Corso di Chimica per Ingegneria Biomedica, Università degli Studi Firenze

Corso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE CORSO DI CHIMICA Laura triennale in Ingegneria Biomedica Giulia Serrano Dipartimento di Ingegneria Industriale Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

La Materia e le sue Classificazioni

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE La materia MATERIA

Miscele e Sostanze Pure

MISCELE (latte, aria, ottone) SOSTANZE PURE

Elementi e Composti

ELEMENTI COMPOSTI

Classificazione degli Elementi

ELEMENTI ATOMICI He, Ar, Sodio, Ferro ELEMENTI MOLECOLARI N2,O2,S8,P4

Classificazione dei Composti

COMPOSTI MOLECOLARI H2O,CO2,CH4 COMPOSTI IONICI NaCI, CaO, Ca(OH)2 Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Il Sistema Internazionale di Unità di Misura

STUI M + UNIVERSITAS& UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Il Sistema Internazionale_prevede 7 grandezze fondamentali e ne definisce le unità di misura:

Grandezze Fondamentali e Unità di Misura

Grandezza	Unità di misura	Simbolo
Intervallo di tempo	secondo	S
Lunghezza	metro	m
Massa	chilogrammo	kg
Temperatura	kelvin	K
Quantità di sostanza	mole	mol
Intensità di corrente elettrica	ampere	A
Intensità luminosa	candela	cd

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Prefissi Moltiplicativi del SI

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE SI - PREFISSI MOLTIPLICATIVI

Fattore	Prefisso	Simbolo	Fattore	Prefisso	Simbolo
1024	yotta-	Y-	10-24	yocto-	y-
1021	zetta-	Z-	10-21	zepto-	Z-
1018	exa-	E-	10-18	atto-	a-
1015	peta-	P-	10-15	femto-	f-
1012	tera-	T-	10-12	pico-	p-
109	giga-	G-	10-9	nano-	n-
106	mega-	M-	10-6	micro-	μ-
103	chilo-	k-	10-3	milli-	m-
102	etto-	h-	10-2	centi-	c-
10	deca-	da-	10-1	deci-	d-

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Struttura Atomica della Materia

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Struttura atomica della materia

Origini della Teoria Atomica

Le origini della teoria atomica Democrito (468-370 a.c.) Epicuro (341-270 a.c.) Lucrezio (96-11 a.c.) La materia é costituita da atomi Atomos = indivisibile Lavoisier (1785) enuncia la legge di conservazione della massa Proust (1799) enuncia la legge delle proporzioni definite Dalton (1807) enuncia la legge delle proporzioni multiple Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Robert Boyle e la Chimica Moderna

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Robert Boyle (1627 - 1691) THE SCEPTICAL CHYMIST: OR CHYMICO-PHYSICAL Doubts & Paradoxes, Touching the SPAGYRIST'S PRINCIPLES Commonly call'd HYPOSTATICAL, As they are wont to be Propos'd and Defended by the Generality of ALCHYMISTS. Whereunto is præmis'd Part of another Difcourfe relating to the same Subject. BY The Honourable ROBERT BOYLE, Efq; LONDON, Printed by J. Cadwell for J. Croke, and are to be Sold at the Ship in St. Paul's Church-Yard. MDCLAI.

Contributi di Boyle alla Chimica

• Fondatore della chimica moderna.
• L'ipotesi di Boyle sosteneva che la materia è formata da atomi e raggruppamenti di atomi in movimento e che ogni fenomeno fosse il risultato della collisione di queste particelle. Boyle fece appello ai chimici affinché sperimentassero e affermò che gli esperimenti negavano il fatto che gli elementi chimici si limitassero ai soli quattro classici: terra, fuoco, aria e acqua. Boyle inoltre sostenne la necessità di separare la chimica dalla medicina e dall'alchimia, elevando questa al rango di una scienza. Soprattutto sostenne l'approccio rigoroso alla sperimentazione scientifica: egli riteneva che tutte le teorie dovessero essere dimostrate sperimentalmente prima di essere considerate vere.

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Antoine-Laurent de Lavoisier

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Antoine-Laurent de Lavoisier (1743-1794)

Principi Fondamentali di Lavoisier

• Metodo di Nomenclatura Chimica, 1787
• Legge di conservazione della massa: in una reazione chimica la massa dei reagenti è uguale alla massa dei prodotti.
• Elemento: sostanza semplice che non può essere scomposta da nessun metodo conosciuto e che è la base per la formazione dei composti chimici.

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Gli Elementi di Dalton

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE ELEMENTS. Simple Plate 5 2 4 5 G 7 G P S 10 18 0 N T L Z B 19 20 21 2º 23 24 25 96 27 28 99 30 32 33 3.4 35 36 Compound Coger with Hydrogen 37 38 39 000 Origen with Azote 41 48 43 45 € D Oxygen with Carbone and Sulphur 46 47 48 19 50 Oxygen with phosph. 57 52 53 54 55 Hyd. with Sulphe. & phosph 56 57 58 Sulphur with phosph 59 60 Gli Elementi di Dalton Lezione 01 - Introduzione 13 15 16 17 3 Hydrogen with azete & CarboneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Le Leggi Ponderali della Chimica

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Le Leggi ponderali

Legge della Conservazione della Massa (Lavoisier)

• Legge della conservazione della massa (Lavoisier) La massa totale di un sistema reagente non varia

Legge delle Proporzioni Definite (Proust)

• Legge delle proporzioni definite (Proust) In qualunque composto il rapporto fra le quantità in peso degli elementi costituenti è definito e costante

Legge delle Proporzioni Multiple (Dalton)

• Legge delle proporzioni multiple (Dalton) Quando due elementi possono combinarsi insieme in rapporti ponderali diversi per dare diversi composti, le quantità di uno di essi che nei vari casi si combina con la medesima quantità dell'altro stanno fra loro in rapporti espressi da numeri interi, generalmente piccoli

1785 1799 1807 Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Esempio: Legge di Conservazione della Massa

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Legge di conservazione della massa ioduro di potassio + nitrato di piombo Si preparano le due polveri Si mischiano le due polveri nel mortaio (avviene una reazione) S 3047 Si uniscono le polveri nel mortaio e si misura la massa. ĐÁP ĐÔNG 3047 ÉEL La massa resta la stessa Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Esempio: Legge delle Proporzioni Definite

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Legge delle proporzioni definite Esempio: Riscaldando un campione di carbonato di rame del peso di 12,4 g CO2 CuCO3 si ottengono 8 g di ossido di rame e 4,4 g di anidride carbonica calore CuO Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Esempio: Legge delle Proporzioni Multiple

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Legge delle proporzioni multiple

g di azoto	g di ossigeno
N2O	28	16
N2O2	28	32
N2O3	28	48
N2O4	28	64
N2O5	28	80

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Teoria Atomica di Dalton

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Teoria atomica di Dalton

• Tutta la materia è costituita da particelle piccolissime, indistruttibili e indivisibili, chiamate atomi.
• Tutti gli atomi di uno stesso elemento sono identici tra loro, avendo dunque, dimensioni, massa e proprieta chimiche identiche.
• Gli atomi di un elemento non possono essere trasformati in atomi di altri elementi.
• Gli atomi di un elemento si combinano, quando formano un composto, sempre e solo con numeri interi di atomi di altri elementi.
• Gli atomi si trasferiscono sempre interamente passando da un composto ad un altro.

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Scoperta della Radioattività

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Antoine Henri Becquerel (1852 - 1908) Maria Skłodowska Curie (1867 - 1934)

Contributi di Becquerel e Curie

• Becquerel, nel corso di studi sui raggi X scoprì che Sali di Uranio emettevano raggi capaci di impressionare lastre fotografiche non esposte alla luce.
• Maria Curie prosegue questi studi e scopre che anche altri elementi presentavano la stessa capacità e coniò il nome di Radioattività.

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Le Radiazioni

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Le Radiazioni

Materiale radioattivo N Blocco di piombo S Magnete Rıggi beta Raggi gamma Lastra fotografica Raggi alfa Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

La Scoperta dell'Elettrone

STUI FI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE La scoperta dell'elettrone

Tubo di Crookes e Raggi Catodici

Tubo di Crookes 1897 Tubo in vetro contenente gas rarefatto e sottoposto ad elevate differenze di potenziale tramite due elettrodi collegati al polo positivo (anodo) e negativo (catodo) del generatore. A basse pressioni (10-6 atm) dall'elettrodo negativo (catodo) vengono emessi dei raggi detti «raggi catodici» resi visibili usando degli schermi fluorescenti, sempre identici indipendentemente dalla natura del gas e di carica negativa. A queste particelle venne dato il nome di elettroni. L'atomo e' neutro quindi devono esistere anche delle cariche positive, i protoni. Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Particelle Elementari e Radioattività

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Particelle Elementari

	Carica SI (C)	Atomico	Massa SI (kg)	Atomico
Protone	1.602x10-19	+1	1.673×10-27	1.0073
Neutrone	0	0	1.675x10-27	1.0087
Elettrone	-1.602x10-19	-1	9.109x10-31	0.0005

Tipi di Radiazione

Radioattività

• Raggi alfa == > 2 protoni + 2 neutroni ( carica 2 +)
• Raggi beta == > Elettroni (carica 1 -)
• Raggi gamma == > Radiazioni elettromagnetiche

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Modello Atomico di Thomson (1904)

N STUI NIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Modello atomico di Thomson (1904)

Descrizione del Modello di Thomson

Atomo rappresentabile come una massa sferica con cariche elettriche positive uniformemente distribuite e contenente immersi nel suo interno un ugual numero di elettroni, in modo che il tutto risultasse elettricamente neutro. I + + I I + + + + I + + I Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

L'Esperimento di Rutherford

STUI UNIVERSITAS UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE L'Esperimento di Rutherford

Gold foil Source of alpha particles Beam of alpha particles Fluorescent screen Lead shield Nucleus Alpha particles Atoms of gold foil Ernest Rutherford (1871 - 1937) Rutherford commentò: "Era l'evento piu incredibile che fosse mai capitato nella mia vita. Era come se una granata di 15 pollici, sparata contro un pezzo di carta velina, fosse tornata indietro colpendo chi l'aveva sparata». Lezione 01 - IntroduzioneCorso di Chimica - Laurea Triennale in Ingegneria Biomedica

Modello Atomico di Rutherford (1908)

STUI ERSITAS IN UNIVERSITÀ DEGLI STUDI FIRENZE Modello atomico di Rutherford (1908)

Caratteristiche del Modello di Rutherford

Modello atomico di Rutherford Nucleo contenente particelle cariche positivamente (protoni) ed altre particelle (neutroni) Elettroni, che ruotano intorno al nucleo Modello planetario con un nucleo contenente i protoni e gli elettroni che ruotano intorno al nucleo come i pianeti intorno al sole (nuvola elettronica). Ipotizzata esistenza dei neutroni. Lezione 01 - Introduzione