Post on 22-Jan-2018
1Prof. Vittoria Patti
MOLECOLE – 1i miscugli
Gli stati di aggregazione della materia
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STATO SOLIDOmolecole ravvicinate,
struttura ordinata,volume proprio,
forma propria
STATO LIQUIDOmolecole ravvicinate,struttura disordinata,
volume proprio, NO forma propria
STATO GASSOSOmolecole molto lontane,
struttura disordinata,NO volume proprio,
NO forma propria
Passaggi di stato
liquido
solido
aeriformeebollizione
condensazione
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Sistema e ambiente
Con il termine sistema si indica la porzione
dell'universo che è oggetto del nostro studio.
Tutto il resto, cioè quel che circonda il sistema e che può avere effetti sul sistema,
viene indicato con il termine ambiente,
ed è considerato solo per i suoi effetti sul sistema.
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Sistemi aperti, chiusi e isolati
un sistema aperto può avere con l’ambiente scambi sia di materia che di energia
un sistema chiuso può avere con l’ambiente scambi di energia, ma non di materia
un sistema isolato non ha scambi né di materia né di energia con l’ambiente
materia
miscugli sostanze pure
composti elementi
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materia
miscugli sostanze pure
composti elementi
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miscugli
miscugli omogenei
hanno proprietà UGUALI in ogni punto
miscugli eterogenei
NON hanno proprietà uguali in ogni punto
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miscugli
miscugli omogenei
i componenti sono mescolati al punto da non essere più distinguibili né ad occhio nudo né al microscopio
miscugli eterogenei
i componenti mantengono ciascuno le proprie caratteristiche e quindi sono distinguibili ad occhio nudo o al microscopio
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miscugli
miscugli omogenei
i componenti NON SEMPRE possono essere mescolati in qualsiasi proporzione
miscugli eterogenei
i componenti possono essere mescolati in qualsiasi proporzione
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miscugli
miscugli omogenei
hanno proprietà UGUALI in ogni punto
i componenti sono mescolati al punto da non essere più distinguibili né ad occhio nudo né al microscopio
i componenti NON SEMPRE possono essere mescolati in qualsiasi proporzione
miscugli eterogenei
NON hanno proprietà uguali in ogni punto
i componenti mantengono ciascuno le proprie caratteristiche e quindi sono distinguibili ad occhio nudo o al microscopio
i componenti possono essere mescolati in qualsiasi proporzione
Miscugli eterogenei
un miscuglio eterogeneo(= non omogeneo o disomogeneo) presenta
caratteristiche diverse in punti diversi.20
In un miscuglio eterogeneo ogni componente mantiene le proprie caratteristiche, e quindi è individuabile ad occhio nudo o con un microscopio. 21
Miscugli eterogenei
In un miscuglio eterogeneo
i componenti possono essere miscelati in qualsiasi proporzione.
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Miscugli eterogenei
Praticamente tutti gli alimenti sono miscugli.
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Nelle sospensioni
particelle solide molto piccole
sono disperse in un liquido,
formando così un miscuglio eterogeneo.
Le sospensioni
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Sono sospensioni i succhi di frutta …
Le sospensioni
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… ed anche il sangue.
Le sospensioni
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Nelle emulsioni, piccolissime gocce di un liquido sono disperse in un altro liquido in cui non possono dissolversi. Spesso si tratta di una sostanza oleosa in acqua:
due esempi sono la maionese…
Le emulsioni
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… e il latte.
Le emulsioni
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latte osservato al microscopio: le piccole sfere sono gocce di grassi sospese nel siero acquoso
Le emulsioni
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Negli aerosol
particelle solide o liquide molto piccole
sono disperse in un gas, formando così un miscuglio eterogeneo.
Nuvole e nebbia sono esempi di aerosol,
dove le particelle disperse sono piccole gocce d’acqua…
Gli aerosol
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Negli aerosol
particelle solide o liquide molto piccole
sono disperse in un gas, formando così un miscuglio eterogeneo.
Nuvole e nebbia sono esempi di aerosol,
dove le particelle disperse sono piccole gocce d’acqua…
Gli aerosol
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… mentre nel fumo le particelle sospese nel gas
sono prevalentemente solide.
Gli aerosol
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Le schiume sono miscugli eterogenei di
materia gassosa inclusa in un liquido o un solido.
Le schiume
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Esempi di schiume sono la panna montata,il pane... e il polistirolo espanso.
Le schiume
Un miscuglio omogeneo ha
le stesse caratteristiche in tutte le sue parti.
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Miscugli omogenei
In un miscuglio omogeneo i componenti sono miscelati così uniformemente che non sono più distinguibili né a occhio nudo né al microscopio. 36
Miscugli omogenei
Non sempre è
possibile miscelare i componenti di un miscuglio omogeneo in qualsiasi proporzione...
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Miscugli omogenei
…ad esempio, se voglio sciogliere
dello zucchero in una certa quantità
di acqua, non potrò aggiungere
zucchero a volontà, perché ad un certo punto
non sarà più possibile dissolverlo.
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un miscuglio omogeneo è
generalmente definibile come una
soluzione,
in cui si può distinguere un
solventee uno o più soluti.
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Le soluzioni
Il solventeè la sostanza
presente in maggiore quantità;
può essere solido, liquido o gassoso.
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Le soluzioni
solvente:acqua
Il soluto è la
sostanza presente in minore quantità,
dispersa uniformemente
(= dissolta, sciolta) nel solvente;
anche il soluto può essere solido, liquido o gassoso.
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Le soluzionisoluto:
zucchero
In una soluzione c’è un solo
solvente,
ma possono essere presenti
anche molti
soluti. 42
soluto:zucchero
soluzione: acqua e zucchero
solvente:acqua
Le soluzioni
L’aria che respiriamo è una soluzione
in cui sia il solvente (il componente più
abbondante: azoto)
sia i soluti (ossigeno, vapore acqueo, ecc.) sono
allo stato gassoso.
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Le soluzioni: non solo liquide!
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solvente soluto soluzione
gas (es.azoto) gas (es. ossigeno) gas (es. aria)
liquido (es. acqua)liquido (es. alcool
puro)
liquido (es.alcool
diluito)
liquido (es. acqua) gas (es. ossigeno) liquido
liquido (es. acqua) solido (es. zucchero) liquido
Le soluzioni: non solo liquide!
Una lega è
un miscuglio omogeneo formato da 2 o più componenti di cui almeno uno, il più abbondante, è un metallo.
Le leghe
Le leghe sono di solito più dure e resistenti dei metalli puri.
Le leghe
Le leghe sono solitamente solide:
fanno eccezione gli amalgami, cioè leghe contenenti mercurio, che possono essere liquide.
Le leghe
L’acciaio è un miscuglio
di ferro (≥ 98%) e carbonio (≤ 2%).
Le leghe
Il bronzo è un miscuglio omogeneo di rame e stagno, in percentuali variabili.
Le leghe
L’oro comunemente usato in gioielleria
è in realtà una lega di oro puro (75%),
argento (da 7 a 12%) e rame (13-18%).
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Le leghe
Il duralluminio, usato per costruire gli aerei,
è fatto di alluminio (≈96%) e rame (≈4%)
Le leghe
L’ottone è un miscuglio di rame (70%)e zinco (30%).
Le leghe
… mentre la parte grigia è fatta di cupronichel, una lega i cui componenti sono 75% rame e 25% nichel.
Nelle monete da 1 e 2 euro, la parte gialla è
costituita di una lega di 75% rame, 20% zinco e
5% nichel…
Le monete di 10, 20 e 50 centesimi di euro sono fatte di una lega chiamata “oro nordico”,i cui componenti sono
89% rame, 5% alluminio, 5% zinco e 1% stagno.
Le monete da 1, 2 e 5 centesimi di euro sono dischi di acciaio
ricoperti da una lega a base di rame.
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La dissoluzione: come avviene
Nel processo di dissoluzione,
le particelle di soluto
si distaccano dal corpo a cui appartenevano
e si disperdono in modo progressivamente
uniforme fra le particelle di solvente.
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La dissoluzione: come avviene
Una volta dissolte, le particelle di soluto
non sono più definibili come allo stato
liquido, solido o gassoso:
si dice semplicemente che sono
in soluzione (di solito acquosa).
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La dissoluzione: come avviene
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Dissoluzione e temperatura
Il processo di dissoluzione comporta dei
cambiamenti di temperatura,
a volte impercettibili, altre volte molto
marcati.
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Dissoluzione e temperatura
Se durante il processo
la temperatura
del sistema aumenta,
la dissoluzione è
esotermica
(= che libera energia
termica).
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Dissoluzione e temperatura
Se durante il processo
la temperatura
del sistema diminuisce,
la dissoluzione è
endotermica
(= che assorbe energia termica).
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Dissoluzione e temperatura
I comuni prodotti di “ghiaccio” istantaneo
o “scaldini” tascabili si basano rispettivamente su
processi di dissoluzione endotermica o
esotermica.
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Dissoluzione e massa
Com’è intuitivo, la
massa di una soluzione
è la somma delle
masse dei suoi
componenti
(solvente e soluti)...
80 g
water
100 g
solution
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Dissoluzione e volume
… ma questo NON vale
per il volume:
il volume totale della
soluzione può essere
diverso dalla somma
dei suoi componenti.
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Soluzioni satureQuando si raggiunge la massima quantità di
soluto che può dissolversi in una data quantità di
solvente, ulteriori aggiunte di quel soluto non si
dissolveranno: quando ciò si verifica, si ha una
soluzione satura.
In altre parole: una soluzione è satura quando il
soluto ha raggiunto la massima concentrazione
possibile ad una data temperatura.
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Solubilità
La quantità massima di un dato soluto che può
dissolversi in un volume dato di solvente è la sua
solubilità.
Di solito, la solubilità di una sostanza solida in
acqua si esprime in g/L a temperatura ambiente
(25°C).
Ad esempio, a T ambiente, la solubilità del sale da
cucina in acqua è di circa 350g/L, mentre quella dello
zucchero da tavola (saccarosio) è di più di 2000g/L!
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Solubilità
La solubilità dei solidi in acqua solitamente
aumenta con la temperatura, mentre per i gas
avviene il contrario.
Infatti i mari caldi sono più poveri di ossigeno (e quindi meno
pescosi), perché la maggiore temperatura dell’acqua
permette di trattenere meno ossigeno disciolto.
La concentrazione di una soluzione è una grandezza che esprime
il rapporto fra soluto e solvente, e più precisamente,
la quantità di soluto (espressa in peso o in volume)
in rapporto alla quantità complessiva della soluzione. 68
La concentrazione
Una soluzione più concentratacontiene più soluto di una soluzione diluita (a parità di volume di soluzione).
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La concentrazione
Le percentuali(volume/volume, peso/ volume, peso/peso) sono un modo molto usato per esprimere la concentrazione.
Esempi: ▪ sulle etichette degli
alimenti e delle bevande, ▪ nella composizione di
medicinali, detergenti e cosmetici, ecc. 70
% %
La concentrazione
La concentrazione percentuale in peso (% p/p) indica i grammi di un soluto disciolti in 100 grammi di soluzione. Si calcola con la formula:
% p/p = g soluto . 100g soluzione
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La concentrazione
La concentrazione percentuale in volume (% v/v) indica i milliLitri di un soluto disciolti in 100 mLdi soluzione. Si calcola con la formula:
% v/v = mL soluto . 100mL soluzione
E’ molto usata per i soluti liquidi, es. per la percentuale di alcool nelle bevande alcoliche.
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La concentrazione
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Per esempio, questo vino è di 13% vol: vuol dire che su 100 mL di vino, 13 mL sono di alcool puro (= il 13%).
I “gradi” delle bevande alcoliche sono in realtà concentrazioni, e più precisamente, percentuali che esprimono il volume di alcool rispetto a quello dell’intera bevanda.
La concentrazione percentuale peso/volume (% p/v) indica i grammi di un soluto disciolti in 100 mL di soluzione. Si calcola con la formula:
% p/v = g soluto . 100mL soluzione
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La concentrazione
I vari componenti di un miscuglio possono essere separati usando
semplici metodi fisici:
cromatografia, filtrazione, distillazione, evaporazione, centrifugazione, decantazione, ecc.
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Metodi di separazione
Setacciatura: il più
elementare metodo di separazione, utile per separare miscugli eterogenei di sostanze solide in granuli di dimensioni diverse.
Impianti industriali ed agricoli includono talvolta processi di setacciatura.
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Metodi di separazione
Filtrazione: miscugli
eterogenei solido-liquido o solido-gas attraversano un filtro che trattiene il materiale solido,
lasciando passare il fluido.
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Metodi di separazione
Estrazione (mediante un solvente): utilizzabile
per miscugli omogenei o eterogenei, quando si vuole isolare uno dei suoi componenti.
Al miscuglio si aggiunge un solvente liquido specifico, che scioglie solo il componente che si vuole estrarre dal miscuglio, separandolo così da tutto il resto.
In seguito, lo si recupera separandolo dal solvente di estrazione mediante altre tecniche.
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Metodi di separazione
Decantazione: utilizzato in miscugli eterogenei solido-
liquido o liquido-liquido: il sistema viene lasciato a riposo finché le parti (solide o liquide) a maggiore peso specifico vanno in fondo, mentre la parte più leggera rimane nello strato superiore, e può essere raccolta travasandola.
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Metodi di separazione
I processi di depurazione delle acque prevedono una fase di decantazione.
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Metodi di separazione
Centrifugazione: separa i componenti di miscugli
eterogenei solido-liquido e liquido-liquido, sfruttando il loro diverso peso specifico.
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Metodi di separazione
In sostanza si tratta di un processo analogo alla decantazione, reso però molto più veloce dall’uso di una centrifuga, cioè un recipiente che ruota ad alta velocità.
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Metodi di separazione
La separazione…
• della panna dal latte,
• dell’olio extravergine dal liquido ottenuto dalla spremitura delle olive,
• dei componenti corpuscolati del sangue (globuli rossi, globuli bianchi, piastrine),
… sono alcuni esempi di uso del metodo di centrifugazione.
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Metodi di separazione
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Un impianto di centrifugazione per la produzione di olio extravergine di oliva
Cromatografia: permette di separare i componenti di un miscuglio in base al fatto che si spostano con velocità diverse su un supporto (fase fissa), trascinati da un solvente (eluente = fase mobile).
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Metodi di separazione
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Metodi di separazionea sinistra: cromatografia su carta o su strato sottile a destra: cromatografia su colonna
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cromatografie su carta ↑o su strato sottile (TLC) ➔
88cromatografia su colonna
• Gli esami clinici delle urine,
• lo studio dei pigmenti fotosintetici di una pianta,
• la ricerca e misurazione di sostanze inquinanti nelle acque…
…sono alcuni esempi di applicazione delle tecniche di cromatografia.
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Metodi di separazione
Distillazione: separazione dei componenti di miscugli liquidi in base alle loro diverse temperature di ebollizione.
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Metodi di separazione