CAPITOLO
Le trasformazioni fisiche della materia
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Indice
1. La materia e il modello particellare
2. Le sostanze pure
3. Miscele
4. La solubilità dei solidi nei liquidi
5. Fattori che influenzano la solubilità dei gas
6. Concentrazione di una soluzione
7. I passaggi di stato
8. La separazione delle miscele in sostanze pure
© Paolo Pistarà
© Istituto Italiano Edizioni Atlas
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1 La materia e il modello
particellare
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Materia è tutto ciò che possiede una massa ed occupa un volume.
Secondo il modello particellare, la materia è costituita da particelle estremamente
piccole (atomi o molecole) in continuo movimento.
Si presenta in tre stati fisici: solido, liquido e gassoso.
STATO LIQUIDO
STATO SOLIDO
STATO
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GASSOSO
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1 La materia e il modello
particellare
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Conferma della teoria particellare
a)
La diffusione è il processo con cui i gas si muovono per occupare tutto lo
spazio che hanno a disposizione.
I vapori di bromo occupano la
parte inferiore del cilindro.
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Al termine dell’esperimento, i vapori di
bromo si sono diffusi in tutto il cilindro.
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1
La materia e il modello
particellare
b)
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
La comprimibilità è il processo con cui i gas occupano un volume inferiore.
In seguito alla compressione le particelle di un gas occupano un volume inferiore.
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1
La materia e il modello
particellare
c)
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Due liquidi, miscibili tra di loro, occupano un volume inferiore alla somma dei
volumi distinti.
alcool etilico
acqua
Nel cilindro è contenuta la miscela dei due liquidi.
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2 Le sostanze pure
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Una sostanza pura è materia costituita da un solo componente, cioè da una sola
specie chimica.
Il cloruro di sodio puro per analisi, anche se
contiene piccole percentuali di impurezze, è
considerato una sostanza pura.
Le impurezze presenti nel cloruro di sodio per
analisi, essendo in piccole percentuali, non ne
modificano le proprietà.
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2 Le sostanze pure
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Le sostanze pure sono caratterizzate da specifiche proprietà fisiche e chimiche che
permettono di identificarle.
Le proprietà fisiche (temperatura di fusione, di ebollizione, densità, ecc), che non
dipendono dalla quantità del campione, sono dette intensive.
Le proprietà fisiche (massa, volume), che dipendono dalla quantità del campione,
sono dette estensive.
Le proprietà chimiche delle sostanze, che si manifestano quando una sostanza
interagisce con altre sostanze, vengono classificate come intensive.
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3 Miscele
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Le miscele (dette anche miscugli) sono suddivise in due categorie: miscele
eterogenee e miscele omogenee.
 Miscele eterogenee
Una miscela è eterogenea quando le sostanze non sono miscibili tra loro.
Campione di latte.
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Campione di roccia granitica.
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3 Miscele
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Miscele omogenee
Due sostanze, completamente miscibili tra loro, danno una miscela omogenea.
Una miscela omogenea prende anche il
nome di soluzione.
Soluzione di una miscela omogenea
di solfato di rame azzurro e acqua.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
SOLUZIONE
miscela omogenea di due o
più sostanze
Solvente
La sostanza presente in
maggiore quantità che
ha il compito di
sciogliere
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SOLUTO
la sostanza disciolta
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3 Miscele
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
In una soluzione le particelle del soluto e quelle del solvente sono invisibili;
nemmeno al microscopio è possibile distinguere i componenti della soluzione.
soluto solido
costituito da
particelle
dissoluzione
soluzione
solvente liquido
(particelle di acqua)
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4 La solubilità dei solidi
nei liquidi
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
La solubilità varia da sostanza a sostanza ed è influenzata dalla temperatura.
“Per solubilità s’intende la quantità massima di soluto che può sciogliersi, ad una
definita temperatura, in una data quantità di solvente”.
Soluzione insatura di NaCl.
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Soluzione satura di NaCl.
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4 La solubilità dei solidi
nei liquidi
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Una soluzione in cui il soluto è completamente disciolto è detta insatura.
Quando il solvente non riesce a sciogliere il composto
che resta allo stato solido, sul fondo del recipiente, la
soluzione è detta satura.
In una soluzione satura si verificano due processi opposti:
uno di solubilizzazione, l’altro di cristallizzazione.
Processo di solubilizzazione e di
cristallizzazione in una soluzione
satura.
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4 La solubilità dei solidi
nei liquidi
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Conoscendo la solubilità di un
solido a diverse temperature è
possibile tracciare la sua curva di
solubilità.
La solubilità dei solidi, in genere,
aumenta con il crescere della
temperatura.
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5 Fattori che influenzano
la solubilità dei gas
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
La solubilità dei gas nei liquidi risulta influenzata dalla pressione e dalla temperatura,
mentre per la solubilità dei solidi risulta importante la temperatura.
L’influenza della pressione sulla solubilità dei
gas nei liquidi è regolata dalla legge di Henry.
“ad una data temperatura, la solubilità di un gas
in un liquido risulta direttamente proporzionale
alla pressione del gas sul liquido”.
La solubilità di O2, N2, He in
acqua cresce con l’aumentare
della pressione.
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5 Fattori che influenzano
la solubilità dei gas
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
La solubilità dei gas in acqua diminuisce con
l’aumentare della temperatura.
La solubilità di CO2, O2, N2 in acqua diminuisce al crescere
della temperatura.
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6 Concentrazione di
una soluzione
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
In chimica le soluzioni presentano una concentrazione nota, cioè un rapporto ben
definito tra la quantità di soluto e quella di soluzione o di solvente.
I modi in cui si può esprimere la concentrazione di una soluzione sono diversi.
 Percento in massa
Il percento in massa è la quantità in grammi di soluto sciolti in 100 g di soluzione
(soluto + solvente).
massa di soluto
percento in massa =
× 100
massa della soluzione
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6 Concentrazione di
una soluzione
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Percento in volume
Il percento in volume indica il volume in mL di soluto disciolto in 100 mL di
soluzione.
volume di soluto
percento in volume =
× 100
volume di soluzione
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6 Concentrazione di
una soluzione
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Massa su volume
La concentrazione massa su volume indica la massa di soluto disciolto in un
determinato volume di soluzione, in genere 1 L.
Il percento in massa su volume è la quantità di soluto (in grammi) diviso il volume
totale della soluzione (in millilitri) moltiplicato per 100.
massa di soluto (g)
percento massa su volume =
× 100
volume di soluzione (mL)
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6 Concentrazione di
una soluzione
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Preparazione di una soluzione
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7 I passaggi di stato
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
SUBLIMAZIONE
FUSIONE
STATO
SOLIDO
EVAPORAZIONE
STATO
LIQUIDO
SOLIDIFICAZIONE
STATO
GASSOSO
CONDENSAZIONE
SUBLIMAZIONE (O BRINAMENTO)
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7 I passaggi di stato
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
 Curve di riscaldamento e di raffreddamento
Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento.
Una curva di fusione si ottiene riportando
in un grafico i valori di temperatura in
funzione del tempo di riscaldamento.
Il naftalene presenta una curva
riscaldamento con una temperatura
fusione
ben
definita
(80°C).
corrispondenza della temperatura
fusione si verifica una sosta termica in
coesistono il solido e il liquido.
di
di
In
di
cui
La cera, che è una miscela di sostanze,
fonde in un intervallo di temperatura.
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7 I passaggi di stato
CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
Nelle curve di riscaldamento dei liquidi
ogni sostanza pura presenta una
propria temperatura di ebollizione ad
una definita pressione.
In corrispondenza del punto di
ebollizione si verifica una sosta
termica in cui coesistono liquido e
vapore.
Durante le soste termiche, sia nelle
curve di fusione che in quelle di
ebollizione, la temperatura rimane
costante.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
Da una miscela si possono ottenere le sostanze pure che la compongono con diversi
processi di separazione.
 Filtrazione
La filtrazione è un processo che separa i
componenti di una miscela sfruttando le differenti
dimensioni delle particelle.
Filtrazione con carta da filtro.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 Centrifugazione
La centrifugazione è un processo che separa i componenti di una miscela eterogenea
sfruttando la loro differente densità.
a.
Centrifuga.
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b.
c.
Stato della provetta prima
della centrifugazione.
Stato della provetta dopo
la centrifugazione.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 Distillazione
La distillazione è un
processo che separa i
componenti
di
una
miscela
omogenea
(solido-liquido e liquidoliquido)
sfruttando
la
diversa tendenza delle
sostanze di passare allo
stato di vapore e, quindi,
il loro differente punto di
ebollizione.
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Apparecchiatura per la
distillazione in laboratorio.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
Per separare due liquidi che hanno
temperature di ebollizione molto vicine si
ricorre ad una distillazione frazionata.
Un esempio è la separazione
acqua-alcool etilico.
Apparecchiatura per la distillazione
frazionata con colonna di Vigreux.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 Cristallizzazione
Il processo di cristallizzazione sfrutta la differenza di
solubilità dei componenti di una miscela al variare
della temperatura.
La solubilità di una sostanza in un dato solvente
risulta, di norma, maggiore a caldo che non a freddo.
Lo zucchero greggio viene raffinato a zucchero bianco
mediante cristallizzazione, utilizzando l’acqua come
solvente.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 Estrazione con solventi
L’estrazione consiste nel rimuovere composti da un campione utilizzando opportuni
solventi.
La preparazione di una tazza di tè, caffè, camomilla sfrutta questa tecnica.
L’estrazione delle essenze dalla buccia di limone utilizza l’alcool etilico come solvente.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 Cromatografia
La cromatografia consiste nel fare adsorbire una miscela su un solido o su carta
porosa (fase stazionaria) che ha il compito di trattenere con forze decrescenti i
componenti della miscela.
In seguito, con l’aggiunta di un eluente (fase mobile), i componenti la miscela
vengono trascinati con diversa velocità per cui si separano.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
Le tecniche più comuni di cromatografia sono:
 la cromatografia in colonna
Rappresentazione semplificata della
cromatografia per adsorbimento.
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CAPITOLO 2. LE TRASFORMAZIONI FISICHE DELLA MATERIA
8 La separazione delle
miscele in sostanze pure
 la cromatografia su carta
Cromatografia ascendente.
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Cromatogramma asciutto.
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