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BIOLOGIA = STUDIO DELLA VITA SCIENZE SCIENZE DELLA TERRA = STUDIO DELLA STRUTTURA E DEI MOTI DEL NOSTRO PIANETA ASTRONOMIA = STUDIO DELL’UNIVERSO CHIMICA FISICA = STUDIO DELLE CARATTERISTICHE E DELLE TRASFORMAZIONI DELLA MATERIA E DELL’ENERGIA

CAPITOLO 1: INTRODUZIONE ALLA CHIMICA ( pag.18-24) 1.1 La Chimica è intorno a noi (leggere) 1.2 L’origine della Chimica (leggere) 1.3 L’alchimia (leggere) 1.4 La scienza chimica

IL METODO SCIENTIFICO SPERIMENTALE (Introdotto da GALILEO GALILEI 1564- 1642) OSSERVAZIONE IPOTESI PREVISIONE VERIFICA SPERIMENTALE TEORIA (o LEGGE)

Chimica È la Scienza che studia la composizione, la struttura, le proprietà e le trasformazioni della materia Materia Definizione generale E’ tutto ciò che ci circonda b) Definizione scientifica E’ tutto ciò che ha massa e volume La materia Cap. 3.1 pag.63

a) Definizione generale E’ tutto ciò che ci circonda Esempi: pareti, Terra, matita, stelle, diario, pietra, piante, animale, fiume, ghiacciaio, banco, foglio, biro… … .quindi è tutto ciò che forma corpi e oggetti Corpo = porzione di materia naturale, non prodotta o lavorata dall’uomo es. Terra, stelle, pietra, piante, fiume, animale, ghiacciaio Oggetto = porzione di materia prodotta o lavorata dall’uomo es. pareti, matita, diario, banco, foglio, biro ( Eccezione : vengono chiamati “oggetti” i corpi celesti non stellari) SISTEMA = porzione di materia Porzioni di materia con diversa composizione sono chiamate sostanze o materiali

b) Definizione scientifica E’ tutto ciò che ha massa e volume Massa = quantità di materia di un corpo (o di un oggetto) (= misura dell’inerzia di un corpo, cioè misura della resistenza che un corpo oppone alla variazione del suo stato di quiete o di moto) Volume = spazio occupato da una porzione di materia (corpo o oggetto) Massa e Volume sono grandezze fisiche ( Cap.2.4 – 2.5 pag. 35- 41)

PROPRIETA’ DELLA MATERIA FISICHE Proprietà osservabili e misurabili senza alterare la composizione della porzione di materia analizzata. Esempi: grandezze fisiche (dimensioni, massa, peso, colore, temperatura, densità, ecc.), stati fisici. CHIMICHE Proprietà che la materia presenta quando interagisce con materia avente una diversa composizione oppure con la luce o il calore. Questo processo comporta sempre un cambiamento della composizione della materia analizzata. Cap.5.1 pag.115-116

PROPRIETA’ FISICHE INTENSIVE Non dipendono dalla quantità di materia considerata (dimensioni del sistema) Es. colore, temperatura, densità, solubilità, stati fisici ESTENSIVE Dipendono dalla quantità di materia considerata (dimensioni del sistema) Es. lunghezza, volume e massa Vedi cap. 3.2 pag.34

LE GRANDEZZE FISICHE (cap. 2.1 pag. 29 – 33) Le grandezze fisiche sono proprietà oggettive (= indipendenti dall’osservatore) che si possono misurare in modo da poter associare loro dei valori numerici. Secondo il Sistema Internazionale (SI) ci sono sette grandezze fondamentali.

Ogni grandezza fondamentale ha una sua unità di misura. L’ unità di misura è la grandezza a cui corrisponde il valore 1. Misurare significa confrontare la grandezza di cui vogliamo conoscere il valore con l’unità di misura scelta e quindi trovare quante volte (interamente o in frazione) tale unità di misura è contenuta nella grandezza da misurare. Dalle grandezze fondamentali si ricavano le grandezze derivate . Le grandezze derivate sono espresse da relazioni matematiche (prodotto o quoziente) tra più grandezze fondamentali.

Cap.3.2 pag.65-67: GLI STATI FISICI DELLA MATERIA Dilatazione termica bassa media alta

La densit à di un corpo è il rapporto fra la sua massa e il suo volume: d = m / V Si misura in kg/m 3 Vedi cap. 2.6 pag. 42 – 43

La pressione è il rapporto fra la forza F che agisce perpendicolarmente a una superficie e l’area s della superficie stessa p = F / s L’unità di misura nel SI è il pascal (Pa), dove 1 Pa = 1 N/m 2 = 1  kg  m –1  s –2

AERIFORME VAPORE Aeriforme ottenuto per riscaldamento di una sostanza che a T e P ambiente si trova allo stato solido o liquido. Sostanza che si trova allo stato aeriforme al di sotto della propria T critica. Può essere trasformato in liquido per aumento della pressione GAS Sostanza che a T e P ambiente si presenta allo stato aeriforme. Sostanza che si trova allo stato aeriforme al di sopra della propria T critica . Non può essere trasformato in liquido per aumento della pressione Temperatura critica : T al di sopra della quale è impossibile che un aeriforme passi allo stato liquido, anche se sottoposto a pressioni elevatissime Cap. 3.2 pag.66

Ogni sostanza aeriforme è caratterizzata da una T particolare, detta Temperatura critica, al di sopra della quale è impossibile farla diventare liquida, anche se si esercitano pressioni elevatissime: quando una sostanza aeriforme è al di sopra della sua T critica è definita gas quando una sostanza aeriforme è al di sotto della sua T critica è definita vapore Esempi: a) L’acqua ha una T critica di 374° C: a T e P ambiente ( = 1 atm) l’acqua è quindi allo stato liquido ma se viene riscaldata sopra i 100° C essa diventa vapore : aumentando la pressione è infatti possibile farla tornare allo stato liquido Se il riscaldamento continua, raggiunti i 374° C si ottiene il gas d’acqua: anche aumentando enormemente la pressione, non è possibile farlo diventare liquido b) L’ossigeno ha una T critica di - 119° C: a T e P ambiente l’ossigeno è quindi un gas in quanto anche se viene compresso rimane allo stato aeriforme Sotto i - 119°C diventa vapore poiché aumentando la pressione è possibile portarlo allo stato liquido

GLI STATI FISICI DELLA MATERIA DIPENDONO DAGLI STATI DI AGGREGAZIONE Cap. 3.5 – 3.6 pag. 73-75 La materia non è continua ma è costituita da microscopiche particelle (continua = suddivisibile all’infinito). Secondo la teoria cinetica : le particelle non sono a contatto, ma separate da spazi vuoti le particelle della materia sono in continuo e inarrestabile movimento le particelle si muovono tanto più rapidamente quanto più elevata è la temperatura (aumenta l’energia cinetica) Lo stato fisico dipende dallo stato di aggregazione delle particelle cioè dalla risultante tra le forze attrattive che tendono a unire le particelle e la tendenza delle stesse ad allontanarsi.

Gli stati fisici in cui la materia si può trovare sono: • solido ; • liquido ; • aeriforme .

Nei solidi le particelle non si muovono (anche se oscillano e vibrano intorno a posizioni fisse ben precise) perché sono unite da legami forti. Nei liquidi le particelle sono a contatto, ma hanno maggiore libertà di movimento perché sono unite da legami deboli ed hanno un’energia cinetica abbastanza elevata. Le particelle degli aeriformi hanno massima libertà di movimento con un moto totalmente disordinato perché non sono unite da legami in quanto le debolissime forze attrattive sono vinte dall’elevata energia cinetica.

CARATTERISTICHE DEGLI STATI FISICI Lo stato solido e lo stato liquido sono detti STATI CONDENSATI in quanto le particelle non possono essere avvicinate per aumento (moderato) della pressione. I corpi allo stato solido o liquido sono quindi INCOMPRIMIBILI e pertanto non possono diminuire il volume. Lo stato liquido e lo stato aeriforme sono detti STATI FLUIDI in quanto le particelle possono muoversi le une rispetto alle altre. Questa caratteristica permette di trasportare le sostanze liquide e aeriformi attraverso condutture.

Fenomeni che modificano la composizione dei materiali di un oggetto Fenomeni fisici TRASFORMAZIONI DELLA MATERIA FISICHE Riguardano fenomeni nel corso dei quali la materia modifica alcune proprietà ma non la sua composizione CHIMICHE Riguardano fenomeni nel corso dei quali la materia cambia la propria composizione. Sono anche chiamate Reazioni chimiche Cap.5.2 pag.117-119

Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica Le trasformazioni chimiche sono modificazioni che comportano una variazione della composizione chimica delle sostanze con formazione di nuove sostanze.

Copyright ©2009 Zanichelli editore Le idee della chimica Le trasformazioni chimiche possono presentare alcuni cambiamenti caratteristici, quali: • formazione di bollicine; • variazione di colore; • formazione o scomparsa di un solido; • liberazione di prodotti gassosi profumati o maleodoranti; • riscaldamento o raffreddamento del recipiente in cui avviene la reazione, senza che sia stato fornito o sottratto calore dall’esterno.

TRASFORMAZIONI FISICHE CHIMICHE passaggi di stato (calore) - corrosione (acido) (es. evaporazione, fusione) - magnetizzazione (calamita) - arrugginimento (aria)

I PASSAGGI DI STATO pag. 68-69 Qualunque sostanza può presentarsi in ciascuno dei tre stati fisici: lo stato di aggregazione dipende dai valori della temperatura e della pressione esterni. ad es. l’acqua a P ambiente (= 1 atm) è: solida a T < 0° C liquida a 0° C < T < 100°C aeriforme a T > 100° C

Ciascuna sostanza presenta tuttavia proprie specifiche T e P di fusione e di ebollizione. ad es. a T e P ambiente: l’acqua è liquida il ferro è solido l’ossigeno è aeriforme Somministrando o sottraendo calore, cioè cambiando la T o variando la P, qualunque sostanza può cambiare il suo stato fisico. I cambiamenti di stato fisico sono detti PASSAGGI DI STATO

I PASSAGGI DI STATO fusione Vaporizzazione = ebollizione o o liquefazione

A parità di massa, nel passaggio di un materiale dallo stato liquido allo stato aeriforme, il volume aumenta e la densità diminuisce. Nel passaggio allo stato solido la densità, di solito, aumenta. Il ghiaccio è un’eccezione perché è meno denso dell’acqua.

EVAPORAZIONE ed EBOLLIZIONE Viene definita tensione di vapore di un liquido, a una data temperatura, la pressione che esercita un vapore in equilibrio con il proprio liquido puro (in equilibrio = quantità di liquido che evapora è uguale alla quantità di liquido che condensa), ed è tanto più alta quanto maggiore è la temperatura. Finché la P del vapore è inferiore alla P atmosferica, il vapore si forma solo alla superficie del liquido e si ha l’ evaporazione . Quando il vapore esercita una P uguale alla P atmosferica, ha inizio l’ ebollizione e le bolle di vapore si formano in tutto il liquido.

Evaporazione = processo che avviene a qualunque T superiore a quella di fusione (>0° C nel caso dell’acqua) e tanto più velocemente quanto più la T è elevata. Riguarda solo le particelle superficiali del liquido Ebollizione = processo che avviene ad una T fissa, specifica per ogni sostanza (il valore della T dipende comunque sempre dalla pressione). Riguarda tutta la massa liquida. Condensazione = passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido per raffreddamento Liquefazione = passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido per aumento della pressione

Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento e temperature di fusione e di ebollizione caratteristiche in funzione della pressione a cui avviene il passaggio di stato (PUNTI FISSI) • Alla temperatura di fusione coesistono la fase liquida e la fase solida. • Alla temperatura di ebollizione coesistono la fase liquida e la fase di vapore (la tensione di vapore è uguale alla pressione esterna). Curva di riscaldamento dell’acqua Pag. 70 - 72

La temperatura di ebollizione di un liquido è la temperatura a cui la tensione di vapore uguaglia la pressione esterna: maggiore è la pressione, più difficile è l’ebollizione del liquido (un aumento della pressione produce un innalzamento della temperatura di ebollizione perché il liquido deve raggiungere una tensione di vapore maggiore). Es: in alta montagna (P<) l’acqua bolle a T< 100°C nella pentola a pressione (P>) l’acqua bolle a T >100°C

Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono: • temperatura di condensazione (a parità di pressione uguale a quella di ebollizione); • temperatura di solidificazione (a parità di pressione uguale a quella di fusione).

A differenza dell’ebollizione e della condensazione, la fusione e la solidificazione sono poco influenzate dalla pressione esterna: infatti sono passaggi caratterizzati da piccoli cambiamenti di volume, non particolarmente contrastati da pressioni elevate.

Una caratteristica delle sostanze pure è la SOSTA TERMICA : durante i passaggi di stato la temperatura non varia fino a quando tutta la sostanza non ha completato il passaggio stesso. La lunghezza della sosta termica dipende quindi dalla quantità della sostanza in esame. Ad es. quando il ghiaccio inizia a fondere, la T dell’acqua rimane invariata fino a quando non è fuso del tutto. Allo stesso modo, quando l’acqua inizia a bollire, la T non aumenta fino a quando non sarà evaporata l’ultima goccia.

Una soluzione: Solidifica a T più basse e bolle a T più alte (rispetto a quelle del solvente, es dell’acqua) Le T di solidificazione ed ebollizione dipendono dalla concentrazione e non dalla natura del soluto Non ha soste termiche (a causa dell’evaporazione la concentrazione della soluzione varia) L’analisi di una curva di riscaldamento o di raffreddamento permette quindi di distinguere una sostanza pura da una soluzione

I passaggi di stato secondo la teoria cinetica Secondo la teoria cinetica le particelle si muovono tanto più rapidamente quanto più elevata è la temperatura: il calore somministrato ad una sostanza infatti, conferisce alle sue particelle energia (energia cinetica) che le fa vibrare più energicamente. Ciò provoca la rottura dei legami tra le particelle e quindi un cambiamento nel loro modo di aggregarsi ovvero il passaggio da uno stato fisico ad un altro. Il calore ceduto o acquistato durante i passaggi di stato si chiama calore latente (calore latente di fusione, di evaporazione ecc.) Una sostanza pura presenta punti fissi caratteristici poiché l’intensità delle forze attrattive tra le particelle di cui è formata è diversa da quella esistente tra le particelle di un’altra sostanza. Se la sostanza non è pura, poiché le particelle delle due sostanze si interpongono, l’intensità delle forze attrattive cambia.

Durante i passaggi di stato la T rimane costante nonostante si continui a somministrare calore perché tale energia viene utilizzata per consentire alle particelle di vincere le forze di attrazione che le tengono legate. Soltanto quando tutta la massa ha completato il passaggio di stato, l’ulteriore calore somministrato provocherà un aumento dell’energia cinetica delle particelle e questo si manifesterà come aumento della Temperatura.

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