Introduzione
La chimica studia la composizione e la struttura della materia e le sue trasformazioni.
• Sistema: la parte del mondo sottoposta ad un particolare studio. (Es.: un atomo, una galassia, l'atmosfera terrestre, una beuta, una cellula, un gatto, un campione di minerale)
• Equilibrio: un sistema è in equilibrio quando le sue proprietà macroscopiche e microscopiche sono costanti in ogni punto. A livello microscopico l'equilibrio è sempre dinamico, ossia è il risultato di processi che avvengono in 'direzioni' opposte
• Fase: parte di un sistema separata dal resto del sistema da superfici limitanti. All'equilibrio le proprietà fisiche e chimiche sono eguali in ogni punto della fase.
• Sostanza: un corpo che possiede proprietà fisiche e chimiche ben definite, invariabili o variabili in limiti ristretti: ad es. composizione, solubilità (in un solvente), punto di fusione,densità, conducibilità.
• Materiale: un corpo costituito da una o più sostanze, destinato a qualche specifica funzione.
Atomo: particella piccolissima che può combinarsi con un altro atomo in modo diverso.
• Miscela: un sistema costituito da una sola fase e da diverse sostanze, separabili con mezzi chimico-fisici.
• Miscuglio: insieme di due o più sostanze che mantengono inalterate le loro caratteristiche originarie e che sono separabili con mezzi fisici semplici
Miscele eterogenee: formate da 2 o + fasi.Non hanno composizione uniforme in tutti i punti del campione e i componenti sono facilmente distinguibili. (es. rocce, sangue,latte)
Miscele omogenee: formate da una sola fase. Composizione uniforme in tutti i punti del campione e i componenti non sono distinguibili. (es. acqua di mare, vino, aria) sono dette anche soluzioni.
La materia è costituita per lo più da miscele
Isotopi: atomi con lo stesso numero atomico e diverso numero di massa (di neutroni)
Sostanze pure
È una porzione di materia con composizione uniforme, costante e ben definita. E' formata da un solo tipo di unità fondamentale (un atomo, una molecola oppure una cella di un reticolo cristallino).
Si distinguono:
Composti: scissi in due o più sostanze più semplici, perchè formati da atomi diversi legati in reticolo cristallino (NaCl).
Elementi o sostanze elementari: non sono ulteriormente scomposti perchè formati da atomi uguali. Un elemento è un insieme di atomi con caratteristiche identiche. (O2, gas nobili monoatomici)
Equivalente chimico: di un elemento, è la quantità di elemento combinabile con 8 gr di ossigeno. L'equivalente chimico dipende dal tipo di composto considerato. Per esempio, nel diossido di zolfo SO2 ci sono 8,016 gr di zolfo, e questo è l'equivalente chimico dello zolfo, che si combinano con 8 gr di ossigeno. nel triossido di zolfo SO3 si hanno 5,344 gr di S perchè questa quantità si combina con 8 gr di Ossigeno, e 5,433 gr di S sono l'equivalente chimico dello zolfo. Gli elementi si combinano nel rapporto dato dai loro equivalenti chimici e ciò secondo la legge delle proporzioni finite. I singoli elementi hanno diversi equivalenti chimici e questo deriva dalla legge delle proporzioni multiple.
metodi di separazione
Esistono molti metodi, fisici e chimico-fisici, impiegati per separare le sostanze che compongono le miscele
Un metodo fisico: la filtrazione; la distillazione. Entrambi i metodi separano una miscela nei suoi componenti ottenendo sostanze pure.
Un metodo chimico-fisico: la cristallizzazione frazionata (separa parzialmente i soluti in una soluzione liquida).
In base allo stato fisico della materia, si sceglie il metodo più adatto.
Filtrazione: separa i componenti solidi da una miscela eterogenea (liquido + solido) sfruttando la dimensione macroscopica delle particelle solide. Si usa un filtro di carta assorbente.
Distillazione: separa i componenti di una miscela sfruttnado le diverse temperature di ebollizione. Può essere semplice e frazionata. Semplice: separa un liquido da una soluzione solido-liquido. Frazionata : separa un liquido da una soluzione di due o più liquidi.
Cromatografia: separa i componenti di una miscela in base alla loro diversa velocità di migrazione su un materiale di supporto (carta o silice) sotto la spinta di un eluente (solvente).
Centrifugazione: separa i componenti della miscela in base alla differente densità, usa la forza centrifuga.
Estrazione con solventi: sfrutta la solubilità di una sola delle sostanze della miscela in un determinato solvente.
Il livello macroscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un batterio (10-6 m) a quelle usuali del mondo accessibile al nostro corpo (10-3 – 103 m)
• Il livello microscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un nucleo atomico (10-15m) a quelle di una grossa proteina (100 x 10-9 m)
Gli oggetti microscopici della chimica: l'atomo.
L'atomo è un sistema miscoscopico costituito da protoni, carica 1,6 • 10-19 C, massa 1,673 • 10 -24 g; da neutroni, carica zero, massa 1,675 • 10 -24 g; da elettroni, carica - 1,6 • 10-19 C, massa 9,109 • 10-28 g.
Le proprietà chimiche di un atomo sono determinate dal numero di protoni contenuti nel nucleo.
Simboli atomici: A numero di massa dell'isotopo: numero dei protoni + numero dei neutroni
Z numero atomico: numero dei protoni, carica nucleare
L'unità di massa atomica: si è definita come unità di massa atomica un dodicesimo della massa dell'isotopo 12C. Il nome di questa unità di misura è dalton (uma); 1 uma = 1,66059 x 10-24 g
Massa atomica relativa (mar): è il rapporto tra la massa di un atomo di un elemento naturale (spesso una miscela di isotopi ) e la dodicesima parte della massa dell’atomo di carbonio 12. La massa atomica relativa è detta anche peso atomico, in ogni caso questa grandezza è adimensionale.
Gli oggetti microscopici della chimica:
Molecole e ioni: Una molecola è un sistema costituito da uno o più atomi, in grado di esistere 'isolato' (isolato è riferito a sistemi che hanno solo interazioni deboli con altri oggetti microscopici). Le molecole sono dette mono-, bi- , tri- ... atomiche a seconda che siano costituite da 1, 2, 3 atomi, per esempio, la γ-globulina è costituita da 19.996 atomi (si legge gamma-globulina).
Uno ione è un atomo o una molecola con carica elettrica intera, positiva o negativa. Il solfato di rame è costituito da ioni Cu2+ e SO42-
La definizione di mole: La mole è la quantità di sostanza di un sistema contenente tante entità elementari quanti sono gli atomi in 0,012 kg di carbonio 12. Le entità elementari devono essere specificate e possono essere atomi, molecole, ioni, elettroni, ecc, ovvero gruppi specificati di tali particelle.
Mole =quantità di sostanza contenente un numero di Avogadro di particelle (6,022. 10 23)
Massa molare= massa in g di una mole (PM per le molecola)
Volume molare= volume occupato da una mole di gas (uguale per tutti nelle stesse condizioni di P e T). È il rapporto tra massa molare e massa volumica. Cm 3 xmol-1.
Le grandezze molari: si definiscono molari tutte le grandezze riferite ad una mole di sostanza. Due esempi importanti sono i seguenti:
– massa molare: è la massa di una mole di sostanza, ed è espressa in g mol-1
– volume molare: è il volume di una mole di sostanza, ed è espresso in cm3 mol-1
Nel caso dei gas il volume molare è espresso in L mol-1, e a TPS vale 22,4 L mol-1
L'ossigeno ha m.a.r. 15,9994; la massa di una mole di O è 15,99 g; la massa molare dell'ossigeno atomico è 15,99 g mol-1