8/3/2019 Le Trasformazioni Chimiche Della Materia

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Le trasformazioni chimiche della materia

1. Dalle trasformazioni fisiche alle reazioni chimicheLe trasformazioni fisiche sono quelle dove l'identit di una sostanza non varia, invece, in

una trasformazione chimica, detta reazione chimica, l'identit delle sostanze varia e siformano nuove sostanze.Si definisce reazione chimica una trasformazione nella quale una o pi sostante (i reagenti)

si trasformano in nuove sostanze (i prodotti).

2. Elementi e compostiPerelemento s'intende una sostanza pura che non pu essere decomposta in altre sostanze

pi semplici mediante reazioni chimiche.

Sulla Terra sono presenti 91 elementi naturali, tuttavia, con il tempo sono stati prodottinuovi elementi mediante reazioni nucleari. Sono esempi di elementi naturali il mercurio,l'ossigeno, l'idrogeno. Gli elementi vengono rappresentati con simboli chimici di una o due

lettere ricavate in genere dal loro nome.Il chimico russo Mendeelev, nel 1869 ide la cosiddetta tavola periodica degli elementi,ossia uno schema con il quale vengono ordinati gli elementi sfruttando delle lorodeterminate caratteristiche che cambiano con periodicit.Un composto , invece, una sostanza pura che pu essere decomposta in sostanze pi

semplici.

Molte delle sostanze che ci sono familiari sono composti: l'acqua, lo zucchero, il cloruro disodio.

Teoria atomica di DaltonNel 1803, John Dalton formul la prima teoria che permetteva la comprensione della naturadegli elementi e dei composti, e delle loro trasformazioni.La teoria di Dalton si fonda sui seguenti postulati: La materia costituita da particelle piccolissime e indivisibili dette atomi. Gli atomi di uno stesso elemento sono tutti uguali tra loro nella massa e nelle

propriet chimiche. Gli atomi di un elemento sono diversi da quelli di un altro elemento. Gli atomi sono le particelle unitarie che intervengono in una reazione chimica. Gli atomi di un elemento possono combinarsi con gli atomi di un altro elemento in

rapporti definiti per formare i composti. Gli atomi sono indivisibili nei processi chimici e, quindi, non cambiano di massa.

Pertanto in una reazione chimica gli atomi non possono essere n creati n distrutti,varia semplicemente il modo in cui si aggregano tra di loro.

Possiamo quindi definire elemento una sostanza pura costituita da un solo tipo di atomi. Uncomposto invece una sostanza pure costituita da due o pi atomi di differenti elementicombinati chimicamente in un rapporto definito.

3. Atomi e molecoleIn accordo col modello atomico di Dalton, un elemento non pu essere scisso perchconsiste di un solo tipo di atomi.Un atomo la pi piccola particella di un elemento che possiede le propriet chimiche diquell'elemento.

Ogni atomo di un elemento possiede come propriet fisiche caratteristiche la massa, laforma e le dimensioni. Il colore, la durezza, la temperatura di fusione, che sono proprie di un

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campione macroscopico, dipendono invece dal comportamento dell'insieme degli atomidell'elemento.Una molecola , invece, la pi piccola particella di un composto che possiede lacomposizione e le propriet chimiche di quel composto.

Una molecola, per, non presenta le propriet fisiche di un campione macroscopico, ossiacostituito da un insieme di molecole.

Modelli molecolari e formule chimichePer rappresentare il raggruppamento degli atomi in una molecola si utilizzano modellimolecolari che possono essere: a calotta, in cui gli atomi si trovano accostati gli uni aglialtri in forma compatta, oppure a sfere e bastoncini in cui ogni sfera rappresenta un atomo ei bastoncini mostrano come gli atomi sono legati tra di loro.Per ogni molecola esiste una formula chimica, la quale d la rappresentazione simbolica diuna molecola perch utilizza i simboli degli atomi degli elementi che la compongono. In unaformula i numeri scritti in basso a destra dei simboli sono chiamati indici, essi indicano ilnumero degli atomi dell'elemento presente nella molecola. Il numero che precede l'interaformula chimica detto coefficiente stechiometrico, ed indica il numero di molecole.

4. Leggi della chimicaLa teoria atomica diede una spiegazione delle tre leggi fondamentali della chimica la legge di conservazione della massa; la legge della composizione costante; la legge delle proporzioni multiple.

4.1 Legge di conservazione della massa

Il chimico francese Antoine Lavoisier (1743-1794) fu il primo ad eseguire lo studio diuna reazione chimica dal punto di vista quantitativo, introducendo l'uso della bilancia.

Con i suoi esperimenti pot enunciare la legge di conservazione della massa, la qualeafferma che:in una reazione chimica, la somma delle masse dei reagenti uguale alla somma delle

masse dei prodotti.In ogni reazione chimica i prodotti sono il frutto della ricombinazione degli atomi deireagenti. Poich, come afferma la teoria atomica, la massa degli atomi non cambia,

pertanto in una reazione chimica la massa dei prodotti sar uguale a quella dei reagenti,poich si ha conservazione del numero di atomi.

4.2 Legge della composizione costante (Legge di Proust)

Joseph Proust (1754-1836) afferm, nel 1799, che un dato composto chimico contiene

sempre gli stessi elementi combinati negli stessi rapporti in massa, indipendentementedalla provenienza del campione.Il solfuro di ferro (FeS), ad esempio, ha una composizione fissa del 63,7 % in massa di

Fe e del 36,3 % in massa di S. Con delle misurazioni si pu notare che il solfuro di ferrosi forma dai suoi elementi rispettando sempre un rapporto di combinazione di 1,74.Quindi, qualsiasi campione diFespresenta un rapporto in massa degli elementi semprecostante.

4.3 Legge delle proporzioni multiple

La legge delle proporzioni multiple, elaborata da Dalton, si riferisce al caso in cui dueelementi si combinano per formare pi di un composto.Ad esempio, carbonio e ossigeno formano due differenti composti:CO (monossido di carbonio): con 12 g di carbonio si trovano combinati 16 g di ossigenoCO2 (diossido di carbonio=anidride carbonica): con 12 g di carbonio si trovano

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combinati 32 g di ossigeno.Quando due elementi si combinano per formare pi di un composto, le masse di unelemento che si combinano con una quantit fissa dell'altro elemento stanno tra loro inrapporti di numeri interi e piccoli. Questo comportamento rappresenta la legge delleproporzioni multiple.

Nel nostro esempio, le differenti masse di ossigeno (16 e 32 g) combinati con la stessa

massa di carbonio (12 g) stanno in un rapporto 1: 2, cio in un rapporto di numeri interie piccoli.

5. Le reazioni tra gas e la legge di AvogadroIl chimico e fisico francese Joseph Gay-Lussac (1778-1850) fu il primo a studiare le reazionichimiche in funzione dei volumi e non delle masse. Egli, nel 1808, studiando reazionichimiche tra sostanze allo stato gassoso, trov che i volumi dei gas che reagiscono e ivolumi dei gas prodotti dalla reazione, misurati nelle stesse condizioni di temperatura e di

pressione, stanno tra loro in rapporti esprimibili con numeri interi e piccoli.Nella reazione tra idrogeno e cloro, Gay-Lussac trov che 1 litro di idrogeno si combina con1 litro di cloro per formare 2 litri di cloruro di idrogeno.Idrogeno gas : Cloro gas : Cloruro di idrogeno gas

1 L : 1 L : 2 L

Nella reazione tra idrogeno e ossigeno, Gay-Lussac trov che 2 litri di idrogeno sicombinano con 1 litro di ossigeno per formare 2 litri di vapore acqueo.Idrogeno gas : Ossigeno gas : Vapore acqueo

2 L : 1 L : 2 L

Questi risultati sperimentali furono espressi nella legge dei volumi di combinazione, laquale afferma che:in una reazione chimica i volumi dei gas che si combinano e quelli che si formano stanno

fra loro in rapporti esprimibili con numeri interi e piccoli.

Legge di AvogadroL'italiano Amedeo Avogadro (1776-1856), analizzando i risultati di Gay-Lussac, giunse allaconclusione nel 1811 che un gas un insieme di molecole, e che:nelle stesse condizioni di temperatura e pressione, volumi uguali di gas diversi contengonoun uguale numero di molecole.

questa la legge di Avogadro.Con tale legge Avogadro distingue il concetto di atomo da quello di molecola e ammette chegli elementi che sono gassosi non sempre sono costituiti di soli atomi, ma alcuni di essi sono

costituiti da molecole biatomiche (idrogeno= H2 , azoto= N2 , ossigeno= O2). Inoltre,secondo Avogadro, il volume di un gas dipende solo dal numero di molecole presenti,mentre risulta indipendente dalle dimensioni delle molecole e dal tipo di molecola. Questaidea risult valida perch le dimensioni delle molecole di un gas sono molto piccole rispettoalle distanze che le separano.Interpretazione della legge di Gay-Lussac

Secondo Avogadro, ciascun litro di idrogeno, di cloro, di ossigeno, di cloruro di idrogeno, divapore acqueo, contiene lo stesso numero di molecole, che noi, per comodit, facciamocorrispondere a quattro. Nella reazione precedentemente citata una molecola di idrogenoreagisce con una molecola di cloro formando due molecole di cloruro di idrogeno. Risultaspiegato, pertanto, perch un litro di idrogeno reagisce con un litro di cloro per dare due litri

di cloruro di idrogeno.