Chimica
Scienza
sperimentale
Cosa
significa la parola chimica: è una scienza sperimentale che studia il
comportamento della materia. La chimica studia gli effetti macroscopici e
microscopici della materia. Per fare un’ esempio si prenda una fotografia
scattata da un aereo in ricognizione su di una città. Si osserverà il paesaggio
dall’alto senza ben mettere a fuoco i dettagli delle case, strade, parchi e
così via, se invece scattiamo la fotografia vicino alla casa ovvero con i piedi
ben a terra, si osserveranno particolari
delle case come il numero civico, il colore delle persiane, i colori delle
cancellate e così via. Il fotografo ha fatto due ricognizioni una aerea dove si
notano elementi macroscopici ed una a terra dove si notano elementi
microscopici. Così è la chimica dove, la materia può essere osservata e
studiata partendo da due punti di vista una macroscopico come le sue proprietà,
composizione e l’altra microscopica come le reazioni chimiche. Abbiamo detto
che la chimica è una scienza sperimentale, ovvero per studiare ogni fenomeno il
chimico si pone delle domande cercando una risposta che sia il linea con le
teorie recenti. Il chimico è un poco come un investigatore che è alla ricerca
di prove plausibili per costruire un mosaico che poco alla volta lo porterà alla
verità .
Il chimico
durante questi studi può ideare dei modelli come un disegno, uno schizzo, delle
formule per avere un idea reale di ciò che potrebbe essere il fenomeno
studiato. Il modello deve essere il più vicino possibile alla realtà, ma ben
sappiamo che molte volte questo non è vero. I modelli vengono continuamente
migliorati per avere sempre un idea del fenomeno reale. Quindi il regno del
chimico è il laboratorio che deve essere un luogo pulito, attrezzato e sicuro.
Prima esperienza: intorno a te
ci sono molti materiali, cerca di studiarli e capire dove è possibile le
caratteristiche. Alla fine poniti la domanda a cosa serve? Ad esempio se osservi la tua scrivania cerca
di capire di quale materiale è fatta, il colore, quale è il materia di
partenza. Lo stesso oggetto una volta era fatto da quale materiale, che peso
aveva, che solidità presentava e così via. Con l’aiuto del professore il lavoro
può essere svolto in classe ed annotare il tutto sul tuo quaderno. Buon lavoro.
Noi stessi siamo fatti di materia vivente, ma altri oggetti sono
anch’essi fatti di materia. Ho usato la parola “vivente” perché tale termine
deve essere inteso come riferito alla biologia. Che definizione possiamo dare
alla materia, ebbene tutto ciò che possiede un peso ed occupa uno spazio. La
materia si può studiare considerando i suoi stati fisici. Oggi sappiamo che la
materia può essere allo stato:
Prendiamo un
pezzo di ferro, un pezzo di ghiaccio, del sale da cucina o dello zucchero,
osserviamo che tutte queste sostanze sono solide. Possiamo calcolare il peso,
il volume, la densità, ma ancora il comportamento di queste sostanze durante il
trattamento con mezzi meccanici, ad esempio un martello, oppure al
riscaldamento. Osservando come la materia
si comporta possiamo affermare che vi sono delle forze che tengono unite le
particelle, ma basta fornire energia che le forze che tengono unite le
particelle si indeboliscono rompendo quell’aggregato che era la base della
formazione del solido. La stessa cosa possiamo dire di un liquido sia acqua,
alcol, acido o base, e così pure di un gas. Nello stato liquido e gassoso le
particelle godono di maggior libertà possiedono anche una maggior energia. come
posso rendermi conto di ciò che è stato detto. Prendiamo ad esempio un pezzo di
ghiaccio lo mettiamo sulla mano oppure dentro ad un bicchiere, ci accorgiamo
che a temperatura ambiente il ghiaccio tende a liquefarsi sta avvenendo un
passaggio di stato se tocchiamo il bicchiere oppure sentiamo la nostra mano
raffreddarsi. Perché tutto questo? Domanda pertinente ebbene la fusione del
ghiaccio avviene perché somministriamo calore al ghiaccio, c’è l’assorbimento
di questa forma di energia e le particelle cominciano a muoversi sempre più
forte sino a trasformarsi nello stato liquido. Il calore è dato dal bicchiere
che si trovava a temperatura ambiente oppure dalla nostra mano, l’ambiente
esterno ha ceduto energia sotto forma di calore al solido, questa forma di
cessione si dice che il solido ha assorbito energia dall’ambiente esterno Endotermica
questa è la parola magica. Il passaggio opposto ovvero il liquido che si
trasforma in solido avviene perché le particelle di liquido che possiedono
energia maggiore di quelle dello stato solido, cedono calore all’ambiente si
impoveriscono di energia, perdono di capacità al movimento, quindi subiscono un
passaggio di stato. La parola magica è Esotermica.
|
Acqua solida ------------ Acqua liquida il passaggio di stato si chiama FUSIONE Reazione
endotermica |
|
Acqua liquida -----------Acqua solida il passaggio di stato si chiama SOLIDIFICAZIONE Reazione
esotermica |
Le forme di energia vengono definite calori latenti di fusione o di
solidificazione, perché i passaggi di stato avvengono tutti a temperatura
costante.
Così il passaggio dallo stato liquido a vapore viene detto
evaporazione ( se interessa sola la superficie del liquido ) o ebollizione ( se
interessa tutta la massa del liquido ). Il passaggio inverso viene detto
condensazione
|
Acqua liquida ------------ Acqua vapore il passaggio di stato si chiama EVAPORAZIONE Reazione
endotermica |
|
Acqua vapore -----------Acqua liquida il passaggio di stato si chiama CONDENSAZIONE Reazione
esotermica |
Altri due passaggi di stato sono dallo stato solido a quello di
vapore ma senza passare allo stato liquido viene detto sublimazione, il
passaggio inverso viene detto sbrinamento.
|
Acqua solida ------------ Acqua vapore il passaggio di stato si chiama SUBLIMAZIONE Reazione
endotermica |
|
Acqua vapore -----------Acqua solida il passaggio di stato si chiama BRINAMENTO Reazione
esotermica |
L’osservazione di tali fenomeni avviene in natura quando d’inverno al
mattino ci risvegliamo osserviamo delle formazioni di ghiaccio sul terreno che
ci fanno pensare ad una leggera nevicata in realtà si tratta del sbrinamento,
oppure la canfora, un pezzetto di iodio che passano dallo stato solido a
liquido si dice che le sostanze sublimano. Pensiamo alla formazioni delle nubi
visibile con lo sfondo di un bel cielo di primavera, e la condensazione di
piccolo gocce di acqua, oppure dopo un temporale al ritorno del sole il terreno
tende ad asciugarsi, perché l’acqua
evapora. La pioggia è un esempio di condensazione. La grandine è un esempio di
solidificazione. Queste trasformazioni sono tutte parola magica reversibili.
I nostri passaggi di stato avvengono tutti a pressione atmosferica,
altrimenti le temperature al passaggio sarebbero differenti. Pensiamo ad una
bella passeggiata in montagna, all’ora di pranzo facciamo bollire dell’acqua
per farci una buona pasta asciutta oppure al mare, ebbene secondo voi l’acqua
bolle alla stessa temperatura di quando siamo a casa nostra. Io penso di no.
Allora significa che i passaggi di stato come fenomeno fisico ( non altera la
composizione dei corpi ) vengono influenzati dalla pressione.
|
Aumentando la Pressione |
Aumenta la temperatura di ebollizione dell’acqua |
|
Diminuendo la Pressione |
Diminuisce la temperatura di ebollizione dell’acqua |
Proprietà
fisiche: non mutano la natura molecolare della sostanza, ad esempio la densità,
il punto di fusione.
Proprietà
chimiche: mutano la natura molecolare della sostanza.
Elementi che
non possono essere separati in composti più semplici.
Composto
sostanza che può essere decomposti in sostanze più semplici.
Metallo capace
di cedere elettroni durante una trasformazione chimica
Non metallo
capace di acquistare elettroni durante una trasformazione chimica
Tavola
periodica sistema per classificare gli elementi e determinare le loro
proprietà.
Atomo
particella piccolissima che conserva le caratteristiche della sostanza.
Molecola
formata da più atomi
Formula chimica
evidenzia gli elementi e i loro rapporti
Lavoiser nulla
si crea e nulla si distrugge, tutto si trasforma, in effetti la massa si
conserva
Anche l’energia
si conserva trasformandosi.
Esoergonica
quando si sviluppa energia
Endoergonica
quando viene assorbita energia.
Equazione di
Einstein nell’universo la somma totale
di energia e materia è costante.
Legge di Dalton
quando più elementi reagiscono i rapporti tra di loro sono espressi con numeri
interi e piccoli
Legge di Proust
gli elementi reagiscono tra di loro attraverso numeri costanti
Valenza numero
di legami che un elemento può fornire per ottenere dei composti
Peso atomico o
unità di massa atomica rapporto tra la
massa dell’elemento considerato e la massa di 1/12 della massa dell’atomo C12. In pratica si valuta quante volte pesa
l’elemento rispetto al C12.
Numero di
Avogadro vale 6,022*1023 rappresenta il numero di molecole presenti
nella mole. Infatti 1 mole di qualsiasi sostanza contiene sempre lo stesso
numero di molecole.
La
stechiometria è la scienza che permette di poter fare dei calcoli matematici.
La chimica che si allea con la matematica. Fino ad ora abbiamo visto come la
chimica si allea alla fisica, ma altre saranno le scienze che si alleeranno con
la chimica.
Partiamo da un
concetto fondamentale:
Nel S.I la mole
è l’unità di quantità di sostanza in realtà contiene tante molecole quante sono
contenute in
Nella mole sono
contenute in realtà un numero di molecole molto più grandi questo numero è
infatti 6,022*1023 particelle che possono essere atomi se si parla
di una mole di atomi; molecole se si parla di 1 mole di molecole oppure di ioni
se si parla di una mole di ioni.
|
Formula
matematica della mole |
Mole = grammi
di sostanza Peso molecolare |
Formula
numero 1 |
Formula inverse
sono:
|
Formula
matematica Del peso
molecolare |
P M = grammi
di sostanza Mole |
Formula
numero 2 |
oppure
|
Formula
matematica Dei grammi di
sost. |
G di sostanza
= Peso molecolare * Mole |
Formula
numero3 |
Ora passiamo
all’azione con esercitazioni mirate a questo tipo di problema:
Se abbiamo
|
P M = 35,5 + 23 = 58,5 peso del Na Cl |
|
Applichiamo
la formula dove: mole =
75/58.5 = 1,282 |
|
Le unità di misura sono Il peso molecolare in g/mole la massa in grammi la mole in mol |
Calcolare
quanti grammi di Na2CO3
corrispondono a 0,75 moli.
Apriamo il
foglio di calcolo:
|
Pm Na= |
23 |
2 atomi |
|
Pm C = |
12 |
1 atomo |
|
Pm O = |
16 |
4 atomi |
|
Pm Comp |
106 |
|
|
|
|
|
|
moli = |
0,75 |
|
|
Pm = |
106 |
|
|
g= mol*Pm |
|
|
|
g = |
79,5 |
|
Calcolare il
peso molecolare del K Cl sapendo che 2 moli equivalgono a
|
Pm K = |
39 |
1 atomo |
|
Pm Cl = |
35,5 |
1 atomo |
|
Pm comp |
74,5 |
|
|
g = |
149 |
|
|
moli = |
2 |
|
|
Pm=g/mol |
|
|
|
Pm = |
74,5 |
|
Si voglia
calcolare il numero di particelle contenute in un determinato numero di moli. Se
in partenza possiedo i grammi di sostanza, debbo calcolare prima le moli e
quindi moltiplicarli per il numero di Avogadro. Il problema sotto riportato è
un tipico esempio:
|
Calcolare quante molecole sono
contenute in Calcoliamo il peso molecolare che come
già detto è, la somma dei pesi atomici: |
PA Ca = 40 g/atomo PA N2
= 14 g/atomo PA O2 = 16
g/atomo
Sommi i pesi atomici ed ottengo
PM = 40+14*2+16*6 = 164 g/mol
Calcolo le moli
Moli = 234/164 = 1,43 mol
Sapendo che in una
mole vi sono 6,022 *1023
molecole allora moltiplicheremo il numero di moli per il numero di Avogadro
1,43*
6,022*1023 = 8,61*1023 numero di molecole
|
Problema inverso |
|
|
Calcolare quanti grammi corrispondono
6,022*1021 numero di molecole di NaCl ? |
||
Dapprima
calcoliamo il peso molecolare di NaCl
PA Na = 23
g/atomo PA Cl = 35,5 g/atomo
PM di NaCl =
23+35,5 = 58,5 g/mol
Per definizione
conosco che 1 mole contiene 6,022*1023 numero di molecole quindi:
6,022*1021
/ 6,022*1023 = 1*10-2 moli ovvero 0,01 per calcolare i grammi debbo applicare la
formula numero 3 :
g = 0,01
mol*58,5 g/mol 0,0585 risultato del problema espresso con 3 cifre significative.
Adesso facciamo
un poco di esercizi se proprio non riesci e non hai il tuo docente mi puoi
contattare.
Problema numero
1
Calcolare il
numero di moli che equivalgono a
Problema numero
2
Calcolare il
numero dei grammi di Pb ( CO3)2 che equivalgono a 0,34 moli.
Problema numero
3
Calcolare il
numero delle moli che si ottengono pesando
Problema numero
4
Calcolare il
numero di molecole contenute in
Problema numero
5
2,034*1018
molecole di H3PO4
quanto pesano?
Problema numero
6
Calcolare
quanti grammi e numero di molecole corrispondono a
Problema numero
7
Calcolare il
numero delle moli ed i grammi di un numero di molecole pari a 34*1019
di Zn2P2O7
|
Calcolare il peso molecolare
dei seguenti composti: |
SO3 H3PO3 Mg (OH)2 Cd (SO3) Ba(MnO4) Al(OH)3 Fe2(CO3)3 K3PO4 HgCl
AuPO3 Ag(NO3)
Calcolare il
numero di moli di
Calcolare il
numero di molecole contenute in
Adesso parliamo
di
Si intende per formula minima i rapporti numerici
tra gli atomi che sono presenti in una molecola.
La formula
molecolare rappresenta invece il numero reale degli atomi presenti in un
composto. Per calcolare detta formula bisogna possedere le percentuali in peso
prodotte dall’analisi del composto. La prassi per effettuare i calcoli è
·
Calcolare
il peso atomico degli elementi individuati
·
Dividere
la percentuale in peso con il peso atomico degli elementi
·
Dividere
per il rapporto più piccolo tutti gli altri rapporti
·
Eventualmente
si dovrà moltiplicare per 2 o per 3 o per un altro valore numerico
·
Adesso
passiamo alla pratica dei problemi, prima guidati da me e poi farai da
solo………………..
Un composto formato da cloro e cromo presenta i seguenti dati
forniti dall’analisi:
Cr
32,81% Cl 67,19 %
PA Cr = 52 g/atomi PA Cl = 35,5 g/atomi
Atomi di Cromo = 32,81/52 =
0,63
Atomi di cloro = 67,19/35,5 = 1,89
Rapporto del cromo = 0,63/0,63 = 1
Rapporto del cloro = 1,89/0,63 = 3
La formula minima è : CrCl3
Calcolare la formula minima del seguente composto che presenta i
seguenti dati:
Na 27,05% N 16,47% O 56,47%
PA Na = 23 g/atomi PA N =
14 g/atomi PA O = 16 g/atomi
|
Pa Na = |
23 |
27,05 |
% |
1,176 |
1,000 |
|
Pa N = |
14 |
16,47 |
% |
1,176 |
1,000 |
|
Pa O = |
16 |
56,47 |
% |
3,529 |
3,000 |
La formula minima è NaNO3
Calcolare la formula minima del seguente composto che presenta i
seguenti dati:
K 44,89% S 18,37%
O 36,74%
PA K = 39 g/atomi PA S = 32 g/atomi
PA O = 16 g/atomi
|
Pa K = |
39 |
44,89 |
% |
1,151 |
2,0 |
|
Pa S = |
32 |
18,37 |
% |
0,574 |
1 |
|
Pa O = |
16 |
36,74 |
% |
2,296 |
4 |
La formula minima è K2SO4
Calcolare la formula minima del seguente composto che presenta i
seguenti dati:
Ba 65,9 % Cl 34,1 %
PA Ba = 137
g/atomi PA Cl = 35,5 g/atomi
|
Pa Ba = |
137 |
65,9 |
% |
0,48 |
1 |
|
PA Cl = |
35,5 |
34,1 |
% |
0,96 |
2,0 |
La formula
minima è Ba Cl2
Calcolare la formula minima del seguente composto che presenta i
seguenti dati:
Na 50 % Si 15,21 %
O 34,78 %
PA Na = 23
g/atomi PA Si = 28 g/atomi PA O = 16 g/atomi
|
Pa Na = |
23 |
50 |
% |
2,17 |
4,00 |
|
Pa Si = |
28 |
15,21 |
% |
0,54 |
1 |
|
Pa O = |
16 |
34,78 |
% |
2,17 |
4,00 |
La formula
minima è Na4SiO4
Calcolare la
formula minima del seguente composto che presenta i seguenti dati :
K 14,06 %
Al 9,71 % Si 30,2% O 46%
PA K = 39
g/atomi PA Al = 27 g/atomi PA Si = 28 g/atomi PA O = 16 g/atomi
|
Pa K = |
39 |
14,06 |
% |
0,36 |
1 |
|
Pa Al = |
27 |
9,71 |
% |
0,36 |
1 |
|
Pa Si = |
28 |
30,2 |
% |
1,08 |
3,0 |
|
Pa O = |
16 |
46 |
% |
2,88 |
8,0 |
La formula
minima è K Al Si3 O8
Adesso lavora
un poco anche tu. Risolvi questi problemi:
Calcola la formula minima dei seguenti
composti:
Altri problemi
che permettono di calcolare la formula minima del tipo:
Allora sappiamo
che la formula dell’ossido di manganese sarà:
MnxOy
Bisogna
calcolare i valori di X e Y.
Calcolo la
quantità di massa dell’ ossigeno facendo
|
12 – 7,58 = |
Ora calcolo le
moli di ossigeno e manganese visto che conosco le quantità:
|
Manganese |
0,137/0,137 = 1 |
|
Ossigeno |
0,27/0,137 = 2 |
Il rapporto è 1
per il Mn e 2 per O la formula minima sarà MnO2
Da
Nella reazione
sopra scritta abbiamo che il solfato di zinco per trattamento con un altro sale
origina il bromuro di zinco, sale del quale vogliamo determinare la formula
minima. Conosco solamente:
|
|
|
||
|
debbo calcolare la
quantità di zinco presente nel sale,
per fare questa operazione ho bisogno del PM = 161 g/mol del sale così
del PA dello zinco = 65 g/atomi ora
imposto una proporzione sapendo che in 161 g/mol di sale ho 65 g/atomi di zinco quindi in |
||||
|
161: 65 = 18 : X X = |
|
||
Ora divido i
grammi 7,26 per il PA dello Zn = 65 g/atomi per ottenere gli atomi di zinco.
Quindi calcolo
la quantità di bromo sottraendo la quantità di bromuro di zinco ottenuto per la
quantità di zinco ricavato dalla precedente operazioni.
|
25,1 – 7,26 = 17,84 g/atomi / divido per il numero più piccolo: Zn = 0,11/0,11 = 1 Br = 0,223/0,11 = 2 i rapporti sono 1 : 2 La formula minima è Zn Cl2 |
La chiave del problema sta nel comprendere che in
Adesso al
lavoro facciamo un poco di problemi per capirci veramente qualcosa buon lavoro:
Problemi: