Per i chimici, l’elemento più elementare della materia è l’atomo. Mentre è certamente vero che l’atomo può essere diviso in blocchi ancora più elementari, è a livello dell’atomo che iniziano ad apparire le prime proprietà “chimiche” distintive. Ci sono molti tipi diversi di atomi, come si può vedere nella tavola periodica degli elementi, ognuno con le proprie proprietà chimiche distintive. Da questi atomi si possono assemblare molecole. Le molecole sono gruppi di atomi tenuti insieme da forze chiamate legami chimici.

Stati della materia

La materia può essere classificata in tre stati diversi:

  • SOLIDO – ha un volume definito, una forma definita ed è rigido.
  • LIQUIDO – ha un volume definito ma nessuna forma definita.
  • GAS – non ha un volume definito, nessuna forma definita e può essere facilmente compresso per occupare un volume più piccolo.
Demo:

  1. Cl2(g), Br2(l), I2(s)
  2. Mettere Br2(l) nell’azoto liquido e fare Br2(s)

Miscele

Una sostanza contenente solo un tipo di atomo o un tipo di molecola è una sostanza pura. La maggior parte della materia che ci circonda, tuttavia, consiste in miscele di sostanze pure. L’aria, il legno, le rocce e la terra sono esempi di tali miscele. Le miscele possono essere ulteriormente classificate come omogenee ed eterogenee.

Miscele omogenee

Le miscele omogenee sono mescolate uniformemente a livello atomico o molecolare. Questi tipi di miscele sono anche chiamati soluzioni. Sotto ci sono alcuni esempi di miscele omogenee.

L’aria è una miscela omogenea (soluzione gassosa) di gas N2, O2, H2O e CO2. Al contrario, un contenitore di ogni gas da solo sarebbe una sostanza pura. Solo quando sono mescolati a livello molecolare sono una miscela omogenea (o soluzione gassosa).

L’ottone è una miscela omogenea (soluzione solida) di rame e zinco. Di nuovo, ogni metallo di per sé è una sostanza pura. Solo quando sono mescolati a livello atomico sono una miscela omogenea (o soluzione solida).

La birra è una miscela omogenea (soluzione liquida) di H2O, C2H5OH, e alcune altre sostanze. (Non esiste una molecola di birra. La molecola che dà alla birra la sua proprietà inebriante è l’etanolo.)

Demo:

  1. Mescolare acqua ed etanolo per fare una soluzione omogenea – mostrare anche il concetto di volume molare.

Miscele eterogenee

Le miscele eterogenee non sono mescolate uniformemente a livello atomico o molecolare. Per esempio,

Sale e pepe, biscotti al cioccolato, o una barretta Twix™, …

sono tutti esempi di miscele eterogenee, dove le sostanze non sono mescolate a livello molecolare.

Demo:

  1. Separare limatura di ferro e zolfo con un magnete.
  2. Separare la soda d’uva in soluzioni arancioni e blu usando la cromatografia.

Tutti i miscugli, eterogenei e omogenei, possono essere separati in sostanze pure usando metodi fisici, come la distillazione o la cromatografia.

    App calcolatrice scientifica

    Cambiamento fisico

    Ogni cambiamento della materia che non cambia il tipo di atomi e molecole all’interno della materia è chiamato cambiamento fisico. L’acqua che bolle è un esempio di cambiamento fisico. Quando l’acqua bolle sta cambiando dallo stato liquido allo stato gassoso. I chimici rappresenterebbero questo processo come segue:

    H2O(l) → H2O(g)

    Qui (l) sta per liquido e la (g) sta per gas. Poiché questo è un cambiamento fisico, la molecola H2O non cambia.

    Demo:

    1. CO2(s) → CO2(g)
    2. H2O2(l) → H2O2(g)

    Cambiamento chimico

    Le molecole, d’altra parte, possono dividersi o combinarsi insieme per fare altri tipi di molecole. Il processo in cui una molecola si trasforma in una molecola diversa è chiamato cambiamento chimico.

    Demo:

    1. C2H5OH + 2 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O2(g)

    Per aiutarci a capire il concetto di cambiamento chimico esaminiamo perché le lampadine sono fatte come sono. Una lampadina funziona facendo passare la corrente elettrica attraverso un filo di tungsteno all’interno della lampadina. Il filo di tungsteno è sigillato all’interno di una lampadina di vetro, poiché se lo facessi in aria la lampadina si brucerebbe molto rapidamente. Questo perché il filo di tungsteno subisce una reazione chimica con il gas O2 nell’aria per formare ossido di tungsteno.

    2W+3O2→ 2WO3

    Per evitare che questa reazione avvenga, tutto l’ossigeno viene rimosso dall’aria sigillata all’interno della lampadina.

    Cambiamento chimico

    Se l’ossigeno entra nella lampadina, allora il filo di tungsteno reagisce per diventare ossido di tungsteno e il filo ossidato non farà più passare la corrente elettrica facilmente. Se si cerca di far passare la corrente elettrica attraverso il filo ossidato, questo si riscalderà rapidamente e si romperà. Cioè, la lampadina si brucia.

    Demo:

    1. Lampadina con foro praticato nella lampadina.

    Compiti da Chemisty, The Central Science, 10th Ed.

    1.1, 1.2, 1.9, 1.19, 1.21