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Basi di Chimica

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by

Clara Pezzutto

on 19 April 2017

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Transcript of Basi di Chimica

Le miscele
In natura è assai improbabile che la materia si trovi sotto forma di sostanza pura.
Fenomeni fisici
Elementi e Composti
Un
composto
è una sostanza chimica che sottoposta a determinati processi chimici si può decomporre in sostanze più semplici.
L'atomo
Basi di Chimica
classe 2 media
La Chimica
Disciplina scientifica sperimentale che studia la costituzione della
materia
, indagando, in particolare, la
composizione
e la struttura delle sostanze nonché le
trasformazioni
che tra di esse avvengono.
Materia
è tutto ciò di cui siamo fatti e che ci circonda
è dotata di
massa
volume
Settori della Chimica
Chimica inorganica
studia gli elementi, i loro composti (ad eccezione di quelli contenenti carbonio) e le loro trasformazioni
Chimica organica
si occupa dello studio dei compsti del carbonio molti dei quali sono costituenti essenziali degli esseri viventi.
Chimica fisica
si propone di interpretare, con mezzi d'indagine derivanti dalla fisica aspetti relativi a fenomeni chimici
termodinamica chimica
ellettrochimica
fotochimica
cinetica chimica
Chimica analitica
Si prefigge la determiazione della struttura e della composizione delle sostanze.
Storia
I progenitori della chimica
La preistoria della chimica moderna può essere rappresentata dall'alchimia.
Gli alchimisti idearono e perfezionarono tecniche e strumenti di indagine e produssero nuove sostanze.
L'alchimia non è una scienza
Nascita della chimica moderna
La chimica come scienza cominciò a delinearsi nel XVII secolo quando il chimico R. Boyle sostenne la validità del metodo sperimentale di Galileo Galilei confutando le convinzioni poco scientifiche degli alchimisti.
Padre della chimica
Nonostante l'opera di numerosi emeriti studiosi, alla fine del XVIII secolo si consideravano ancora validi alcuni concetti del tutto errati
L'uomo che confutò i concetti erratti e riunì le teorie scientifiche emerse fu Antoine
Lavoisier
, famoso per la sua
legge di conservazione della massa.
Legge di conservazione della massa
Nulla si crea, nulla si distrugge ma tutto si trasforma
E' con Lavoisier che la chimica diventa a pieno titolo una scienza sperimentale, basata sull'osservazione e sull'esperimento.
Dopo Lavoisier, la chimica subisce una rapida evoluzione.
Le sostanze presenti nei vari corpi sono tantissime.
Quando più sostanze sono mescolate tra loro ma mantengono le proprie caratteristiche chimiche formano una
miscela
.
Esempi
Miscele solide
marmo
sabbia
leghe
Miscele liquide
Miscele aeriformi
acqua potabile
bibite zuccherate
l'aria è una miscela di gas
Le miscele di suddividono in
Miscele eterogenee
Una miscela nella quale restano ben individuabili attraverso i sensi le sostanze che la costituiscono si dice
miscela eterogenea
o
miscuglio
.
Esempi
le rocce
limatura di ferro e polvere di zolfo
il latte
acqua e sabbia
acqua e fango
Le due sostanze possone essere separate con una calamita
Il latte, se osservato al microscopio, mostra distintamente i globuli di grasso immersi nel liquido.
Nel latte omogeneizzato questi globuli sono molto piccoli, in quello appena munto sono molto più grandi e tendono a raccogliersi in superficie formando la panna.
Miscele omogenee
Le emulsioni
Un caso particolare di miscuglio sono le
emulsioni.
Piccole particelle di liquido si trovano disperse in un altro liquido senza discioglersi.
Esempi
acqua e olio
burro
creme
latte
maionese
lozioni
Una miscela nella quale le sostanze che la compongono diventano indistinguibili è detta
miscela omogenea
o
soluzione
.
Esempi
Solvente e Soluto
In una soluzione la sostanza presente in quanità maggiore viene detta
solvente
mentre la sostanza presente in quantità minore è detta
soluto
Esempio
Acqua e sale
Solvente: l'acqua
Soluto: il sale
L'acqua è uno dei solventi più comuni.
Un solvente è il componente di una soluzione che si presenta nello stesso stato di aggregazione della soluzione stessa.
Solubilità
Il rapporto tra il volume di soluto e il volume totale di soluzione si chiama
concentrazione
della soluzione.
Per un determinato solvente ad una temperatura fissata ogni soluto ha una concentrazione massima oltre la quale non si discioglie più, tale concentrazione è detta
solubilità
.
Una soluzione che ha raggiunto la massima concentrazione possibile si dice
satura
Aumentando la temperatura aumenta la solubilità: in acqua calda il sale o lo zucchero si sciolgono più facilmente e in maggiori quantità.
Legami chimici
vs
fenomeni chimici
Sono esempi di
fenomeni fisici
il ghiaccio che fonde
l'acqua in ebollizione
rifrazione della luce attraverso un prisma
la corrente che attraversa un filo di rame
magnetizzare un ago con una calamita
Sono esempi di
fenomeni chimici
cottura di un uovo
la combustione di una candela
la formazione della ruggine
un frutto che marcisce
Le trasformazioni fisiche sono
trasformazioni reversibili
della materia perchè non formano nuove sostanze.
Le trasformazioni chimiche sono
trasformazioni

irreversibili
nelle quali si formano nuove sostanze.
I fenomeni che si manifestano più frequentemente durante una trasformazione chimica sono
cambio di colore
(ruggine)
effervescenza
(aspirina)
comparsa o scoprasa di un solido
(stalattiti)
cambio di temperatura
(combustione)
Un
elemento
è una sostanza chimica che non può essere decomposta con nessuna trasformazione chimica.
Esempio
L'acqua è un composto
Si può decomporre nei suoi elementi con un processo che si chiama
elettrolisi
VIDEO

Facendo reagire due o più elementi si può ottenere un composto. Tale processo si dice
sintesi.
ACQUA -> Idrogeno + Ossigeno
Gli elementi
Ad oggi si conoscono 118 elementi chimici
Nove di questi elementi erano noti fin dall'antichità perché presenti allo stato libero
rame, oro, argento, ferro, stagno, zolfo, mercurio, piombo e carbonio
Buona parte degli elementi sono stati isolati dalla crosta terrestre o dall'atmosfera nel corso dell'ultimo secolo
Una parte di elementi non esistono in natura ma sono stati ottenuti in laboratorio con fissioni nucleari o esperimenti condotti negli acceleratori di particelle:
elementi artificiali
Nomi degli elementi
I nomi degli elementi hanno diverse origini
dai nomi latini o dal greci che descrivono una loro prorietà: bromo da bromòs (fetore), cloro da cloros (giallo verdastro)
da una zona geografica: americio da America, polonio dalla Polonia, californio da California
dai nomi di alcuni scienziati: mendelevio da Mendeleev, einsteinio da Einstein, fermio da Fermi
Simboli degli elementi
Ogni elemento chimico è indicato in breve con un simbolo
Tali simboli possono essere indicati
con una sola lettera maiuscola come per l'ossigeno (O), l'idrogeno (H) o il potassio (K);
con due lettere, una maiuscola e una minuscola come per il calcio (Ca), il ferro (Fe), il platino (Pt) o l'argento (Ag)
Tavola periodica degli elementi
Gli elementi sono raccolti nella
tavola periodica degli elementi
(o
sistema periodico
degli elementi) ideata nel 1869-1870 dal chimico russo Mendeleev
Teoria atomica della materia
la materia è costituita da ATOMI
tutti gli atomi di un elemento sono uguali in massa e proprietà chimiche
i composti sono formati da combinazioni di atomi diversi
gli atomi non vengono nè creati nè distrutti nel corso di reazioni chimiche ordinarie (Lavoisier)
L' ATOMO è la più piccola parte di un elemento che
mantiene le proprietà chimiche dell'elemento.

Gli atomi sono costituiti dalle particelle subatomiche: protoni, neutroni ed elettroni che, se considerate separatamente, non mantengono le proprietà degli elementi.
Struttura dell'atomo
Atomi negli elementi e nei composti
Gli elementi sono costituiti da atomi tutti identici tra loro.
I composti sono combinazioni di elementi, in cui gli atomi dei vari elementi sono presenti in proporzione costante e tenuti uniti da forze dette legami chimici.
Per comprendere la struttura dell'atomo dobbiamo conoscere la proprietà della materia nota come
carica elettrica
Cariche elettriche e loro interazioni
1
2
3
4
Un corpo carico elettricamente attira a se i corpi più piccoli
Esistono due tipi di cariche elettriche chiamate
negativa
e
positiva
: attirano a sè materiali differenti
bachelite (+)
vetro (-)
Cariche di segno uguale si respingono. Cariche di segno opposto si attraggono.
Un corpo è elettricamente neutro se possiede lo stesso numero di cariche positive e di cariche negative.
Particelle subatomiche
L'atomo è elettricamente neutro (n. protoni = n. elettroni)
Nell'atomo si individuano una sottostruttura centrale detta
nucleo
e degli
elettroni
disposti attorno ad esso.
Nucleo
Formato da protoni e neutroni
-> carica positiva
Gli elettroni orbitano attorno al nucleo come i pianeti attorno al Sole.
Gli elettroni sono in numero pari al numero di protoni. Tale numero è detto
Numero Atomico
e si indica con la lettera
Z
.
I gusci elettronici
Secondo uno dei medelli più elementari di atomo gli elettroni non sono disposti uniformemente attorno al nucleo ma sono disposti in gusci concentrici detti
gusci elettronici
Come vengono occupati i gusci elettronici
1
Ogni guscio può contenere un numero limitato di elettroni, che è uguale per tutti gli atomi
2

Il primo guscio (vicino al nucleo) può contenere al massimo 2 elettroni, il secondo e il terzo 8, il quarto e il quinto 18, il sesto e il settimo 32
3
Gli elettroni occupano i gusci a partire dal più vicino al nucleo. Se un guscio risulta completo, gli altri elettroni devono essere contenuti nel guscio successivo.
Nella tavola periodica degli elementi
Il numero atomico caratterizza gli atomi e si può leggere nella tavola periodica degli elementi
Nella tavola periodica gli elementi sono elencati per numero atomico crescente
Tavola periodica degli elementi
Nel 1870, Mendeleev costruì il sistema periodico degli elementi osservando le loro proprietà chimiche.
Nessuna aveva ancora provato che tali proprietà dipendono dal numero di elettroni presenti nel guscio più esterno.
In ogni gruppo della tavola gli elementi presenti hanno la stessa configurazione elettronica nel guscio più esterno.
Numero atomico e
numero di massa
Come abbiamo già accennato tutti gli atomi dello stesso elemento hanno lo stesso numero di protoni che è chiamato
NUMERO ATOMICO
(Z).
Si definisce inoltre il
NUMERO DI MASSA
(A)
A = n. protoni + n. neutroni
La notazione usata è X

Per esempio per O
A=16 e Z = 8
A
Z
8
16
Come puoi trovare il numero di neutroni?
Se conosciamo il numero atomico e il numero di massa possiamo trovare il numero di neutroni:

n° neutroni = A - Z
Per esempio: O n° neutroni = A - Z = 16 - 8 = 8

H n° neutroni = A - Z = 3 - 1 = 2
16
8
3
1

Isotopi
dal greco ìsos, "stesso" + tòpos, "posto"
Atomi dello stesso elemento con uguale numero atomico e diverso numero di massa.
La differenza dei numeri di massa è dovuta alla variazione del numero di neutroni presenti nel nucleo.
Due atomi che contengono lo stesso numero di protoni ma un diverso numero di neutroni hanno lo
stesso comportamento chimico
cambia solamente la massa dell'atomo
Esempi
Isotopi dell'idrogeno
Prozio Deuterio Trizio
+
Legami chimici
Interazioni tra atomi diversi che portano alla formazione di molecole o cristalli.
I responsabili della formazione di questi legami sono gli elettroni del guscio più esterno: tali elettroni si dicono
elettroni di valenza
Regola dell'ottetto
Gli elementi dell'ultimo gruppo della tavola periodica hanno la caratteristica di essere poco reattivi.
In tale gruppo il guscio esterno si presenta sempre completo. Tale configurazione si dice
ottetto
.
Il chimico Lewis nei primi del '900 si accorse che
gli atomi, nella formazione dei legami, tendono a cedere, acquistare o mettere in comune elettroni al fine di raggiungere la configurazione ad ottetto
Legame ionico
Legame covalente
Legame metallico
Classificazione degli elementi nella tavola periodica
Il legame ionico si forma tra atomi che si sono scambiati elettroni:
un atomo che cede elettroni si trasforma in
ione positivo
(
catione
) che ha carica positiva,
l'atomo che acquista elettroni si trasforma in
ione negativo
(
anione
) che ha carica negativa.
L'attrazione statica dovuta alle cariche opposte dei due ioni genera il legame ionico.
Esempio
Questo legame è tipico dei sali e dei composti che formano i cristalli.
Cloruro di sodio (sale da cucina)
Il legame ionico si forma sempre tra un non metallo e un metallo
Il legame si forma per la condivisione tra due o più atomi di alcuni dei loro elettroni di valenza.
Si forma tra due atomi di elementi non metalli
Esempi
Acido cloridrico
Acqua
Tipi di legame covalente
Se il legame covalente si forma tra due atomi dello stesso elemento si dice legame
covalente puro.
Se si forma tra atomi diversi si dice
legame covalente polare.
Se i due atomi condividono una coppia di elettroni il legame è singolo
Se i due atomi condividono due coppie di elettroni il legame è doppio
Se i due atomi condividono tre coppie di elettroni il legame è triplo
PURO
POLARE
Si forma tra due atomi di metalli
Gli atomi perdono i loro elettroni di valenza divendando ioni positivi.
Gli ioni si dispongono in una struttura ordinata. Gli elettroni sono liberi di muoversi da uno ione all'altro liberamente
Gas nobili:
gas inerti, formati da atomi con il guscio esterno completo
Metalli
Non metalli
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