Utente:AGeremia/Sandbox: differenze tra le versioni

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La materia può essere formata da '''sostanze pure''' (o brevemente: sostanze) o '''miscugli''' di sostanze pure.
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=== Sostanze pure ===
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A differenza delle sostanze pure i miscugli non hanno delle caratteristiche ben definite: ad esempio sappiamo che l’acqua pura solidifica a 0° C ma qual è la temperatura di congelamento dell’acqua salata? Non c’è una risposta univoca, la temperatura varia in dipendenza della composizione della miscela di acqua e sale.
 
'''I miscugli possono essere omogenei o eterogenei'''
'''I miscugli possono essere omogenei o eterogenei'''. Che cosa significa? Per capire meglio questo concetto partiamo da alcune semplici osservazioni che possiamo fare nella vita di tutti i giorni. Cosa succede versando olio in un bicchiere che contiene acqua? I due liquidi tendono a stratificarsi restando separati: l’olio si porta in superficie, l’acqua rimane nella parte inferiore. Anche un cubetto di ghiaccio aggiunto ad un bicchiere d’acqua galleggia in superficie. Se consideriamo il sistema contenuto nel bicchiere, nel caso dell’acqua e olio diciamo che il sistema è costituito da due fasi liquide, nel caso di acqua e ghiaccio da una fase liquida e una fase solida.
 
Un bicchiere con olio e acqua rappresenta un sistema a due fasi (tre se si considera anche il vetro)
 
Una '''fase''' è una porzione di un sistema '''delimitata e fisicamente distinguibile''' che presenta le proprietà intensive uniformi in ogni sua parte.
 
In altri termini, possiamo avere due fasi quando due sostanze diverse sono nello stesso stato fisico (acqua e olio) o quando la stessa sostanza è presente in due stati fisici diversi (in questo caso il sistema è fisicamente eterogeneo ma chimicamente omogeneo, si tratta della stessa sostanza).
 
Un '''sistema''' è fisicamente '''omogeneo''' quando presenta '''un’unica fase''', ad esempio un bicchiere d’acqua, mentre è '''eterogeneo''' quando è costituito da '''due o più fasi''': un bicchiere d’acqua frizzante è costituito da due fasi, quella liquida dell’acqua e quella gassosa delle bollicine di diossido di carbonio (CO<sub>2</sub>). Se aggiungiamo anche un cubetto di ghiaccio le fasi diventano tre. In questo caso abbiamo a che fare con un miscuglio, perché sono presenti due diverse sostanze.
 
I miscugli dal punto di vista chimico sono sempre eterogenei in quanto formati da più sostanze. Dal punto di vista fisico:
 
un '''miscuglio è omogeneo''' se si presenta in '''un’unica fase'''.
 
In pratica, un miscuglio è omogeneo quando le sostanze che lo costituiscono si mescolano in modo così uniforme che non sono distinguibili neanche al microscopio. Questo tipi di miscugli vengono anche detti '''soluzioni'''. L’acqua del mare è un esempio di miscuglio omogeneo.
 
I miscugli omogenei, essendo formati da un’unica fase fisica, hanno le stesse proprietà intensive (densità, colore, punto di fusione,...) in ogni loro parte.
 
Un '''miscuglio è eterogeneo''' se si presenta in due o più '''fasi facilmente distinguibili'''.
 
Le sostanze che costituiscono un miscuglio eterogeneo sono distinguibili a occhio nudo o con l’ausilio di un microscopio; in questi miscugli le proprietà intensive sono diverse in ogni punto (ogni componente del miscuglio rappresenta una fase del sistema che conserva le proprie caratteristiche). Alcuni miscugli eterogenei sono chiaramente distinguibili, come nel caso dell’acqua e olio, altre volte bisogna ricorrere ad un microscopio per osservare le caratteristiche non uniformi. Il latte è un tipico esempio di miscuglio che a prima vista sembra omogeneo ma in realtà non lo è: se ne osserviamo una goccia al microscopio si notano piccole goccioline di grasso immerse in un liquido trasparente.
 
==== Miscugli eterogenei ====
I miscugli eterogenei possono presentare aspetti assai diversi al variare dello stato di aggregazione dei costituenti.
 
La seguente tabella illustra alcuni esempi comuni di miscugli eterogenei
{| class="wikitable"
|+
!
!Solido
!Liquido
!Aeriforme
|-
|Solido
|Granito (formato da vari tipi di minerali) - Terreno (vari tipi di materiali)
|Acqua e sabbia (sospensione)
|Fumo (gas e particelle carboniose)
|-
|Liquido
|
|Acqua e olio (emulsione, se ben mescolati)
|Nebbia/nuvola (aria e goccioline d'acqua)
Schiuma
|-
|Aeriforme
|
|Acqua gasata (nel momento in cui si vedono le bollicine)
|
|}
 
* '''miscuglio omogeneo (soluzione)''': è un miscuglio in cui '''non''' si distinguono più le componenti del miscuglio. Vengono anche dette '''soluzioni''': ad es. zucchero (o sale) sciolto in acqua, il the, le bevande, le leghe metalliche, l'aria (miscuglio di vari gas)
* '''miscuglio eterogeneo''': è un miscuglio in cui si distinguono (al limite al microscopio) le componenti del miscuglio: ad es. acqua e sabbia, il granito, il fumo.
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File:SaltInWaterSolutionLiquid.jpg|Una soluzione di acqua e sale (quando il sale sarà sciolto)
File:Mayonnaise (1).jpg|La maionese è una emulsione tra sostanze liquide
File:Beer Mythos Chania.jpg|La birra è una soluzione di acqua, alcol ed altri aromi (la schiuma però è un miscuglio eterogeneo!)
File:Defense.gov photo essay 100506-N-6070S-346.jpg|Fumo generato dalla combustione di idrocarburi
File:Bronze horse Louvre Br90.jpg|Il bronzo è una lega, cioè una soluzione solida di rame e stagno
File:Clouds and blue sky in Russia. IMG 012.jpg|L'aria è una soluzione di gas, le nuvole sono un miscuglio eterogeneo di aria e goccioline d'acqua
File:Biotite Granite - Igneous Rock.jpg|Il granito è un miscuglio eterogeneo di vari minerali
File:Defense.gov photo essay 100506-N-6070S-346.jpg|Il fumo è un miscuglio eterogeneo di aria e polveri solide
File:Foam - big.jpg|Schiuma: un miscuglio eterogeneo tra liquido e gas
File:Nebel in der Region Rhön 01386.jpg|La nebbia è come una nuvola a bassa quota
File:Granite Yosemite P1160483.jpg|Il granito è un miscuglio eterogeneo tra solidi
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=== Miscugli omogenei ===
Abbiamo visto che i '''miscugli omogenei''' sono caratterizzati da un'unica fase fisica. Essi vengono denominati comunemente '''soluzioni'''. Le soluzioni hanno un’enorme importanza: sono soluzioni l’aria che respiriamo, l’acqua che beviamo, molti liquidi biologici.
 
In una soluzione la sostanza più abbondante è detta '''solvente''', quelle meno abbondanti '''soluti'''
 
Il sale si scioglie bene nell'acqua
 
Se i componenti di una soluzione inizialmente si trovano in fasi diverse, ad esempio acqua e zucchero, il soluto è anche il componente che cambia di fase nella soluzione.
 
In chimica si usa dire che '''“il simile scioglie il simile”''': in base alle proprietà chimiche di entrambi i componenti e alla loro affinità, il solvente deve essere in grado di interagire con il soluto, nel senso che deve poter circondare completamente le particelle di soluto mediante la creazione di forze intermolecolari o di tipo elettrostatico più o meno intense. Il solvente deve “solvatare” completamente il soluto e nel caso dell’acqua, considerata il solvente universale per la sua abbondanza, deve “idratare” il soluto che abbia caratteristiche idrofile. Una sostanza che '''si scioglie facilmente''' in un solvente è detta '''solubile''', mentre se non si '''scioglie''' viene definita '''insolubile'''.
 
Anche le sostanze solubili non possono essere miscelate con il solvente in tutti i rapporti possibili.
 
Una soluzione è detta '''satura''' se contiene la massima quantità possibile di soluto e si è venuto a formare il corpo di fondo.
 
Nel momento in cui si forma il corpo di fondo il miscuglio non è più omogeneo, si evidenzia una seconda fase.
 
==== Soluzioni gassose ====
Costituite da due o più gas o vapori diffusi uno nell'altro. I gas sono sempre perfettamente miscibili, quindi un sistema formato da più gas è sempre una soluzione. L’esempio più comune di soluzione gassosa è l’aria, formata da azoto (N<sub>2</sub>), ossigeno (O<sub>2</sub>) e altri gas in percentuale minore.
 
==== Soluzioni liquide ====
Il bronzo è una lega di rame e stagno
 
Costituite da un gas, un liquido o un solido disciolte in un liquido. Tutta l’acqua potabile, ma anche l’acqua marina, contengono disciolte molte sostanze solide ma anche una certa quantità di gas presenti nell’aria, ossigeno e diossido di carbonio. Le bevande alcoliche sono soluzioni di due liquidi perfettamente miscibili, l’acqua e l’alcol etilico. L'acqua zuccherata e l'acqua di mare sono soluzioni solido-liquido. Di particolare interesse sono le soluzioni acquose, cioè quelle in cui il solvente è l'acqua. La maggior parte delle reazioni avviene in soluzione acquosa, in particolare quelle che sono alla base dei processi biologici che avvengono nelle cellule viventi.
 
==== Soluzioni solide ====
Costituite da un solido disciolto in un altro. Si formano a partire da miscele fuse dei componenti che, una volta raffreddate, danno origine ad sistema omogeneo. Un esempio di questo tipo di soluzioni sono le leghe metalliche come l’ottone, formato da rame e zinco (elementi).
 
=== Tecniche di separazione ===
L’uomo, fin dall'antichità, ha utilizzato i materiali presenti in natura per i propri scopi. Tuttavia spesso ha dovuto estrarre le sostanze che gli servivano dai miscugli in cui erano presenti. Al giorno d’oggi tecniche di separazione vengono applicate molto di frequente sia in laboratorio che in ambito industriale per isolare le sostanze contenute in una miscela e poterle poi utilizzare, in base alle caratteristiche specifiche, come materiali.
 
Le tecniche di separazione permettono la separazione dei singoli componenti del miscuglio in base alle loro specifiche caratteristiche chimico-fisiche.
 
In base al tipo di miscuglio da separare bisogna scegliere una tecnica di separazione mirata. In generale i miscugli eterogenei sono più semplici da separare rispetto alle soluzioni.
 
==== Filtrazione ====
È un metodo di separazione che consente di separare una fase solida (precipitato) da una fase liquida (filtrato) in un sistema eterogeneo. Viene utilizzato un filtro adeguato costituito da un materiale poroso permeabile soltanto al liquido. Per filtrazione si possono separare anche particelle solide disperse in un gas (è quello che avviene ad esempio attraverso il filtro delle sigarette).
 
Nella vita di tutti i giorni i filtri possono essere costituiti da materiali vari. In laboratorio si usa la carta da filtro, che si può scegliere fra diversi tipi in base alle dimensioni dei fori (che non si vedono a occhio nudo).
 
==== Decantazione ====
È una delle tecniche più semplici, applicabile ai miscugli eterogenei solido-liquido, liquido-liquido e gas solido. Sfrutta la diversa densità delle componenti del sistema e consiste semplicemente nel lasciare depositare sul fondo la componente più pesante del miscuglio fino alla separazione completa.
 
==== Centrifugazione ====
In questo caso si sfrutta la forza centrifuga (come quella che viene applicata ai vestiti nel cestello della lavatrice) all’interno di un apparecchio, detto appunto '''centrifuga''' da laboratorio, per separare velocemente miscugli eterogenei solido-liquido, in particolare quando le particelle solide sono particolarmente piccole e tendono a rimanere in sospensione. La sospensione viene posta all’interno di provette e inserite nell’apparecchio e qui sottoposte a una rotazione di 4000-5000 giri al minuto. La centrifuga fornisce accelerazioni superiori a quella di gravità, consentendo una stratificazione più rapida: in questo modo il precipitato viene spinto e compattato verso il fondo della provetta, la fase liquida rimane in superficie come surnatante.
 
==== Estrazione con solvente ====
In questo caso si sfrutta la solubilità di un soluto per un solvente. Si può usare per:
 
* estrarre da soluzioni acquose sostanze poco solubili in acqua ma maggiormente solubili in altri solventi; si utilizza un particolare '''imbuto separatore''' in cui la soluzione acquosa, che è più densa e si dispone nella parte inferiore, viene messa a contatto con l’altro solvente;
* estrarre sostanze solubili ma miscele solide: es. quando si fa il the.
 
==== Distillazione ====
La distillazione consente di separare i componenti di una soluzione sfruttando la loro diversa '''volatilità''' (cioè la tendenza di una sostanza ad evaporare: più è basso il punto di ebollizione di una sostanza, più alta sarà la sua volatilità). E’ una tecnica molto utilizzata sia in laboratorio che a livello industriale, per separare due liquidi miscibili. La separazione avviene facendo evaporare le sostanze in base alla specifica temperatura di ebollizione.
==== Cromatografia ====
È una particolare tecnica di separazione per separare i pigmenti colorati (es. estratti dalle foglie) . La tecnica si basa su un opportuno solvente, chiamato '''eluente''' o '''fase mobile''', che trascina i componenti del miscuglio attraverso una '''fase fissa''', rappresentata dal '''supporto'''. La diversa velocità con cui i componenti del miscuglio migrano lungo la fase fissa trascinati dell'eluente consente di separarli.