Un sistema è una porzione delimitata di materia. La materia e le sue caratteristiche.

Un sistema è una porzione delimitata di materia.

La materia e le sue caratteristiche

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


Le proprietà caratteristiche dei tre stati della materia dipendono dai cambiamenti di volume, pressione, forma e densità.


Si definisce fase una porzione di materia fisicamente distinguibile e delimitata che ha proprietà intensive uniformi.

I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei

Quando un sistema è costituito da una sola fase si dice che è omogeneo.


Quando un sistema è costituito da due o più fasi si dice che è eterogeneo.


• Un sistema formato da una singola sostanza si dice puro.

• Le sostanze pure hanno caratteristiche e composizione costanti.

Le sostanze pure

• Un sistema formato da due o più sostanze pure è un miscuglio.

• I miscugli hanno composizione chimica variabile.

Le sostanze pure

Una soluzione è un miscuglio di due o più sostanze fisicamente omogeneo. Il componente più abbondante della soluzione si chiama solvente, gli altri si chiamano soluti.

Miscugli omogenei e miscugli eterogenei

Un miscuglio eterogeneo è formato da componenti chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili.


I miscugli eterogenei possono presentare aspetti anche molto diversi al variare dello stato di aggregazione delle fasi che li costituiscono.


La schiuma, la nebbia, il fumo e l’emulsione sono esempi di miscugli eterogenei in fasi diverse.


I colloidi costituiscono una classe di materiali che ha caratteristiche intermedie tra quelle dei miscugli omogenei e quelle dei miscugli eterogenei.


Una dispersione colloidale si distingue da una soluzione per l’effetto Tyndall: un raggio luminoso viene deviato dalle grandi particelle della fase dispersa favorendo una luminosità diffusa.


• Se la fase disperdente, liquida o gassosa, prevale su quella solida si ha un sol.

• Se prevale la fase solida sulla fase disperdente, si ha un gel.


I passaggi di stato implicano la trasformazione della materia da uno stato fisico all’altro per variazioni di temperatura e pressione.

I passaggi di stato

I passaggi di stato

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.

I passaggi di stato

• La fusione è il passaggio dallo stato solido allo stato liquido.

• L’evaporazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato di vapore.

• La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido allo stato di vapore.

I passaggi di stato

• La condensazione è il passaggio dallo stato di vapore allo stato liquido.

• La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido allo stato solido.

• Il brinamento è il passaggio diretto dallo stato di vapore allo stato solido.

I passaggi di stato

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.

I passaggi di stato

• Alla temperatura di fusione coesistono la fase liquida e la fase solida.

• Alla temperatura di ebollizione la fase liquida e la fase di vapore coesistono, e la tensione di vapore è uguale alla pressione esterna.

I passaggi di stato

Ogni sostanza pura ha una curva di raffreddamento attraverso la quale si distinguono:

I passaggi di stato

• temperatura di condensazione (a parità di

pressione uguale a quella di ebollizione);

• temperatura di solidificazione (a parità di pressione uguale a quella di fusione).

La pressione e i passaggi di stato

La tensione di vapore di un liquido, a una data temperatura, è la pressione che esercita un vapore in equilibrio con il proprio liquido puro, ed è tanto più alta quanto maggiore è la temperatura.


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.


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.

I principali metodi di separazione di miscuglie sostanze

La filtrazione è il metodo per separare, per mezzo di filtri, i materiali solidi da un miscuglio liquido o gassoso.


La centrifugazione è il metodo per separare miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi aventi densità diversa.


L’estrazione è il metodo per separare i componenti di un miscuglio per mezzo di un solvente.


La cromatografia è il metodo per separare i componenti di un miscuglio che si spostano con velocità diverse su un supporto (fase fissa), trascinati da un solvente (fase mobile).


La distillazione si basa sulla diversa volatilità dei componenti di miscele liquide. Minore è la temperatura di evaporazione, maggiore è la volatilità.

Perché le sostanze si sciolgono?

• Le soluzioni sono miscugli omogenei i cui costituenti conservano le loro proprietà.

• Nelle soluzioni il solvente è il componente in maggiore quantità.

• Il soluto è il componente delle soluzioni che si trova in minore misura.

Perché le sostanze si sciolgono?

La formazione di una soluzione presenta sempre una variazione del contenuto energetico dovuto alla rottura (energia acquisita) e alla formazione (energia liberata) di legami: il sistema tende alla minor energia potenziale possibile.

Soluzioni acquose ed elettroliti

I composti molecolari formano soluzioni per dispersione nell’acqua delle molecole elettricamente neutre; l’acqua rompe i deboli legami intermolecolari.

Queste soluzioni non conducono elettricità.


I composti polari (come gli acidi) in acqua si ionizzano: le molecole dipolari dell’acqua spezzano i legami covalenti polari della molecola con conseguente formazione di ioni:

HCl(g) ⇄ H+(aq) + Cl–

(aq)

Queste soluzioni conducono elettricità.


I composti ionici in acqua si dissociano, ovvero liberano ioni: le molecole d’acqua separano gli ioni di carica opposta già presenti nel composto

NaCl(s) ⇄ Na+(aq) + Cl-

(aq)

Queste soluzioni conducono elettricità.


Nella dissociazione e nella ionizzazione gli ioni vengono circondati dalle molecole d’acqua orientate in modo che il polo positivo sia rivolto verso lo ione negativo, e il polo negativo verso lo ione positivo.


Si formano ioni idratati.


Tutti i composti che in soluzione producono ioni per dissociazione o per ionizzazione prendono il nome di elettroliti.

Un elettrolita è una sostanza che rende elettricamente conduttrice la soluzione acquosa in cui è disciolto.


Soluzioni con alta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti forti.

Soluzioni con modesta conducibilità elettrica contengono soluti detti elettroliti deboli.

Soluzioni che non presentano conducibilità elettrica contengono soluti detti non elettroliti.

La concentrazione delle soluzioni

La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la quantità di soluto e la quantità di solvente in cui il soluto è disciolto.

È possibile esprimere questo rapporto in funzione di diverse grandezze.


La concentrazione percentuale in massa (% m/m) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 grammi di soluzione.


La concentrazione percentuale massa su volume (% m/V) indica la quantità in grammi di soluto sciolta in 100 mL di soluzione.


La concentrazione percentuale in volume (% V/V) indica il volume in millilitri di soluto sciolto in 100 mL di soluzione.

Questo è il metodo usato anche per calcolare il grado alcolico di una bevanda.


La concentrazione in parti per milione (ppm) indica il numero di parti di soluto presenti in un milione di parti di soluzione.

oppure


La concentrazione molare (M) o molarità indica il rapporto fra le moli di soluto e il volume in litri della soluzione.


La concentrazione molale (m) o molalità è il rapporto tra le moli di soluto e la massa del solvente espressa in kilogrammi.


La frazione molare (X) di un componente di una soluzione è il rapporto fra il suo numero di moli di quel componente e il numero totale di moli di tutti i componenti.

La solubilità e le soluzioni sature

Quando un soluto non si scioglie più in un solvente, la soluzione si dice satura e il soluto in eccesso corpo di fondo.


La solubilità di una sostanza in un certo solvente è la sua concentrazione nella soluzione satura.


La solubilità varia da sostanza a sostanza e dipende dalla temperatura e dalla natura del solvente.

Spesso viene espressa in grammi di soluto presenti in 100 g di solvente.


Tra il soluto disciolto e quello indisciolto si instaura un equilibrio detto equilibrio dinamico dovuto al persistente movimento delle particelle.

Solubilità, temperatura e pressione

Per la maggior parte delle sostanze solide, la solubilità cresce all’aumentare della temperatura.

Per tutti i soluti gassosi la solubilità diminuisce all’aumentare della temperatura.


Per i gas la solubilità dipende anche dalla pressione.

Elementi e composti

Sappiamo che è possibile isolare da un miscuglio una o più sostanze pure.

La maggior parte di queste sostanze può subire una trasformazione chimica e produrre sostanze più semplici.

Altre sostanze resistono a qualsiasi tipo di trasformazione in sostanze più elementari.

Elementi e composti

Le sostanze pure formate da componenti più semplici si chiamano composti.

Elementi e composti

Le sostanze che non possono essere trasformate in sostanze più semplici si chiamano elementi.

Elementi e composti

Gli elementi

Gli elementi a oggi conosciuti sono 118:

• 92 sono presenti in natura*

• 26 sono stati scoperti**

*più che altro sotto forma di composti e raramente nella forma elementare

** nel corso di ricerche sull’energia atomica oppure con reazioni nucleari

Gli elementi

La quantità e la distribuzione degli elementi presenti in natura sono molto diverse.

La classificazione degli elementi

La classificazione degli elementi oggi utilizzata è stata proposta dal russo Dmitrij Mendeleev nel 1869.

Mendeleev classificò gli elementi in base alle loro proprietà chimiche e fisiche, ordinandoli in una struttura detta tavola periodica.


La classe più numerosa è quella dei metalli, che sono:

• lucenti;

• buoni conduttori di calore;

• buoni conduttori di elettricità;

• duttili;

• malleabili.

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Le idee della chimica


I non metalli occupano la parte destra della tavola periodica e sono:

• variamente colorati;

• gassosi, ma anche liquidi e solidi;

• cattivi conduttori di calore ed elettricità;

• buoni conduttori di elettricità;

• né duttili, né malleabili.


I semimetalli presentano proprietà intermedie fra i metalli e i non metalli:

• a temperatura ambiente sono solidi;

• sono semiconduttori (né conduttori né isolanti).

Un sistema è una porzione delimitata di materia. La materia e le sue caratteristiche.

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