Chimica e Materia Appunti Di Ingegneria Polito

Corso di Chimica

Docente: Prof. Francesco GeobaldoDip. Scienza Applicata e Tecnologia Politecnico di TorinoC.so Duca degli Abruzzi 24C.so Duca degl Abruzz 4I-10129 Torino (Italy)Tel. +39-011- 0904633Fax +39-011- 0904699E-mail: Francesco.geobaldo@polito.it

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http://didattica-online.polito.itPer il materiale protetto da password:Login: studentePassword: na6021023Libri di testo consigliati:“FONDAMENTI DI CHIMICA” – M. Schiavello, L. Palmisano – Ed. EdiSES

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“Chimica” – M.S. Silberberg – Ed. McGraw-Hill“Quesiti di chimica, risolti e commentati” A. Delmastro –S. Ronchetti- Casa Editrice Esculapio

1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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L hi i è i h di l i l•La chimica è scienza che studia la materia e lesue proprietà, le trasformazioni subite dallamateria e l’energia associata a talitrasformazioni (esempio: combustione).

•Materia:TUTTO CIO’ CHE HA UNA MASSA E UNVOLUME (acqua, aria, sole, studenti,…).VOLUME (acqua, aria, sole, studenti,…).

•La chimica è interessata in particolare allacomposizione della materia, cioè al tipo e allaquantità delle sostanze che la costituiscono(informazione qualitativa e quantitativa).

•Una SOSTANZA è definita da unai i hi i d fi it fi ( l ticomposizione chimica definita e fissa (elementi

e composti). LA NOMENCLATURA CHIMICA E’FONDAMENTALE, NON UN MERO ESERCIZIODI MEMORIA!

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•Ogni sostanza ha determinate proprietà fisiche e chimiche

1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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FISICHE:sono quelle che una sostanza presenta di per sé,senza interagire con o trasformarsi in un’altrasostanza: massa; colore; temperatura o punto difusione, ebollizione; durezza; densità;

d à l dconduttività elettrica; stato di aggregazione.Per determinarle, non è necessario modificarel’identità delle sostanze (cioè la loro FORMULACHIMICA).

CHIMICHE:sono quelle che una sostanza presenta quando sitrasforma in e/o interagisce con un’altra sostanza(o altre sostanze): infiammabilità; corrosività;(o altre sostanze): infiammabilità; corrosività;reattività con acidi, etc.Per determinarle, bisogna modificare l’identitàdelle sostanze.

Pr. INTENSIVE:non dipendono dall’entità del campione (p, T, d=m/V)

P ESTENSIVE

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Pr. ESTENSIVE:dipendono dall’entità del campione (m, V)

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1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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Una sostanza subisce una trasformazione fisicaUna sostanza subisce una trasformazione fisicaquando modifica la sua forma fisica (stato diaggregazione), non la sua composizione (subisce uncambiamento o transizione di stato).Una trasformazione fisica dà origine a differentiUna trasformazione fisica dà origine a differentiproprietà fisiche: quando il ghiaccio fondecambiano la durezza, densità, fluidità…, ma ilcampione non ha cambiato la sua identità chimica:è sempre acqua. Una trasformazione fisicacausata da una variazione di temperatura puòessere generalmente invertita con la variazioneopposta di temperatura, mentre unatrasformazione chimica generalmente no.

Avviene una trasformazione chimica (reazionechimica) quando una (o più sostanze) si trasforma(trasformano) in una differente sostanza(trasformano) in una differente sostanza(differenti sostanze).Esistono vari tipi di reazioni chimiche, ma tutte sipossono esprimere formalmente con delleEQUAZIONI CHIMICHE, IN CUI SI

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Q ,RIPORTANO LE FORMULE DEI REAGENTI EDEI PRODOTTI NELLE ESATTE PROPORZIONISTECHIOMETRICHE.

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La materia di presenta comunemente in tre formefisiche o STATI DI AGGREGAZIONE: solido,liquido e gassoso.

F E E P PI SOLIDI HANNO FORMA E VOLUME PROPRI

I LIQUIDI HANNO VOLUME PROPRIO, MAASSUMONO LA FORMA DEL RECIPIENTEformando una superficieformando una superficie.

I GAS NON HANNO NE’ FORMA NE’ VOLUMEPROPRI: il gas si espande nel recipienteriempiendolo completamente.riempiendolo completamente.

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Le proprietà e le trasformazioni delle sostanze(comportamenti macroscopici osservabili) sono leconseguenze delle proprietà e del comportamentomicroscopici.

“È difficile immaginare una qualsiasi manifestazionedella nostra vita quotidiana in cui la chimica non sia inqualche modo coinvolta.Tutto, infatti, attorno a noi ed in noi, è chimica: èu , f , , mattorno a noi nei fenomeni naturali indispensabili per lavita, come la fotosintesi, e nei prodotti artificiali diprimaria importanza per la civiltà, come i farmaci, ifertilizzanti, le materie plastiche, i semiconduttori ed idetergenti; è in noi perché il funzionamento o il maldetergenti; è in noi perché il funzionamento o il malfunzionamento del corpo umano è regolato da reazionichimiche. La vita è chimica in azione. Senza fare delriduzionismo, si può dire che tutte le manifestazionidella vita, comprese quelle che chiamiamo categoriem t li (l' dim t l m m i il imentali (l'apprendimento, la memoria, il pensiero,l'esperienza e i sogni) sono, in ultima analisi, ilrisultato di reazioni chimiche, sia pure così complesseda non poter essere, almeno per ora, interpretate.”

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V. Balzani

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1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA/MATERIA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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L’energia totale posseduta da un corpo è la somma di:-en. potenziale che il corpo possiede in virtù della suaposizione;- en. cinetica (di movimento) che il corpo possiede in

ù d l ( )virtù del suo movimento (moto).

-L’energia si conserva, non può essere distrutta, ma siconverte da una forma in un’altra.

Tutte le trasformazioni fisiche e chimiche sonoaccompagnate da variazioni di energia: la materia ècostituita da particelle cariche positivamente onegativamente le quali esercitano fra loro forzeelettrostatiche attrattive o repulsive Quando sielettrostatiche attrattive o repulsive. Quando sicompie un lavoro per separare una particella positiva dauna negativa, l’energia potenziale aumenta. L’energiapotenziale chimica di una sostanza è dovuta alleposizioni e alle interazioni delle sue particelle.

Le sostanze più ricche di energia sono meno stabili eattraverso una trasformazione fisica o chimica sitrasformano in una forma più stabile o una sostanza piùstabile in determinate condizioni (p, T).

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1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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Un esperimento ben progettatoUn esperimento ben progettato è controllato e deve dare dei

risultati riproducibili

Le singole informazioni

Le leggi naturali sono spesso riassunte in termini matematici.

Es. di legge naturale: quantitative

sono dette daticonservazione della massa

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1. CHIMICA & MATERIA

2. MATERIA: PROPRIETA’

3. MATERIA: TRASFORMAZIONI

4. CHIMICA & ENERGIA

5. COME STUDIO LA MATERIA E LE SUETRASFORMAZIONI? METODO SCIENTIFICO!

6 MATERIA: ELEMENTO COMPOSTO O6. MATERIA: ELEMENTO, COMPOSTO OMISCELA? COME SI POSSONODISTINGUERE E/O SEPARARE?

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ELEMENTO:E’ IL TIPO DI MATERIA PIU’ SEMPLICE, CONPROPRIETA’ FISICHE E CHIMICHE ESCLUSIVE. E’UNA SOSTANZA COSTITUITA DA UNA SOLAPE E DSPECIE DI ATOMO.

OGNI ELEMENTO HA UN NOME: ES. SILICIO,CARBONIO, OSSIGENO, AZOTO, IDROGENO ED UNSIMBOLO CORRISPONDENTE (Si, C, O, N, H...)

OGNI ELEMENTO HA CARATTERISTICHE PROPRIETA’ MACROSCOPICHE PERCHE’ HA

PROPRIETA’ ATOMICHE (MICROSCOPICHE) UNICHE.

Gli elementi esistono per la maggior parte come atomiGli elementi esistono per la maggior parte come atomisingoli (es. gas neon), ma alcuni elementi esistono innatura in forma molecolare (es. H2, O2, N2).

Una molecola è un’unità strutturale indipendentecostituita da due o più atomi legati chimicamente tra dicostituita da due o più atomi legati chimicamente tra diloro. Gli atomi possono essere dello stesso elemento(H2) o di elementi diversi (H2O).H2 è una molecola biatomica; esistono molecolepoliatomiche.

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UN COMPOSTO E’ UN TIPO DI MATERIA (UNASOSTANZA) COSTITUITO DA DUE O PIU’ELEMENTI DIVERSI LEGATI CHIMICAMENTE TRADI LORO, NON SEMPLICEMENTE MISCELATI!

ES. H2O, NH3, CO2, CO, CH4

IN UN COMPOSTO, I VARI ELEMENTI SONO PRESENTI IN RAPPORTI FISSI IN MASSA

UNA MOLECOLA DI UN COMPOSTO E’ COSTITUITADA NUMERI FISSI DI ATOMI DEGLI ELEMENTICOMPONENTI: UNA MOLECOLA DI NH3 CONTIENE3 ATOMI DI H E 1 DI N3 ATOMI DI H E 1 DI N.

Un composto ha delle proprietà diverseda quelle degli elementi che locompongonocompongono.

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UNA MISCELA E’ UN GRUPPO DI DUE O PiùSOSTANZE (ELEMENTI E/O COMPOSTI)MESCOLATE FISICAMENTE.

D FFE EN D N PA DIFFERENZA DI UN COMPOSTO:a) I COMPONENTI DI UNA MISCELA POSSONOVARIARE NEI LORO RAPPORTI IN MASSA. UNAMISCELA, NON AVENDO UNA COMPOSIZIONEFISSA, NON E’ UNA SOSTANZA.,

b) UNA MISCELA HA PROPRIETA’ SIMILI A QUELLEDEI SUOI COMPONENTI

c) LE MISCELE POSSONO ESSERE SEPARATE NEIc) LE MISCELE POSSONO ESSERE SEPARATE NEILORO COMPONENTI CON METODI FISICI, ICOMPOSTI NO!

SOSPENSIONI (ES. SABBIA IN ACQUA): dimensioniapprossimative delle particelle > 10 000 Å (1 Å = 10-approssimative delle particelle > 10.000 Å (1 Å = 1010 m)

DISPERSIONI (ES. AMIDO IN ACQUA): dimensioniapprossimative delle particelle 10 – 10000 Å

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Il metodo di separazione deicomponenti di un sistema devesfruttare quella particolare proprietàfisica per cui i componenti del sistemadifferiscono tra di loro

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differiscono tra di loro.

Liquido e solidoLiquido e solidonon miscibili:filtrazione

Due liquidi convolatilitàdiverse o unliquido e un

lid insolido insoluzione:distillazione

Il metodo di separazione dei componenti di un sistema

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p pdeve sfruttare quella particolare proprietà fisica percui i componenti del sistema differiscono tra di loro.

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