimento, è importante sapere come condurre l’esperimento e come presentare i risultati nella maniera corretta. Effettuare e riportare correttamente le misure è una delle applicazioni più interessanti e utili della matematica. Le attività di misurazione richiedono la padronanza di un certo numero di concetti di geometria piana e solida e delle principali operazioni numeriche, come vedremo nei paragrafi finali di questa unità didattica.

Avrai sicuramente misurato con la bilancia il tuo peso oppure la tua altezza col metro, quindi sai come effettuare una misura di una proprietà di un corpo. Le basi concettuali della misura, che ti consentiranno di usare i sistemi di misura, gli strumenti e le tecniche, le conquisterai attraverso la diretta esperienza, comparando gli oggetti, contando le unità e facendo i collegamenti giusti fra i concetti spaziali e il numero.

Un altro principio base della scienza è il presupposto che ogni esperimento che tu fai possa essere verificato da altri ricercatori, prima di essere accettato dalla comunità scientifica internazionale. Per convalidare gli esperimenti tuoi o di altri ricercatori è necessario che si raggiunga un accordo sulle unità di misura delle grandezze, come imparerai leggendo i paragrafi seguenti.

Il metodo sperimentale

Durante lo studio di questa disciplina sperimentale esaminerai parti limitate di materia. La parte più piccola di un materiale, sottoposta a indagine sperimentale, si denomina corpo, sistema oppure oggetto. Le tre parole sono intercambiabili e potrai usarle liberamente a seconda del contesto sperimentale.

I corpi e gli oggetti che puoi vedere e toccare sono chiamati macroscopici. Ma esistono altri oggetti e corpi, infinitamente più piccoli, che denomini microscopici. Gli esperimenti hanno dimostrato che tutti gli oggetti macroscopici che ti circondano, compresi i pianeti e le stelle, sono fatti di oggetti microscopici che chiami atomi e molecole. Perché gli atomi si mettono insieme per formare le molecole? Perché le molecole si aggregano per formare i corpi macroscopici? Secondo Aristotele (300 avanti Cristo) "Essi (gli atomi) si muovono nel vuoto e, urtandosi a vicenda, si respingono; alcuni rinculano in tutte le possibili direzioni, altri si agganciano l’un l’altro in vari modi,... e restano attaccati; così si giunge alla creazione di cose complesse".

Il grande sviluppo delle scienze sperimentali deriva, essenzialmente, dalla capacità di effettuare misure sempre più accurate e di interpretare i fatti accertati sperimentalmente. Misurare significa conoscere, sostengono gli scienziati. L’affermazione, tuttavia, ha senso soltanto se si stabiliscono regole precise, cioè si stabiliscono le unità di misura e le relative metodologie per raccogliere e analizzare i dati sperimentali.

Osservazione

L’osservazione serve a inquadrare il fenomeno che si vuole studiare e a raccogliere informazioni al suo riguardo.

Misurazione

La misurazione con l’uso di strumenti rende le osservazioni più precise e utili alle ricerche. Non basta dire, per esempio, "l’acqua è calda", ma occorre stabilire "quanto è calda" usando il termometro per misurarne la temperatura in quel determinato momento.

Registrazione dei dati

I dati raccolti durante la ricerca vengono ordinati in tabelle ed eventualmente rappresentati utilizzando i grafici più opportuni. Tabelle e grafici sono importanti perché permettono un più agevole confronto con altri dati ottenuti in precedenza dallo stesso ricercatore o da altri.

Formulazione di un’ipotesi

Sulla base delle osservazioni e dei dati raccolti è possibile farsi un’idea del fenomeno studiato e cercare di darne una spiegazione, cioè formulare un’ipotesi.

Verifica sperimentale

(Realizzazione di un esperimento) L’esperimento costituisce la parte più importante del metodo sperimentale. Per verificare la fondatezza dell’ipotesi occorre progettarne uno. Se il risultato non conferma l’ipotesi, è necessario formulare un’ipotesi diversa dalla precedente e progettare un altro esperimento che possa convalidarla.

Formulazione di una teoria

Sulla base dei risultati dell’esperimento, si giunge a formulare una teoria. La teoria rimane valida fino a quando non viene messa in discussione dai risultati di altri esperimenti.

Il Sistema Internazionale di misura

I numeri che userai in fisica e in chimica derivano spesso da un esperimento di misura. Per questo motivo utilizzerai le quantità dimensionate cioè i numeri che moltiplicano un’unità di misura:

• 35 m rappresenta una lunghezza
• 35 kg rappresenta una massa
• 35 m³ rappresenta un volume
• 335 è un numero puro

Lo stesso numero, moltiplicato per unità diverse di misura, ha un significato differente. Allorquando misuri una grandezza determini il rapporto della grandezza esaminata rispetto a una specificata unità di misura. Per esempio, nel misurare la lunghezza di un tavolo trovi il numero di metri che, messi accanto l’uno all’altro...