Utente:AGeremia/Sandbox/Modulo3: differenze tra le versioni
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Possiamo definire la chimica come la scienza che studia la composizione della materia e i suoi cambiamenti, ma che cos’è la materia? Tutto quello che ci circonda, le cose e i corpi, sono fatti di materia. Non è semplice dare una definizione univoca e rigorosa di questo termine, per i nostri scopi consideriamo la seguente:
<mark>'''materia''' è tutto ciò che occupa uno '''spazio''' e possiede una '''massa''', e può essere percepito con i nostri sensi.</mark>[[File:Normflasche-1.jpg|miniatura|La bottiglia si può considerare un sistema|398x398px]]▼
▲<mark>'''materia''' è tutto ciò che occupa uno '''spazio''' e possiede una '''massa''', e può essere percepito con i nostri sensi.</mark>
Per studiare le proprietà della materia si prende in considerazione di volta in volta una sua porzione delimitata, chiamata sistema.
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Se osserviamo attentamente quello che abbiamo intorno ci rendiamo conto che esistono diversi tipi di materia, che comunemente chiamiamo “materiali”, che hanno delle caratteristiche che li rendono adatti ad utilizzi particolari: per esempio usiamo il vetro per costruire un bicchiere e il legno per costruire un tavolo, non viceversa.
I materiali, e quindi la materia, a loro volta sono costituiti da una o più '''sostanze''' '''pure''' dotate di particolari proprietà che le rendono una diversa
In natura però è praticamente impossibile trovare una sostanza pura: anche l’acqua che beviamo e l’aria che respiriamo sono dei '''miscugli'''. Le sostanze pure normalmente si ottengono grazie a delle tecniche di separazione (vd. paragrafo 3.6.3) che sfruttano proprio le diverse caratteristiche fisiche delle sostanze. Nella maggior parte dei casi quelle che sembrano sostanze pure in realtà sono miscele che contengono quantità infinitamente piccole di altre sostanze, in questo caso si parla di sostanze in tracce o impurità.
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Le '''proprietà chimiche''' sono legate invece ai cambiamenti di composizione della materia. Possono essere determinate solo durante le trasformazioni chimiche, o reazioni, che alterano la composizione chimica delle sostanze coinvolte trasformandole in altre. Quando si parla di caratteristiche chimiche di fatto ci si riferisce ad un’unica caratteristica, la '''reattività''', ovvero il modo in cui la sostanza reagisce. Le proprietà chimiche delle sostanze sono '''proprietà microscopiche''', che non siamo in grado di osservare direttamente: per fare un esempio, possiamo osservare direttamente che l’acqua è un liquido trasparente incolore (proprietà fisiche) ma non siamo in grado di capire che l’acqua è costituita da idrogeno e ossigeno (proprietà chimica) solo sulla base di una semplice osservazione .
La percezione sensoriale ci consente di interpretare alcune delle proprietà della materia, ci sono dei fenomeni che riguardano delle proprietà nascoste che necessitano di altri tipi di indagine. Come spiegare, per esempio, l’apparente scomparsa dello zucchero quando viene sciolto nel caffè? O di una goccia d’inchiostro che lascio cadere in un bicchiere d’acqua? Sono
▲Fig. 3.2 - atomi di silicio visti al microscopio a effetto tunnel
Anche chi affronta lo studio della chimica per la prima volta già sa che la materia è fatta di atomi anche se non sa darne una corretta definizione o non sa citare prove della loro esistenza.
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ogni '''elemento''' è costituito da '''atomi''' di uno stesso tipo, che hanno cioè '''identiche proprietà chimiche'''.
In pratica, se immaginiamo di prendere un campione di un qualsiasi elemento chimico puro, per esempio un blocco di ferro, e di scomporlo in porzioni sempre più piccole arriveremo alla fine a una singola particella, l’atomo, che conserva tutte le proprietà chimiche dell’elemento ferro.
Gli elementi chimici in generale sono formati da atomi, alcuni (idrogeno, ossigeno, azoto, fluoro, cloro, bromo, iodio) sono costituiti da atomi legati in coppie: H<sub>2</sub> , O<sub>2</sub> , N<sub>2</sub> , F<sub>2</sub> , Cl<sub>2</sub> , Br<sub>2</sub> , I<sub>2</sub>. Il numero in basso a destra del simbolo chimico, indica il numero di atomi e viene chiamato ''indice numerico''. Due atomi, legati strettamente l’uno all’altro, formano una molecola. Altri quattro elementi esistono sotto forma di molecole più complesse. Fosforo e arsenico hanno molecole formate da quattro atomi: P<sub>4</sub> , As<sub>4</sub>. Zolfo e selenio possiedono anch’essi molecole complesse, formate da otto atomi: S<sub>8</sub> , Se<sub>8</sub>.
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* la velocità con cui si muovono le particelle dipende dalla temperatura: più è alta, più veloce sarà il movimento;
* le particelle si attraggono tra di loro mediante forze attrattive che diventano sempre più deboli passando dallo stato solido, al liquido e all’aeriforme.
* solidi, liquidi e gas differiscono per la diversa libertà di movimento che hanno le particelle: nei solidi le particelle oscillano e vibrano, intorno a delle posizioni fisse; nei liquidi le molecole sono a contatto, ma hanno maggiore libertà di movimento; infine, per i gas la libertà di movimento è massima e il moto molecolare è assolutamente disordinato.[[File:Iceberg in the Arctic with its underside exposed.jpg|miniatura|498x498px|l’acqua nei tre stati di aggregazione]]
Da questo modello possiamo dedurre che lo stato fisico delle sostanze dipende dal modo in cui le particelle si aggregano: se da un lato le particelle tendono a mantenersi in uno stato di continuo movimento dall’altro tendono a legarsi tra di loro grazie alle forze attrattive che si instaurano tra di esse. La risultante di queste due tendenze opposte determina il modo con cui le particelle si aggregano nei tre stati fisici, che proprio per questo motivo vengono anche detti '''stati di aggregazione''' della materia.
▲Pertanto:
* nello '''stato solido''' le particelle sono disposte in modo ordinato e compatto. Le forze attrattive che si instaurano tra di esse sono stabili e ne impediscono lo spostamento, per cui le particelle vibrano attorno a posizioni fisse formando un’impalcatura rigida. Questo tipo di aggregazione spiega perché un solido è caratterizzato da '''volume e forma propri e non è comprimibile'''.
* Nello '''stato liquido''' le particelle, pur essendo in stretto contatto tra di loro, sono libere di muoversi scorrendo le une sulle altre. I legami che si formano non sono stabili ma si rompono e riformano continuamente consentendo alle particelle di cambiare velocemente posizione (hanno energia sufficiente per vincere almeno in parte le forze attrattive). Per questo motivo un liquido '''non ha una forma propria''' ma la adatta al contenitore in cui è posto. '''Non è però comprimibile e ha un volume proprio'''.
* Lo '''stato aeriforme''' è quello che presenta lo stato di '''massimo disordine'''. Le particelle sono molto distanti le une dalle altre, la loro energia cinetica è così elevata che non risentono più delle reciproche forze di attrazione e sono libere di muoversi occupando tutto lo spazio a loro disposizione. Questa mancanza di aggregazione giustifica il fatto che i gas non hanno '''né volume né forma propria''' e '''sono comprimibili'''.[[File:Tre stati.png|sinistra|miniatura|562x562px|il comportamento delle particelle nei tre stati di aggregazione]]<br />fig. 3.4 – il comportamento delle particelle nei tre stati di aggregazione
'''Le caratteristiche dello stato solido'''
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