Premesse di chimica

CHIMICA: DEFINIZIONE

Chimica, scienza sperimentale. Premesse allo studio.

• Chimica → studia la composizione, la struttura delle sostanze e le trasformazioni che esse subiscono interagendo tra loro.
• Fenomeno o reazione chimica → trasformazione della materia attraverso la quale si ottengono sostanze diverse da quelle iniziali.
• il metodo scientifico o induttivo → basato sull'esperienza controllata di un dato fenomeno e sulla osservazione delle regolarità di comportamento che lo caratterizzano.
• La legge che regola un dato fenomeno esprime, mediante un'equazione matematica o per via grafica, la regolarità di comportamento che lo contraddistingue, universalmente osservata nelle stesse condizioni sperimentali.
• Una teoria → insieme sistematico di leggi e principi concernenti I argomento oggetto di indagine.
• Grandezza → ente osservabile e misurabile che concorre allo svolgimento di un certo fenomeno.
• Sono grandezze fondamentali quelle la cui unità di misura può essere scelta a piacere. Nel S.I. sono sette.
• Sono grandezze derivate quelle che si ottengono dalla combinazione di grandezze fondamentali.
• Il volume (V) è una porzione limitata di spazio. Nel S I. l’u.d.m è il m3.
• La massa (m) di un corpo è la quantità di materia è la misura della sua inerzia, cioè della resistenza che il corpo oppone a tutte le variazioni del suo stato di moto o di quiete. Nel S.I. l’u.d.m. è il kg.
• La forza (F) è l'agente fisico capace di alterare lo stato di quiete o di moto di un corpo, vincendone l'inerzia. Nel S.I. l’u.d.m. è il newton (N).
• Il peso (P) è la forza con cui un corpo viene attratto dalla Terra (forza di. gravità). Nel S.I. l’u.d.m. è il newton (N).
• La densità assoluta (d) esprime la massa dell'unità di volume di un corpo. Nel S.I. l’u.d.m. è il kg/m3.
• La densità relativa (d,) esprime il rapporto tra la massa di un corpo e la massa di un ugual volume di acqua distillata a 4° C. E’ un numero puro
• L'energia (E) è l'attitudine che un corpo possiede ad eseguire un lavoro. Nel S.I. l’u.d.m. è il joule (J).
• L'energia cinetica (Ec) è l'energia associata al moto dei corpi.
• L'energia potenziale (Ep) è l'energia associata alla posizione di un corpo posto in campo di forze.
• L’energia di massa è l’energia associata alla massa inerziale di un corpo.

COSA STUDIA LA CHIMICA: LA MATERIA

La struttura della materia, com'è fatta la materia. Dall'atomo di Democrito all'atomo di Dalton. Parecchi secoli prima di Cristo → due filoni di pensiero:

1. riteneva la materia continua: pensando di suddividerla in frammenti sempre più piccoli era sempre pensabile di continuare a scomporla all’infinito,
2. riteneva la materia discontinua, sostenendo l’esistenza di particelle piccolissime non più divisibili e quindi finite: gli atomi = indivisibili, incorruttibili ed eterni.
   Democrito = primo vero atomista. Prima identificazione dell’atomo esprimendone le proprietà.

Tra Democrito e Dalton (padre atomistica moderna):

• Epicureo,
• Tito Lucrezio Caro → De rerum natura, diffonde in occidente l’atomismo epicureo.
• Aristotele → fiero avversario della teoria dell’atomo. Interpretazione della meccanica celeste (errata).
• Copernico, Galilei, Newton → solo molti anni dopo correggono le teorie aristoteliche.
• Inizio 1800 John Dalton (1766 - 1844) teoria:
• Tutta la materia è composta da atomi,
• Gli atomi sono indivisibili e inseparabili,
• Gli atomi di una stessa sostanza semplice (elemento) sono tutti uguali tra loro, ma differiscono da atomi di altri elementi per dimensioni, peso e altre particolarità,
• Le trasformazioni chimiche si identificano con l’unione e la separazione dei varia tomi tra loro,
• Per i composti il più piccolo aggregato di atomi diversi è la molecola,
• Gli aromi degli elementi di un composto non perdono proprietà , durante la reazione chimica il singolo atomo non cambia le sue proprietà,
• Gli atomi entrano interi nelle reazioni chimiche.

Le sostanze: aspetti diversi della materia. Corpi semplici e corpi composti.

Sostanze → tipi di materia caratterizzati da proprietà specifiche diverse, sia fisiche che chimiche.
Sostanze semplici o elementi → specie chimiche non più scomponibili in specie più semplici = formate da atomi dello steso tipo.
Sostanze composte o composti → specie chimiche formate da atomi di diversa qualità.

Lungo studio di filosofi sugli elementi:

• Talete = acqua è la madre di ogni cosa,
• Anassimene = elemento fondamentale è l’aria,
• Eraclito = elemento fondamentale è il fuoco,
• Democrito e Empedocle = gli elementi fondamentali sono quattro: aria, acqua, terra e fuoco + etere (perfezione, cosmo),
• Aristotele = riprende teoria dei quattro elementi, integrata con i quattro attributi della materia, a due a due contrari: caldo – freddo, secco – umido.
• Robert Boyle = prima definizione moderna di elementi chimici → “corpi primitivi, semplici, incontaminati che, non essendo costituiti di altri corpi o di loro mescolanze, sono ingredienti di cui i corpi misti sono costituiti e nei quali questi possono essere in definitiva risolti”.
• Lavoisier = 1787, identifica tre elementi (in realtà alcuni erano composti)
• Berzelius = 1818, tabella degli elementi con moderna nomenclatura → circa una cinquantina.

Elementi divisi in tre gruppi (classificazione grossolana ma utile a fini pratici):

• Metalli → a temperatura e pressione ambiente sono tutti solidi (eccezione del mercurio che è liquido). Lucentezza metallica, buoni conduttori di calore e elettricità, duttili e malleabili. Con l’ossigeno generano ossidi basici, con acqua idrossidi a comportamento basico.
• Non – metalli → sono gassosi, o se solidi fragili e non lucenti.
  L’unico liquido è il bromo. Importantissimi per la vita (sono leggeri più dei metalli e non producono intossicazione). Con l’ossigeno generano ossidi acidi (o anidridi), con acqua ossiacidi a comportamento acido.
• Semi – metalli → alcune caratteristiche dei metalli e altre dei non – metalli: boro, silicio, germanio, arsenico, antimonio, tellurio. Hanno comportamento anfotero, in alcuni casi si comportano da metalli, in altri da non – metalli, dipende da come sono disposti gli elementi.

STATI DI AGGREGAZIONE DELLA MATERIA

Le sostanze possono esistere in diversi stati di aggregazione:

• Solidi → forma propria e un proprio volume. Le particelle vibrano intorno a un baricentro.
• Liquidi → volume proprio, ma non una forma propria. Non sono comprimibili e le particelle vibrano più velocemente.
• Gas → non hanno né volume né forma propria. Comprimibili con le particelle libere di muoversi.
• Plasma → sulla terra non si raggiunge mai in natura. Materia ad altissima temperatura, vinta l’attrazione elettromagnetica. Protoni che si muovono in un brodo elettronico.

I sistemi omogenei ed eterogenei:

• Sistema = un corpo o un insieme limitato di corpi che costituisce oggetto d’indagine. Tutto ciò che è oggetto di studio da parte dell’osservatore.
• Composto = composizione costante, chimicamente omogeneo.
• Miscuglio = mescolanza di più sostanze, ognuna delle quali mantiene la propria identità e può, in vario modo, essere separata dalle altre.
• M. omogeneo = le sostanze che lo formano, cioè i suoi componenti, sono mescolati in modo uniforme. Non è mai chimicamente omogeneo, ma eterogeneo.
• M. eterogeneo = le sostanze che lo formano si trovano mescolate in modo uniforme.

(acqua e ghiaccio = chimicamente omogenei ma fisicamente eterogenei).

• Sospensione → miscuglio eterogeneo di particelle solide in un fluido, visibili a occhio nudo o al microscopio ottico, separabili per filtrazione.
• Colloide → miscuglio di particelle solide o liquide in un fluido, visibili all’ultramicroscopio, separabili per dialisi.
• Soluzione → miscuglio omogeneo a due o più componenti sotto forma di particelle estremamente piccole (non visibili in alcun modo) che si distribuiscono uniformemente in tutto il volume a disposizione, non separabili né per filtrazione, né per dialisi.

Colloidi o dispersioni colloidali → i sol, i gel e gli aerosol.
Sol = soluzioni nel cui solvente sono disperse particelle piccolissime di un solido.
Gel = masse gelatinose formate da una intelaiatura solida in cui si ingloba il liquido. Si ottengono da un sol tramite la coagulazione (variazione temperatura, aggiunta sali ecc.). Trasformazione reversibile (gelatina) o irreversibile (albume d’uovo).
Aerosol = colloidi formati da particelle di un solido disperse in un gas (fumi) o di un liquido in un gas (nebbie).
Le particelle di un sistema colloidale non sono visibili a occhio nudo → illuminando con un fascio di luce trasversale il recipiente contenete il colloide e osservando perpendicolarmente alla direzione del raggio di luce si nota una nebbiolina lievemente illuminata = effetto Tyndall (avendo la particelle dimensioni dell’ordine della lunghezza d’onda della luce impiegata hanno al proprietà di disperderla, divenendo visibili dall’osservatore laterale).
Particelle di un colloide = dotate di un moto rapido e disordinato = moto browniano.

Leggi anche:

• La nascita della chimica
  Le prime leggi della chimica, lo studio dei composti chimici e la definizione di atomo e di mole.
• Reazioni chimiche e velocità di reazione
  La molecolarità, velocità di reazione e influenza della temperatura, equazione di Boltzmann e di Arrhenius.
• I metalli
  I composti ionici
• I non metalli
  I composti dei non metalli: idracidi, anidridi e ossiacidi.