Le Basi della Chimica: Materia, Atomi e Ioni per la Scuola Superiore

Le Basi della Chimica

Cos'è la chimica?

Cos'è la chimica? La chimica studia la materia, la sua composizione, la struttura e le trasformazioni che avvengono durante le reazioni chimiche.

Cos'è la materia?

Cos'è la materia? Tutto ciò che ha massa e occupa spazio. Include oggetti solidi, liquidi, gas.

Grandezze fisiche e notazione scientifica

Grandezze fisiche

Grandezza Simbol o Unità SI Simbol o Lunghezza l metro m Massa m kilogrammo kg Tempo t secondo s Temperatura T kelvin K Quantità di n mole mol sostanza Corrente elettrica I ampere A Intensità luminosa Iv candela cd

Notazione scientifica

Notazione scientifica: · 49.800.000 = 4,98 × 107 · 0,000000498 = 4,98 × 10-7 Serve per esprimere numeri molto grandi o piccoli in modo compatto.

Prefissi

Prefisso Simbolo Potenza di 10 Quanti metri sono Gigametro Gm 109 1.000.000.000 m Megametro Mm 106 1.000.000 m Chilometro km 103 1.000 m Ettometro hm 102 100 m Decametro dam 101 10 m Metro m 10° 1 m Decimetro dm 10- 0,1 m (1/10) Centimetro cm 10-2 0,01 m (1/100) Millimetro mm 10-3 0,001 m (1/1000) Micrometro 10-6 0,000001 m Nanometro nm 10-9 0,000000001 m

Confronto: Massa - Peso - Densità - Peso Specifico

Grandezze e definizioni

Grandezza Definizione Formula Unità di misura Esempio pratico Massa (m) Quantità di materia contenut a in un corpo chilogrammi (kg) Un sacchetto di zucchero pesa 1 kg Peso (P) Forza con P=m ·g newton (N) 1 kg sulla Terra pesa circa 9,81 N cui la massa è attratta dalla gravità Densità (p) Massa per unità di volume p=m/V kg/m3 Acqua: p=1000 kg/m 3 Peso Peso per Ps=p·g N/m3 Acqua: unità di specifico (P ) volume (dipende da gravità) Ps=1000 ·9.8 1=9810 N/m3

Ricorda

• La massa è una quantità (non cambia in base al luogo).
• Il peso è una forza (dipende dalla gravità -> cambia se vai sulla Luna).
• La densità è massa diviso volume.
• Il peso specifico è peso diviso volume, oppure densità x gravità.

Esempio combinato

Esempio combinato: Hai un cubo di ferro da 0,01 m3 con massa 78 kg: · Densità: p=780.01=7800 kg/m3 · Peso: P=78 .9.81~764 N · Peso specifico: Ps=7800 ·9.81~76518 N/m3

Pressione e Condizioni Standard

Pressione

Pressione e Condizioni Standard La pressione è una forza esercitata su una superficie. Nelle reazioni chimiche, è importante indicare a quale pressione e temperatura si svolge la reazione, perché molte proprietà cambiano con questi valori.

Unità di misura della pressione

Unità di misura della pressione Unità Simbolo Equivalente in pascal (Pa) Atmosfera atm 1 atm = 101325 Pa Pascal Pa 1 Pa = 1 N/m2 millimetri di mercurio mmHg 1 atm = 760 mmHg Tor torr 1 torr = 1 mmHg Bar bar 1 bar = 100000 Pa 1 atm = 760 mmHg = 760 torr = 1 bar

Condizioni standard in chimica

Condizione Temperatura (℃) Temperatura (K) Pressione STP (Standard Temperature and Pressure) 0 °℃ 273.15 K 1 atm NTP (Normal Temperature and Pressure) 20 ℃ 293.15 K 1 atm SATP (Standard Ambient Temperature and Pressure) 25 ℃ 298.15 K 1 atm

A cosa servono queste condizioni?

• STP è usata per i calcoli sui gas, perché a STP: 1 mole di gas=22.4 L
• NTP e SATP sono più vicine alla temperatura ambiente.

Formula del volume molare dei gas ideali (a STP)

Formula del volume molare dei gas ideali (a STP) La formula generale è l'equazione dei gas ideali: PV = nRT Dove: P = pressione (in atm) V = volume (in litri) n = numero di moli R = costante dei gas = 0. 0821 L.atm/mol·K T = temperatura (in Kelvin)

Applicazione a STP

Applicazione a STP: Condizioni STP: · T=273.15 K · P=1 atm Sostituendo nella formula con n=1 mole: V = PnRT /P = 11.0. 0821.273. 15/1~22.4L

Temperature importanti in fisica e chimica

Eventi e punti di riferimento

Evento / Punto di riferimento ℃ K ºF Zero assoluto (movimento molecolare = -273.15 °℃ 0 K -459.67 ºF 0) Punto di congelamento dell'acqua 0 °C 273.15 K 32 ºF Temperatura ambiente (approssimativa) ~25 ℃ ~298.15 K ~77ºF Punto di ebollizione dell'acqua 100 ℃ 373.15 K 212 ºF

Note sulla temperatura

• Zero assoluto (0 K) è il limite inferiore della temperatura: non si può scendere sotto.
• Il Kelvin parte dallo zero assoluto e non usa il simbolo dei gradi (°).
• A 0 °℃, l'acqua congela. A 100 ℃, bolle (a pressione di 1 atm).
• La temperatura dell'universo oggi è di circa 2.7 K (radiazione cosmica di fondo).

Flashcard - Capitolo 1

• D: Cos'è la chimica? R: È la scienza che studia la materia, la sua composizione, struttura e trasformazioni.
• D: Qual è la differenza tra massa e peso? R: La massa è una quantità costante (kg), il peso è una forza che dipende dalla gravità (N).
• D: Qual è la formula della densità? R: p = m / V (massa diviso volume).
• D: Cosa indica il prefisso "u" (micro)? R: 10-6, cioè un milionesimo di metro (1 um = 0,000001 m).
• D: A STP, quanto volume occupa 1 mole di gas ideale? R: 22.4 litri.
• D: Qual è la formula dei gas ideali? R: PV = nRT, dove R = 0.0821 L.atm/mol.K.

Stati della Materia e Miscugli

Stati fisici della materia

Stato Volume Forma Particelle Solido fisso fissa molto vicine, ordinate Liquido fisso variabile vicine, scorrono tra loro Gas variabile variabile molto distanti, libere > I gas sono comprimibili e si diffondono facilmente. Obbediscono a leggi fisiche come l'equazione dei gas ideali: PV=nRT

Cambiamenti di stato

• Fusione : solido -> liquido
• Solidificazione : liquido -> solido
• Evaporazione : liquido -> gas (lenta e in superficie)
• Ebollizione: liquido -> gas (rapida, a T precisa)
• Condensazione : gas -> liquido
• Sublimazione : solido -> gas (es. ghiaccio secco)
• Brinamento gas -> solido

Sostanze pure e miscele

• Sostanza pura: ha composizione costante e proprietà specifiche ○ Es .: H2O (composto), O2 (elemento)
• Miscela: combinazione fisica di più sostanze Omogenea: aspetto uniforme, una fase (es. acqua salata) ○ ○ Eterogenea: più fasi visibili (es. sabbia e acqua)

Cosa sono i colloidi?

Cosa sono i colloidi? Un colloide è un tipo di miscela tra: · Fase dispersa (le particelle distribuite) · Fase disperdente (il mezzo in cui sono disperse) Le particelle colloidali sono: · più grandi di quelle di una soluzione vera (es. acqua salata), · più piccole di quelle di una sospensione (es. acqua e sabbia).

Esempi di colloidi

Esempi di colloidi: Tipo Disperso in ... Esempio Schiuma gas in liquido panna montata Gel liquido in solido gelatina Emulsione liquido in liquido maionese Sol solido in liquido dentifricio

Perché i colloidi non sedimentano?

X Perché non sedimentano? Le particelle colloidali sono abbastanza piccole da restare sospese nel mezzo disperdente e non cadere sul fondo, anche dopo molto tempo. In una sospensione (es. acqua e terra), invece, le particelle grandi precipitano dopo un po'.

Cos'è l'effetto Tyndall?

Cos'è l'effetto Tyndall? È il fenomeno per cui la luce viene diffusa quando passa attraverso un colloide. Spiegazione semplice: · Se punti una luce attraverso un bicchiere d'acqua (soluzione vera), non vedi il fascio. · Se punti la luce in un colloide (es. latte), vedi il fascio, perché le particelle deviano la luce. Effetto Tyndall = la luce "rimbalza" sulle particelle colloidali -> si vede il raggio.

Riepilogo semplice

Riepilogo semplice: Proprietà Soluzione (es. zucchero in acqua) Colloide (es. latte) Sospensione (es. sabbia in acqua) Dimensione molto piccole (invisibili) intermedie grandi Sedimentazio no ne no Sì Effetto Tyndall no sì sì (ma in modo irregolare)

Tecniche di Separazione

1. Filtrazione

• 1. Filtrazione
• Serve a separare le particelle più grandi di un solido non disciolto da un liquido.
• Funziona solo con miscugli eterogenei (il solido è visibile).
• Il liquido passa attraverso un filtro, il solido rimane nel filtro. Esempio: sabbia + acqua -> sabbia trattenuta, acqua filtrata.

X Non funziona con: sale disciolto in acqua (serve evaporazione o distillazione).

2. Centrifugazione

• 2. Centrifugazione
• Utilizza la forza centrifuga per separare componenti con densità diverse.
• Le particelle più dense vengono spinte verso il fondo del contenitore, le più leggere rimangono sopra.

V Esempio: sangue -> separa globuli rossi (densi) dal plasma (meno denso). Usata molto in laboratorio e medicina. MISCUGLIO ETEROGENEO!

3. Cromatografia

• 3. Cromatografia
• Separa i componenti di una miscela in base alla loro velocità di migrazione su un supporto (come carta o gel).
• Le sostanze più affini al solvente si muovono più velocemente, le altre più lentamente.

V Esempio: inchiostro nero su carta da filtro -> si separa in vari colori. Usata per analisi qualitative (es. presenza di coloranti, droghe, composti biologici).

4. Distillazione

• 4. Distillazione
• Separa due o più liquidi miscibili con punti di ebollizione diversi.
• Si riscalda la miscela: il liquido con punto di ebollizione più basso evapora, viene raccolto dopo condensazione.

V Esempio: acqua + alcol -> l'alcol evapora prima (boiling point = 78℃), viene raccolto. Distillazione frazionata = per liquidi con punti di ebollizione molto simili (es. benzine, oli).

Riepilogo veloce delle tecniche

Riepilogo veloce: Tecnica Cosa separa Principio Esempio Filtrazione Solido non disciolto + liquido Dimensione particelle Sabbia + acqua Centrifugazione Sostanze con densità diverse Forza centrifuga Sangue Cromatografia Componenti in soluzione Affinità col solvente Inchiostro Distillazione Liquidi miscibili Punto di ebollizione Alcol + acqua

Trasformazioni fisiche e chimiche

Tipo di trasformazione

Tipo Cambia la sostanza? Esempio Fisica No ghiaccio che si scioglie Chimica Sì ferro che arrugginisce Nelle trasformazioni chimiche si formano nuove sostanze.

Flashcard - Capitolo 2

• D: Cos'è una miscela eterogenea? R: Una miscela con due o più fasi visibili
• D: Cos'è una trasformazione chimica? R: Una trasformazione con formazione di nuove sostanze
• D: Cosa distingue un colloide da una soluzione? R: Le dimensioni delle particelle e il fatto che diffonde la luce

Atomi, Ioni e Isotopi

Struttura dell'atomo

Struttura dell'atomo Particella Carica Posizione Protone +1 Nucleo Neutrone 0 Nucleo Elettrone -1 Nube elettronica L'atomo è neutro: ha lo stesso numero di protoni ed elettroni. · Numero atomico Z = n. protoni · Numero di massa A = Z + n. neutroni

Ioni

+= loni · Catione = atomo che perde elettroni -> carica positiva in più (es. Na+) · Anione = atomo che acquista elettroni -> carica negativa in più (es. CI-) Gli ioni si formano quando un atomo perde o acquista elettroni durante una reazione chimica.

Cos'è un isotopo?

Cos'è un isotopo? Gli isotopi sono atomi dello stesso elemento (stesso numero di protoni, quindi stesso Z) ma con un numero diverso di neutroni -> cioè diverso numero di massa (A).

Esempio di isotopi

Esempio: Tutti questi sono isotopi dell'idrogeno: · 1H -> 1 protone, 0 neutroni · 2H (deuterio) -> 1 protone, 1 neutrone · 3H (trizio) -> 1 protone, 2 neutroni

Comportamento chimico degli isotopi

Comportamento chimico = UGUALE Gli elettroni determinano il comportamento chimico (cioè i legami tra atomi). Poiché tutti gli isotopi hanno lo stesso numero di elettroni, si comportano chimicamente allo stesso modo. Es: H2O fatta con 1H o con 2H (acqua pesante) si comporta chimicamente nello stesso modo.

Stabilità nucleare degli isotopi

Stabilità nucleare = DIVERSA Il nucleo è formato da protoni + neutroni. Se il rapporto tra protoni e neutroni è troppo squilibrato, il nucleo diventa instabile.