La materia intorno a noi

LA MATERIA INTORNO A NOI

E' materia tutto ciò che possiede una massa e che perciò occupa uno spazio.

La materia si può presentare in tre diversi stati di aggregazione:

solido = ha un volume proprio e una forma definita ed è praticamente incomprimibile

liquido = è incomprimibile, ha un volume proprio, ma assume la forma del recipiente che lo contiene

aeriforme = può essere facilmente compresso e non ha né volume proprio né una propria forma. Qui bisogna distinguere tra

gas = a pressione atmosferica normale e a temperatura ambiente è aeriforme

vapore = deriva dalla trasformazione di sostanze che a pressione atmosferica e a temperatura ambiente sono liquide o solide

Gli aeriformi diffondono rapidamente, cioè tendono a occupare rapidamente tutto lo spazio che hanno a disposizione, mescolandosi con altri aeriformi.

LA NATURA PARTICELLARE DELLA MATERIA

La materia è costituita da particelle e da qui viene la teoria particellare della materia.

dice che:

tutta la materia è costituita da particelle così piccole che non possono essere direttamente osservate

le particelle si attraggono fra di loro e sono in continuo movimento

l'energia delle particelle aumenta all'aumentare della temperatura e in corrispondenza si riducono le forze di attrazione reciproche.

Stato solido = le particelle hanno una minima possibilità di movimento

stato liquido = le particelle possiedono maggiore energia e sono in grado di oscillare e scorrere le une sulle altre

stato aeriforme = le particelle sono dotate di energia molto maggiore e le forze di attrazione sono minime

Tutti i corpi costituiscono dei sistemi

un certo insieme di materia distinto dall'ambiente circostante

Una qualsiasi materia viene chiamata materiale. I vari tipi di materiale sono anche indicati come fasi

porzione di materia delimitata da superfici nette e che sia caratterizzata in tutte le sue parti dalle stesse proprietà (colore, densità, composizione)

si può distinguere tra:

sistema omogeneo = è costituito da una sola fase

sistema eterogeneo = è costituito da due o più fasi

LE MISCELE

E' assai raro che i corpi che ci circondano siano formati da un solo tipo di materiale; in realtà essi sono costituiti dalla mescolanza più o meno intima di più materiali differenti, sono cioè miscele. Possono essere:

miscele eterogenee

costituiscono sistemi eterogenei

sono quelle in cui si possono facilmente distinguere due o più componenti; quindi è costituita da fasi differenti

sono comunemente chiamate anche miscugli.

quando un miscuglio è costituito da due o più liquidi che sono immiscibili, questo prende anche il nome di emulsione

quando è costituito da un liquido e un solido è denominato sospensione.

miscele omogenee

costituiscono sistemi omogenei

quando si uniscono un liquido e una sostanza solubile (acqua-zucchero) si forma una miscela omogenea detta anche soluzione.

La materia, al variare della temperatura e di pressione, può cambiare il suo stato fisico; subisce cioè un passaggio o cambiamento di stato.

FUSIONE E SOLIDIFICAZIONE

La fusione è il passaggio dallo stato solido a quello liquido.

La solidificazione è il passaggio dallo stato liquido a quello solido.

La teoria particellare della materia consente di interpretare che cosa accade all'interno della sostanza durante la fusione: le particelle diventano più mobili man mano che assorbono calore, perdendo la struttura ordinata che possedevano allo stato solido.

La temperatura alla quale un corpo solido fonde è la stessa alla quale lo stesso corpo liquido solidifica; essa viene chiamata temperatura di fusione o di solidificazione.

EVAPORAZIONE E CONDENSAZIONE

L'evaporazione è il passaggio dallo stato liquido a quello di vapore

Questo processo interessa soltanto la parte superficiale del liquido; durante il processo di ebollizione tutta la massa liquida tende a passare allo stato di vapore (temperatura di ebollizione)

La condensazione è il passaggio dallo stato di vapore a quello liquido.

Nel caso dei gas il passaggio dallo stato aeriforme a quello di liquido prende il nome di liquefazione

SUBLIMAZIONE E BRINAMENTO

La sublimazione è il passaggio diretto dallo stato solido a quello di vapore

Il brinamento è il passaggio diretto dallo stato di vapore a quello solido

sublimazione AERIFORME

E

N condensazione

E LIQUIDO

R fusione evaporazione

G

I

A

solidificazione brinamento

SOLIDO

ALCUNE OSSERVAZIONI SUI PASSAGGI DI STATO

I passaggi di stato sono trasformazioni reversibili

è possibile tornare al punto di partenza eseguendo esattamente le operazioni inverse a quelle che avevano portato al punto finale della trasformazione stessa, ottenendo esattamente gli effetti opposti

Attraverso opportuni metodi di separazione è possibile isolare i componenti di una miscela.

MISCELE ETEROGENEE

Separazione di un solido da un liquido. Si possono applicare tre metodi:

Decantazione (acqua e sabbia): si lascia prima depositare (sedimentare) il solido sul fondo del recipiente, poi si procede alla decantazione del liquido

Filtrazione (tè): la parte solida che rimane sul filtro si chiama residuo solido, mentre il liquido che passa attraverso il filtro si chiama filtrato

Centrifugazione: si impiega soltanto in quei casi in cui la sostanza solida da separare:

I.     sia presente in particelle molto piccole

II.   abbia una densità molto vicina a quella del liquido.

La sospensione del solido nel liquido viene posta in una provetta che viene fatta ruotare a velocità elevata in una centrifuga

Separazione di un liquido da un liquido (acqua e olio). Per separare 2 liquidi immiscibili fra di loro si usa un imbuto separatore (fig 1.18). Il liquido più pesante si raccoglie in un becher aprendo il rubinetto; il liquido più leggero rimane nell'imbuto separatore

Separazione di un solido da altri solidi. Si possono applicare due metodi:

Cristallizzazione: si usa per ottenere una sostanza allo stato puro separandola dalle sue impurità. Bisogna:

I.     far sciogliere a caldo in un solvente adatto la sostanza da purificare

II.   lasciar raffreddare lentamente la soluzione così ottenuta.

Si fa così perché

a)   all'abbassarsi della temperatura diminuisce la solubilità della sostanza

b)   quest'ultima precipita come corpo di fondo sotto forma di cristalli puri che possono essere separati per filtrazione

Questo processo è quello seguito nell'industria per produrre cloruro di sodio

Sublimazione: si usa per ottenere lo ionio dalle alghe marine e per purificare la naftalina. Per utilizzare questo processo basta riscaldare un miscuglio allo stato solido e così le sostanze che sublimano si depositeranno in forma di cristalli sulle pareti fredde di un imbuto di vetro capovolto.

MISCELE OMOGENEE

Qui esamineremo la separazione dei componenti di una miscela omogenea allo stato liquido:

Distillazione semplice (acqua - sale): il processo in cui una sostanza allo stato liquido viene separata da altre sostanze solide disciolte oppure da altri liquidi che abbiano una temperatura di ebollizione diversa. Le fasi del processo sono le seguenti:

si riscalda la soluzione in un apparecchio di distillazione (pallone di vetro, termometro, refrigerante, bicchiere di raccolta, becco Busen, 3piedi, reticella).

l'ebollizione si verifica ad una temperatura superiore ai 100°C

il vapore acqueo, passando attraverso il refrigerante, ritorna allo stato liquido

nel pallone rimane il sale allo stato solido

Comprende due passaggi di stato:

evaporazione = la sostanza passa dallo stato liquido allo stato di vapore

condensazione = la sostanza passa dallo stato di vapore allo stato liquido

Distillazione frazionata (acqua - alcol): i componenti di una soluzione hanno punti di ebollizione molto vicini. Le fasi del processo sono le seguenti:

la soluzione riscaldata bolle

i vapori di alcol mescolati con il vapore acqueo riscaldano la colonna

i vapori di alcol passano in testa alla colonna

il vapore acqueo ricade nel palloncino sotto forma di liquido (la temperatura nella colonna è inferiore a 100°C)

i vapori di alcol si condensano nel palloncino di raccolta

Cromatografia: è una tecnica che si fonda sul principio dell'assorbimento selettivo, sulla proprietà che hanno alcune sostanze disciolte in un adatto solvente di fissarsi selettivamente su taluni materiali. Ci sono due tecniche cromatografiche:

a)   Cromatografia su colonna. Fasi:

si fa fluire 1-2 cm di una soluzione contenente i vari componenti da separare in un tubo di vetro verticale riempito di un materiale in polvere reso ben compatto

si fa scorrere attraverso la colonnina del solvente puro, detto eluente.

I componenti scendono lungo la colonna a velocità differente: prima usciranno quelli assorbiti più debolmente e poi tutti gli altri

b)   Cromatografia su carta (inchiostro). Fasi:

si deposita una sottile striscia di inchiostro su un foglio di carta

si immerge la carta in un solvente contenuto in un recipiente

il solvente sale verso l'alto e provoca la separazione delle sostanze colorate contenute nel miscuglio

si ottiene una serie di bande colorate corrispondenti ai vari componenti.

L'insieme delle bande colorate si chiama cromatogramma