Materia ed Energia, proprietà e struttura

MATERIA: tutto ciò che occupa spazio ed ha una massa.
Si parla di massa INERZIALE se tende a mantenere il proprio stato di quiete facendo resistenza ad una forza agente su di essa mentre si dice massa GRAVITAZIONALE quella massa soggetta alla forza di attrazione oggetto-Terra.

ENERGIA: rappresenta la capacità di un corpo o di un sistema di fornire lavoro. Nell’universo possiamo distinguere due tipi d’energia dei corpi materiali:
ENERGIA CINETICA: intrinseca di un corpo in movimento.
ENERGIA POTENZIALE: riferita alla posizione di un corpo rispetto ad un altro corpo preso come riferimento.

La somma delle due energie è definita come ENERGIA TOTALE, sempre costante in un sistema materiale in cui consideriamo solamente forze conservative, ovvero dove non avviene un passaggio di energie in altre forme.

Sostanze e Sistemi

SOSTANZE: forme specifiche di materia con composizione chimica definita, possono essere sostanze elementari (formate da un solo elemento) o sostanze composte (formate da più elementi), mentre i materiali si differenziano dalle sostanze in quanto possono essere composti da una sostanza o da una miscela di più sostanze.

SISTEMI: rappresentano le forme di una o più sostanze. Vi sono i sistemi OMOGENEI (ad una fase) costituiti da una sola fase (porzione di materia macroscopica separata da confini fisici) ed in cui in ogni suo punto le proprietà fisiche e chimiche rimangono identiche (gas puri, miscele e soluzioni gassose (per noi i gas sono tutti uguali perchè li trattiamo come gas perfetti, inoltre le miscele sono insiemi di un certo numero di gas in quantità circa uguali, mentre nelle soluzioni vi è un gas in quantità maggiore detto solvente e uno o più gas in quantità minore detti soluti, tipo l’aria),soluzioni liquide e solide (tipo i metalli nelle leghe), solidi e liquidi puri. I sistemi ETEROGENEI (a più fasi) invece si possono individuare perchè sono presenti due o più fasi che si caratterizzano per avere proprietà fisiche e chimiche diverse (soluzione satura con corpo di fondo).

Elementi e Composti

ELEMENTO: sostanza costituita un’ unica specie atomica, che si può legare attraverso singoli atomi o molecole bi-atomiche o tri-atomiche,ecc. (O2 o S8).

COMPOSTO: sostanza costituita da molecole formate dall’unione di atomi diversi legati tra loro da legami chimici.

ATOMO: è la parte più piccola di un elemento che conserva le proprietà chimiche dell’elemento stesso.

MOLECOLA: è la più piccola parte di un composto o di un elemento che conserva le proprietà chimiche del composto stesso.

Proprietà Fisiche delle Sostanze

PROPRIETÁ INTENSIVE: dipendono dalla natura delle sostanze considerate e dalle loro condizioni in cui si trovano ma non dalla loro quantità in massa ( temperatura, densità, concentrazione).

PROPRIETÁ ESTENSIVE: dipendono oltre che dalle proprietà intensive dalla massa della sostanza
considerata (massa e volume di un corpo, capacità termica)

Risulta molto importante saper valutare i fenomeni che osserviamo nel piano macroscopico anche nel piano microscopico, ovvero ciò che avviene a livello molecolare.

Simboli e Formule Chimiche

Ogni elemento è rappresentato da un simbolo che compare nella Tavola Periodica, con a piede il numero di atomi che formano la più piccola molecola che ne mantiene le proprietà chimiche. In natura gli unici elementi monoatomici che esistono sono i gas nobili, posizionati all’ultima colonna (periodo) della Tavola Periodica, gli altri elementi esistono per lo meno in forma biatomica, come O2, fino ad arrivare anche a S8.

COMPOSTI BINARI: formati da due specie atomiche
COMPOSTI TERNARI: formati da tre specie atomiche
Essi seguono la stessa regola dei simboli degli elementi, solo che in questo caso vi saranno due o tre simboli di specie chimiche diverse.

Struttura Dell’Atomo

ELETTRONE carica: -1,6 * 10(-19) carica simbolica: -1 massa: 9,11*10(-28) circa 10(-27)
PROTONE carica: 1,6*10(-19) carica simbolica: +1 massa: 1,66*10(-24)
NEUTRONE carica nulla massa: 1,66*10(-24)

ATOMO NEUTRO: atomo che contiene lo stesso numero di protoni ed elettroni.

Numero Atomico e Numero di Massa

Z: numero atomico che caratterizza ogni specie atomica ed indica il numero di protoni (e dunque di elettroni) di quella specie.
N: numero di neutroni
A: numero di massa = Z + N

Isotopi

NUCLIDE: forma di un elemento del tipo (A) (Z) X, esistente in più forme di una determinata specie chimica in base al diverso numero di neutroni che caratterizza A. Questi diversi nuclidi sono detti ISOTOPI, aventi le stesse proprietà chimiche in quanto dipendono dal numero atomico ma con forti differenze per quanto riguarda la stabilità nucleare.

NUCLIDI IDROGENO: 1-1 H PROZIO, 2-1 H DEUTERIO, 3-1 H TRIZIO (radioattivo e tende alla stabilità. I nuclidi caratterizzati da un elevato rapporto neutroni-protoni sono radioattivi).

Peso Atomico e Molecolare

La MASSA ATOMICA ASSOLUTA rappresenta quanto pesa in grammi un atomo, che possiamo misurare attraverso uno spettrografo di massa: determiniamo la percentuale di ciascun isotopo presente in un elemento che abbiamo trovato grazie alla formazione di ioni positivi dell’elemento attraverso un bombardamento ad elettroni, la loro massa atomica e successivamente si calcola il VALORE MEDIO del nostro elemento che è nell’ordine dei 10(-24) g.

PESO ATOMICO RELATIVO: il valore medio della massa atomica assoluta viene diviso per una massa standard di riferimento (U.M.A.) = 1/12 dell’isotopo 12 del carbonio (12-6 C), detto DALTON. Esso è un numero adimensionale.

PESO MOLECOLARE RELATIVO: si ottiene sommando i vari pesi atomici relativi degli atomi costituenti la molecola, moltiplicati per il numero di atomi presenti.

Concetto di Mole

Si definisce grammoatomo la quantità in grammi di un elemento numericamente uguale al suo peso atomico relativo, mentre si definisce grammomolecola (o mole) la quantità in grammi di un composto numericamente uguale al suo peso molecolare relativo.
Se noi dividiamo il nostro grammoatomo o la nostra grammomolecola per il valore della massa atomica o molecolare assoluta, otteniamo un numero costante che è detto numero di Avogadro e rappresenta il numero di particelle presenti nel grammoatomo o nella grammomolecola.
Si definisce così MOLE la quantità di una sostanza che contiene un numero di Avogadro di particelle.