Luca Fiorani
Chimica e
didattica
della chimica
Materia ed energia
Luca Fiorani – Chimica e
didattica della chimica
Materia: forme, struttura e qualità
 L'uomo
vive in uno spazio riempito dalla materia
 La parola "materia" deriva dal latino "mater"
 La materia che più occupa spazio sulla Terra è
l'acqua che copre il 71% della superficie del
pianeta e, più o meno con la stessa percentuale,
è il maggior costituente del corpo umano
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Materia: forme, struttura e qualità
 L'uomo,
man mano che ha appreso come
utilizzare e plasmare la materia che lo
circondava è evoluto, arrivando a esercitare un
controllo sulla la natura
 L'Homo Sapiens è arrivato a controllare la materia
con effetti a volte esaltanti, a volte devastanti
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Materia: forme, struttura e qualità
 Il
livello macroscopico è occupato da oggetti le
cui dimensioni vanno da quelle di un batterio
(10-6 m) a quelle usuali del mondo accessibile al
nostro corpo (da 10-3 a 103 m)
 Il livello microscopico è occupato da oggetti le
cui dimensioni vanno da quelle di un elettrone
(10-15 m) a quelle di una grossa proteina (10-7 m)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Atomi,
ioni, molecole
 La materia è costituita da atomi e molecole
 L’atomo è la più piccola porzione di un elemento
che ne conserva tutte le caratteristiche ed è
composto da una nuvola elettronica (10-10 m) e
da un nucleo (10-15 m)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Il
nucleo che è costituito da protoni (in numero
uguale agli elettroni) e da neutroni
 Gli elettroni (e-) sono particelle leggere con
carica elettrica negativa (-1.6×10-19 C) e spin ½
 I protoni (p) sono particelle massicce (massa
1.7×10-27 kg cioè 1836 volte la massa
dell’elettrone) con carica elettrica positiva
(1.6×10-19 C) e spin ½
 I neutroni (n) sono particelle massicce (massa
1839 volte la massa dell’elettrone) senza carica
elettrica (neutre) e spin ½
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Materia: forme, struttura e qualità
 Uno
ione è un atomo a cui siano stati aggiunti
(tolti) uno o più elettroni e risulterà quindi carico
negativamente (positivamente)
 La molecola è la più piccola porzione di un
composto che ne conserva tutte le caratteristiche
ed è composto da più atomi (da 10-10 a 10-8 m)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Elementi
e composti (miscele o miscugli)
 Miscugli solidi, liquidi e gassosi
 Miscugli eterogenei ed omogenei (soluzioni)
 Granito: miscuglio solido ed eterogeneo
 Acqua e zucchero: miscuglio liquido ed
omogeneo (soluzione)
 Acqua e sale: miscuglio liquido ed omogeneo
(soluzione ionica)
 Aria: miscuglio gassoso ed omogeneo
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Materia: forme, struttura e qualità
 Numero
atomico, numero di massa (isotopi)
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Materia: forme, struttura e qualità
 Composti
inorganici (CO, CO2 e molecole prive
di carbonio: H2O, NaCl, NH3…)
 Composti organici (naturali e sintetici)







idrocarburi (metano)
idrocarburi clorurati (DDT, PCB)
clorofluorocarburi o CFC (freon)
carboidrati (semplici e complessi)
aminoacidi (~20) e proteine (milioni)
nucleotidi (4) e acidi nucleici (DNA, RNA)
geni (sequenze di nucleotidi) e cromosomi
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Materia: forme, struttura e qualità
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Materia: forme, struttura e qualità
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didattica della chimica
Materia: forme, struttura e qualità
 Materia



di alta qualità:
utilizzabile
organizzata
disponibile
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Energia: forme e qualità
 Energia:




"capacità di compiere lavoro"
luce, elettricità, calore (≠temperatura)…
cinetica e potenziale
radiazione elettromagnetica
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Energia: forme e qualità
 Energia



di alta qualità:
utilizzabile
organizzata
disponibile
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didattica della chimica
Trasformazioni fisiche e chimiche e la
legge di conservazione della materia
 Trasformazione
fisica: non implica cambiamento
della composizione chimica (es.: scioglimento
dei ghiacci)
 Trasformazione chimica: implica cambiamento
della composizione chimica (es.: combustione
del carbone C+O2→CO2+energia)
 Conservazione della
materia (applicazione
al ciclo dei rifiuti)
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Trasformazioni nucleari
 Decadimento
naturale radioattivo (radioisotopi)
 Raggi alfa, beta, gamma
 Tempo di dimezzamento:



iodio-131: 8 giorni
stronzio-90: 28 anni
uranio-238: 4.5 miliardi di anni
 Livello
sicuro: dopo 10 tempi di dimezzamento
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Trasformazioni nucleari
 Fissione


nucleare:
massa critica
reazione a catena
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Trasformazioni nucleari
 Fusione


nucleare:
imparare dal Sole…
… non è facile (ITER)!
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Le due leggi fondamentali dell'energia
 Prima
legge della termodinamica: conservazione
dell'energia
 Seconda legge della termodinamica: nelle
trasformazioni dell'energia avviene una perdita
della sua qualità (es.: da elettricità a calore)
 L'energia si conserva ma – in pratica – quella
utilizzabile è sempre meno
 L'energia non si ricicla: importanza dell'efficienza
energetica
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Le due leggi fondamentali dell'energia
 La
seconda legge della termodinamica influenza
la vita (produzione di calore e rifiuti)
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Fine della lezione…
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