Le trasformazioni della materia -...

2

Le trasformazioni della materia11. Gli stati fisici della materia

Il mondo intorno a noi è formato da materia.

■ Gli alberi, le case, gli animali, le automobi-

li, l’aria, l’acqua sono forme diverse della

materia.

■ La materia ha proprietà caratteristiche.

Per esempio, l’acqua è liquida, è inodore e

incolore.

La chimica studia le proprietà della materia e i suoi cambiamenti, cioè le sue tra-

sformazioni. Per fare questo i chimici osservano delle parti limitate di materia chiama-

te sistemi. Per esempio, per studiare le proprietà dell’acqua si può usare un bicchiere

d’acqua, che è un sistema.

Le proprietà che non dipendono dalla grandezza del sistema ma sono tipiche del

materiale che si considera sono chiamate proprietà intensive. Invece le proprietà che

dipendono dalla quantità di materia esaminata sono dette proprietà estensive, come

per esempio la massa.

Il colore è unaproprietà intensiva.

Il bicchiere di aranciataè un sistema.

La densità è unaproprietà intensiva.

Alcune forme della materia sonosolide: per esempio il sale, lozucchero, il vetro, il ghiaccio, illegno.

Alcune forme della materia sonoliquide come l’acqua, il latte,l’aranciata, il vino.

Alcune forme della materia sonoaeriformi (gas e vapori) comeper esempio l’aria e il gas degliaccendini.

3

Le trasformazioni della materia 1La materia dunque si può trovare in tre stati fsici, o stati di aggregazione, diversi: solido, liqui-

do, aeriforme.

Lo stato fisico di alcuni materiali

Solidi Liquidi Aeriformi

sale acqua aria

zucchero latte vapore acqueo: acqua che bolle,acqua che evapora

vetro: bicchieri, bottiglie,vetro delle finestre, lampadine

aceto gas per usodomestico

metalli: pentole, posate, chiavi,tubi dell’acqua, fili elettrici

aranciata vapori odorosi: profumo,fiori, erbe aromatiche

ghiaccio vino anidride carbonica:spumante, bibite gassate, pasta lievitata

legno: sedie, tavoli, finestre gas metano gas dei palloncini

Ciascuno stato di aggregazione della materia ha le sue caratteristiche.

Le proprietà caratteristiche dei tre stati di aggregazione della materia

Solidi Liquidi Aeriformi

Volume proprio proprio occupano tutto ilvolume disponibile

Forma propria assumono la forma delrecipiente

assumono la forma delrecipiente

Densità alta media bassa

Effetto della pressione non si comprimono(a pressioni basse)

non si comprimono(a pressioni basse)

si comprimono

i concetti

PROPRIETÀCARATTERISTICHELA MATERIA ha per esempio

odore

colore

stato fisico

che può essere

solido liquido aeriforme

si può dividere in

SISTEMI che sono

parti limitate

osservati e studiatidai chimici

1 Le trasformazioni della materia

4

i concettiLE PROPRIETÀ CARATTERISTICHE

DELLA MATERIA

ESTENSIVE INTENSIVE

dipendono dalla quantità di materiaesaminata

non dipendono dalla quantità di materiaanalizzata e sono tipiche del materiale

per esempio

temperaturadi ebollizione

densità

indica quanto «pesa» un determinato volume(per esempio 1 cm³) del materiale

unità di misura g/cm³ o nel SistemaInternazionale (SI) kg/m³

densità d =mV

(rapporto tra massa e volume)

sono

per esempio

volumelunghezzamassa

l’acqua pura allapressione di 1

atmosfera bollesempre a 100 °C

2. I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei

I sistemi possono essere omogenei o eterogenei.

Quando tutte le parti di un sistema hannole stesse proprietà intensive si dice che ilsistema è formato da una sola fase. Unsistema formato da una fase sola è unsistema omogeneo.Un bicchiere di acqua è un sistemaomogeneo.

Se in un bicchiered’acqua versiamoalcuni cucchiai di olio sivede che i due liquidinon si mescolano. Ilsistema non ha le stesseproprietà intensivein tutti i punti, cioèla materia di questosistema non è piùuniforme. In questocaso si dice che ilsistema è formato dadue fasi (acqua e olio).Un sistema formatoda due o più fasi è unsistema eterogeneo.

acqua

olio

Le trasformazioni della materia 1

5

i concetti

UNA FASE

distinguibile

omogenea

delimitata

con proprietà intensiveidentiche in ogni suo punto

per esempio

sistemi a una fase sistemi a due fasi sistemi a tre fasi

bicchiere d’acqua bicchiere di acqua e olio acqua, olio e sabbia

bicchiere d’olio bicchiere di acqua e benzina acqua, benzina e sabbia

bicchiere di vino bicchiere di acqua e sabbia

èuna parte

del sistemache è

i concetti

OMOGENEI(UNA FASE)

I SISTEMI

olio

acqua

vino

sale

aria

ETEROGENEI(PIÙ FASI)

acqua e olio

acqua e ghiaccio

un sasso (la maggioranzadelle rocce)

per esempio

per esempio

sono


6

3. Le sostanze pure e i miscugli

La materia si può anche suddividere in due categorie: le sostanze pure e i miscugli.

Sia le sostanze pure sia i miscugli possono essere a loro volta omogenei o eterogenei.

Le sostanze pure

Un sistema puro è formato da una singola sostanza che ha proprietà caratteristiche e

una composizione costante. Un sistema formato da una sola sostanza pura può essere

omogeneo oppure eterogeneo.

L’acqua di rubinetto non è pura, perchécontiene disciolte altre sostanze; infatti,se lasciamo evaporare l’acqua potabile,troveremo nel contenitore un residuo bianco,costituito proprio da queste sostanze.

L’acqua distillata è una sostanza puraperché è acqua al 100%.

A 0°C l’acqua distillatasi trova in partesolida (ghiaccio)e in parte liquida;pertanto, l’acquadistillata a 0°C è unsistema fisicamenteeterogeneo perché hadue fasi.

L’acqua distillata allostato liquido è unesempio di sistemaomogeneo.

I miscugli

I sistemi formati da due o più sostanze sono i miscugli (o miscele). Anche i miscugli

possono essere omogenei o eterogenei.

■ Se prendiamo del sale da cucina e losciogliamo completamente in acqua,avremo un miscuglio omogeneo.Infatti i grani di sale non sono piùvisibili, neanche al microscopio.

■ Tutte le zone del miscuglio hannole stesse proprietà intensive (colore,densità ecc.), cioè il sistema hauna sola fase. Anche acqua e alcolformano un miscuglio omogeneo.

■ I miscugli omogenei si chiamanosoluzioni.

■ Le soluzioni non sono soltantoliquide, come acqua e sale oppureacqua e zucchero.

■ Esistono anche soluzioni gassose:l’aria che respiriamo, per esempio,è un miscuglio omogeneo diazoto, di ossigeno e di altri gas inpercentuale minore.

■ L’acciaio, il bronzo e le altre leghemetalliche sono invece esempi disoluzioni solide.

■ Il latte è un esempio di miscuglioeterogeneo. Apparentemente ilsuo aspetto è uniforme, però almicroscopio si osservano minuscolegoccioline di grasso, immerse in unliquido trasparente.

■ Un miscuglio eterogeneo ècostituito da due o più sostanzee ha almeno due fasi fisicamentedistinguibili.

■ A volte le differenti parti (fasi) sonovisibili addirittura a occhio nudo,come nel caso dei minerali checostituiscono il granito.


7

I differenti aspetti dei miscugli eterogenei

I miscugli eterogenei possono presentare aspetti diversi al variare dello stato di aggre-

gazione dei costituenti.

La schiuma è un miscuglioformato da un gas in unliquido. Un esempio è lapanna montata.

La nebbia e le nubi sonomiscugli eterogenei formatida piccolissime gocciolined’acqua disperse nell’aria.

Il fumo è un miscuglioeterogeneo di un solido(particelle finissime dicarbone) in un gas (aria).

L’emulsione è un miscuglioeterogeneo tra due o piùliquidi che non si mescolano,che si ottiene agitandolienergicamente. La maioneseè un esempio di emulsioneottenuta agitando olio etuorlo d’uovo.

i concetti

SOSTANZEPURE

LAMATERIA

più fasidella stessa

sostanza

omogenee

eterogeneesi può

suddividire in

che possonoessere

una solafase

omogenei eterogenei

che possono essere

MISCUGLI

che possono essere

solide liquide gassose

(acciaio,leghe...)

(acqua salata,acqua e alcol...)

(aria)

chiamati

soluzioni

come

schiuma nebbia fumo emulsione

gas in unliquido(panna

montata)

liquido inun gas

solido inun gas

due o più liquidiimmiscibilimescolati

energicamente


8

4. I passaggi di stato

Quando varia la temperatura o la pressione le sostanze e i materiali possono passare da

uno stato fsico a un altro. Nella Figura sono riportati tutti i possibili passaggi di stato e

le loro denominazioni.

Lo schema dei passaggi di stato

brinamento

condensazione

solidifcazione

fusione

sublimazione

evaporazione

STATOGASSOSO

STATOLIQUIDO

tem

pera

tura

cre

scen

te

STATOSOLIDO

Riscaldando un solido (per esempioun cubetto di ghiaccio) esso passaallo stato liquido (acqua). Questopassaggio si chiama fusione.

Riscaldando un liquido(per esempio l’acqua)si ottiene un vapore(vapore d’acqua). Ilpassaggio dallo statoliquido a quello divapore si chiamaevaporazione.

Alcune sostanze solide (per esempio lanaftalina) si trasformano direttamente invapore senza passare per lo stato liquido.Questo processo si chiama sublimazione.

I gas, togliendo calore,possono trasformarsidirettamente in solidi.Questo fenomeno sichiama brinamento.

Il passaggio dallo stato gassoso(o aeriforme) a quello liquidosi chiama condensazione.Per aumento di pressione, èdetto liquefazione.

I liquidi raffreddati solidificano.Questo fenomeno si chiamasolidificazione.

La curva di riscaldamento di una sostanza pura

Ogni sostanza pura ha una sua temperatura di fusione e una sua temperatura di ebol-

lizione. Queste due proprietà intensive si possono utilizzare per riconoscere le sostanze.

Guardiamo come si trovano queste temperature per l’acqua distillata.

Poniamo nel freezer a −18 °C un recipiente pieno d’acqua distillata con immerso un

termometro. Quando tutta l’acqua è diventata ghiaccio togliamo dal freezer e lascia-

mo riscaldare a temperatura ambiente il recipiente contenente ghiaccio e termometro.

Quando tutto il ghiaccio è fuso forniamo calore. Annotiamo le temperature che leg-

giamo. Riportando su un grafco le temperature in funzione del tempo, otteniamo la

cosiddetta curva di riscaldamento.


9

La curva di riscaldamento dell’acquaTerminata la

fusione di tutto ilghiaccio, continuandoa riscaldare, latemperaturaricomincia a salirecon regolarità, fino a100 °C (area azzurra).

3

Quando il ghiaccio cominciaa fondere la temperatura nonaumenta. Questo periodosi chiama sosta termica e latemperatura a cui coesistonoacqua e ghiaccio è latemperatura di fusione.

2

La temperatura all’iniziocresce in maniera regolare,passando da −18 °C a 0 °C(area grigia).

1

Una volta scomparso il liquido,la temperatura del vaporericomincerà a salire in manieraregolare (area arancio).

5

Raggiunti i 100°C (alla pressione di 1 atmosfera),ha inizio l’ebollizione e si ha un’altra sostatermica: anche se continuiamo a fornire calore, latemperatura non aumenta più (tratto D-E).

4

tempo

100

t (°C)

0

–18A

B C

D E

1

2

3

4 5

La Figura mostra le temperature di fusione e di ebollizione di tre sostanze (acqua, alcol,

iodio). Ogni sostanza ha la sua caratteristica temperatura di fusione e di ebollizione.

100

0

T (°C)

373

273

ebollizione

fusione

T (K) Acqua

78

–114

T (°C)

351

159

ebollizione

fusione

T (K) Alcol

184

113

T (°C)

437

386

ebollizione

fusione

T (K) Iodio


10

Nell’intervallo di temperatura da 0 °C a 100 °C l’acqua evapora. Il vapore esercita una

pressione chiamata tensione di vapore. Finché la tensione di vapore è inferiore alla

pressione atmosferica, il vapore si forma solo sulla superfcie del liquido e si ha l’evapo-

razione, che diventa via via maggiore ( A e B ). Quando la tensione di vapore diventa

uguale alla pressione atmosferica, le bolle di vapore si formano in tutto il liquido e ha

inizio l’ebollizione ( C ). La temperatura a cui la tensione di vapore eguaglia la pressio-

ne esterna è detta temperatura di ebollizione.

evaporazionein superfcie

maggioreevaporazionein superfcie

ebollizione,evaporazionein tutto il liquido

0,5

0,11 atm

0,5

0,11 atm

0,5

0,11 atm

100 °C

70 °C

30 °C

A

B

C

La temperatura di fusione e quella di ebollizione dipendono dalla pressione. Se la pres-

sione esterna si abbassa, l’acqua bolle a una temperatura inferiore ai 100 °C ( A ); se,

invece, si aumenta la pressione esterna, l’acqua bolle a una temperatura superiore ai

100 °C ( B ).

pompa

100 ¡C

< 100 ¡C

alta pressionebassa pressione

pistone

100 ¡C

> 100 ¡C

A B


11

La curva di raffreddamento di una sostanza pura

Immaginiamo di raffreddare un recipiente pieno di vapore acqueo; se riportiamo in un

grafco i valori della temperatura in funzione del tempo, otterremo una curva inversa a

quella di riscaldamento. Questa curva si chiamerà curva di raffreddamento dell’acqua.

Tutte le sostanze pure che possono esistere come aeriformi, hanno curve di raffredda-

mento simili a questa, con temperature di condensazione e solidifcazione caratteristi-

che per ogni sostanza.

La curva di raffreddamento dell’acquaLa temperatura rimane

costante a 100 °C (alla pressionedi 1 atmosfera) fino a che tuttoil vapore si trasforma in liquido.Questa temperatura è latemperatura di condensazionedel vapore acqueo.

2

Cominciando a raffreddare ilvapore, la temperatura si abbasseràgradualmente (area arancio), finoa quando il vapore comincia atrasformarsi in liquido (condensazione).

1

Il tratto D-E corrispondea una nuova sosta termica:ha inizio la trasformazionedel liquido in solido, e latemperatura rimane costante.Questa è la temperatura disolidificazione, che per l’acquaè uguale a 0 °C a 1 atmosferadi pressione.

4

Completata la

solidificazione di tutto il

liquido, la temperatura

ricomincia a scendere

(area grigia).

5

tempo

100

t (°C)

0

A

B C

D E

12

3

4 5

Continuando il raffreddamento,la temperatura del liquidoricomincia a scendere conregolarità (area azzurra).

3

5. I principali metodi di separazione di miscugli e sostanzeSeparare i componenti di un miscuglio può essere un’attività impegnativa, specialmen-

te se si tratta dei componenti di miscugli omogenei. L’operazione è più facile con i mi-

scugli eterogenei.

Per i miscugli eterogenei si usa la fltrazione, la decantazione, la centrifugazione e

l’estrazione; per i miscugli omogenei la cromatografa e la distillazione.

Con l’uso di opportuni filtri si possonoseparare particelle solide da miscugliliquidi e gassosi. Per i miscugli liquidisi usano filtri di carta assorbentearrotolati da cui il liquido scende pergravità verso il basso, lasciando sulfiltro la parte solida (Figura).Con questa tecnica si separa, peresempio, la sabbia da un miscuglioeterogeneo acqua-sabbia. Lafiltrazione è impiegata anche perseparare l’acqua dai fanghi prodottinella depurazione delle acque discarico.

La filtrazione

1. Piegare a metàla carta da fltro.

2. Piegare ancoraa metà.

3. Arrotolarea cono eallargare la punta.

carta da fltro


12

La cromatografia

La cromatografia è simile alla semplice estrazione, ma moltopiù efficace. Il solvente, che si chiama fase mobile, trasporta icomponenti del miscuglio attraverso una fase fissa.Nella cromatografia su strato sottile la fase fissa è formata daun sottile strato di materiale inerte fissata su una lamina dialluminio. La lamina si può ritagliare nelle dimensioni volute.Nella cromatografia su carta la separazione dei componentidi un miscuglio, deposto sulla lastra o sulla carta sotto formadi macchia, è provocata dalla fase mobile. Il solvente si muoveattraverso la fase fissa; le diverse sostanze del miscuglio simuovono a velocità diverse e perciò si separano.

1. Prelevare il colorecon una pipetta.

2. Deporre macchiedi colore da 2-3 mmben allineatee a 1 cm dal fondo.

cartacromatografca

linea dipartenza

3. Inserire la carta in un bechercon poca acqua sul fondo;l’acqua deve rimanere al di sottodella linea di partenza.Far scorrere il solvente per 15 minuti.

La decantazione e la centrifugazione

I miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi, chehanno densità diverse, si possono separare perstratificazione, o decantazione, di uno sull’altro.

La centrifuga è undispositivo che fornisceaccelerazioni superioria quella di gravità,consentendo unastratificazione più rapida.In biologia le centrifughesono molto usate perseparare i componentidelle cellule viventi.

L’estrazione

Se un componente di un miscuglio è solubile in un datoliquido (solvente), esso viene sciolto da questo liquido eallontanato dal miscuglio. La preparazione di tè e caffè,per esempio, è legata all’estrazione selettiva di alcunicomponenti mediante acqua; il miscuglio eterogeneoottenuto viene poi filtrato.

In laboratorio dueliquidi immiscibili siseparano con un imbutoseparatore utilizzandoun solvente.


13

La distillazione

La distillazione serve per la purificazione dei liquidi e si basa sulla diversa tendenza a evaporare(volatilità) dei componenti delle miscele liquide.La distillazione avviene in due passaggi di stato: l’evaporazione e la condensazione. La miscelainizia a bollire nel recipiente e i vapori vengono condensati all’interno dell’apparecchiatura conacqua fredda.I vapori di una miscela all’ebollizione sono più ricchi del componente che possiede la maggiorvolatilità. La condensazione di tali vapori li purifica.La distillazione semplice (Figura) è usata per ottenere acqua «distillata», ovvero priva di salidisciolti.La distillazione frazionata si utilizza invece quando i diversi componenti di una miscelaliquida hanno temperature di ebollizione differenti, ma molto vicine fra loro, come nel casodel petrolio, dal quale si ricavano, per esempio, gas, benzina, gasolio.

scarico(uscita)

acqua diraffreddamento(entrata)

refrigerante

distillato

miscela

i concetti

decantazione

filtrazione

centrifugazione

estrazione

MISCUGLIETEROGENEI

LASEPARAZIONE

DEICOMPONENTI

MISCUGLIOMOGENEI

diversavolatilità

diversaaffinità trale sostanze

cromatografia

distillazione

diversasolubilità

diversadimensione

diversadensità

si fa su

per

per

si basasu

si basasu

si basasu

si basasu

si basasu


14

6. Dalle trasformazioni fisiche alle trasformazioni chimiche

La materia si trasforma. Esistono due tipi di trasformazioni: trasformazioni fsiche e

trasformazioni chimiche.

Le trasformazioni della materia che non alterano la composizionechimica di una sostanza si chiamano trasformazioni fisiche ofenomeni fisici. Le trasformazioni fisiche provocano un cambiamentodi stato reversibile della materia e non producono nuove sostanze.L’acqua, per esempio, può passare da uno stato fisico all’altro senzadiventare un’altra sostanza.

Filamento che si surriscalda(trasformazione fisica).

Alcuni esempi di trasformazioni fsiche sono i seguenti.

REAGENTI → PRODOTTIidrogeno + ossigeno → acqua

Le trasformazioni chimiche o reazioni chimichesono cambiamenti che comportano una variazionedella composizione chimica delle sostanzeoriginarie (reagenti), con formazione di nuovesostanze (prodotti).L’idrogeno e l’ossigeno, per esempio, possonoreagire per formare come prodotto l’acqua, uncomposto chimico.Per rappresentare una reazione chimica si scrivonoa sinistra i reagenti e a destra i prodotti, collegatida una freccia:

Cera che brucia(trasformazionechimica).

■ Magnetizzazionedi un ago con unacalamita.

■ Ebollizionedell’acqua.

■ Sublimazione delloiodio.

■ Dissoluzione dellozucchero in acqua.

■ Montatura delbianco d’uovo.


15

Alcuni esempi di trasformazioni chimiche sono i seguenti.

■ Combustione delgas domestico, che sitrasforma in vaporeacqueo e diossido dicarbonio.

■ Cottura di un uovo. ■ Formazione diruggine suglioggetti di ferro.

■ Produzione diyogurt e formaggiodal latte.

■ Formazionedi melanina,che provocal’abbronzatura.

7. Gli elementi e i composti

Tutti i materiali dell’Universo sono formati da due tipi di sostanze pure: gli elementi e

i composti.

Un elemento è una sostanza pura che non può esseretrasformata, con gli ordinari mezzi chimici, inaltre sostanze ancora più semplici.Per esempio, un oggetto di ferro puro èformato interamente di ferro e non sipuò trasformare in una sostanza ancorapiù semplice.

Un composto è ogni sostanza pura che può esseredecomposta, con gli ordinari mezzi chimici, in altresostanze pure più semplici. I composti hanno unacomposizione ben definita e costante, a differenza deimiscugli.

■ L’acqua distillata, lo zucchero e il cloruro di sodio(il nome chimico del sale da cucina) sono esempi dicomposti, che possono essere di origine naturale e diorigine sintetica.

■ L’acqua è formata dagli elementi idrogeno e ossigeno.Tale composto può essere diviso negli elementi che locostituiscono: quando l’elettricità attraversa l’acqua(elettrolisi), questa si decompone formando idrogenogassoso e ossigeno gassoso.

acqua(l)→ idrogeno(g) + ossigeno(g)

Le lettere (l) e (g) poste in basso indicano che l’acqua(il reagente) è allo stato liquido, mentre l’idrogeno el’ossigeno, cioè i due prodotti, si trovano allo stato gassoso.

16

LIVELLO 1 • Esercizi VisualiDistingui tra proprietà intensive (I) ed estensive (E) e inseriscilenella propria colonna.

peso • densità • energia • temperatura di ebollizione • colore •

lucentezza • massa • superficie • temperatura di fusione • volume

Ricorda! Le proprietà intensive NON dipendono dallaquantità di sostanza.Le proprietà estensive dipendono dalla quantità di sostanza.

Intensive (I) Estensive (E)

Distingui tra miscugli omogenei (O) ed eterogenei (E) facendouna X sul quadratino giusto.

1

2

TERRA

O E

SANGUE

O E

ACETO

O E

CAFFÉ

O E

Osserva la figura e indica che tipo di miscugli ci sono.3

1) Cielo (aria)

2) Nubi

3) Mare(acqua marina)

4) Spiaggia(sabbia)

Miscuglio ...............................................................

Componenti .........................................................

Miscuglio ...............................................................

Componenti .........................................................

Miscuglio ...............................................................

Componenti .........................................................

Miscuglio ...............................................................

Componenti .........................................................

di

17

Le trasformazioni della materia 1Osserva l’etichetta che elenca i componenti posta sugli oggettiindicati qui sotto e completa la tabella.

• una bottiglia di acqua minerale (naturale e gassata)

• una bibita

• un farmaco

Nome del miscuglio Tipologia di miscuglio Sostanze pure presenti

Osserva la figura e inserisci negli spazi gli stati fisici delle di-verse sostanze.

liquido • gas • schiuma

4

5

Albumi

Stato fisico ..............................

albume

Aria

Stato fisico ..............................

Albumi montati

Stato fisico ..............................

• Specifica da che cosa è composta la schiuma e di che tipologia dimiscuglio si tratta.

.................................................................................................................................................................

Osserva la figura e indica i diversi stati in cui si trova la cera.6

Cera a temperatura 200° - 600 °C

Stato ..............................................................

Cera a temperatura 40° - 60 °C

Stato ..............................................................

Cera a temperatura 20 °C

Stato ..............................................................

18

LIVELLO 2 • Quesiti e Problemi

1. Gli stati fisici della materia

Aiutati con la tabella a pagina 3 e unisci la definizione con lostato della materia corrispondente.

1

1) Ha una forma data dal recipienteche lo contiene (forma indefinita) eoccupa tutto lo spazio del conteni-tore (volume indefinito)

2) Ha una forma propria

3) Non è comprimibile e assume la for-ma del recipiente

A. Solido

B. Liquido

C. Aeriforme(gas e vapori)

Completa lo schema che riassume le caratteristiche degli statifisici della materia.Per ognuno fai almeno tre esempi non presenti nel testo.

2

Densità

Comprimibilità

Esempi

Forma

Volume

AERIFORME

1

2

3

LIQUIDO

1

2

3

SOLIDO

1

2

3

STATI DELLA MATERIA

19

Le trasformazioni della materia 1L’alcol etilico fonde a 158 K e bolle a 351 K.Qual è il suo stato fisico alla temperatura di–20 °C?

..........................................................................................................................

(Suggerimento: aiutati con le scale Celsius

e Kelvin.)

Alla pressione di 1 atm, l’acqua fonde a 0 °Ce bolle a 10 °C.

• Calcola le temperature di fusione e di ebollizionedell’acqua, espresse in kelvin.

..........................................................................................................................

• Calcola poi la differenza fra teb e tf (intervallo diliquidità), in gradi Celsius e in kelvin, e confronta ivalori ottenuti.

..........................................................................................................................

(Suggerimento: aiutati con le scale Celsius

e Kelvin.)

Una massa di 100 g di azoto gassoso è conte-nuta in un recipiente di volume pari a 1 L.Il recipiente viene collegato, mediante untubo, a un secondo contenitore di volume 2 L.

• Quali saranno il volume finale occupato dal gas ela sua massa?

..........................................................................................................................

(Suggerimento: ricorda le proprietà dello

stato aeriforme.)

100 gdi azoto (N2)

contenitorecon volume1 L

contenitorecon volume2 L

collegamento

2. I sistemi omogenei e i sistemi eterogenei

Spiega che cos’è un sistema omogeneo e checos’è un sistema eterogeneo.

..........................................................................................................................

..........................................................................................................................

3

4

5

6

3. Le sostanze pure e i miscugli

Indica, dopo una discussione con i tuoi compa-gni, quali sono sostanze pure e quali miscugli.

a) pioggia b) olio di semi c) sabbia

d) argento e) ossigeno f) acciaio

Sostanza pura Miscuglio

Riporta almeno quattro esempi di miscugliomogenei e quattro di miscugli eterogenei,giustificando le tue scelte.

Miscugli omogenei

Esempio Giustificazione

Miscugli eterogenei

Esempio Giustificazione

Completa la seguente tabella indicando se isistemi indicati sono omogenei o eterogenei.In entrambi i casi cerca informazioni sui compo-nenti presenti.

Sistema Omogeneo/Eterogeneo

Componenti

latte

gioiello in oro

dentifricio

zucchero da tavola

7

8

9

20

Quesiti e Problemi

4. I passaggi di stato

A parità di massa, il volume di gran parte deisolidi è maggiore o minore di quello dei corri-spondenti liquidi?

..........................................................................................................................

Completa la seguente tabella indicando lo sta-to fisico delle sostanze A, B e C a temperaturaambiente (t = 20 °C; p = 1 atm).

Sostanza tf (°C) teb (°C) Stato fisico

A 645 1300

B −7 59

C −165 −92

10

11

ESERCIZIO GUIDATO

Quale delle seguenti curve corrisponde allacondensazione o alla solidificazione dei vaporidi alcol puro?

tempo

t(°

C)

tempo

t(°

C)

tempo

t(°

C)

tempo

t(°

C)

A B

C D

Suggerimenti

1) Ricontrolla quali sono i passaggi di stato• condensazione• solidificazioneRicontrolla le caratteristiche dello stato fisico divapore.

2) Tieni ben presente la temperatura di partenza diuna sostanza allo stato di vapore e quella dellastessa sostanza dopo i passaggi di stato (conden-sazione e solidificazione).

3) Assicurati di aver compreso il senso degli assi car-tesiani.

12

Completa la seguente tabella, indicando il pas-saggio di stato che avviene.

Processo Caratteristiche Passaggiodi stato

riscaldareil ferro solido

da 25°C a 1600°CTf = 1808 K

raffreddareil vapore acqueo

a 1 atm e da 120°Ca 25°C

raffreddarel’acqua liquida

a 1 atm e da 300 Ka 255 K

riscaldarel’acetone

da 25°C a 70°CTeb = 329,4 K

5. I principali metodi di separazione dimiscugli e sostanze

Indica il tipo di miscuglio e ipotizza la tecnicada utilizzare per separare dal miscuglio il com-ponente indicato.

Ricorda! I miscugli possono essere omogenei(se si vede una sola fase) o eterogenei (sesono visibili più fasi). Aiutati con gli schemi deiparagrafi 3 e 5.

Componentee miscuglio

Tipo dimiscuglio

Tecnica (o tecniche)di separazione

coloranti da unabibita

polvere dall’aria

acqua dall’acquamarina

Come puoi ottenere un campione puro di ferroda un miscuglio eterogeneo di limatura di fer-ro e di sabbia?

..........................................................................................................................

In che modo potresti separare, da un miscugliodi due polveri, solfato di bario (un solido in-solubile in acqua) e cloruro di sodio (il sale dacucina)?

Ricorda! Il cloruro di sodio è solubile in acqua.

..........................................................................................................................

13

14

15

16

21

Le trasformazioni della materia 1Immagina di dover distillare un miscuglio com-posto per il 50% di acqua e per il 50% di unliquido sconosciuto che bolle a 55 °C.

• Le prime gocce di distillato sono più ricche di ac-qua o del liquido sconosciuto?

..........................................................................................................................

Alcuni campioni di sostanze raccolti per un’ana-lisi ambientale vengono sottoposti a cromato-grafia. Si ottiene il seguente cromatogramma.

frontedi avanzamentodel solvente

linea d’inizioA B C D E

• Quali campioni sono sostanze pure? ...............................

• Quali campioni sono costituiti da miscugli di com-ponenti diversi? ...............................................................................

• Quali campioni sono uguali fra loro? ..............................

• Quali campioni hanno in comune almeno uncomponente? ....................................................................................

6. Dalle trasformazioni fisiche alletrasformazioni chimiche

Qual è la differenza tra una trasformazione fi-sica e una trasformazione chimica?

..........................................................................................................................

Quante trasformazioni fisiche e quante trasfor-mazioni chimiche sono descritte nel seguentebrano? Indicale con colori diversi.

«La benzina è spruzzata nel carburatore, è miscelatacon l’aria, è convertita in vapore e infine è bruciata; iprodotti di combustione si espandono nei cilindri.»

Come si rappresenta una reazione chimica?

..........................................................................................................................

Nella cucina di casa tua possono avvenire di-versi fenomeni.

• Quali sono tre reazioni chimiche e quali invece sonotre trasformazioni fisiche? Scrivile sul quaderno.

17

18

19

20

21

22

7. Gli elementi e i composti

Per rispondere alle domande 26, 27 e 28 utilizzala tavola periodica degli elementi posta alla finedel libro, dove puoi trovare nome e simbolo diogni elemento.

Che cos’è un composto?

..........................................................................................................................

Qual è la differenza tra elemento e composto?

..........................................................................................................................

23

24

ESERCIZIO SVOLTO

Quali elementi formano il composto chiamatoacido solforico, H2SO4?

H S2

O4

25

Da quali elementi è composto il solfato di so-dio, Na2SO4?

..........................................................................................................................

Da quali elementi è composto l’idrossido di po-tassio, KOH?

..........................................................................................................................

Identifica nei seguenti composti gli elementiche li costituiscono.

a) NaCl (sale da cucina, cloruro di sodio): .......................

b) H2O (acqua): ...................................................................................

c) C6H12O6 (glucosio): .....................................................................

d) CH4 (metano): ................................................................................

e) NH3 (ammoniaca): .......................................................................

Osserva almeno tre prodotti che si trovano nellatua cucina e classificali sul quaderno come mi-scugli, elementi o composti.

26

27

28

29

Le trasformazioni della materia -...

Documents

Transcript of Le trasformazioni della materia -...