Paolo Pistarà Principi di chimica moderna © Atlas Copertina 1

Paolo Pistarà Principi di chimica moderna © Atlas

Copertina

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CAPITOLO

1. Che cos’è la chimica

2. La misura in chimica

3. La notazione scientifica (o esponenziale)

4. La massa

5. Il volume

6. Incertezza di una misura e cifre significative

7. La densità

8. La pressione

9. L’energia

10. La temperatura

11. Il calore

12. Precisione e accuratezza

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Indice


La chimica è la scienza che studia le proprietà della materia e le sue trasformazioni.

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CAPITOLO 1. MISURE E CALCOLI PAG. 21

Per il suo ampio campo d’azione, la chimica interagisce con una varietà di discipline per cui è definita “scienza centrale”.

Che cos’è la chimica


In chimica tutte le misure sperimentali consistono di un numero e di una unità di misura.

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Se la massa di una capsula di porcellana è 20,93 g si ha: Bilancia tecnica monopiatto a due

decimali con capsula di porcellana.

20,93 g

numero unità

La misura in chimica


Nel 1960 è stato adottato in campo scientifico il Sistema Internazionale di Unità di misura.

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Le unità di questo sistema sono chiamate unità SI.

Nome dell’unità di misuraGrandezza fisica Simbolo

kilogrammoMassa kg

MetroLunghezza m

SecondoTempo s

KelvinTemperatura K

MoleQuantità di sostanza mol

AmpèreCorrente elettrica A

CandelaIntensità luminosa cd

Le sette unità di misura di base.



Le unità che sono definite dalla combinazione delle unità di base prendono il nome di unità derivate.

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Nome dell’unità di misuraGrandezza fisica Simbolo

newtonForza N; kg m/s2

pascalPressione Pa; N/m2

jouleEnergia J; kg m2/s2

metro cuboVolume m3

kilogrammo al metro cuboDensità kg/m3

Esempi di grandezze derivate del SI.

Unità derivate


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Prefissi usati con le unità SI

SignificatoPrefisso Esempio

T

G

M

k

Tera-

Giga-

Mega-

Kilo-

1 terametro (Tm) = 1 × 1012 m

1 gigametro (Gm) = 1 × 109 m

1 megametro (Mm) = 1 × 106 m

1 kilometro (km) = 1 × 103 m

Prefissi usati con le unità SI e nel sistema metrico

Simbolo

1012

109

106

103

Multipli

d

c

Mm

μ

N

p

Deci-

Centi-

Milli-

Micro-

Nano-

Pico-

1 decimetro (dm) = 1 × 10-1 m

1 centimetro (cm) = 1 × 10-2 m

1 millimetro (mm) = 1 × 10-3 m

1 micrometro (μm) = 1 × 10-6 m

1 nanometro (nm) = 1 × 10-9 m

1 picometro (pm) = 1 × 10-12 m

10-1

10-2

10-3

10-6

10-9

10-12

Sottomultipli



Un numero scritto in notazione scientifica è il prodotto di due fattori:

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Il fattore A è un numero decimale maggiore o uguale a 1 ma inferiore a 10, ed n è un numero intero.

A × 10n

In notazione scientifica

la distanza Terra-Luna è circa 3,84 ×108 m

il diametro di un virus è circa 1,0 × 10-6 m

mentre

La notazione scientifica (o notazione esponenziale)


La massa (m) di un corpo è una misura della quantità di materia di cui è costituito e viene determinata con una bilancia.

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Il peso di un corpo, invece, è una forza e, nel SI, è misurato in newton (N).

Sulla Terra il peso di un corpo è

dove g è l’accelerazione di gravità 9,8 m/s2.

p = m × g

Nel SI l’unità di misura della massa è il kilogrammo (kg).

Masse più piccole sono espresse in grammi (g) o in milligrammi (mg).

Sulla Luna il peso di un corpo è circa 1/6 di quello sulla Terra.

La massa


Il volume di un corpo (V) è lo spazio che esso occupa.

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1 millilitro (mL) corrisponde a 1/1000 di litro, per cui

1 mL = 1 cm3

Nel SI l’unità di misura di volume è il metro cubo (m3).

In chimica le unità di misura più adoperate sono il litro (L), una unità che non appartiene al SI, e il millilitro (mL).

Il volume


Le cifre significative in una misura sperimentale corrispondono a tutte le cifre note con certezza più la cifra incerta.

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La lunghezza del metallo, oggetto della nostra misura, è compresa tra 6 e 7 cm: il valore stimato 6,8 cm presenta due cifre significative. La prima cifra (6) è nota con certezza, la seconda (8) è incerta.

La lunghezza del metallo è compresa tra 6,8 e 6,9 cm: il valore stimato è 6,85 cm, con tre cifre significative (le prime due sono note con certezza, la terza è incerta).

Incertezza di una misura e cifre significative


Quando un numero deve essere arrotondato e il numero di cifre significative viene ridotto, si seguono le seguenti regole:

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Arrotondamento

a) Se la prima cifra che deve essere eliminata è cinque o un numero maggiore di cinque, si aumenta di uno l’ultima cifra trattenuta.

b) Se la prima cifra che deve essere eliminata è inferiore a cinque, l’ultima cifra trattenuta non subisce variazioni.

es. 1,863 arrotondato a due cifre significative diventa 1,9 poiché la prima cifra

scartata è 6.

es. 1,8498 arrotondato a due cifre significative diventa 1,8 poiché la prima cifra

scartata è 4.



In un calcolo numerico (moltiplicazione o divisione), il risultato non può mai essere espresso con più cifre significative del numero che ha il minor numero di cifre significative:

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Calcoli

1,5 × 4,52 = 6,78 si arrotonda a 6,8

due cifre significative

tre cifre significative

due cifre significative

10,5

65,55quattro cifre significative

= 0,160183066 si arrotonda a 0,160

tre cifre significative



Nelle operazioni di addizione e di sottrazione, il risultato deve essere riportato con un numero di cifre decimali uguale al termine che ne ha di meno:

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4,56 +2,4182 +1,368 =

8,3462 si arrotonda a 8,35

Calcoli



Si definisce densità (d) il rapporto tra la massa di un oggetto e il suo volume:

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CAPITOLO 1. MISURE E CALCOLI PAG. 10 - 117

massa

volumedensità =

oppurem

Vd =

Tre campioni che rappresentano volumi uguali ma massa diversa.

La densità



Indipendentemente dalle dimensioni di un oggetto, il rapporto tra la massa e il suo volume si mantiene sempre costante.

Massa (g)

12,4

24,8

37,2

Volume (cm3)

28,9

57,8

86,7

La densità


La pressione è la forza esercitata su una superficie unitaria e viene espressa con la formula:

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F

SP =

dove F è una forza e S una superficie.

L’unità di misura della pressione nel SI è il pascal (Pa).

L’unità più adoperata è il kilopascal (kPa) uguale a 1 × 103 Pa.

L’unità pratica di pressione, accettata dal SI, è il bar: 1 bar = 1 × 105 Pa.

La pressione atmosferica standard (atm) non fa parte del SI: 1 atm = 1 × 105 Pa = 1,013 bar.

La pressione


L’energia (E) è la capacità di compiere un lavoro o di produrre calore.

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Si distinguono due tipi di energia:

Ec = ½ m × v2

dove m è la massa e v la velocità di un corpo.

l’energia cinetica (Ec) ossia quella posseduta da un corpo in movimento:

Ep = m × g × h

dove m è la massa, g l’accelerazione di gravità e h l’altezza.

l’energia potenziale (Ep) ossia quella posseduta da un corpo in virtù della sua posizione:

L’energia



Nel SI l’unità di misura dell’energia è il joule (J).

Unità di misura dell’energia

Comunemente viene usato il kilojoule (kJ) che corrisponde a 1000 joule.

Un’altra unità usata, anche se non appartiene al SI, è la caloria (cal).

Un multiplo della caloria è la kilocaloria (kcal) che corrisponde a 1000 cal.

1 cal = 4,18 J

L’energia



La temperatura è una misura di quanto è caldo o freddo un oggetto.

Per misurare la temperatura si possono usare:

• Termometri a dilatazione di liquidi

• Termometri elettronici

• Termometri a raggi infrarossi

L’unità di temperatura nella scala Celsius è il grado centigrado o grado Celsius (°C)

T (in kelvin) = t (in Celsius) + 273

In campo scientifico viene adoperata la scala di temperatura assoluta o scala Kelvin in cui l’unità di misura è il kelvin (K).

La relazione tra le due scale è:

La temperatura



Il calore è energia trasferita in seguito ad una differenza di temperatura.

Il trasferimento di calore avviene sempre secondo una direzione precisa: dal corpo a temperatura maggiore (più caldo) a quello a temperatura minore (più freddo).

Temperatura dell’acqua 20,5 °C. Temperatura dell’acqua 36,7 °C.

Il calore11



Il calore specifico è la quantità di energia termica necessaria per alzare o diminuire la temperatura di 1 grammo di sostanza di un grado Celsius (1 °C) o di un kelvin (1 K).

La quantità di energia termica (q) fornita o sottratta ad una data massa di sostanza con il riscaldamento o il raffreddamento è calcolata con la seguente equazione:

Il calore specifico

q = C × m × ΔT

dove

q = energia trasferita (J)

C = calore specifico (J/gK)

m = massa (g)

ΔT = variazione della temperatura (K)

Il calore11



L’accuratezza indica se i valori forniti dalla misura di una grandezza ed il valore vero, o accettato come tale, sono in accordo tra di loro.

La figura riportata ci aiuta a visualizzare e comprendere la differenza tra precisione e accuratezza.

La precisione (o riproducibilità) indica se una serie ripetuta di misure di una grandezza dà valori che sono vicini tra loro.

Il metodo è preciso ma poco accurato.

Il metodo è preciso e accurato.

Il metodo è poco preciso e poco accurato

Precisione e accuratezza12

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