Chimica 3/ed
La natura molecolare della materia
e delle sue trasformazioni
Capitolo
1
Le chiavi per lo studio della chimica
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Figura 1.1 La distinzione fra trasformazione fisica e trasformazione chimica.
A. Avviene una trasformazione fisica quando l’acqua allo stato solido si converte in acqua allo stato liquido.
Come mostrano gli ingrandimenti, la composizione delle particelle non varia.
B. Avviene una trasformazione chimica quando una corrente elettrica passa attraverso l’acqua.
Gli ingrandimenti mostrano che avviene un cambiamento della composizione quando l’acqua si decompone in
idrogeno e ossigeno.
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Figura 1.2 Gli stati fisici della materia. Gli ingrandimenti degli stati di aggregazione della
materia mostrano la disposizione su scala atomica delle particelle: ravvicinate e altamente
organizzate nel solido, ravvicinate ma disorganizzate nel liquido, lontane l’una dall’altra e
disorganizzate nel gas.
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Figura 1.3 L’energia potenziale si converte in energia cinetica.
In tutte e quattro le parti della figura, le rette orizzontali tratteggiate indicano l’energia
potenziale del sistema in ciascuna situazione.
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Tabella 1.2
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Tabella 1.3
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Tabella 1.4
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Figura 1.4 Il metodo scientifico per comprendere la natura.
È importante notare che le ipotesi e i modelli sono immagini mentali che vengono
modificate in modo che si adattino alle osservazioni e ai risultati sperimentali, non
viceversa.
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Figura 1.5 Alcune relazioni tra volumi nel SI.
Il cubo a sinistra ha un volume di 1 cm3; ogni spigolo è lungo 1 dm e il cubo è suddiviso in 10
strati spessi 1 cm. Vi sono 1000 dm3 in 1 m3. Il cubo in centro ha un volume di 1 cm3; ogni
spigolo è lungo 1 cm e il cubo è suddiviso in 10 strati spessi 1 mm; 1000 cm3 = 1 dm3 = 1 L =
1000 mL, e quindi 1 cm3 = 1 mL. Il cubo a destra ha un volume di 1 mm3; ogni spigolo è lungo 1
mm; 1 mm3 = 1 mL. Vi sono 103 mL in 1 cm3 e 106 L in 1 dm3 (1 L).
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Figura 1.6 Vetreria volumetrica di laboratorio di uso comune.
Da sinistra a destra si vedono due cilindri graduati, una pipetta che viene vuotata in
un becher, una buretta che eroga liquido un una beuta (matraccio di Erlenmeyer), e
due matracci volumetrici. A contatto con il vetro, questo liquido forma un menisco
concavo (super- ficie curva).
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Tabella 1.5
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Figura 1.7 Alcune temperature interessanti.
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Figura 1.9 ll numero di cifre significative in una misura dipende dallo strumento per
misurazione.
Sono mostrati due termometri che misurano la stessa temperatura, con viste espanse di un tratto del cannello
(tubo capillare) di ciascuno. Il termometro di sinistra è graduato in decimi di grado Celsius e indica 32,33 °C;
quello di destra è graduato in gradi Celsius e indica 32,3 °C. Perciò, il termometro di sinistra permette di
ottenere una misura con più cifre significative (più certezza).
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Figura 1.8 L’orologio atomico al cesio
Il migliore orologio a pendolo può commettere un errore massimo di 3 s ogni anno, il migliore orologio
al quarzo può commettere un errore massimo 1000 volte più piccolo.
La più recente versione dell’orologio atomico al cesio, il NIST-F-1, realizzato dal Physics Laboratory del
National Institute of Standard and Technology (NIST), è 6000 volte più accurato, potendo commettere
un errore massimo di 1 s ogni 20 milioni di anni!
Invece di impiegare le
oscillazioni di un pendolo o
le vibrazioni di un cristallo
di quarzo, l’orologio
atomico misura le
oscillazioni della radiazione
a microonde assorbita dagli
atomi di cesio gassosi: 1
secondo è definito come la
durata di 9 192 631 770
oscillazioni della radiazione
non perturbata emessa
dall’atomo di cesio-133
(133Cs) nello stato
fondamentale nella
transizione tra due
particolari livelli. In questo
nuovo orologio, gli atomi di
cesio vengono raffreddati
con laser a infrarosso a una
temperatura di circa 106 K
sopra lo zero assoluto, il
che permette tempi di
osservazione degli atomi
molto più lunghi e quindi
un’accuratezza molto
maggiore.
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Figura 1.10 Cifre significative e strumenti di misura.
La misura della massa (6,8605 g) ottenuta con una
bilancia analitica (in alto) ha più cifre significative
rispetto
alla misura del volume (68,2 mL) ottenuta con un
cilindro graduato (in basso).
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Figura 1.11 Precisione e accuratezza in una taratura di laboratorio.
Ogni diagramma rappresenta i risultati di quattro misurazioni effettuate con un cilindro graduato che viene
tarato (vedi testo per i particolari). A. Alta precisione, alta accuratezza. B. Alta precisione, bassa accuratezza
(presenza di errore sistematico). C. Bassa precisione, valore medio vicino al valore “vero”. D. Bassa precisione,
bassa accuratezza.
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