Antonello Santini » 1.I sistemi materiali

Oggetto di studio della Chimica

Alchimista al lavoro (incisione del XVII secolo)

Oggetto di studio della Chimica

La Chimica studia, interpreta e razionalizza la costituzione, il comportamento e le proprietà della materia. È un scienza sperimentale basata sul metodo scientifico.
Principi, leggi e postulati della chimica sono basati su tre modelli centrali: il modello atomico, il modello elettronico, il modello del legame chimico.

Oggetto di studio della Chimica

Oggetto di studio della chimica è la materia, che all’indagine scientifica è costituita da atomi ed è dotata di massa (m, misurata in grammi). Per poter confrontare quantità di sostanze differenti è necessario usare una unità che rappresenti un numero molto grande di oggetti: questa unità è la mole ed è equivalente a 6,02×10²³ particelle (numero di Avogadro).

Gli albori della Chimica

Miscugli e Miscele

I miscugli, che costituiscono la materia, si presentano in tre stati di aggregazione, solido, liquido, gassoso; in effetti ne esisterebbe un quarto, lo stato di plasma (stato gassoso ad altissima temperatura costituito di ioni ed elettroni) che però, date le elevate energie in gioco, non è generalmente di interesse per il chimico.

Miscugli e Miscele

I miscugli sono costituiti da sostanze diverse facilmente separabili. Un esempio di miscuglio solido – solido è rappresentato da Zolfo e Ferro.

Miscugli e Miscele

Una miscela omogenea è un sistema monofasico. Fase è una parte di un sistema, di composizione chimica determinata, con proprietà fisiche uniformi, separata da altre parti del sistema da superfici limite fisicamente definite.

Il petrolio è una miscela omogenea

Miscugli e Miscele

Una miscela eterogenea è invece un sistema costituito da più fasi fisicamente distinte tra loro da superfici limite (chiamate anche “interfaccia” tra le fasi).

Acqua ed olio insieme costituiscono una miscela eterogenea

La materia

La materia è costituita da circa 90 specie atomiche, ma sistemi diversi presentano abbondanza relativa diversa di elementi; per esempio, mentre nell’universo si stima che l’abbondanza di H sia il 71%, di He il 27%, degli elementi da C a Ne 1,2%, di quelli da Na a Ti 0,2% circa, il sistema Terra presenta percentuali di abbondanza relativa molto diverse: O 46; Si 26; Al 7,5; Fe 4,7; Ca 3,4; Na 2,6; K 2,4; Mg 1,9; Cl 1,9; H 0,9; Ti 0,6.

I sistemi materiali

Sostanze, Elementi e Composti

Sostanze pure. È un sistema omogeneo o eterogeneo a composizione definita e costante; l’acqua può presentarsi come sistema omogeneo (fase gassosa o liquida o solida) o come eterogeneo (fase liquida e solida).
Elementi e composti. Una sostanza si può definire come “elementare” se è formata da oggetti (atomi) tutti uguali o un “composto” se è formata da due o più oggetti (atomi) diversi.

Le Sostanze

Le sostanze sono caratterizzate da:

composizione: per le sostanze elementari è data dal tipo di atomo; per i composti dai tipi di atomi e dal loro rapporto numerico;
struttura: cioè dal modo in cui gli atomi sono legati tra loro;
stato di aggregazione: cioè dalla consistenza fisica.

L'acqua: sostanza comune dalle qualità eccezionali

Proprietà intensive ed estensive

Le sostanze sono individuabili mediante le proprietà intensive (come pressione, temperatura, colore), caratteristiche della sostanza in questione.
Le proprietà estensive dipendono invece dalla quantità di sostanza (come massa e volume) e da esse non si può individuare una sostanza.

Unità di Misura

Esistono diverse unità di misura per cui occorre far seguire sempre, al valore numerico, l’unità usata o, meglio, le sue “dimensioni”, cioè la sua definizione in termini di unità S.I.; inoltre, quando si effettuano operazioni matematiche su misure, occorre applicare le stesse operazioni anche sulle unità o sulle loro dimensioni: ciò permette, fra l’altro, di accorgersi di eventuali errori di impostazione, dato che si otterrebbero, in caso di errore, dimensioni errate per l’unità di misura. E’ necessario spesso utilizzare fattori di conversione tra diverse unità di misura.