Fondamenti di chimica generale – Seconda edizione Raymond Chang Copyright © 2015 – McGraw-Hill Education (Italy) Srl La Chimica: Lo studio della trasformazione

Fondamenti di chimica generale – Seconda edizioneRaymond Chang

Copyright © 2015 – McGraw-Hill Education (Italy) Srl

La Chimica: Lo studio della trasformazione

Capitolo 1



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

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 selettivi1.1


Copyright © 2015 – McGraw-Hill Education (Italy) Srl 1.2

Lo Studio della Chimica

Macroscopico Microscopico



Il metodo scientifico è un approccio sistematico alla ricerca

1.3

Un’ipotesi è una possibile spiegazione per un gruppo di osservazioni

verificato modificato

Osservazione Rappresentazione Interpretazione



Una teoria è un principio unificante che spiega un insieme di fatti e/o le leggi basate su questi.

1.3

Una legge è una dichiarazione sintetica di relazione tra fenomeni sempre uguali nelle medesime condizioni.

Teoria Atomica

Forza = massa x accelerazione



La Chimica In Azione:

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

1.3

L’Elio Primordiale e la Teoria del Big Bang



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.

La Chimica è lo studio della materia e dei cambiamenti che essa subisce

1.4

ZuccheroAcqua

Oro



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.

2. Miscele eterogenee – la composizione non è uniforme.

bibite, latte, leghe per saldare

cemento, limatura di ferro nella sabbia

1.4



Possono essere utlizzati mezzi fisici per separare una miscela nei suoi componenti puri.

calamita

1.4

distillazione



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

1.4





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.

1.4

Acqua (H2O) Glucosio (C6H12O6)

Ammoniaca (NH3)



Classificazioni della Materia



I Tre Stati della Materia

1.5

solidoliquido

gas



Una trasformazione fisica non altera la composizione o l’identità di una sostanza.

Una trasformazione chimica fa variare la composizione o l’identità delle sostanze coinvolte.

fusione del ghiaccio dissoluzione in acqua dello zucchero

1.6

L’idrogeno brucia all’aria per formare acqua

Fisico o Chimico?



Una proprietà estensiva di un materiale dipende da quanta materia viene presa in considerazione.

Una proprietà intensiva di un materiale non dipende da quanta materia viene presa in considerazione.

• massa

• lunghezza

• volume

• densità

• temperatura

• colore

Proprietà Estensive e Intensive

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

sulla terra, c = 1.0

sulla luna, c ~ 0.1

1.7

Una barra di 1 kg bar peserà1 kg sulla terra

0.1 kg sulla luna



Sistema Internazionale di Unità di misura (SI)





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

1.7

1 litro

Matraccio



Densità – L’unità derivata dal SI per la densità è kg/m3

1 g/cm3 = 1 g/mL = 1000 kg/m3

densità = massavolume d = m

V

1.7

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?

d = mV

m = d x V = 21.5 g/cm3 x 4.49 cm3 = 96.5 g



K = 0C + 273.15

0F = x 0C + 3295

1.7

273 K = 0 0C 373 K = 100 0C

32 0F = 0 0C 212 0F = 100 0C



Trasformare 172.9 0F in gradi Celsius.

0F = x 0C + 3295

0F – 32 = x 0C95

x (0F – 32) = 0C95

0C = x (0F – 32)95

0C = x (172.9 – 32) = 78.395

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.

1.7

1 lb = 1 N

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.)”



Notazione ScientificaIl 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

n è un numero intero positivo o negativo



Notazione Scientifica

1.8

568.762

n > 0

568.762 = 5.68762 x 102

sposta il separatoredecimale a sinistra

0.00000772

n < 0

0.00000772 = 7.72 x 10-6

sposta il separatoredecimale a destra

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

4.31 x 104 + 3.9 x 103 =

4.31 x 104 + 0.39 x 104 =

4.70 x 104



Notazione Scientifica

1.8

Moltiplicazione

1. Moltiplica N1 per N2

2. Addiziona tra loro gli esponenti n1 e n2

(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

Divisione

1. Dividi N1 per N2

2. Sottrai tra loro gli esponenti n1 e n2

8.5 x 104 ÷ 5.0 x 109 =(8.5 ÷ 5.0) x 104-9 =

1.7 x 10-5



Cifre Significative

1.8

• 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



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

1.8



Cifre Significative

1.8

Addizione o Sottrazione

Il risultato non può avere alla destra del separatore decimale più cifre di ciascuno dei numeri di partenza.

89.3321.1+

90.432 arrotondato a 90.4

una cifra significativa dopo il separatore decimale

3.70-2.91330.7867

due cifre significative dopo il separatore decimale

arrotondato a 0.79



Cifre Significative

1.8

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

2 cifre sign. arrotondato a2 cifre sign.

= 0.061



Cifre Significative

1.8

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 + 6.703

= 6.67333 = 6.67

Dal momento che 3 è un numero esatto

= 7



Accuratezza – quanto una misura è vicina al valore vero

Precisione – quanto un gruppo di misure sono vicine tra loro

accurata&

precisa

precisama

non accurata

non accurata&

non precisa

1.8



Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problemi

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 fornita x = unità di misura desiderataunità di misura desiderata

unità di misura fornita



Conversione dell’Unità di misura 1 L = 1000 mL

1L

1000 mL1.63 L x = 1630 mL

1L1000 mL

1.63 L x = 0.001630L2

mL

Quanti mL ci sono in 1.63 L?

Il Metodo dell’Analisi Dimensionale per Risolvere i Problemi



La velocità del suono nell’aria è di circa 343 m/s. A quanto corrisponde questa velocità in miglia per ora?

1 mi = 1609 m 1 min = 60 s 1 ora = 60 min

343ms

x1 mi

1609 m

60 s

1 minx

60 min

1 orax = 767

miora

metri in miglia

secondi in ore

1.9

conversione unità di misura

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