CHIMICA

Contenuto del Corso

Struttura atomica della materia

Proprietà periodiche

Il legame Chimico

Gas-Solidi-Liquidi

Equilibri di fase

Elettrochimica

Durata del Corso: 12 settimane (x 5 ore) = 60 ore totali (6 CFU)

Tipo di Esame: Prova scritta propedeutica alla prova orale

Prove Intracorso: NON previste

Termine corsi 1 semestre:18 Dicembre 2009

Appelli di esame:Gennaio, Febbraio, Giugno, Luglio, Settembre

Prova scritta:NON CONSERVATIVA!

Testi Consigliati:Elementi di Chimica (Palmisano- Schiavello) EDISES

Fondamenti di Chimica Generale (Chang) McGraw- Hill

Esercizi: Stechiometria (Bertini-Mani) Ambrosiana

http://www.dica.unisa.it/bacheca/chimica/eschi.htm

DOCENTE:Dott. Giuliana Gorrasi

Orario di ricevimento:Giovedì 10.30-12.30 studio n. 310 c/o Dipartimento di Ingegneria Chimica e Alimentare

…QUALCHE CONSIGLIO UTILE…

Seguire il Corso SOLO se REALMENTE interessati!

Utilizzare al 100% TUTTO il tempo che si trascorre in Facoltà: è TUTTO tempo risparmiato a casa (o altrove)

Evitare inutili dispendi di tempo, denaro e risorse fisiche e intellettive

(è TUTTO contrario alla “filosofia” del vero Ingegnere)

Stare sempre al passo con il corso in modo da sostenere l’esame al primo appello

L’Università NON è un dovere (come la scuola), ma un

DIRITTO!

Non calpestate i Vostri Diritti!

CHIMICA

- Perché si studia

- Come si studia

- Cos’è

"Là dove la natura finisce di produrre le sue specie,l'uomo comincia, utilizzando le specie della natura,e in armonia con la natura stessa,a creare una infinità di specie“

Leonardo da Vinci

La chimica si studia perché…

Con la sua conoscenza possiamo meglio controllare le reazioni chimiche che ci coinvolgono nella vita di tutti i giorni

Ci permette di comprendere come funziona il nostro organismo ed i valori nutrizionali della dieta

Permette di comprendere i problemi ambientali relativi al clima

L’industria chimica controlla la produzione metalmeccanica, alimentare, farmaceutica, tessile…quindi la nostra vita!

E inoltre…

… per gli studenti è una disciplina di base che, come la fisica e la matematica, rappresenta le basi dell’Ingegneria

La chimica si studia perché…

La chimica si suddivide in … Chimica fisica Chimica analitica qualitativa Chimica analitica quantitativa Chimica generale Chimica inorganica Chimica organica Biochimica Chimica nucleare Merceologia ………………….

La Chimica è…

… lo studio delle trasformazioni della materia

La composizione della materia Le trasformazioni della materia

Reazioni chimiche

REAGENTI PRODOTTI

prima dopo

Che cosa studia la chimica

La materia è …

Tutto ciò che ha massa Tutto ciò che occupa spazio Tutto ciò che possiede energia

tutto ciò che occupa uno spazio volume possiede una massa peso si presenta in uno dei 3 stati fisici

solido liquido gassoso

LA MATERIA

La materia si trova

Allo stato puro Aggregata

La materia è fatta ……da unità elementari chiamati atomi

La materia possiede proprietà

Organolettiche Fisiche chimiche

PROPRIETÀ ORGANOLETTICHE

Colpiscono i nostri sensi Sono soggettive Si distinguono in:

ColoreSaporeOdore Suono (o rumore)Tatto

PROPRIETA’ FISICHE Le proprietà fisiche sono oggettive Sono invariabili per quel campione Sono misurate con le

grandezze intensive

Ecco alcuni esempi

ESEMPI DI ROPRIETÀ FISICHE temperatura di fusione/solidificazione temperatura di ebollizione/condensazione attrazione alla calamita Peso specifico densità calore specifico calore latente

Le proprietà chimiche della materia riguardano Il comportamento della stessa in presenza di

altri campioni di materia diversa Sono esempi:

La capacità di formare o no soluzioni con l’acqua La capacità di reagire o no con l’O2

La materia si presenta allo stato fisico

Solido Liquido Gassoso

La materia si definisce solida quando ha:

Forma propria Volume proprio

La materia si definisce liquida quando ha:

Volume proprio Forma non propria ma del

recipiente in cui è contenuta

La materia si definisce gassosa quando ha:

Volume non proprio Forma non propria

Le trasformazioni della materia possono essere Chimiche Fisiche

Le trasformazioni chimiche sono cambiamenti radicali della materia che cambia così le proprie proprietà chimiche, fisiche e organolettiche

Le trasformazioni fisiche riguardano i cambiamenti di stato di aggregazione della materia e coinvolgono solo le proprietà organolettiche e alcune proprietà fisiche

Cambiamenti di stato Avvengono grazie ai cambiamenti di

temperatura del sistema, cioè grazie agli apporti o sottrazioni di energia termica

Durante il cambiamento di stato si verifica la sosta termica

Variano alcune proprietà fisiche fra cui la densità ed il peso specifico della materia

Ecco i nomi corrispondenti ai vari cambiamenti

Cambiamenti di stato

Stato fisico iniziale

Stato fisico finale

Solido Fusione Liquido

Liquido Solidificazione Solido

LiquidoEvaporazione

EbollizioneAeriforme

Aeriforme Condensazione Liquido

Solido Sublimazione Aeriforme

Aeriforme Brinamento Solido

L’evaporazione riguarda solo la superficie del liquido e richiede una temperatura inferiore a quella di ebollizione.

La materia allo stato puro è definita sostanza Può essere semplice o composta È esprimibile con una formula

chimica Il concetto di purezza è differente

dal punto di vista chimico o da quello merceologico

Le sostanze semplici sono formate da un unico elemento anche se è un aggregato di più atomi.

Sono esempi:Fe un atomo di ferroO2 molecola di ossigeno

Sia le sostanze semplici che quelle composte, purché formate da più atomi, indifferentemente se uguali o diversi, sono formate da molecole, cioè aggregati di atomi saldati tra loro da legami più o meno forti.

Tali molecole vengono scritte con formule chimiche che esprimono, con simboli e numeri, la presenza degli elementi che la compongono ed il rapporto quantitativo tra essi.I simboli corrispondenti a tali elementi sono ritrovabili sulla tavola periodica degli stessi.

La materia si può aggregare formando

Miscugli omogenei Miscugli eterogenei

Miscugli omogenei

Nei miscugli omogenei i componenti sono mescolati in modo molto “profondo” tanto che essi perdono alcune proprietà e non sono più distinguibili fra loro

Miscugli omogenei liquidi sono chiamati soluzioni.

Le soluzioni hanno Un solvente liquido Uno o più soluti che si possono

presentare sia allo stato solido, sia liquido che gassoso

I componenti di un miscuglio omogeneo si separano sfruttando le diverse temperature dei cambiamenti di stato

Miscugli eterogenei

I miscugli eterogenei sono quelli più facili da individuare perché in genere i diversi componenti che li costituiscono si riconoscono nettamente, talvolta anche ad occhio nudo.

nelle trasformazioni chimiche la somma delle masse dei reagenti è uguale alla somma delle masse dei prodotti

La materia non si crea,

non si distrugge, si trasforma

(1743-1794, ghigliottinato durante il Terrore)

400 g mele200 g farina1 uovo 80 g100 g zucchero150 g latte70 g burro

Una torta da 1 k g

PRINCIPIO DI LAVOISIER

Tutti gli oggetti materiali sono fatti di particelle, gli atomi

corpi elementari = formati da atomi tutti ugualiELEMENTO = tipo di atomo

corpi formati da atomi di elementi diversi

miscugli compostiproporzione

variabile in massa

Proporzioni in massa definite e costanti

Legge di Proust(1754-1826)

omogenei

eterogenei

granito: miscuglioeterogeneo

leghe metallichesoluzioni: acqua e sale,latte, caffè, ecc.)

teoria atomistica della materia

numerosi tipi di atomi -un centinaio circa- ognuno identificato da un nome e

un simbolo

diversi per proprietà fisiche e

chimiche

ossigenoidrogeno

ororame

OHAuCu

massa, volume colore carica elettrica che può assumerestato fisico del corpo elementare

tipi di reazioni cui partecipaaltri tipi di atomi con cui si legaproporzioni nelle quali si lega

simbolo: lettera iniziale -due se più elementi hanno la stessa iniziale- del nome latinorame:cuprum Cu; azoto: nitrum: N; sodio: natrum Na; cabonio C; calcio Ca; cobalto Co

gli atomi elementari: simboli

associazioni di 2 o più atomi in proporzioni costanti -qualunque sia la quantità e la provenienza

della sostanza formata dalle molecole- rappresentate con una FORMULA, cioè un insieme di SIMBOLI, uno per elemento con, al piede, un numero - indice -

= numero di atomi di ciascun elemento

le molecole: formuleMOLECOLA: PARTE PIU’ PICCOLA DI UNA SOSTANZA

CHE MANTIENE LE CARATTERISTICHE CHIMICHE DELLA SOSTANZA

ATTENZIONE

metalli molecole monoatomiche

(1 atomo di ferro= 1 molecola di ferro) molecola dell’acqua

2 atomi idrogeno H

1 atomo ossigeno O

Formula

H2O

H

H O

FormulaFe

Fe Molecola di ferro

sostanza pura: formata da particelle dello stesso tipo, uguali tra loro (rappresentate da formule)

miscuglio: mescolanza, in proporzioni variabili -non può essere rappresentato da una formula!- di sostanze pure sistema omogeneo: una sola fase (componenti non separati da superfici)

eterogeneo: più fasi ( sospensione: solido-liquido;

emulsione: 2 liquidi non miscibili

elemento

composto acqua, glucosiocellulosa, ecc.ferro, diamante

ossigeno, ecc.

aria, acqua di mare, acqua e alcol, acciaio

olio in acqua

talco in acqua

sostanze pure e miscugli

LA MATERIALA MATERIA

SOSTANZE PURE O INDIVIDUI CHIMICI

MISCELE

ELEMENTI

COMPOSTI ETEROGENEE o MISCUGLI (eterogenei)

OMOGENEE o SOLUZIONI

di elementi

di composti

di elementi+composti

GLI ELEMENTIGLI ELEMENTI

• Gli elementi non possono essere scomposti, con metodi chimici, in sostanze più semplici.

• Sono costituiti da atomi della stessa specie e sono raggruppati nella tavola periodica.

• L’atomo è la più piccola parte di un elemento, con cui esso può entrare a far parte di un composto.

N. B.N. B.Gli atomi di uno stesso elemento non

sono tutti uguali (differenze di massa), si

può solo dire che sono della stessa

specie.

INOLTRE…INOLTRE…

L’atomo di un elemento NON conserva le proprietà chimiche e fisiche dell’elemento e NON è mai capace di esistere libero (a parte i gas nobili aventi molecola monoatomica).

La più piccola parte di un elemento capace di esistenza fisica indipendente è la MOLECOLA che è formata da 2 o più atomi e che conserva le proprietà chimiche e gran parte di quelle fisiche dell’elemento.

INFATTI…INFATTI…

I COMPOSTII COMPOSTI

• I composti sono formati da due o più elementi

legati in rapporto fisso e costante, scomponibili per

mezzo di processi chimici.

• Possono essere molecolari o ionici : nei primi, la

formula rappresenta la molecola del composto, nei

secondi (NaCl, CaCl2, Na2SO4, CaCO3, ecc..) la

formula è solo empirica, detta formula minima o

unità di formula.

• Le molecole dei composti sono formate sempre da

almeno due atomi diversi.

LA STRUTTURA DELL’ATOMOLA STRUTTURA DELL’ATOMO• Si può considerare che l’atomo sia formato da una

parte centrale detta NUCLEO e da elettroni posti all’esterno, molto distanti da esso.

• Il nucleo è formato da particelle elementari (subatomiche) dette PROTONI e NEUTRONI che sono la sede della massa dell’atomo, in quanto 1800 volte più pesanti degli elettroni.

Gli elettroni hanno, quindi, massa trascurabile rispetto al nucleo (protoni+neutroni).• Gli elettroni sono distribuiti attorno al nucleo

secondo un ordine preciso.

LE PARTICELLE SUBATOMICHELE PARTICELLE SUBATOMICHE

Se ne conoscono più di cento, ma le più importanti sono protoni, neutroni (nucleoni) ed elettroni.

I PROTONI sono particelle stabili, dotate di carica positiva, presenti in tutti i nuclei atomici.

NUMERO ATOMICO Z: numero di protoni presenti nel nucleo, serve per individuare la specie chimica e

coincide numericamente con il numero di elettroni dell’atomo nel suo stato fondamentale.

Il numero atomico Z è fisso e unico per ciascun elemento ed indica anche il numero degli elettroni

dell’atomo.Gli elettroni hanno carica negativa.

I NEUTRONI sono particelle subatomiche prive di carica e dotate di massa simile a quella dei protoni. Sono particelle elementari stabili.

NUMERO DI MASSA A: somma del numero di protoni e neutroni.

Numero atomico e numero di massa vengono riportati a sinistra del simbolo dell’elemento, Z in basso e A in alto.

SIMBOLO

AZ

C12 6 Na

2311ES.:

Una specie atomica di cui vengono specificati numero atomico Z e di massa A è detta NUCLIDE.

Atomi con lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa vengono detti NUCLIDI ISOTOPI o solo ISOTOPI.Gli isotopi di uno determinato elemento hanno lo stesso comportamento chimico, ma possono differire per alcune proprietà fisiche (densità, tensione di vapore,…).SI può CONCLUDERE CHE: gli atomi di uno stesso

elemento NON sono tutti uguali, essendo

formati da più isotopi.

O16 8 O17

8 O18 8

LA MASSA DEGLI ATOMILA MASSA DEGLI ATOMI

UNITA’ DI MASSA ATOMICA u (Da o u.m.a.): unità di massa specifica per gli atomi che permette di riferirci alle masse infinitesimali degli atomi

nell’ordine di decine o centinaia (variando da 1 a 262).

Il valore di u è 1,66054 10-27 kg, mentre la massa degli atomi degli elementi noti è

compresa fra 1,673 10-27 kg e 4,637 10-25 kg.

Per rendere le cose più semplici e dirette, sono state introdotte due misure, la MOLE e la

MASSA MOLARE.

Una mole (mol) è la quantità di sostanza chimica che contiene un numero di particelle (atomi, molecole, elettroni,…) pari al numero di atomi di carbonio contenuti in 12 g dell’isotopo del carbonio C

12 6

Una mole di atomi o di molecole è formata dallo stesso numero di atomi o di molecole per qualsiasi elemento o composto si prenda in considerazione.

Questo numero costante corrisponde al NUMERO DI AVOGADRO (n), o costante di Avogadro, e vale 6,02.1023 mol-1

1 mol di atomi= 6,02 .1023

1 mol di molecole= 6,02 . 1023

N.B.:N.B.: Il numero di Avogadro indica non solo il numero di atomi di carbonio presenti in 12g di 12C,

ma anche il numero di atomi di ferro contenuti in 56g di 56Fe,

il numero di molecole di ossigeno contenuti in 32g di O2,

il numero di molecole d’acqua contenute in 18g di H2O.

In generale: il numero di Avogadro indica il numero di specie chimiche contenute in A g di qualunque sostanza che abbia peso atomico o molecolare A.

La massa molare è la massa di una mole di atomi o molecole di un individuo chimico, espressa in g mol-

1

Per ottenere la massa di una mole di atomi di un elemento, basta prelevare una quantità in grammi pari al peso atomico dell’elemento. Il discorso è identico per la massa di una mole di molecole.

Una mole si sostanza è quella quantità di sostanza il cui peso, espresso in g, è numericamente uguale al peso atomico o molecolare della sostanza.

È possibile convertire la quantità in grammi di una sostanza in numero di moli e viceversa.

massa in grammi massa molare (g mol-1)n=

con le relazioni reciproche:

massa in g = massa molare (g mol-1) x n

massa molare (g mol-1)=Massa in g

n

LEGGI PONDERALI DELLA CHIMICALEGGI PONDERALI DELLA CHIMICA Legge di Lavoiser: la somma delle masse

(pesi) delle sostanze reagenti è uguale alla somma delle masse (pesi) dei prodotti di una reazione.

Legge di Proust: gli elementi per formare i composti si legano in rapporti ponderali fissi e costanti.

Legge di Gay-Lussac: nelle reazioni fra gas, i volumi dei reagenti sono in rapporto numerico semplice e il loro rapporto con il volume dei prodotti è pure espresso da numeri semplici.

Legge dell’invariabilità delle sostanze elementari: nelle comuni reazioni chimiche un elemento non può essere trasformato in un altro.

La Chimica intorno a noi