La Chimica:
Lo studio della trasformazione
Capitolo 1
Fondamenti di chimica generale – Seconda edizione
Raymond Chang
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La Chimica: Una Scienza per il 21 Secolo
• Salute e Medicina
• Sistemi di depurazione
• Operazioni Chirurgiche
con anestesia
• Vaccini e antibiotici
•Energia e Ambiente
• Combustibili Fossili
• Energia Solare
• Energia Nucleare
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1.1
La Chimica: Una Scienza per il 21 Secolo
• Materiali e Tecnologia
• Polimeri, ceramiche, cristalli liquidi
• Superconduttori a temperatura
ambiente?
• Computazione Molecolare?
• Cibo e Agricoltura
• Sementi geneticamente
modificate
• Pesticidi “naturali”
• Concimi selettivi
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1.1
Lo Studio della Chimica
Macroscopico
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Microscopico
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1.2
Il metodo scientifico è un approccio
sistematico alla ricerca
Osservazione
Rappresentazione
Interpretazione
Un’ipotesi è una possibile spiegazione per
un gruppo di osservazioni
verificato
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modificato
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1.3
Una legge è una dichiarazione sintetica di
relazione tra fenomeni sempre uguali nelle
medesime condizioni.
Forza = massa x accelerazione
Una teoria è un principio unificante che
spiega un insieme di fatti e/o le leggi basate
su questi.
Teoria Atomica
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1.3
La Chimica In Azione:
L’Elio Primordiale e la Teoria del Big Bang
Nel 1940 George Gamow ipotizzò che
l’universo avesse avuto inizio con una
gigantesca esplosione o big bang.
Conferme sperimentali
• Espansione dell’universo
• radiazione cosmica di fondo
• elio primordiale
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1.3
La Chimica è lo studio della materia
e dei cambiamenti che essa subisce
1. Materia è qualsiasi cosa che occupi spazio
e che sia dotata di massa.
2. Una sostanza è una forma di materia che
ha una composizione definita e proprietà
distinte.
Acqua
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Zucchero
Oro
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1.4
Una miscela è una combinazione di due o più
sostanze in cui le singole sostanze mantengono
identità distinte.
1. Miscele omogenee – la composizione della
miscela è omogenea.
bibite, latte, leghe per saldare
2. Miscele eterogenee – la composizione non è
uniforme.
cemento,
limatura di ferro nella sabbia
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1.4
Possono essere utlizzati mezzi fisici per separare
una miscela nei suoi componenti puri.
distillazione
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calamita
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1.4
Un elemento è una sostanza che non può
essere separata in sostanze più semplici
attraverso mezzi chimici.
• sono stati identificati 114 elementi
• 82 elementi sono presenti naturalmente sulla
Terra
oro, alluminio, piombo, ossigeno, carbonio
• 32 elementi sono stati creati dagli scienziati
tecnezio, americio, seaborgio
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1.4
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Un composto è una sostanza composta da atomi
di due o più elementi uniti chimicamente in
proporzioni definite.
I composti possono essere separati solo nei loro
componenti puri (elementi) attraverso mezzi
chimici.
Acqua (H2O)
Glucosio (C6H12O6)
Ammoniaca (NH3)
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1.4
Classificazioni della Materia
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1.4
I Tre Stati della Materia
gas
liquido
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solido
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1.5
Fisico o Chimico?
Una trasformazione fisica non altera la
composizione o l’identità di una sostanza.
dissoluzione in acqua dello zucche
fusione del ghiaccio
Una trasformazione chimica fa variare la
composizione o l’identità delle sostanze coinvolte.
L’idrogeno brucia
all’aria per formare
acqua
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1.6
Proprietà Estensive e Intensive
Una proprietà estensiva di un materiale dipende da
quanta materia viene presa in considerazione.
• massa
• lunghezza
• volume
Una proprietà intensiva di un materiale non
dipende da quanta materia viene presa in
considerazione.
• densità
• temperatura
• colore
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1.6
Materia – qualsiasi cosa che occupa spazio ed abbia
massa.
massa – misura della quantità di materia
Unità di misura SI della massa è il
kilogrammo (kg)
1 kg = 1000 g = 1 x 103 g
peso – la forza che la gravità esercita su di un
oggetto
peso = c x massa
Una barra di 1 kg bar
peserà
sulla terra, c = 1.0
1 kg sulla terra
sulla luna, c ~ 0.1
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0.1 kg sulla luna
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1.7
Sistema Internazionale di Unità di misura (SI)
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1.7
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1.7
Volume – L’unità di misura derivata dal SI per il volume
è il metro cubov(m3)
1 cm3 = (1 x 10-2 m)3 = 1 x 10-6 m3
1 dm3 = (1 x 10-1 m)3 = 1 x 10-3 m3
1 L = 1000 mL = 1000 cm3 = 1 dm3
1 mL = 1 cm3
1 litro
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Matraccio
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1.7
Densità – L’unità derivata dal SI per la densità è kg/m3
1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3
massa
densità =
volume
m
d= V
Un pezzo di platino metallico con una densità di
21.5 g/cm3 ha un volume di 4.49 cm3. Qual’è la sua
massa?
m
d= V
m = d x V = 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 = 96.5 g
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1.7
K = 0C + 273.15
273 K = 0 0C
373 K = 100 0C
0F
= 9 x 0C + 32
5
32 0F = 0 0C
212 0F = 100 0C
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1.7
Trasformare 172.9 0F in gradi
Celsius.
0F = 9 x 0C + 32
5
0F – 32 = 9 x 0C
5
5 x (0F – 32) = 0C
9
0C = 5 x (0F – 32)
9
0C = 5 x (172.9 – 32) = 78.3
9
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1.7
La Chimica In Azione
Il 23/9/99, il Mars Climate Orbiter, del valore di 100.000.000 € è
entrato nell’atmosfera di Marte 100 km (62 miglia) più in basso
di quanto era stato previsto, ed è stata distrutta dal calore.
1 lb = 1 N
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1 lb = 4.45 N
“Questo diventerà il racconto
con cui da ora in poi si
metteranno in guardia gli
studenti delle scuole
elementari, medie e superiori
in occasione dell’introduzione
al sistema metrico decimale
(specie nei paesi
anglosassoni n.d.T.)”
1.7
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Notazione Scientifica
Il numero di atomi in 12 g di carbonio:
602200000000000000000000
6.022 x 1023
La massa di un singolo atomo di carbonio
espressa in grammi:
0.0000000000000000000000199
1.99 x 10-23
N x 10n
N è un numero
compreso tra
1 and 10
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n è un numero intero
positivo o negativo
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1.8
Notazione Scientifica
568.762
sposta il separatore
decimale a sinistra
n>0
0.00000772
sposta il separatore
decimale a destra
n<0
568.762 = 5.68762 x 102
0.00000772 = 7.72 x 10-6
Addizione o Sottrazione
1. Scrivi ciascuna quantità
con lo stesso esponente n
2. Somma o sottrai N1 e N2
3. L’esponente, n, non
cambia
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4.31 x 104 + 3.9 x 103 =
4.31 x 104 + 0.39 x 104 =
4.70 x 104
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1.8
Notazione Scientifica
Moltiplicazione
1. Moltiplica N1 per N2
2. Addiziona tra loro
gli esponenti n1 e n2
Divisione
1. Dividi N1 per N2
2. Sottrai tra loro
gli esponenti n1 e n2
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(4.0 x 10-5) x (7.0 x 103) =
(4.0 x 7.0) x (10-5+3) =
28 x 10-2 =
2.8 x 10-1
8.5 x 104 ÷ 5.0 x 109 =
(8.5 ÷ 5.0) x 104-9 =
1.7 x 10-5
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1.8
Cifre Significative
• Qualsiasi cifra diversa da zero è significativa
1.234 kg
4 cifre significative
• Gli zero compresi tra cifre diverse da zero sono cifre
significative
606 m
3 cifre significative
• Gli zero alla sinistra del prima cifra diversa da zero non sono
cifre significative
0.08 L
1 cifra significativa
• Se un numero è maggiore di 1, tutti gli zeri alla destra del
punto decimale sono cifre significative
2.0 mg
2 cifre significative
• Se un numero è minore di 1, solo gli zeri che si trovano alla
fine e nel mezzo del numero sono cifre significative
0.00420 g
3 cifre significative
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1.8
Quante cifre significative ci sono in
ciascuna delle seguenti misure?
24 mL
2 cifre significative
3001 g
4 cifre significative
0.0320 m3
3 cifre significative
6.4 x 104 molecules
2 cifre significative
560 kg
2 cifre significative
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1.8
Cifre Significative
Addizione o Sottrazione
Il risultato non può avere alla destra del separatore
decimale più cifre di ciascuno dei numeri di partenza.
89.332
+1.1
90.432
3.70
-2.9133
0.7867
una cifra significativa dopo il separatore decimale
arrotondato a 90.4
due cifre significative dopo il separatore decimale
arrotondato a 0.79
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1.8
Cifre Significative
Moltiplicazione o Divisione
Il numero di cifre significative nel risultato è determinato dal
numero di partenza che ha il minor numero di cifre significative
4.51 x 3.6666 = 16.536366 = 16.5
3 cifre sign.
arrotondato a
3 cifre sign.
6.8 ÷ 112.04 = 0.0606926 = 0.061
2 cifre sign.
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arrotondato a
2 cifre sign.
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1.8
Cifre Significative
Numeri esatti
I numeri derivanti da definizioni o numeri di oggetti sono
considerati come aventi un numero infinito di cifre significative
La media di tre misure di lunghezza; 6.64, 6.68 e 6.70?
6.64 + 6.68 + 6.70
= 6.67333 = 6.67 = 7
3
Dal momento che 3 è un numero esatto
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1.8
Accuratezza – quanto una misura è vicina al valore vero
Precisione – quanto un gruppo di misure sono vicine tra loro
accurata
&
precisa
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precisa
ma
non accurata
non accurata
&
non precisa
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1.8
Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problem
1. Determina quale fattore di conversione dell’unità di misura
sia necessario
2. Considera le unità di misura nel calcolo
3. Se tutte le unità di misura si elidono eccezion fatta per le
unità di misura necessarie, il problema è stato risolto in
maniera corretta.
quantità fornita x fattore di conversione = quantità desiderata
unità di misura desiderata
unità di misura fornita x
= unità di misura deside
unità di misura fornita
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1.9
Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problem
Quanti mL ci sono in 1.63 L?
Conversione dell’Unità di misura 1 L = 1000 mL
1000 mL
1.63 L x
= 1630 mL
1L
2
1L
L
1.63 L x
= 0.001630
1000 mL
mL
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1.9
La velocità del suono nell’aria è di circa 343 m/s. A
quanto corrisponde questa velocità in miglia per ora?
conversione unità di misura
metri in miglia
secondi in ore
1 mi = 1609 m
1 min = 60 s
1 mi
60 s
m
x
x
343
s 1609 m
1 min
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1 ora = 60 min
60 min
mi
x
= 767
ora
1 ora
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1.9