APPUNTI DI CHIMICA

1. APPUNTI DI CHIMICA I concetti da non dimenticare e le domande a cui dovete saper rispondere... 2aC (2011-2012)

2. LA CHIMICA • Studia la struttura, le proprietà e le trasformazioni di tutta la materia che ci circonda e di cui siamo fatti.

3. Sostanze pure e miscugli • Sostanza pura: tipo di materia omogenea, con proprietà specifiche e caratteristiche, diverse da quelle di altre sostanze. ESEMPI: acqua, sale da cucina, zucchero... • Miscuglio eterogeneo: insieme di due o più sostanze mescolate tra loro, ma tali da conservare ciascuna le proprie caratteristiche e per questo separabili e distinguibili. ESEMPI: latte, granito, suolo...

4. Miscugli eterogenei • Miscuglio solido: più sostanze solide, esempio la sabbia. • Sospensione: solidi in liquidi o gas, esempio terra in acqua. • Emulsione: due o più liquidi non miscibili, esempio acqua e olio.

5. Come separare le sostanze di un miscuglio eterogeneo? Decantazione: grazie alla forza peso Filtrazione: per mezzo di filtri.

6. DOMANDE... • Cosa studia la chimica? • Che cosa è un miscuglio eterogeneo? • Guarda in cucina e trova due esempi di miscugli eterogenei. • Che cosa è un’emulsione? Fai un esempio. • Che tipo di miscuglio ottengo se mescolo acqua e polvere di marmo, sapendo che questa è insolubile in acqua? • Descrivi i fenomeni di filtrazione e decantazione. Perché può essere utile separare le sostanze che compongono un miscuglio?

7. Alcune sostanze formano miscele omogenee: le soluzioni • Cosa accade se mescoliamo acqua e zucchero? L’acqua e lo zucchero formano una soluzione omogenea, cioè le particelle delle due sostanze, pur conservando le loro caratteristiche, formano una miscela in cui non sono più distinguibili l’una dall’altra e non si separano facilmente.

8. Il solvente e il soluto • In una soluzione (o miscela omogenea) la sostanza che scioglie e che è presente in maggiore quantità si chiama solvente, mentre quella che viene sciolta, disperdendosi nel solvente, si chiama soluto. • L’acqua è il solvente più diffuso in natura ed è indispensabile per il funzionamento di tutti gli organismi viventi. • Riflettiamo sul linguaggio: solubile in acqua, insolubile in acqua...

9. Altri tipi di soluzioni • Soluzioni gassose: esempio l’aria. • Soluzioni solide: esempio le leghe metalliche. L’acciaio è una lega di ferro e carbonio. Il bronzo è una lega di rame e stagno. Una lega è una soluzione di due o più metalli mescolati quando si trovano allo stato fuso e lasciati poi solidificare.

10. La solubilità • La solubilità è la quantità massima espressa in g di soluto che può essere sciolto in 100 g di solvente a una certa temperatura. Esperimento per casa: Usando una bilancia da cucina versate in un bicchiere 100 g di acqua. Aggiungete 10 g di sale fino, mescolate con un cucchiaino e descrivete cosa succede. Ripetete l’esperimento altre tre volte aggiungendo prima 20 g di sale, poi 30 g e infine 50 g di sale e descrivete sul vostro quaderno cosa accade.

11. Soluzioni sature, concentrate e diluite. http://it.wikipedia.org/wiki/File:Verzadigingsgraad_oplossingen.png Soluzione diluita o poco concentrata (A): contiene poco soluto rispetto al livello di saturazione. Soluzione satura (B): contiene la quantità massima di soluto che può essere sciolto nel solvente. Soluzione sovrassatura (C): contiene il soluto precipitato come corpo di fondo.

12. YouTube...per studiare! • http://www.youtube.com/watch?v=hydUVGUbyvU&NR=1 (video e animazione dello zucchero sciolto dall’acqua). • http://www.youtube.com/watch?v=EBfGcTAJF4o&feature=related (animazione del sale da cucina sciolto dall’acqua). • http://www.youtube.com/watch?v=gN9euz9jzwc&feature=related (un’altra animazione del sale da cucina sciolto dall’acqua). ...è tutto in inglese...ma voi dovete guardare le immagini e poi commenteremo i video in classe. ...buon divertimento...

13. DOMANDE... • Che cosa è una soluzione? • Fai due esempi di sostanze solubili e insolubili in acqua. • Quale sostanza si deve aggiungere al ferro per ottenere l’acciaio? • Che cosa è la solubilità? • Cerca il significato del termine distillazione. • ...Non dimenticare l’esperimento...

14. La distillazione serve per separare soluto e solvente Come funziona?

15. Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche • Una reazione chimica è una trasformazione della materia in cui determinate sostanze reagiscono in proporzioni ben definite fra di loro trasformandosi in altre sostanze. Le sostanze che reagiscono fra di loro si chiamano reagenti mentre le nuove sostanze che si formano si chiamano prodotti. • Esempi: - bicarbonato di sodio + acido acetico  acetato di sodio + acqua + anidride carbonica; - combustione della carta  cenere + fumo + calore; - ferro + acqua  ossido di ferro (ruggine) + idrogeno.

16. Reazioni chimiche e trasformazioni fisiche • Le trasformazioni della materia che non producono nuove sostanze si chiamano trasformazioni fisiche o fenomeni fisici. • Esempi: - acqua che evapora o solidifica; - zucchero che si scioglie in acqua; - filamento di una lampadina che si accende.

17. Elementi e composti • In natura esistono 92 elementi naturali. • 26 elementi sono stati creati in laboratorio. • 118 elementi (fino a maggio 2011).

18. Elementi e composti • Ogni elemento ha un nome e un simbolo (una o due lettere, la prima maiuscola). Oro Potassio Carbonio Au K C Alluminio Al Mercurio Hg

19. Elementi e composti acqua • I composti derivano dalla combinazione chimica di due o più elementi. H2O NaCl • Un composto si forma mediante una reazione chimica. sale da cucina C12H22O11 saccarosio (zucchero) anidride carbonica

20. DOMANDE... • A cosa serve la distillazione? Descrivi il processo. • Che cosa è una reazione chimica? Fai un esempio. • Qual è la differenza più importante fra le reazioni chimiche e le trasformazioni fisiche. Fai un esempio. • Quanti sono gli elementi naturali? E quelli artificiali? • Da quali elementi è composta l’acqua? • Cerca il nome e il simbolo di 5 diversi elementi chimici.

21. La struttura dell’atomo • Atomo...dal greco atomos che significa indivisibile...in realtà... • È composto da tre particelle: -elettroni; -protoni; -neutroni. • Neutroni e protoni formano il nucleo.

22. La carica elettrica della materia • Il neutrone è neutro. • Il protone è carico positivamente. • L’elettrone è carico negativamente.

23. L’atomo è elettricamente neutro • In condizioni normali un atomo ha lo stesso numero di protoni e di elettroni, perciò è elettricamente neutro. Le cariche positive dei protoni neutralizzano quelle negative degli elettroni. • Come ci accorgiamo che la materia è fatta di atomi con cariche elettriche? Proviamo e riflettiamo...

24. Attrazione e repulsione tra cariche elettriche • Cariche opposte si attraggono, mentre cariche dello stesso tipo si respingono.

25. Il numero atomico e di massa • Il numero atomico di un atomo è il numero dei protoni contenuti nel suo nucleo e si indica con la lettera Z. • Il numero di massa di un atomo è il numero di protoni e neutroni contenuti nel suo nucleo e si indica con la lettera A.

27. DOMANDE... • Quali sono le particelle che formano l’atomo? Come sono disposte all’interno dell’atomo? • Qual è la carica elettrica delle particelle che formano l’atomo? • Descrivi l’esperimento di elettrizzazione effettuato in classe. • Cosa sono il numero atomico e il numero di massa e come si indicano? • Trova il numero atomico dei seguenti elementi: Fe (ferro), N (azoto), Cl (cloro) e Ca (calcio).

28. Risposte per alunni curiosi... • A che velocità si muovono gli elettroni intorno al nucleo? 1 % della velocità della luce...cioè circa 3000 km/s. • Quali sono le dimensioni dell’atomo? http://ulisse.sissa.it/chiediAUlisse/domanda/2005/Ucau050214d006/ http://scienzapertutti.lnf.infn.it/P2/scale.gif

29. I gusci elettronici I gusci elettronici, che si trovano intorno al nucleo e che rappresentano le regioni di spazio in cui possono muoversi gli elettroni, sono formati dagli orbitali atomici. L’orbitale atomico (che studierai in futuro...) per ora possiamo definirlo semplicemente come il “volume” permesso agli elettroni (cioè il percorso che possono fare all’interno del guscio elettronico). Esistono 7 gusci elettronici (K L M N O P Q) formati da diversi tipi di orbitali (s, p, d, f) e ogni guscio è caratterizzato da una diversa energia e per questo si chiamano anche livelli energetici.

30. I gusci elettronici: gli elettroni si muovono solo in determinate orbite situate a diverse distanze dal nucleo. • Esistono 7 gusci elettronici • K (1) • L (2) • M (3) • N (4) • O (5) • P (6) • Q (7)

31. I gusci elettronici • Ogni guscio può contenere un determinato numero massimo di elettroni:

32. I gusci elettronici sono composti da diversi orbitali atomici Esistono 4 tipi diversi di orbitali atomici • s (2 e-) • p (6 e-) • d (10 e-) • f (14 e-)

33. GRUPPI PERIODI Perché studiare gusci e orbitali? Per capire come è organizzata la tavola periodica. Cominciamo con il ricordare che è divisa in gruppi e periodi.

34. Ogni guscio corrisponde ad un diverso periodo della tavola periodica ed è formato da diversi orbitali. K L M N O P Q

35. DOMANDE... • Qual è la velocità degli elettroni intorno al nucleo? • Qual è l’ordine di grandezza delle dimensioni di un atomo? • Cosa sono i gusci elettronici? Quanti sono? • Cosa sono gli orbitali atomici? • Come è organizzata la tavola periodica? • Cerca su internet il significato del termine “aufbau”...

36. Q P O N M L K La tavola periodica e il riempimento dei gusci...cioè l’Aufbau

37. 1H (1s1) 2He (1s2) Primo Periodo - Guscio K - Orbitale 1s

38. 4Be (2s2) 3Li (2s1) Secondo Periodo - Guscio L - Orbitali 2s2p

39. B C Ne N F O Li Be B: 2s22p1 Li: 2s1 C: 2s22p2 Be: 2s2 N: 2s22p3 O: 2s22p4 F: 2s22p5 Ne: 2s22p6 Secondo Periodo - Guscio L - Orbitali 2s2p

40. Al Ar Si P Cl S Na Mg Al: 3s23p1 Na: 3s1 Si: 3s23p2 Mg: 3s2 P: 3s23p3 S: 3s23p4 Cl: 3s23p5 Ar: 3s23p6 Terzo Periodo - Guscio M - Orbitali 3s3p

41. ...e così via K L M N O P Q

42. La tavola periodica • Dimitrij Mendeleev alla fine dell’800 compila la tavola periodica degli elementi. • Nella tavola sono organizzati tutti gli elementi chimici con le loro proprietà. • Gli elementi sono organizzati in 7 periodi (le righe) secondo il numero atomico crescente. • Tutti gli elementi della stessa colonna formano un gruppo. Ci sono 8 gruppi. • Tutti gli elementi dello stesso gruppo hanno lo stesso numero di elettroni nel guscio più esterno.

43. La tavola periodica Gas nobili Non metalli Metalli alcalini Metalli alcalino terrosi Altri metalli Metalli di transizione

44. DA RICORDARE BENE... Le proprietà chimiche degli elementi dipendono dal numero di elettroni nel guscio esterno. Tutti gli elementi di uno stesso gruppo hanno le stesse proprietà chimiche perché hanno lo stesso numero di elettroni nel guscio più esterno. Sono questi elettroni, infatti, ad essere coinvolti nelle reazioni chimiche. Perché il cloro reagisce con il sodio formando il cloruro di sodio, cioè il sale da cucina?

45. IONI • Atomo o molecola con carica positiva o negativa. • Catione: particella carica positivamente. • Anione: particella carica negativamente. • Come è possibile?

46. Tutti gli elementi di un gruppo hanno la stessa configurazione elettronica esterna...e quindi le stesse proprietà chimiche Na: 3s1 Li: 2s1 Sia il Li che il Na tendono a perdere un e- e diventare ioni monopositivi (Li+ e Na+)

47. Na: 3s1 Cl: 3s23p5 Na+ Cl- E così si forma il cloruro di sodio o normale sale da cucina

48. Isotopi • Atomi con lo stesso numero atomico ma diverso numero di massa, cioè diverso numero di neutroni. • Esempio: idrogeno, deuterio e trizio. http://www.itg-rondani.it/dida/chimica/images/MODULO2im/immagini2_1/isotopi.gif

49. DOMANDE... • Come viene chiamato in chimica il riempimento dei gusci? • Chi ha organizzato gli elementi chimici in una tavola periodica. • Quanti sono i periodi e i gruppi? • Come sono organizzati gli elementi all’interno dello stesso periodo. • Cosa hanno in comune gli elementi dello stesso gruppo? • Perché sono importanti gli elettroni del guscio più esterno? • Come si chiamano i vari elementi della tavola periodica? • Cosa sono gli ioni? • Cosa sono gli isotopi? • Come si forma il cloruro di sodio?

50. La “grammatica” delle molecole • Le molecole sono aggregati di atomi tenuti insieme da forze di attrazione (legami chimici). • L’ossigeno (O) è un elemento. • La molecola di ossigeno è formata da due atomi di ossigeno: O2. Quella di ozono da tre atomi di ossigeno: O3. Da Wikipedia http://www.ambra.unibo.it/workO/pb/pb-253-img-StrutturaOzono.jpg