Molecole-1, i miscugli

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1 Prof. Vittoria Patti MOLECOLE – 1 i miscugli

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1Prof. Vittoria Patti

MOLECOLE – 1i miscugli

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Gli stati di aggregazione della materia

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STATO SOLIDOmolecole ravvicinate,

struttura ordinata,volume proprio,

forma propria

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STATO LIQUIDOmolecole ravvicinate,struttura disordinata,

volume proprio, NO forma propria

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STATO GASSOSOmolecole molto lontane,

struttura disordinata,NO volume proprio,

NO forma propria

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Passaggi di stato

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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

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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

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Miscugli eterogenei

un miscuglio eterogeneo(= non omogeneo o disomogeneo) presenta

caratteristiche diverse in punti diversi.20

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In un miscuglio eterogeneo ogni componente mantiene le proprie caratteristiche, e quindi è individuabile ad occhio nudo o con un microscopio. 21

Miscugli eterogenei

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In un miscuglio eterogeneo

i componenti possono essere miscelati in qualsiasi proporzione.

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Miscugli eterogenei

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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

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Un miscuglio omogeneo ha

le stesse caratteristiche in tutte le sue parti.

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Miscugli omogenei

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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

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Non sempre è

possibile miscelare i componenti di un miscuglio omogeneo in qualsiasi proporzione...

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Miscugli omogenei

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…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

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Il solventeè la sostanza

presente in maggiore quantità;

può essere solido, liquido o gassoso.

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Le soluzioni

solvente:acqua

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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

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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

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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!

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Una lega è

un miscuglio omogeneo formato da 2 o più componenti di cui almeno uno, il più abbondante, è un metallo.

Le leghe

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Le leghe sono di solito più dure e resistenti dei metalli puri.

Le leghe

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Le leghe sono solitamente solide:

fanno eccezione gli amalgami, cioè leghe contenenti mercurio, che possono essere liquide.

Le leghe

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L’acciaio è un miscuglio

di ferro (≥ 98%) e carbonio (≤ 2%).

Le leghe

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Il bronzo è un miscuglio omogeneo di rame e stagno, in percentuali variabili.

Le leghe

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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

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Il duralluminio, usato per costruire gli aerei,

è fatto di alluminio (≈96%) e rame (≈4%)

Le leghe

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L’ottone è un miscuglio di rame (70%)e zinco (30%).

Le leghe

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… 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…

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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.

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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.

Page 66: Molecole-1, i miscugli

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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.

Page 68: Molecole-1, i miscugli

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

Page 69: Molecole-1, i miscugli

Una soluzione più concentratacontiene più soluto di una soluzione diluita (a parità di volume di soluzione).

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La concentrazione

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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

Page 71: Molecole-1, i miscugli

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

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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

Page 73: Molecole-1, i miscugli

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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.

Page 74: Molecole-1, i miscugli

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

Page 75: Molecole-1, i miscugli

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

Page 76: Molecole-1, i miscugli

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

Page 77: Molecole-1, i miscugli

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

Page 78: Molecole-1, i miscugli

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

Page 79: Molecole-1, i miscugli

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

Page 80: Molecole-1, i miscugli

I processi di depurazione delle acque prevedono una fase di decantazione.

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Metodi di separazione

Page 81: Molecole-1, i miscugli

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

Page 82: Molecole-1, i miscugli

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

Page 83: Molecole-1, i miscugli

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

Page 84: Molecole-1, i miscugli

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Un impianto di centrifugazione per la produzione di olio extravergine di oliva

Page 85: Molecole-1, i miscugli

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

Page 86: Molecole-1, i miscugli

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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) ➔

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88cromatografia su colonna

Page 89: Molecole-1, i miscugli

• 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

Page 90: Molecole-1, i miscugli

Distillazione: separazione dei componenti di miscugli liquidi in base alle loro diverse temperature di ebollizione.

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Metodi di separazione