Chimica: concetti e modelli. Dalla materia alla nomenclatura. Per le Scuole superiori. Con Contenuto digitale (fornito elettronicamente) 8808457478, 9788808457479

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La reazione di combustione del metano, per esempio {Figura 2) si osserva a livello macroscopico (genera una fiamma che produce calore), sirappre-

senta a livello microscopico con dei modelli (le sfere rappresentano gli atomi) e si può schematizzare a livello simbolico con lettere enumeri. Figura2

Sbocia

Triangolo

Il t r i a n g odelle l o competenze della c o m b u s t i odel n emetano.

hke

delle competenze

v-@e

o

CH, +20:

|

1

; 2 H;O C O+

+a a

IL SISTEMA INTERNAZIONALE DI UNITÀ DI MISURA Il grande sviluppo delle scienze come la chimica e la fisica deriva in gran parte dalla capacità di osservare la realtà per via sperimentale e di descrivere le osservazioni in modo univoco.

Questo è stato possibile perché sono state definite e condivise delle grandezze che si possono misurare secondo regole precise: cioè fissando le unità di misura e le metodologie per raccogliere e analizzare i dati sperimentali, I n questo modo, uno stesso esperimento può essere riprodotto in tutte le parti del mondo, da persone diverse o in momenti storici diversi, i

risultati si possono confrontare tra loro e possono essere condivisi anche tra persone che parlano lingue diverse. Ciò che conta è che siano descritti attraverso grandezze misurabili, come la quantità di un prodotto o il tem-

p o che si impiega per ottenerlo.

Le proprietà che possono essere misurate, come la massa o il tempo, si

chiamano grandezze fisiche. Vediamo alcuni numeri che si incontrano nello studio della chimica: 59,0 kg

3,54 cm?

373 K

3,14

1,00 gicm? 9,81 m/s!

In qualche caso, i numeri sono seguiti da un'unità di misura o da un suo multiplo o sottomultiplo. A volte le unità di misura sono combinate tra lo-

ro, altre volte il numero non è seguito da nessuna notazione. Un numero è seguito da un'unità d j misura quando deriva da un esperimento di misura, quando, cioè, si riferisce a quantità dimensionate. Lo stesso valore, se moltiplicato per unità di misura diverse, assume un diverso significato fisico, La comunità scientifica ha identificato sette grandezze indipendenti tra

loro, dette fondamentali. Dalle grandezze fondamentali si ricavano tutte le altre, dette derivate. Il sistema metrico fondato sulle sette grandezze fondamentali è il SistemaInternazionale di unità (abbreviato in SL}.

CAPITOLO 11 Le misure e le grandezze

4

La Tabella1 riporta le unità di misura delle grandezze fondamentali. Tabella 1 Le grandezze fondamentali e le loro unitàdi misura.

Grandezza fisica

lunghezza

Nome dell'unità |Simbolo dall'unità Simbolo di misura della grandezza | di mitura m metro I

MMSSa

m

kilogrammo

tempo

Li

secondo

intensità di corrente elettrica

LI

‘ampere

!

kg

A

temperatura

T

kein

K

quantità d i sostanza

n

| male

mol

intensità luminosa

a

|

candela

cd

Le unità di misura delle grandezze derivate si ricavano dalla combinazione algebrica {moltiplicazioni e divisioni) delle unità fondamentali (Tabella 2). L'unità di misura della velocità (m/s), per esempio, è data dal rapporto di

lunghezza e tempo. Nome dell'unità di misura metro quadrato

metro

Simbolo dell'unità di misura mi |

cubo

kilogrammo al metro cubo

frequenz a

m*

newton

kg/m? N

N =kg- met

pascal

Pa

Pa = Hime

Joule

1

i1=HN-m

metri al secondo

ms

metri al secondo quadrato

mis?

watt

MW

|

differenzad i potenziale elettrico, forza elettromaotrica PesiSteriza

Definizione di misura dell'unità

'

W = iis

coulomb

€

C=A $

volt

MV

V = WC

ohm

fù

O = VIA

hertz

Hz

H z= 15

Le grandezze che descrivono le proprietà della materia sono estensive e

intensive (Figura 2).Sono estensivele proprietà fisiche che dipendono dalla dimensione del campione:la massa,il peso,la lunghezza,il volume,l’energia. Sono intensive le proprietà fisiche che non dipendono dalla dimensione del campione: queste infatti sono caratteristiche di quel materiale è di quella sostanza {per esempio, la densità). Figura 4 La temperatura è

Hel becher a sinistra di sorio 200 mL di

acqua, in quello a destra 100 mL. in ciascun becher è immerso un termometro:

una grandezza

intensiva Ò esterisiva?

|

una

proprietà

Carte Gardini,Farma

la tetmiperatura è uguale in entrambi.

ESPRIMERE NUMERI MOLTO GRANDI O MOLTO PICCOLI In chimica e in fisica, per scrivere valori molto grandi e molto piccoli, si usano rispettivamente i multipli e i sottomultipli dell'unità di misura. À ogni multiplo o sottomultiplo corrispondono (Tabella 2): .« un simbolo, da anteporre al simbolo dell'unità di misura; * un prefisso, che precede senza spazi il nome dell’unità di misura. ( m a s sre a )= 0,001 g = 1 mg = 1 milligrammo

P o ?prefisso

simbolo

Nome

|semoto

tera

T

giga

G M k h

mega kilo

conrtepondente 102

1000000000000

10°

1000000000

1000000

mille

101 10!

cento dieci

10°!

decimo

102 10?

centesimo

10 +

millonasimo

miliardesimo cimiliardesimo millesimo

10

deci

d

lot

vanti

€

mill

m

0,01 0,001

micro

Lu

0,0000001

nano pico

n

0,000000001

10*

p

0, 000000000001

1012

LL

|

‘miliardo milione

da

Tabella 3 Alkuni prefissi esimboli del Sistema Internazionale.

|

10%

etto deca

I

della potenza milte miliardi

105

|

1000

100

unità di misura

Potenza di disci | Moma corrispondente

fisso moltiplicazione

prefisso

N

_

__

millesimo

LA NOTAZIONE SCIENTIFICA ESPONENZIALE Per scrivere numeri molto grandi o molto piccoli si può usare anche la notazione scientifica esponenziale (videoripasso).In questo caso,il valore si

QUARDA:

HH

esprime come i l prodotto di due fattori: 1. u n numero compreso tra l e 10 (1 £ x < 10);

2. una potenza di 10, Videori

Per esempio, il diametro della Terra, che misura circa 12,7 m i l i o ndi i me- € Videoripasso notazione scientifica tri, si può scrivere 12 700000 m o 1,27 - 10° m. L'esponente, 7, è uguale al numero di spostamenti verso sinistra che la virgola compie per passare da

*Farei conti con le potenza di 10

12700000 a 1,27: 12 700 000 = 1,27 - 107 7654321

I numeri compresi tra 0 e 1 si scrivono usando esponenti negativi. La mi-

sura del raggio dell'atomo di idrogeno è 0,0000000005 m e sì può scrivere 5 - 107!" m ; la virgola compie 10 spostamenti verso destra, quindi l’esponente è negativo: 0,0000000005 = 5 - 1 0 7 ! 12341567890

La notazione scientifica esponenziale permette di leggere immediatamente l'ordine digrandezza di una misura.

L'ordin diegrandezza di una misura è lap o t e n z diadieci più v i c i n a al suo

valore. L'ordine di grandezza permette di confrontare con facilità valori molto diversi tra loro. C A P I TflO LeLmisure O e te grandezze 5

Il diametro di Marte, per esempio, è 6,78 - 10% m: la potenza di 10 più vici-

na al suo valoreè 107. Il diametro di una pallina da tennis è 6,86 - 10° me il

suo ordine di grandezzaè 1071,

Grandezza

Misura

diametro di Marte

6,78-1 0 m

‘Ordine di

R a p p o rtra t o gli ordini

grandazza

di grandezza

107

6,86 10-2m

diametro della

o 1

-

10!"

-

107

10!

pallina da ternmis

Inoltre, se conosciamo la differenza di ordine di grandezza tra due valori, possiamo ricavare l'uno dall’altre. Per esempio, se un asteroide ha un

diametro 10" volte più grande rispetto a quello di un sassolino e il sassolino ha un diametro di 1 mm, il diametro dell’asteroide dovrà essere 1 - 10° m n , ovvero 100 km.

La notazione scientifica esponenziale permette anche di semplificare i calcoli tra numeri molto grandi o molto piccoli: possiamo usare l’algebra

dei numeri esponenziali per evitare di dimenticare qualche zero nei passaggi dei problemi. RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

LU'Hiv. il virus che provoca l'AIDS, ha

Il diametro di un capello misura circa

una dimensione di 1,1: 107” m , mentre

10-* m, l'ordine di grandezza di u n

la dimensioni di un a t o m odi kdrogeno sona 25 pm.

atomè o circa 1 0 *7 m. Se l'atomo avesse il diametro d i 1 com,

D i quante volte i l vinus è più grande dell'atomo di idrogeno?

quale sarebbe i l diametro di un capello, mantenendo lo stesso rapporto?

COME RISOLVERE LE EQUIVALENZE Per passare da un multiplo o un sottomultiplo di un'unità di misura a un altro (o viceversa) si impostano le equivalenze (videoripasso), che si possono risolvere usando la notazione esponenziale, seguendo alcune regole: 1. Per passare da un multiplo o da un sottomultiplo all'unità base si moltiplica il valoreper ilfattore di conversione, cioè per la potenza di E Videoripasso Calcolare un'equivalenza: lunghezza, arga, volume

10 che corrisponde a quel prefisso i n Tabella 3. Per esempio, per tra-

sformare 56,75 hg {ettogrammi)} in grammi si moltiplica per la potenza di 10 indicata a fianco del prefisso etto (simbolo h-), cioè 10t:

56,75 hg = 56,75 x 10? g = 5675 g 2. Per passare da un'unità base a un suo multiplo o sottomultiplo si divideper ilfattore di conversione. Per esempio, per trasformare 5,2 m in dmn (decimetri) si divide per la potenza di 10 indicata a fianco del prefisso d-, cioè 107! 5 2 m = 5 , 2 : 107" dm = 5 , 2x 10 = 52 dm

3. Per passare da u n multiplo dell’unità base a u n sottomultiplo o viceversa basta combinare i passaggi. Per esempio, per trasformare 17,3 m g in h g si moltiplica per 10” e si divide per 107:

17,3 mg = 17,3 x 107? : 10°hg = 17,3 x 10°+- 2 hg = 17,53 x 1 0 * hg =

=1,73x 1 0 *hg Ricorda che per eseguire equivalenze tra due unità di area o tra due unità di volume, occorre moltiplicare o dividere rispettivamente per 10° e 10°,

ESISTE IL VALORE VERO DI UNA MISURA? Con un metro su cui sono marcati solo i centimetri, misuriamo la lunghezza di un foglio di formato A4: il risultato, 30 cm, è corretto, ma non

fornisce informazioni sui millimetri. Ripetiamo l'operazione con un normale righello e misuriamo 29,7 cm. Questo è il valore vero della lunghezza

del foglio* No, non sappiamo nulla dei decimi di millimetro. Ll valore vero di una misura non esiste nella realtà fisica, èun'astrazione matematica. Ogni strumento di misura (come una bilancia o un termometro) è caratterizzato da una portata, una sensibilità eun'accuratezza. e La portata è il valore massimo che lo strumento può misurare. - La sensibilità è la variazione minima di una grandezza che uno strumento è in grado di misurare (Figura 4). « L'accuratezzaè la capacità dello strumento di fornire un valore vicino al valore ritenuto reale.

®©

A

Figura 4

i

U n righello {A} e u n calibro (8). Il r i g h e l l oha una sensibilità di 1 mmm, u n

calibro, invece, d i u n decimo o addirittura u n centesimo di

mm

millimetro.

ERRORE SISTEMATICO ED ERRORE ACCIDENTALE Ogni misurazione, cioè un'operazione di misura, è accompagnata da u n

errore, che è il risultato della combinazione di errori che, a loro volta,possono essere sistematici o accidentali.

* Un esempio d i errore sistematico è quello legato all'utilizzo di un righello con una inesatta suddivisione dei centimetri in millimetri. * U n errore accidentale, per esempio, si verifica quando ripetiamo più

volte la misura della lunghezza del foglio: possiamo posizionare lo zero del righello non esattamente all’inizio del foglio, ma a volte un po' prima e a volte un po' dopo. _

Gli errori sistematici sono legati all’imprecisione dello strumento; condizioni i n cui avviene la misurazione.

Come possiamo essere ragionevolmente certi che il dato ottenuto da una

misurazione sia attendibile?

Un errore sistematico è difficile da eliminare, ma si può minimizzare controllando gli strumenti di misura e la loro calibratura. * Per minimizzare un errore accidentale occorre invece effettuare un numero di rilevamenti elevato: in questo modo ci si avvicina con

__ AMI

gli errori accidentali dipendono da piccoli cambiamenti casuali delle

maggiore probabilità a un valore attendibile.

i

«

Figura 5

Minimizzare gli errori è importante (Figura 5). Spesso, infatti, i valori ottenuti si usano per svolgere operazioni matematiche. In questi casi, gli erTori associati a ciascun numero si influenzano a vicenda è sì «propagano»,

La misura ci u n volume va fatta tenendo l'occhio alla stessa altezza del liquido, per prevenire l'errore di parallasse, u n errone accidentale nella lettura.

O e le grandezze 7 LeLmisure C A P I TflO

LA MEDIA ARITMETICA, L'ERRORE ASSOLUTO E L'ERRORE RELATIVO Se si esaminano i dati ottenuti da una serie di misure ripetute, si nota che

alcuni valori si ripetono frequentemente, altri si discostano di poco dai primi e alcuni si discostano di molto. Per ottenere risultati affidabili, ci si affida alle regole stabilite dalla teoria degli errori, la branca della matematica che si occupa della classificazione degli errori dovuti alla misurazione d i una proprietà fisica.

Secondo la teoria degli errori, il valore più attendibile di una misura si ottiene calcolando la media aritmetica dei risultati ottenuti. La media aritmetica, x. dei valori raccolti si calcola sommando tutti i valori delle misure e dividendo il risultato per il numero dei valori. Se, per esempio, con una serie di pesate abbiamo ottenuto i seguenti dati: MmMm=2,808 M=2,728

MmM=2748

M=2.768

MmM= 2,65 8

la media aritmetica si ottiene sommando tutti i valori e dividendo per 5:

media aritmetica =

(2.,800g+2.72g+2,74g+2,76 g + 2,68 i 5 5s 5 i

= 2,748

Per ciascuna misura, occorre anche determinare l'errore assoluto, e... che si ottiene calcolando la differenza tra il massimo valore misurato e il valo-

re minimo, dividendo poi il risultato per due: ta =

XA muax

7

Amin

3

Nel nostro caso, il valore massimo è 2,80 g e il valore minimo 2.68 g. quindi l'errore assoluto sarà:

L'intervallo dei valori attendibili corrisponde alla media aritmetica più o

meno l'errore assoluto e si ricava sommando e sottraendo l'errore assoluto, e , alla media, x, dei valori misurati:

intervallo di valori attendibili = x te, Î valori attendibili per la nostra serie sono quindi quelli compresi tra 2,68 e 2,80, cioè: 2,74 + 0,06 g.

Si può calcolare anche l'errore relativo, e,, una grandezza adimensionale data dal rapporto tra l'errore assoluto e, e la media dei valori x:

Nel nostro caso: Spesso l'errore relativo è indicato come valore percentuale, facilmente ottenibile moltiplicando l'errore relativo per cento. Si dice che una singola misura è precisa quando non si discosta molto dal valore medio di una serie ripetuta di misure. Se la media è vicina al

risultato ritenuto vero, la misura è accurata.

Possiamo comprendere meglio la differenza tra precisione e accuratezza immaginando di lanciare delle freccette su un bersaglio (Figura €).

DE

#cocurato,

preciso,

accurato,

f o n accurato,

preciso

non accurato

non precdso

n o n predso

Se non c i sono apprezzabili errori sistematici, dovuti cioè allo strumento,

Figuraa

il valore medio di una serie di misure è molto vicino a quello ritenuto vero; in tal caso una misura precisa risulta anche accurata. Se gli strumenti non sono adeguati possiamo ottenere una serie di misure i cui valori si disco-

su un b e r s a g lsalutano io a capire la d i f f e r e n tra z a precisione & accuratezza.

|

modi in cui si distribuiscono le freccette

stano poco dalla media (misure precise), i m a non si avvicinano al valore più attendibile (misure non accurate).

In generale, gli errori accidentali influiscono sulla precisione di una misurazione, mentre quelli sistematici influiscono sulla sua accuratezza. RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Considera la bilancia da cucina e la

e serie a runa Che cosa puoi a f f e r m se

dre hai i n casa. bilancia pesapersone

Quali sono la loro portata e sensibilità?

48

ripetuta di misure dà valori molto vicini

tra loro

ma distanti dal valore vero?

LE CIFRE SIGNIFICATIVE

Il modo più semplice e corretto per indicare l'incertezza di una misura, è quello di individuare le cifre significative, che dipendono dalla sensibilità dello strumento d i misura (Videoripasso)}.

Si definiscono cifre significative tutte le cifre certe di una misurazione piùla prima cifra incerta.

i

Videoripasso

Consideriamo la misura di un foglio A4 con un righello. Il valore misurato * Ricavare le cifre sigruficative a Arrotondare un numero decimale è 29,4 cm ma il righello ha sensibilità 1mm (cioè la distanza tra due tappe

possono ottenere risultati con cifre che non sono tutte significative.

Lu a | a | n

La Tabella 4 mostra come determinare il numero di cifre significative, Quando si eseguono operazioni con i dati ottenuti dalle misurazioni, si

Numeri è cifre significative.

e |

1. tutti i numeri diversi da zero si considerano cifre significative: 2. gli zeri fra due cifre significative sono sempre significativi; 3. gli zeri che precedono, a sinistra, la prima cifra diversa da zero non sono significativi; 4. gli zeri terminali, a destra di una cifra decimale diversa da zero,sono cifre significative (0,0300, per esempio, ha tre cifre significative).

Tabella 4

n |

consecutive è 1]mm). La misura è espressa con tre cifre significative: due cifre certe, il 2 e il 9, e una cifra incerta il 4 finale. Per indicare le cifre significative, occorre tenere presenti queste regole:

CAPITOLO 11 Le misure e le grandezze

In questo caso occorre tenere presentele seguenti regole: 1. se la prima cifra da e l i m i n aèr e minore di 5, la cifra precedente rimane uguale: per esempio, 4,99|36 arrotondato a tre cifre significative sarà 4,99;

2. se la prima cifra da eliminare è maggiore o uguale a 5, bisogna aumentare di 1 la cifra precedente: per esempio, 74,5|81 arrotondato a tre cifre significative sarà 74,6. 3. Negli arrotondamenti di risultati dati dall’addizione e dalla sottraz i o n esi, arrotonda il risultato in modo che abbia lo stesso numero

di cifre decimali del dato che ne ha di meno. 4. Nel caso della moltiplicazione e della divisione, il numero delle cifre significative finali non può superare il numero delle cifre significative del dato meno accurato: si arrotonda allo stesso numero d i cifre significative del dato che ne h a d i meno (Figura 7). 5. Se una misura è espressa con la notazione scientifica, il primo fattore

determina il numero di cifre significative presenti nel dato. Occorre

ricordare che un'operazione di equivalenza non cambia il numero delle cifre significative del dato. Si deve anche prestare attenzione quando si usa la calcolatrice: gli zeri dopo la virgola, infatti non sono mai riportati dallo strumento, anche se sono

Figura7

Come si opera con le dire significative.

i l r i t u l t a tdeve o avere L n

riaultato deve avere un

Ù

coma le citre significative)

\

conta le cifre decimali )

q

numero di cifre decimali

N u mciecifre r o significative

uguali al dato rhe ne ha di

uguali al dato che ne ha di

mena

(meno

@ ORA P R O V T AU « Somma le lunghezze 2,3 cm e 9,27 cm usando il numero corretto di cifre significative. * Calcola l’area di un q u a d r a tdio lato 1,6 m usando il numero corretto d i cifre significative.

Q

i

|

Quante cifre significative hanno le

rg

misure?

&) 1 0 1 . 0 g 2

:

«

metro a nastro (sensibilità 1 mm}

0.045

# un cronometro {sermibilità 0,1 $),

d ) 12.568 m AA cm

ndo i valori: ottenendo valori: | lunghezza percorso: 15,1 cern; ternpo impiegato: 5,6 5.

a

© arroronda i dati seguenti a tre citre

a) 5647 om

Misuri la velocità d i una biglia con

d) 45,9 69

b) 8,543 9

m a} 1503

d 7 , 6 %m

fi (,02435cm

i

2} Calkola la velocità della biglia i n e m i ed esprimi i l risultatocon i l corretto

mumero d i cifre significative.

b} La velocità della biglia espressa

ms

avrebbe avuto un diverso in numero d i cifre significativa?

VOLUME E CAPACITÀ Le misure di volume, di solito di liquidi, sono molto comuni.

Il volume è la porzione di spazio occupata da un corpo, è una grandezza d e r i v a da t a una lunghezza (elevata al cubo) e la sua unità di misura nel SI è il metro cubo {m°}.

Il volume si esprime anche in litri e nei relativi multipli e sottomultipli: per esempio,in centilitri oppure in millilitri (Hgura #). Figura&

ro

Esempi d i unità d i misura del volume: i n litri (UU misuriamo la q u a n t i t àdi sugo i n urna bottiglia, in centilitri (cl) misuriamo i l contenuto d i una lattina # I n millilitri

rr

€

{mL} i l volume di una bevanda analcolica in bottiglia. =. =

À

è

n

È

:3 Il litro è l'unità d i misura della capacità, la grandezza che corrisponde al volume di fluido che un recipiente può contenere: 1 L corrisponde alla quantità d i liquido che riempie completamente u n cubo cavo con il lato di 1 d m {Figura 9A). t o internae ma il suo uso è a c c e t taalivello alnSÌ, Îl litro non a p p a r t i e

zionale. = 10 cm x 10 cm x 10 cm = 1000 cm? L L = 1 dem?

1L = 1000 mL

Quindi: 1000 cm = 1000 m L

Icm'=1mL

L'equivalenza mostra che il centimetro cubo è la millesima parte del litro, per questo si dice anche millilitro e il suo simbolo è mL.

Per passare da una misura di capacità a una di volume facciamo riferimento alla Tabella 3 e alla Figura 98.

Unità di

A N Ma

1 dm LA

___

Figura 9

capacità

LA) Possiamo versare u n intero

1 m? = 1000 dm*

1 0 0 6L

lato 1 d m . {8} Unità d i volume

1d e

1L

0,1 dr?

1dL

0,01 dm?

1a

0,001 dm? = 1 cant

1mi

voluma

1 dim!

— ; vomai

di di lattein unc u b o cartone e unità d i capacità.

O e le grandezze ‘HM LeLmisure C A P I TflO

QUARDA!

@ PROBLEMA svoLTO CONVERTIRE UNA MISURA DICAPACITÀ IN UNA DIVOLUME

Converti il valore 33 cLin dmn’. STRATEGIA È SVOLGIMENTO

B i Video

I l prefisso centi (c-) corrisponde a 107" {Tabella 3). Quindi da cLa L:

* Come sì sceglie la vetreria adatta? * Come si misura i l volume d i u n liquido?

33cL=33x

1 0 L=0,33L

1 L corrisponde a 1 dm” {Figura 9 ) ; questo ci permette d i convertire i L

i n dm*: 0,33 L = 0,33 dm?

TU @ ora Prova

Converti il valore 50 cL prima in Le poi in cm*. Per misurare i volumi di liquidi nei laboratori si usano (Video): « strumenti graduati come la buretta, la pipetta e il cilindro {Figura #04). Su di essi sono segnate delle tacche, ognuna delle quali permette d i misurare i l volume corrispondente; . strumenti tarati, come il matraccio (Figura #08), sui quali è riportata una sola tacca, che consente di misurare il volume corrispondente.

Nella lettura del volume in un recipiente si deve evitare l'errore di parallasse. Per farlo si deve cercare la corrispondenza tra la tacca riportata sullo strumentoe i l livello del liquido al suo interno, ponendo l'occhio alla stes-

sa altezza del liquido stesso (vedi Figura 5). Se il liquido forma un menisco concavo, come nel caso dell'acqua, bisogna cercare la corrispondenza tra

la tacca e il punto più basso del menisco. Figura1 0

Infine, ci sono strumenti che sono più adatti come contenitori,

«

come la beuta, il becher e il pallone {Figura 40€). Questi consentono

CA) Strumenti graduati; (8) strumenti tarati; (C} contenitori.

'

A

F OE

mano,

dlindro

aduato

|

= x

i

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po

i

1#]

; !

#

i

aa

:©

>

:E

buretta

di avere solo una misura approssimativa del volume del liquido.

a

I

-

LI

h__

IFLETTI E RISPONDI

Ei

=

a

-

_

i

51 possono prelevare 20,0 mL di Nquido

{Che cosa succede se travasiamo una

con un dilindro che ha una portata di 100 mL è una sensibilità di 5 mL?

bottiglia dalla capacità di 33 ci n un contenitore di 50 cm?

sì

MASSA E PESO

Nel linguaggio comune massa epeso sono spesso usati come sinonimi, ma indicano davvero la stessa cosa? Quali sono le unità di misura della massa e del peso? È corretto dire che posso determinare il mio peso con una bilancia? La massa è una proprietà fondamentale della materia e spesso viene associata alla quantità di materia.

La massa è la misura dell'inerzia di un corpo, è cioè la misura della

m n Video Come si usa una bilancia elettronica?

resistenza che il corpo oppone alla variazione del suo stato di quiete o di noto.

L'unità di massa scelta dal SI è il kilogrammo (kg). Storicamente la massa campione era costituita da un cilindro di platino-iridio, che dal 1875 è conservato a Sèvres, vicino a Parigi. Nonostante sia alloggiato i n una tripla teca mantenuta sotto vuoto per impedire effetti degli agenti atmosferici,la

sua massa è variata d i 50 1 g i n u n secolo.

Îl Progetto Avogadro, che è nato dalla collaborazione di diversi Paesi, si era posto l'obiettivo di ridefinire i l kilogrammo ricorrendo a sfere di silicio purissimo, ma la 26a Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure nel 2018 ha associato il kilogrammo a una costante fisica. Dal maggio 2019 il kilogrammo è riferito alla costante di Planck, una costante derivata dalla meccanica quantistica. L o strumento che permette d i determinare la massa è la bilancia, attra-

verso la quale la massa dell'oggetto incognito viene confrontata con una serie di masse standard. Bilance diverse possono avere portata e sensibilità molto differenti. Una bilancia sensibile al millesimo di grammo e con una portata di 30 g. per esempio, è in grado di rilevare differenze dell'ordine di 1 m g ma non è certo adatta per determinare la quantità di zucchero che è necessaria per preparare una torta, I n laboratorio (Video) le bilance a piatti ugitali (Figura 1 A ) sono state

velocemente sostituite dalle bilance elettroniche (Figure +08 a #46).In base alla loro portata e sensibilità possiamo distinguere le bilance i n bilance analitiche con una portata sui 200 g e una sensibilità d i 0,0001 g, bilance diprecisione che permettono di effettuare misure con cinque ma anche sei

cifre decimali e bilance tecniche che hanno una maggiore portata ma una minore sensibilità (0,01 g). La differenza tra bilancia digitale e analogica, Figurati invece, non ha nulla a che vedere con la sensibilità dello strumento, ma

solo con il tipo di visualizzazione del valore della misura.

Bilancia a due piatti (A), bilancia temica (6) » bilancia analitica (0).

K

i tt xE

|

shangral u n a r i o

©

CAFITOLO fl Le misure e legrandezze ‘14

sì

MASSA E PESO

Nel linguaggio comune massa epeso sono spesso usati come sinonimi, ma indicano davvero la stessa cosa? Quali sono le unità di misura della massa e del peso? È corretto dire che posso determinare il mio peso con una bilancia? La massa è una proprietà fondamentale della materia e spesso viene associata alla quantità di materia.

La massa è la misura dell'inerzia di un corpo, è cioè la misura della

m n Video Come si usa una bilancia elettronica?

resistenza che il corpo oppone alla variazione del suo stato di quiete o di noto.

L'unità di massa scelta dal SI è il kilogrammo (kg). Storicamente la massa campione era costituita da un cilindro di platino-iridio, che dal 1875 è conservato a Sèvres, vicino a Parigi. Nonostante sia alloggiato i n una tripla teca mantenuta sotto vuoto per impedire effetti degli agenti atmosferici,la

sua massa è variata d i 50 1 g i n u n secolo.

Îl Progetto Avogadro, che è nato dalla collaborazione di diversi Paesi, si era posto l'obiettivo di ridefinire i l kilogrammo ricorrendo a sfere di silicio purissimo, ma la 26a Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure nel 2018 ha associato il kilogrammo a una costante fisica. Dal maggio 2019 il kilogrammo è riferito alla costante di Planck, una costante derivata dalla meccanica quantistica. L o strumento che permette d i determinare la massa è la bilancia, attra-

verso la quale la massa dell'oggetto incognito viene confrontata con una serie di masse standard. Bilance diverse possono avere portata e sensibilità molto differenti. Una bilancia sensibile al millesimo di grammo e con una portata di 30 g. per esempio, è in grado di rilevare differenze dell'ordine di 1 m g ma non è certo adatta per determinare la quantità di zucchero che è necessaria per preparare una torta, I n laboratorio (Video) le bilance a piatti ugitali (Figura 1 A ) sono state

velocemente sostituite dalle bilance elettroniche (Figure +08 a #46).In base alla loro portata e sensibilità possiamo distinguere le bilance i n bilance analitiche con una portata sui 200 g e una sensibilità d i 0,0001 g, bilance diprecisione che permettono di effettuare misure con cinque ma anche sei

cifre decimali e bilance tecniche che hanno una maggiore portata ma una minore sensibilità (0,01 g). La differenza tra bilancia digitale e analogica, Figurati invece, non ha nulla a che vedere con la sensibilità dello strumento, ma

solo con il tipo di visualizzazione del valore della misura.

Bilancia a due piatti (A), bilancia temica (6) » bilancia analitica (0).

K

i tt xE

|

shangral u n a r i o

©

CAFITOLO fl Le misure e legrandezze ‘14

Il peso di un corpo, invece, dipende dalla sua massa ma anche e g di gravità, dall’accelerazion I l peso è una forza, ha la sua stessa unità d i misura, il newton (N), e si mi-

sura con il dinamometro (Figura 12A). La forza peso è data dal prodotto della massa (in kilogrammi,kg) per l'accelerazione di gravità: P=m-g

doves è l'accelerazione di gravità. Sulla superficie terrestre l'accelerazione d i gravità media è pari a 9,8 m/s? (Figura128).

Mentre la massa è una proprietà caratteristica di ciascun corpo, il peso cambia da u n luogo all’altro della superficie terrestre e da u n pianeta all’altro, poiché varia il valore dell’accelerazione di gravità,g. Sulla Luna, la forza di gravità è sei volte più bassa che sulla Terra, quindi un astronauta,che sulla Terra ha un peso d i 800 N, sulla Luna peserà 800/6 N = 133 N. Figura12 (A) Il d i n a r m o m edal t r oqreco , dyrvarnis,

A

forza, e métron, iisura, serve per

misurare i l p e s od i u n corpo. (8) 1 N c o r r i s p o nald peso e di circa 100 q di pasta,

7

p_m.9kg x 9,8

cioé una massa che è 10 volte più piccola del kilogranmo.

= 0,98 (kg

ì

m/s? =

=0,100

:

my= ?

id

7:

UN i

-

/

chiami

rito

'

Lor ulti,

Parma

AU @ ora P R O V T g = 9,78m / s °al;livello del mare g = 9,80m/sì, Sulla cima dell'Everest

Q u a lè il tuo peso sull’Everest e al livello del mare?

ASK Artrite

Atz

Orietta G a s p a r i Sic kehoto

Mggpiliane

RIFLETTI E RISPONDI

Metti a contronto le caratteristiche dalla masca e del peso completando la tabella. Matta

È una grandezza fondamentale o derivata? fondamentale |

Crual è l'urutà d i misura?

| reso

derivata

Sulla Luna una palla ha una forza peso pari a 0,450 N. Che cosa accade se

vierve portata dalla Luna sulla Terra? 2

A blocco di acciaio viene portato

dalla Terra su Marte avrà:

Quale strumento di misura sì usa per

diversa; [È] stessa massa è forza peso diversa;

determinarne i l suo valore?

[C] stessa massa e stessa forza peso.

È una proprietà intensiva o estensiva?

[A] stessa forza peso e massa

TEMPERATURA E TERMOMETRI Quando misuriamo con i l termometro la temperatura d i u n corpo, rica-

viamo informazioni sul suo stato termico. La temperatura, tuttavia, non ci dice nulla sulla quantità di calore che entra o esce dal corpo.In che cosa differiscono temperatura e calore? Che cosa avviene quando mettiamo a contatto due corpi a diversa temperatura?

LA TEMPERATURA E IL CALORE La temperatura è una grandezza intensiva che ci fornisce una misura di quanto un corpo è c a l d oo freddo. Il calore, invece, è u n modo di trasferire energia da u n corpo a temperatura più elevata a uno con temperatura più bassa. Il

trasferimento cessa appena i due corpi raggiugono la stessa temperatura (Figura12). Figura1a

| ll corpo più caldo

!

i

trasferisce caloreal corpo

_-

|

-

fino a quando

i

|

i

i duecorpi raggi

_ -

N calore è un modo per trasferire energia.

temperatura.

n

4 La capacità di un corpo di trasferire energia non dipende solo dalla sua Figura temperatura, m a anche dalla quantità d i materia che è coinvolta nel trasfe- Un termoscanmner. rimento di energia. Pensiamo a un fiammifero acceso e a un incendio: an-

Pa

che ipotizzando che la temperatura della fiamma sia identica, la quantità d i calore sprigionata dal fiammifero è irrilevante rispetto a quella liberata

}

dall'incendio, Îl calore, quindi, è una grandezza estensiva (a differenza della temperaLo strumento utilizzato per misurare la temperatura è il termometro,

che si basa sulla capacità dei liquidi (ma anche dei solidi e dei gas} di dilatarsi all'aumentare della temperatura. Fino a pochi anni fa, i termometri ad uso sanitario sfruttavano il mercurio, ora vietato per la sua tossicità e sostituito da una lega di tre metalli (gallio, indio e stagno) detta galinstan. Oggi esistono anche termometri digitali: i termoscanner (Figura14).

Shecnar anti fat O ntimati r i r e

tura). Nel SI la sua unità di misura è il joule (J).

SCALE TERMOMETRICHE

I termometri più comuni sono suddivisi in gradi centigradi. secondo una scala chiamata scala Celsius, proposta nel 1742 dall'astronomo svedese Anders Celsius (1701-1744),che sfrutta due punti fissi: la temperatura a cui il ghiaccio fonde e quella a cui l'acqua bolle a livello del mare.

Per tarare un termometro, lo si immerge i n una miscela ghiaccio-acqua. Îl volume occupato dalla sostanza contenuta nel termometro si contrae fino a un valore stabile e ripetibile, che viene fissato con un segno a cui si assegna il valore di O °C. Un segno analogo viene praticato sul termometro immerso in acqua bollente, per fissare la dilatazione corrispondente a

100 °C. La distanza fra i due segni viene infine divisa in 100parti uguali. C A P I TflO LeLmisure O e le grandezze ‘ 5

Oltre alla scala Celsius, esistono altre scale termometriche. La più antica, proposta nel 1724 dal fisico tedesco Daniel Gabriel Fahrenheit (1686-1736). è tuttora molto diffusa negli Stati Uniti. Anche questa scala ha come estremi la temperatura d i fusione del ghiaccio e la temperatura di ebollizione dell’acqua, a cui sono assegnati rispettivamente i valori di

32 °F e 212 °F. La distanza fra gli estremi è divisa i n 180 parti; di conseguenza, il grado Fahrenheit non coincide con il grado Celsius e corrisponSp.Photeritmtiab o r

de a circa la metà di esso, più precisamente a 5/9, Si può dire anche che 1 grado Celsius equivale a 1,8 gradi Fahrenheit (Figura15). La scala assoluta,proposta nel 1848 da Lord Kelvin (William Thomson, 1824-1907), ha come origine —273,15 °C, lo zero assoluto, valore al di sotto del quale è impossibile scendere. Anche questa è una scala centigrada, co-

Figura #5 Per convertire la temperatura espressa

me la scala Celsius; la sua suddivisione si chiama kelvin e si indica con K. Le due scale sono semplicemente spostate l'una rispetto all'altra di 273,15

nella scala Fahrenheit in qradi Celsius si

gradi (Figura #6).

usa la relazione:

La temperatura assoluta, indicata generalmente con la lettera T, è una delle sette grandezze fondamentali del SIL. Per convertire i n kelvin (T} u n a temperatura espressa in gradi Celsius (1), si applica la seguente relazione:

“ C - 2 (F-322)

oppure

Ci

*F- 32

T(K) == ( ° C )+ 273,15 dove i esprime la temperatura in gradi Celsius, con il segno positivo o negativo. Con la relazione: F C ) = T{K}) — 273,15

ea quella espressa in Celsius, i, a p a r t i r d si ricava invece la temperatura assoluta, T.

Corrispondenza fra la diverse scale termometriche. (Per evidenziare la corrispondenza fra le diversa scale termometriche, il valore 273,15 è stato approssimato a 273.}

Ì

i

0

Apggg che bolle

Sa

aaa,

essa

scala Fahrenheit

scala Celsius

scala Kalvin

Figura1 6

FIFRK

PP

aaa,

ssaa

Ì

100 °C

eos

aaaananiap i e

212 *F

|

COrpO UMANO - = s = -

180 *F {

310 RK = = = ee r o o t

resse

temperatura - - - - - - - - - - - -

ghiaccio « = = = = = = ==

i

100 *C

100 K {

ee

2 9 3K

s--

2T3K

messa

n

a ae

s

i

onori

3 } *C

sorse

soa

98.6 "E

2 0 CL

aaa

n

i

68 *F

OC

seesazee

ua

22 "F

“==

RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IFOTIZZA

Q La temperatura su Marte arriva

@

a 133 K, su Giovea -163 "C Quale

d i acqua viene portato a 255 K?

oe cosa succede sa un bicchiere

pianeta raggiunge la temperatura più

bassa? E

n u n congelatore la temperatura è

inferiore a —18 *C.Esprimilo in kelvin.

Sei i n vacanza studio a New York,

siete appena atterrati e su un pannello luminoso leggete che la temperatura è pari a 77°.

a) È tutto

Quale valore di temperatura è espresso correttamente? Perché glialtri sona sbagliati?

[A] 34°C (B] -34 (IC) 34c° (D]) 34°K

normale o i l termonietrosta

funzionando male? b)Spiega quale ragionamento hai seguito per rispondere.

*4 LA DENSITÀ: UNA PROPRIETÀ INTENSIVA Ogni materiale ha una densità caratteristica, che sì determina calcolan-

do il rapporto tra la massa e il volume di u n campione d i tale materiale. All’aumentare della massa del campione aumenta in proporzione anche il suo volume; il loro rapporto, cioè la densità, rimane costante (Video). Qta intorsiva

@ video

proprietà estensiva

* C o m esi m i s u rlaa densità d i u n solido?

_ massa (Hm) n )

+ Perché gli oggettiqalleggiano?

La densità è una proprietà intensiva della materia che varia al variare

a u rcampione. della t e m p e r a tdel U n aumento di temperatura fa diminuire la densità perché aumenta il volume. La pressione, invece, influisce sulla densità dei corpi gassosi: u n aumento di pressione fa aumentare la densità perché comporta una dimi-

nuzione del volume. I valori di densità si esprimono i n kilogrammi/metro cubo (kg/m°),

ma, si usano anche il grammo (g) per la massa e il millilitro (mL} o il cen-

timetro cubo (cm?) per il volume. Peri gas la densità è espressa di solito in grammi/flitro (g/L). La Tabella 5 di seguito riporta i valori di densità di alcuni materiali. igran®

se

Joest

—

|

[aes

'

allumimio

27

acqua**

1,00 0,79

argento

10,5

| alcol etilico

bronzo

8,44

;

carbon fossile

da 1,2a 1,5

carbone dilegna

carta

o

Densità (gica!) 1.01

o

____|0,4 0,70 18 r a =

ghiaccio*

0,92

‘ghisa

da6,7 a 7.8

granito legrw marmo

da 2,51 a 3,05 da 0,8 a 0,5 da 2,7 a 2,8

oro

19,3

ottone PEHD (polimero)

piombo

:

|

8.9

sodio

0,97

sughero

0,21

vetro

da 2.5 a 2.8

zinco

7,0

zolfo

da 1,93 è 2,07

da 0 , 8 0a 0,82

mercurio

13,6

S o d i ola

0,92

+anaue

06

Valore a 4 *C

doro ;

da 1,3 a 1.4

petrolio

aria aroto

|

rame

0,879

| Gas

da BA a 8,7

PVC (polimero)

0,67

benzene

*:

0.5

10,64

benzina

Tabella 5 La densità di alcuni materiali solidi, liquidi e gassosi (a 20 “Ce 1 atm).

Densità (9/1)

1,21

1,16 2,93

d i o s s i ddio carbonio | 1,83

idrogeno ossigeno

0,0838

1.33

“valore a 0 *C

CAPITOLO1 Le misure e legrandezze 1 7

La densità relativa esprime il r a p p o rtra t o la massa di un corpo, misurata a 20 °C, e lamassadi un uguale volume di acqua distillata, misurata a 4 °C; si tratta perciò di un numero puro. La densità ha un significato diverso rispetto al peso specifico, che esprime il rapporto tra il peso di un corpo e il suo volume. Anche il peso specifico è una proprietà intensiva, la sua unità di misura è il newton/metro cubo (N/m*).

forza peso (N)

massa (kg)

soa

one di gravità

N , uPl e

puopreto

2

oa

7

volume [m*}

RIFLETTI E IPOTIZZA

. Trova i n Tabella 5 i valori della densità di argento, oro e ’ ferro. |

j

i

i

La corrente del Golfo è una corrente oceanica che nasce nel Golfo nel Messico. L'acqua si riscalda nei mari tropicali del centro America e viaggiando in superficie raggiunge le coste

a) 1 cm? di oro ha massa maggiore o minore d i 1 cm di ferro? b} Occupa u n volume maggiore 1 g di argento o 1 g di oro? ,

del nord Europa. Qui si raffredda e si inabissa per fare ritorno verso i l centro America. Questo ciclo garantisce u n clima mite ai Paesi scandinavi. . . .

'

La derisità del piombo è metà di quella del platino, ma i singoli atomi di piombo hanno massa maggiore di quelli del i

i

bh} La densità dell'acqua d i mare dipende anche dalla sua concentrazione salina. Cosa ti aspetti possa accadere

i i alle domande

latino. Discuti i n classe e r i

à)

i

#) Perché l'acqua raffreddandosi scende i n profondità?

. Che modello microscopico spiega questo comportamento?

b) in 1 cm? di quale dei due i n 1 cm? di

è ma sol

ae

.

i

i

la d e i duematalli| ®

9

i

più atomi?

alla dernità delle acque del mare del Nord con la fusione

lo vuotoè

dei ghiacci artici? Considera che i l g h i a c c ièocostituito da acqua dolce. sostanzialmente

metalli vi

spaz

@ PROBLEMA svoLTO DETERMINARE LA MASSA CONOSCENDO VOLUME E DENSITÀ

Un oggetto ha densità 1,80 g/mL e volume 50 mL. Determina la sua massa. STRATEGIA

Conosciamo il volume e la densità dell'oggetto quindi la formula da applicare è; =" d=y

Per ricavare rm,dobbiamo moltiplicare per V entrambii membri dell'equazione: d - V = m -L e

A questo punto possiamo isolare e semplificarel'incognita.In questo

modo otteniamo: d-V=m

OVVEerO m = d - V

SVOLGIMENTO

Inseriamo i dati conosciuticon le relative unità di misura ed eseguiamo i calcoli. Otteniamo così il valore della massa dell'oggetto considerato. m = 1,80 g/mL : 50 mL = 90 g

Ricordiamoci sempre di controllarele cifre significative!

QUARDA:!

@ PROVA TU, PASSO PASSO

pezzi di una scacchiera sono realizzati in un materiale con densità paria 1,3 g/mL. La massa di un pedone è 14,5 g. Determina il suo volume a partire dalla formula d = m/V. Î

PASSO 1. Ricava la formula inversa (Videoripasso)}. PASSO 2. Inserisci i dati con le unità di misura nell'equazione ed esegui

il calcolo.

3

Viceoripasso

Ricavare una formula inversa

PASSO 3. Verifica di aver ottenuto un valore seguito da un'adeguata unità di misura e di aver espresso il risultato conil corretto numero d i cifre significative.

TU @ ora Prova Uncilindro di metallo ha una densità di 8,44 g/mL e occupa un volume d i 110 mL. Determina la sua massa.

IL CALCOLO DIMENSIONALE Quando risolviamo un problema, possiamo verificare il risultato controllando l'unità di misura. Per farlo, eseguiamo le operazioni usando le unità di misura senza i valorinumerici. Per esempio, ricaviamo il volume utilizzando la formula d = m{V: Hm

V=

Sostituiamo alle grandezze le corrispondenti unità di misura e otteniamo la frazione:

M L — y.mL E n Gm) 5 8 Lg =.

La formula che abbiamo ottenuto è corretta, infatti m L è un'unità di misura del volume.

Se avessimo usato una formula errata, come quella di seguito:

V=m-d avremmo ottenuto delle dimensioni diverse, in particolare:

i 8° mL

mL

La frazione che abbiamo ottenuto i n questo modo non è un'unità di volum e e addirittura non corrisponde a nessuna grandezza nota.

Anche una stima del risultato che otteniamo dopo i calcoli può aiutarci a controllare di non aver commesso errori nello svolgimento. Una densità pari a 1,3 g/mL, per esempio, indica che a 1,3 g corrisponde un volume di 1 mL, quindi a una massa circa 10 volte maggiore deve corrispondere un volume maggiore d i 10 mL. RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

L'area di un rettangolo (5) ti calcola moltiplicando la base LAS) per l'altezza

Devi prelevare due campioni d i 100 mL di olio d'oliva utilizzando una

(80). Nella tua classe, qualcuno sostiene

bilantia. Sapendo che la densità è

che la lunghezza d i AB si ricava

U,916 g/mL svolgi i calcoli, da cui risulta

moltiplicando 5 per SC.

a}

che dovrai prelevare 0,00916 q d'olio.

D i m o sche t rla a sua ipotesi è errata

&} I l tuo calcoloè cometto?

utilizzando le unità cdi misura.

b}) Quale errore potresti aver C O M O

b ) Qual è la formula inversa corretta d a

applicare?

nello s v o l g e riecalcoli?

€] Come puoi verificare il risultato?

CAPITOLO fl Le misure e le grandezze 1 9

z

CHIMICA E SOSTENIBILITÀ

LE MISURE E L'ERRORE

Lo stesso vale per moltissimi sistemi, anche complessi come le previtioni sui cambiamenti climatici o le misure del prodotto inper l'irmpasto di una torta con un contenitore graduato, conmaet- terno di una Nazione. uando misuriamo la massa del nostro corpo con la bilancia, i l tempo di uno atto con u n cronometro o i l volume d i latte

tiamo una serie di errori. Ogni misura che etfettuiamo, nella vita quotidiana o in laboratorio, è legata a un'incertezza. L'incertezza dipende da diversi tipi di errore. Quando l'errore è dovuto allo strumento si parla di errore sistematico d i tipo strumentale; quando è causato dall'operatore o dall'operatrice, cioè da chi esegue la misura, siamo d i fronte a u n

errore accidentale o casuale. Per quanto inevitabili, gli errori non vanno sottovalutati. Par esempio, durante la finale 100 metri stile libero dei Giochi Olimpici d i Roma, rel 1960, i tre monitor installati a bordo vasca per rilevare l'arrivo dei nuotatori diedero u n risultato diverso di u n decimo d i secondo uno dall'altro. Tanto è bastato per attribuire la medaglia d'oro all'atleta che, come sì verificò i n seguito gra-

zie alle riprese al rallentatore, era arrivato secondo. Dodici anni dopo, durante le Olimpiadi d i Monaco del 1972, si verificò una si-

tuazione analoga durante la gara dei 400 misti: due atleti toccarono i l muro praticamente nello stesso momento. In questo caso però, erano state introdotte le piastre d i rilevazione elettronica:

Le misure, quindi, possono essere utilizzate per prendere decisioni che influiscono più o meno direttamente sulla nostra vita, sulla nostra salute e i l nostro benessere. Per questo gli errori attociati alle misurazioni devono essere sempre minimizzati è termuti i n considerazione.

Per minimizzare gli errori sperimentali si possono usare strumenti e procedure automatizzate, ma occorre anche seguire delle buone pratiche d i laboratorio (GLP. Good Laboratory Practice). Pensiamo per esempio a una torta confezionata e una fatta in casa. Quella confezionata h a sempre la stessa forma, l o stesso

spessore e lo stesso aspetto, sarà uniforme anche nel sapore anche se viene prodotta in stabilimenti diversi da persone diverse.La torta fatta in casa, d'altro canto, avrà sempre qualche variazione, per esempio perché commetti errori quando imposti la velocità della frusta o la temperatura del forno. Se la variabilità può estere u n valore aggiunto i n cucina, è fondamentale ridurlà a l minime quando ci troviamo i n un laboratorio o i n una fabbrica.

dl nuotatore svedese Larsson aveva toccato l'arrivo 3 decimi di secerndo prima dell'americano Mdcee. L'uso di una strumentazione

Per questo motivo esistono le SOP (Standard Operating Procedure), cioè dei protocolli che descrivono passo dopo passo le operazioni da compiere in laboratorio per eseguire una partico-

più avanzata, i n questo caso, h a permesso d i discriminare u n valore che non sarebbe stato percepibile dal solo occhio umano.

lare metodica, consentendo d i migliorare nel complesso l'efficienza e la qualità d i un'analisi.

Assegnare la medaglia a un atleta, tuttavia, non è l'unica Fagione per cui misurare gli errori è così importante (Figura A). Spesso, infatti, 1 valori ottenuti si usano per svolgere operazioni

matematiche. In questi casi, gli errori associati a dascun numero $i fluenzano a vicenda e si «propagano» con un effetto domino. Per esempio, nel calcolo della traiettoria di un oggetto che

Per garantire l'affidabilità dei risultati, l'Organizzazione internazionale per la Normazione, chiamata 156 (international Qrganization for Standardizationi, h a definito una serie d i norme tecniche e d i linee guida: queste identificano | requisiti necessari per raggiungere livelli d i qualità riconosciuti a livello internazio”

nale. Per esempio, la sigla UNI EN 150 9001 fa riferimento a uno degli standard più utilizzati per la gestione della qualità, ed è

deve essere lanciato i n orbita, non considerare u n minuscolo errore sulle misure iniziali può avere conseguenze disastrose sull’esito della missione, Quando una misura è sottoposta a operazioni Murmeriche, l'errore associato si propaga. La propagazione deve

l'efficatia e l'efficienza nella realizzazione del prodotto e nall'e-

essere considerata nell'espressione del risultato finale. Nella nostra società le misure svolgono u n ruolo fondamentale: permettono di produrre i dati che vengono utilizzati per

rogazione del servizio, ottenere e incrementare la soddisfazione del cliente finale del processo (Figura E}. I n condusione, l'errore non si può eliminare o sottovalutare,

prendere decisioni. Nol stessi controlliamo l e previsioni meteo prima d i andare i n

perché accompagna ogni operazione sperimentale, dalla pratica al calcolo. Inoltre, produce sempre un effetto: I n altre parcia, il suo campo non è limitato a l momento i n cui si effettua la singola misura, ma influenza le operazioni succesiive fino al risultato

montagna o al mare, confrontiamo i l numero delle scarpe prima di scegliere quale acquistare, verifichiamo gli orari degli autobus prima d i metterci i n viaggio. Allo stesso modo, per esempio, le mi-

fmale.

Gli errori non sono un'esciusiva degli esseri umani: anche le macchine che vengono utilizzate per effettuare misure statisti-

camente possono commettere errori. Tuttavia è nostro compito, come operatrici e operatori, riuscite a minimizzari.

G o r o d e n kftsoh

Jacob Lund sbhutuersiock

ttarstock

sure che permettono cdi valutare la potabilità dell'acqua, stabilire se un terreno è contaminato o monitorare | gas di scarico dei mezzi d i trasporto, possono essere utilizzate dalle istituzioni per elaborare leggi e normative per proteggere l a salute e l'ambiente.

diffuso non solo nei laboratori d i analisi ma i n tutti i settori produttivi. Ha l o scopo d i condurre i processi aziendali, migliorare

Fiqura A Registrazione del movimento e delle prestazioni di un'atileta con dei s e n s odi r i movimento in un l a b o r a t o rdi i oscienze dello sport.

Figura EB Nei laboratori scientifici, indipendentemente dalla disciplina di cui di si ocrupa, quantificare gli errori delle misure è minimizzarii è parte dell'attività quotidiana.

BIO

CHIMICA E SOSTENIBILITÀ

LE DONNE NELLA SCIENZA essuno mette i n dubbio che donne e uomini, in E u r o peanel

nostra Paese abbiano gli stesi diritti: si tratta infatti di un principio fondamentale, Tuttavia, anche nel nostro Passa la pa-

L'andamento è simile in tutta Europa. Nella maggior parte dei paesi europei, infatti, le donne sono la maggioranza degli stu-

denti e dei laureati, circa la metà dei dottorandi e dei Post-Doc,

rità tra i due generi è ancora lontana. L'italia, infatti, occupa i l

m a poche diventano ricercatrici è ancor meno raggiungono livelli

saettantesimo posto nella classifica del World Economic Forum: si registra una disparità nella rappresentanza politica sia i n termini d i quantità sia d i età rispetto agli uomini, nella rappresentanza politica, nel salario e nelle possibilità di crescita professionale. Esistormo anche differenze nel trattamento sanitario. in passato, infatti, lo squardo della medicina e della ricerca biomedica è stato quasi sempre incentrato sul paradigma di u n «paziente madio» d i riferimento che, storicamente, corrispondeva a u n m -

apicali. I n Europa, considerando la carriera universitaria nel suo complesso, solo i l 33% dei ricercatori sono donne. Nelle materie STEM (Science Technology Engineering Mativematics) la percenr tuale delle donne è considerabilmernte più bassa a tutti i livelli della carriera universitaria. In Europa nel 2016 le donne erano i l 32% degli studenti e i l 15% tra i Professori Ordinari. In questo caso sì parla di «non forbice delle carriere» poiché la percentuale degli uomini è nettamente superiore a quella delle donne a tutti i livelli. Ancora poche ragazze, per esempio, si iscrivono a inqgegrne-

dividuo maschio, giovane e bianco. Questo «strabismo di genere» ha portato a una medicina androcentrica, i n cui l'imteresse specifica per le donne si linvitava alla salute riproduttiva e gestazionale, Questo approccio così sbilanciato si è riproposto per decenni, n modo quasi automatico, anche sulle sperimentazioni diniche, che

ria: questo è dovuto principalmente agli stereotipi di genere, che condizionano spesso la scelta universitaria.

fluttuazioni ormonali che scandiscono la vita delle donne possono

I l termine stereotipo fu coniato nel 1798 da Didot, uno stampatore francese, che si riferiva a copie di stampa su carta pressata. Nel 1922 Ww. Lippimann lo ha applicato all'opinione pubblica, riferendosi al fatto che spesso si ricorre a semplificazioni par orientarsi i n u n contesto poco conosciuto. Gli stereotipi, quindi, cd aiutano a confrontarci con realtà diverse o sconosciute. Talvolta, tuttavia, quando ci sembra che i l mondo per come ka cono» stiamo sia minacciato, prendono il sopravvento. Gli stereotipi assumono allora lo status di giudizi che categorizzano fatti o per-

influire sull'efficacia di un farmaco. Per rispondere a questa esi-

sone: diventano i n altri termini pregiudizi.

genza, rmegli anni Novanta del Novecento è nata la medicina di ge-

Uno steregtipo diffuso riquarda la presunta incapacità delle donne in ambito logico-matematico. Anche se i dati sperinmmantali

molto spesso reclutavano gruppi composti per l o più da uomini. |

risultati finali di questi studi venivano poi estesi alle donne, considarate —erroneamente — equivalenti agli uomini dal punto d i vista farmacologico e medico. Eppure, alcuni indizi che le donne non fossero, dal punto di vista fisiologico, così equivalenti agli uomini

rano wsiti proprio nelle motivazioni per cui, per anni, ese eran o state escluse d a motti studi clinici. Per esempio, le periodiche

mare che, i n accordo con l'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMSI, si occupa delle caratteristiche biologiche (legate al sesso) e

hanno dimostrato che le funzioni neurali connesse alla comprensocioculturali (definite dal genere) che influenzano la salute del- sione della matematica sono simili tra i bambini e le bambine, i l le persone. l’obiettivo è identificare è comprendere i meccanismi pregiudizio nei confronti delle capacità scientifiche delle donne con cui i l sesso biologico e le differenze di genere influiscono sulla prevenzione e l'insorgenza delle malattie, sull’etficacia dei trattamenti o sulla comparsa di effetti avversi causati dalle terapie.

Allargando l'osservatorio a livello globale, la situazione delle donne nella scienza non cambia: i l divarto d i genere sì t o r

Le differenze di genere riquardano anche l'istruzione. Dal

ferma anche al livello internazionale. Un accesso più ampio delle

permane i n molti uomini, compresi non pochi ricercatori.

2003, la Commissione Europea pubblica collezioni d i dati stati-

ragazze alle discipline STEM contribuirebbe all'eliminazione del

stici sulla la presenza delle donne nella scienza a livello Europeo, chie sono raccolti nei report «She Fiqurese. Secondo l’ultimo report (del 2018), rel 2016 i n Europa l e donne sono la maggioranza degli studenti e dei laureati a Ilvello di Bachelor e Master e sono circa la metà degli studenti di PhD (dottorato d i ricerca). Salendo di livello, però, sì apre la coskidetta «forbice delle carriere», ciok La percentuale delle donne decresce rapidamente mentre quella dagli uomini cresce: sono donna solo I l 24% dei Professori Ordinari (Figura A).

divario d i genere e le renderebbe più capaci di sfruttare le opportunità d i lavoro, i n continua crescita, legate a queste discipline. Questàò aumenterebbe anche l'occupazione giovanile, una questione economica legata alla giustizia sociale e al benessere globale. Questi dati sono, quindi, u n invito alle ragazze e ai ragazzi a far proprie le sfide del futuro, a essere cittadina d i u n pianeta

sempre più interconnezo e a far valere una cultura della parità d i diritti per una socketà più aperta, solidale e sostenibile: una

società più giusta, per tutte e tutti.

%“

100 0

-

BO -

Figura A Y

A 8 B GRADE 8 GRADECC GRADE ISCED ISCEO 647 ISCED 6A? S C E D docenti docenti ricercatori laureati dottorandi dottori iscretti # & d i seconda di prima & iscritte fascia all'univeriità inurazie dottorande dottorema ricencatrici fascia

Percentuale di donne {curva arancione) e uomini (curva bluj nella carriera universitaria in EU 2013-2016, She Fiqures 2018.

CAPITOLO fl Le misure e le grandezze J I

Usa le parole evidenziate nella mappa per costruire il glossarto del capitolo. Puoi realizzarlo sul tuo quaderno oppure su un file condiviso con la classe.

| PESO PN)

| |

TEMPERATURA

CALORE

fornisce una misura di

energia che si

quarto u n corpo è caldo o freddo N

|

hh

lunghezza

!]m

tempo

î_]5

FORZA con cul u n corpo d i MASSA m è attratto verso i l

intensità di corrente

|7_|A

centro della Terra: P = m - g

temperatura

TT |K I

quantità d i sostanza | n | mot intensità lummosa |, |10*m

{ > 1000 nm}

miscugli eterogenei le cui particelle hanno un diametro compreso tra 10°* m e 10°‘ m {tra 1 n m e 10° nm) si dicono colloidi. 1componenti dei Î

colloidi sono la fase dispersa {che corrisponde al soluto} e la fase disperdente (che corrisponde al solvente). Se la fase disperdente liquida o gassosa prevale su quella solida, si ha il sol, come l'albume dell’uovo. Se prevale la

fase solida si ha il gel, come la gelatina, che diventa liquida per riscaldamento. L'aerosol è un colloide formato da un liquido con l'aria. Possiamo classificare i sistemi sulla base delle dimensioni delle particelle che li costituiscono (Tabella 3).

RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Le mvicroplastiche sono particelle con dimentioni comprete tra

Che tosta accade se: la maionese? o ) s c a l d i a ma abagnomaria b} si agita a lungo una piccola quantità di panna?

0,1 è 5000 pun. Quando si può parlare di colloidì * quando d i miscugli eterogenel, se le si trova disperse in acqua?

LA SOLUBILITÀ Quando versiamo un cucchiaino di zucchero in un bicchiere di acqua non riusciamo più a distinguere i cristalli di zucchero: otteniamo un miscuglio amogeneo. Se continuiamo ad aggiungere zucchero mescolando, questo a u n certo punto smette d i sciogliersi e rimane solido, formando i l corpo di fondo. Siamo in presenza di u n miscuglio eterogeneo e la soluzione si dice satura. cioè contiene la quantità massima possibile di soluto (Figura 8).

La solubilità è la quantità massima di soluto che si può sciogliere in una

determinata quantità di solvente a una certa temperatura. Carlo Gardini, Parma

Fiqura 8 Una soluzione satura d i a c q u a e zucchero.

La solubilità: . dipende dalleproprietà di soluto e solvente. Per esempio, la benzina è insolubile i n acqua, ma forma un miscuglio omogeneo con l'olio; . dipende dalla temperatura. D i solito, la solubilità di solidi e liquidi aumenta all'aumentare della temperatura (Figura 9). I gas invece sono più solubili a basse temperature e alte pressioni. +

p

175 150

r

125.

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100-

|

L a solubilità d e i liquidi aumenta all'aumentare

|

della temperatura, ma ci

Ki.)

*

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25

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p= = 2

È

sostanze i n funzione della temperatura.

|

È

8

Andamento della solubilità di alcune

O

.

E

°x

Figura 9

|

I

'

sono delle eccezioni: per

”

esempio, la temperatura

ha un effetto trascurabile

0.

i

2.

cloruro di disodioi

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0

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Li

10

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0

Li

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i

sulla solubilità del sale da cucina, l l cloruro d i sodio. _

Li

=

9%

temperatura (*C}

Osserva i l grafico della Figura @ e rispondi alle domande. i F g del cloruro di sodio all'aumentare A} Come varia la solubilità della temperatura?

QBosenando il grafico di Figura 9 sapresti dire the cosa succede se 1i 0 0mL di soluzionedi nitrato di potassio (KNO:), iui

b ) A quale temperatura l a solubilità del cloruro d i sodio è

satura a 6 0 *"C, sono lasciati raffreddare fino alla temperatura

d i rane? u g u a laequella del solfato a 10 *C fra la tre solubile più d indica la sostanza

di 30 "CC? E l cone cosa

i

a una bevanda

se

viene

lasci

aperta e fuori dal frigorifero? i o n i della materia 4 5 CAPITOLO2 Le t r a s f o r m a z fisiche

LA CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI L'acqua d i mare, u n tè, i l liquido per conservare le lenti a contatto sono

esempi di soluzioni con le quali potresti avere a che fare nella vita di tutti giorni (Video).

B i Video + Come ti prepara una soluzione?

* Come è fatta una soluzione?

Le soluzioni che contengono piccole quantità di soluto sono dette diluite, quelle con elevate quantità di soluto si dicono concentrate (Figura 46).

Figura 1 0 Una soluzione più concentrata LA)

contiene una maggiore quantità di soluto nell'unità di volume rispetto a una soluzione p i ù diluita (B)}.

k

Matteo D i Grotia, Fologna

I due termini hanno però un significato poco preciso. In chimica, invece,

è necessario definire in modo rigoroso la concentrazione delle soluzioni.

La c o n c e n t r a zdii ouna n esoluzione è il rapporto tra laq u a n t idi t àsoluto RIFLETTI E IPOTIZZA

e la quantità d i soluzione (o d i solvente) in cui il soluto è disciolto. |

In 350 mL di una soluzione atcuosa sono disciolti 105 q di cloruro d i calcio, un sale impiegato core antighiaccio sulle strade. Determina

la concentrazione in grammi per litro ot).

Determinare la concentrazione permette di confrontare soluzioni con volumi diversi. Prendiamo in esame due soluzioni: la prima contiene 1,2 g d i sale da cucina i n 100 m L d i soluzione, la seconda 4,5 g in 0,50 L . Quale è più salata? La concentrazione, espressa i n grammi per litro (g/L), della prima soluzione è 12 g/L (1,2 g/0,100 L} mentre per la seconda otteniamo u n valore di 9,0 g/L (4,5 g/0,50 L). Quindi la prima soluzione è più salata.

4

LE CONCENTRAZIONI PERCENTUALI

La concentrazione percentuale delle soluzioni indica sempre le parti di soluto contenute in 100 parti di soluzione. [ n base a come esprimiamo la quantità d i soluto e d i soluzione possiamo parlare d i percentuale in massa,

in volume e in massa su volume. Se per il soluto e per la soluzione si usano le stesse unità di misura, la concentrazione percentuale è adimensionale, cioè non è seguita da unità di misura (Tabella 4). Tabella 4 | modi i n cui tie s p r i m o nle o unità di

misura della concentrazione.

Concentrazione

|Formula

percentuale i n massa

% min = n

in volume percentuale

% V V= a g i

-100

percentuale i n massa su volume

%

mV= p e

100

© - 100

LA CONCENTRAZIONE DELLE SOLUZIONI L'acqua d i mare, u n tè, i l liquido per conservare le lenti a contatto sono

esempi di soluzioni con le quali potresti avere a che fare nella vita di tutti giorni (Video).

B i Video + Come ti prepara una soluzione?

* Come è fatta una soluzione?

Le soluzioni che contengono piccole quantità di soluto sono dette diluite, quelle con elevate quantità di soluto si dicono concentrate (Figura 46).

Figura 1 0 Una soluzione più concentrata LA)

contiene una maggiore quantità di soluto nell'unità di volume rispetto a una soluzione p i ù diluita (B)}.

k

Matteo D i Grotia, Fologna

I due termini hanno però un significato poco preciso. In chimica, invece,

è necessario definire in modo rigoroso la concentrazione delle soluzioni.

La c o n c e n t r a zdii ouna n esoluzione è il rapporto tra laq u a n t idi t àsoluto RIFLETTI E IPOTIZZA

e la quantità d i soluzione (o d i solvente) in cui il soluto è disciolto. |

In 350 mL di una soluzione atcuosa sono disciolti 105 q di cloruro d i calcio, un sale impiegato core antighiaccio sulle strade. Determina

la concentrazione in grammi per litro ot).

Determinare la concentrazione permette di confrontare soluzioni con volumi diversi. Prendiamo in esame due soluzioni: la prima contiene 1,2 g d i sale da cucina i n 100 m L d i soluzione, la seconda 4,5 g in 0,50 L . Quale è più salata? La concentrazione, espressa i n grammi per litro (g/L), della prima soluzione è 12 g/L (1,2 g/0,100 L} mentre per la seconda otteniamo u n valore di 9,0 g/L (4,5 g/0,50 L). Quindi la prima soluzione è più salata.

4

LE CONCENTRAZIONI PERCENTUALI

La concentrazione percentuale delle soluzioni indica sempre le parti di soluto contenute in 100 parti di soluzione. [ n base a come esprimiamo la quantità d i soluto e d i soluzione possiamo parlare d i percentuale in massa,

in volume e in massa su volume. Se per il soluto e per la soluzione si usano le stesse unità di misura, la concentrazione percentuale è adimensionale, cioè non è seguita da unità di misura (Tabella 4). Tabella 4 | modi i n cui tie s p r i m o nle o unità di

misura della concentrazione.

Concentrazione

|Formula

percentuale i n massa

% min = n

in volume percentuale

% V V= a g i

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percentuale i n massa su volume

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mV= p e

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1. La c o n c e n t r a zpercentuale ione in massa (% #1/m) i n d i cla a quantità di soluto, espresso in grammi, sciolta in 100 g di soluzione:

Per esempio, sciogliendo 150 g di sale da cucina in 850 g di acqua, ottenia-

Carte Gardin, Farra

mo una soluzione che ha una concentrazione pari al 15,0% m/m. Infatti:

| massa solvente — 850 g |

| massa s o l u t o- 150 g

massa soluzione — 1 0 0 0 |

La massa della soluzione corrisponde alla somma della massa del soluto

con la massa del solvente: = Misolato 1 Mio t r e n=t e190 g + 850 g = 1 0 0 0g Misoluzione

Applichiamo ora la formula per ottenere la % m/m:

Mscluto (E)

_ 108

‘ 1 0 0= 15,0% ri1/m

2. La concentrazione percentuale in volume (% V/V} i n d i cilavolume di soluto,espresso in millilitri. sciolto in 100 mL di soluzione: % V I V=

Viuluto (ML) Viatuzione ( M L )

100 '

La percentuale V V s i usa per

Quando si mescolano dei liquidi, è importante fare attenzione a possibili

esprimere la concentrazione di alcol

aumenti o diminuzioni d i volume: il volume della soluzione, infatti, non isponde sempre alla somma del volume del soluto e del solvente.‘ È im-

“tiliconelle bevande alcoliche. Par leggiamo che ©sempio,se inet i l vivo ha 12° (gradi alcolici), significa

corrisponde semp

|

portante ricordare però che la massa rimane sempre costante.

3. La concentrazione percentuale i n massa su volume (% m/V) in-

dica la quantità di soluto i n grammi sciolta in 100 mL di soluzione: % mi V =

NM olio

©

Violazione (ML)

che la concentrazione percentuale in

volume dell'alcol etilicoè pari al 12% VV: quindi in 100 mL di vino sona

disciolti 12m i di alcol.

100

Per esempio, una soluzione al 30% m/V contiene 30 g di soluto in 100 mL di soluzione. Per passare dalla concentrazione percentuale i n massa su volumea quella p e r c e n t uina massa l e e viceversa, si deveconoscere la densità della soluzione:

% MIV = % mim d Quando sciogliamo una sostanza solida i n u n solvente liquido, la soluzio-

ne che si forma ha densità più alta di quella del solvente; inoltre, maggiore è la concentrazione del soluto, maggiore è la densità. Una soluzione di due E video sostanze allo stato liquido, come acqua e alcol, invece, ha densità interme-

che cosa influenza

dia rispetto a quella delle sostanzepure (Video).

la densità delle soluzioni?

i materia z i o ndella CAPITOLO 2 Le t r a s f o r m afisiche

247

@

ora PROVA TU

In quale volume devono essere sciolti 3,60 grammi di soluto per avere una soluzione 1,50% m/V? @ FA! UN PASSO I N PIÙ

Determina la concentrazione percentuale m/m di una soluzione ottenuta mescolando 100 g di una soluzione salina al 2,50% con 15,0g di una soluzione salina al 3,00%. RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

In laboratorio devi preparare una soluzione al 20% mim di dorurodi sodio (NaCI}. Sai che devip e s a r 2e0 q diNati e scioglierli i n 80 g di acqua distillata. Commetti u n errore e pesi una quantità esattamente doppia di NaCl. Come puoi ottenere una soluzione al 20% mim senza eseguire una nuova pesata?

Che cosa succede m e s c o l a ndue d o soluzioni di dorura di sodio, la prima al 2,5% mm e la seconda al 3,5% m i ? Quala sarà la concentrazione in % m/V della soluzione finale se 100 mL della prima tono mescolati a 100 mL della seconda, sapendo che la densità della prima soluzione è pari a 1,3 gfmL?

PRINCIPALI METODI DI SEPARAZIONE DEI MISCUGLI |

La Tabella 5 indica le principali tecniche di separazione dei componenti

dei miscugli omogenei ed eterogenei. Tecnica

|vincipio di separazione |'emeio |

|

filtrazione dimensione setacciatura . decantazione

centrifugazione

estrazione cromatografia

distillazione

pom

|

|omogenai |eterogene!

|

dei miscugli.

delle particelle .°

Fa

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11

117

114

LE PARTICELLE ELEMENTARI DI UN COMPOSTO: MOLECOLE O IONI Immaginiamo di suddividere in porzioni via via più piccole una goccia d'acqua: la parte più piccola ottenuta dalla suddivisione della goccia che Figura134 conserva le proprietà chimiche della sostanza è la molecola d'acqua. Le molecole dei compasti, a differenza di quelle degli elementi, sono Modelli molecolari di composti costituite da atomi diversi. Anche nelle molecole dei composti, come in n i o ei didattici: quelle

degli

elementi,

gli

atomi s i combinano s e c o n d o

rapporti

definiti

e

costanti (Figura 13).

a livello microscopico gli atomi degli

alementi non sono colorati.

ce

a

Ù

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-

le

il

molecola di dicssido

CI ll

i

mnlarcia di matano

molecola d i strunoniacta

di carbonio GurstoamagesrsPL AGE

sPLALF

Shutterstock

Tutti i composti costituiti da molecole sono chiamati compostimolecolari, ma esistono anche i composti ionici. Le unità costitutive dei composti ioni-

ci sono gli ioni e non le molecole. Si definiscono ioni gli atorni o i gruppi di atomi con una o più cariche elettriche,positive o negative. Gli ioni carichi positivamente si chiamano cationi, quelli carichi negativamente si dicono anioni.

CAPITOLO ® Dalle trasformazioni chimiche alta teoria momica 8 5

Sono pochi gli elementi che in natura esistono come molecole elementari, che sono cioè formate da due o più atomi uguali (Figura12):

* idrogeno, ossigeno, azoto, fluoro, cloro,bromo e iodio sono costituiti da molecole formate da due atomi uguali;

12 . fosforo e arsenico esistono sotto forma di molecole costituite da Figura quattro atomi; «zolfo e selenio' possiedono molecole ancora più complesse formate

da sistemi che arrivano ad avere anche otto atomi.

La posizione nesta‘avola periodica sono elementi. In

e

ostia giallo

i

indicati

da m ecole

poliatomiche. 18

GRUPPI 1

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LE PARTICELLE ELEMENTARI DI UN COMPOSTO: MOLECOLE O IONI Immaginiamo di suddividere in porzioni via via più piccole una goccia d'acqua: la parte più piccola ottenuta dalla suddivisione della goccia che Figura134 conserva le proprietà chimiche della sostanza è la molecola d'acqua. Le molecole dei compasti, a differenza di quelle degli elementi, sono Modelli molecolari di composti costituite da atomi diversi. Anche nelle molecole dei composti, come in n i o ei didattici: quelle

degli

elementi,

gli

atomi s i combinano s e c o n d o

rapporti

definiti

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a livello microscopico gli atomi degli

alementi non sono colorati.

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di carbonio GurstoamagesrsPL AGE

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Tutti i composti costituiti da molecole sono chiamati compostimolecolari, ma esistono anche i composti ionici. Le unità costitutive dei composti ioni-

ci sono gli ioni e non le molecole. Si definiscono ioni gli atorni o i gruppi di atomi con una o più cariche elettriche,positive o negative. Gli ioni carichi positivamente si chiamano cationi, quelli carichi negativamente si dicono anioni.

CAPITOLO ® Dalle trasformazioni chimiche alta teoria momica 8 5

I composti ionici sono formati da ioni positivi e negativi che si alternano in modo ordinato. În un composto ionico o in una sua soluzione acquosa,

la sormrma totale delle carichenegative è sempre uguale a quella delle cariche positive. Il composto ionico più comune è il cloruro di sodio, il sale da cucina (Figura 14). Figura14 LA) Le particelle elementari dell'acqua sono le molecole d'acqua. (6) | composti ionici come ilcloruro di sodio sono costituiti da un reticolodi ioni positivi e

B

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È

doruro d i sodio

LE FORMULE CHIMICHE

Ogni sostanza pura si può rappresentare con unaformula chimica.

La formula chimica di una sostanza indica da quali elementi è costituita e quanti atorni contiene ciascun elemento.

Il gas neon è formato da singoli atomi, quindi la formula, Ne, coincide con il suo simbolo. L'ossigeno, invece, è un elemento le cui molecole diatomi-

che hanno formula chimica O,, cioè sono formate da due atomi di ossigeno legati. Il numero 2 in basso a destra del simbolo è chiamato indice numerico

e specifica il numero di atorni dello stesso elemento legati nella molecola {Figura #9). Il numero 1 si omette. Figura‘ 4 Heon, fiuore e fostoro.

è

@

Neon, N e

=

Munverico

Fiuoro, ”

Fosforo, Pa

L'acqua è un composto molecolare. Ogni molecola d'acqua è costituita da due atomi di idrogeno e da uno di ossigeno, legati sempre nello stesso rapporto di combinazione (2:1). La formula chimica dell’acqua, quindi, è H.+O, che si legge «acca due o». La massa d'acqua i n u n bicchiere è formata

da milioni e milioni di molecole d’acqua, ciascuna con la stessa formula chimica {Figura16). Figura16

modello

modelloa

in La molecola dell'acqua rappresentata

a stare compatte

s t a r e bastoncini

due modi diversi.

N,

A

Davanti a ciascuna formula si può scrivere u n numero che indica quante particelle corrispondono a quella formula; dire 3 H;O equivale a dire 3 molecole d'acqua. Attenzione, quindi! Scrivere 2 Ò non equivale a scrivere

Q..perché O e 0 ; sono due specie diverse (Figura17). molecola di

numero di molecole

i

di ossigeno

>3 O

Figura 17

numero di atomi di ossigeno in ogni molecola

Tre molecole di ossigeno.

=

Li) L i

N u m e rdio atomi di O s s i g e n3ox: 2 = 6

Re Nelle formule chimiche i pedici evidenziano anche i raggruppamenti di atomi. Per esempio, nella formula dell’idrossido ferrico Fe(OH), il pedice 3 moltiplica per 3 tutti gli indici degli atomi dentro la parentesi. Quindi: 1 atomo d i ferro, 3 atomi d i ossigeno e 3 d i idrogeno. 3 a t o mdi i ossigeno

3 a t o mdi i kirogeno

Per rappresentare uno ione si scrive il simbolo dell'elemento (o degli elementi che costituiscono il gruppo di atomi) riportando in alto a destra il

tipo e il numero delle cariche elettriche che possiede. La scritta Na’ indica lo ione sodio, cioè un catione con una sola carica elettrica positiva; O?” indica lo ione dell'ossigeno, cioè un anione con due cariche elettriche negative. UNA Carica positiva

due cariche negative

su un atomo d i sodio

s u un atomo d i ossigeno

_)

ì

, da molecole, laformula di un Poiché i composti ionici non” sono costituiti composto ionico non indica una molecola ma il rapporto in cuisi trovano le particelle

che lo

costiluisconao. P e r

esempio,

l a formula

NaCl

indica

che nel

cloruro d i sodio per ogni Na* è presente u n Cl”.

B i Scheda Trasporto green: quanto diossido

di carbonio stiamo risparmiando?

RIFLETTI E RISPONDI

Q Suddividi le formule delle specie chimiche In: formule che

che rappresentano: | 2 P R le formule chimiche

rappresentano atomi, formule che rappresentano molecole di

2} due atomi di atoto

elementi e formule che rappresentano molecole di composti. Cl. H O , Fe, Mq, Na, Xe, CO, NHa, Hz, HyPO,

b) due molecole di azoto Ca colonna di frazionamento

BIO

CHIMICA E SOSTENIBILITÀ

LA COMUNITÀ SCIENTIFICA è chimica è una scienza sperimentale: si avvale, cioè, del nietodo scientifico. Il metodo stimamntifico nasce con Galileo Galiki

(1564-1642), i l cui approccio si distingue dal modo i n cul | precedenti filosofi portavano avanti le loro indagini sul mondo. In

particolare, i l metodo scientifico si basa su alcuni passaggi fondamentali a cui tutte le scienziate e gli scienziati devono attenersi.

Per esempio, per studiare lo stato di salute e l'inquinamento del serve Mtegrare competenze diverse i n u n gruppo orge nizzato che sappla raccogliere è analizzare | campioni d'acqua. {Uccorrerà esperienza i n biologia marina, per riconoscere le spece che popolano il mare e studiare qli effetti degli inquinanti Mate,

Di questi, quello che più d i tutti contraddistingue u n approccdo

su di esse, e in meteorologia, per indagare le correnti atmosferiche è marine è splegare gli spostamenti degli Inquinanti. Una

scientifico è i l momento della verifica sperimentale. Le tappe di

sola figura non potrebbe m a i avere tutte le competenze richieste

questo nuovo metodo possono essere schematizzate così: 1. osservazione d i u n fenomeno che genera un interrogativo; 2 formulazione di un'ipotesi, cioè di una potenziale risposta all'interrogativo, provvisoria m a i l più possibile generalizzata; 3. verifica della validità dell'ipotesi attravemo una serie d i esperimaenti;

4. la validazione dell'ipotesi se i risultati degli esperimenti sono in accordo con essa o la sua confutazione se i

risultati sono in

disaccordo. In questo caso, l'ipotesi può essere correttà cppiure abbandonata. Questi passaggi, che possono essere arricchiti, approfonditi, analizzati sotto diverse prospettivee dedinati in modo diverso in fun-

o r e degli esperimenti c h esistanno svolgendo, costituiscono urna traccia motto utile per discernere se siamo di fronte a un esperimento scientifico a meno. Galileo Galilei, per aver elaborato questa procedura, è considerato i l padre del metodo scientifico e della sdenza modema. Tuttavia, i l modo in cui operava era molto diverso dall'attività che si svolge oggi nei laboratori d i tutto i l nvondo. Galileo, come molti suoi contemporanei, sì dedicava agli studi

in modo solitario, a volte circondato dai suoi allievi. Nonostante le università fossero già abbastanza diffuse, gli scambi di infor-

{Figura A). Inoltre, anche i n qruppi ben strutturati nei quali di

sona figure con diverse specializzazioni, capita di affrontare u n problema nuovo per rischere il quale non si hanno tutte le c o m petenze o gli strumenti necessari. In questi casi nascono le collaborazioni tra gruppi d i ricerca. Una collaborazione può essere u n semplice consiglio oppure la condivisione di figure professionali, materiali e strumenti. Sempre più spesso, inoltre, occorre orga-

nizzare più qruppi di ricerca in super-gruppi, per avviare insiene . si costruiscono Col un imuoaso studio, cio un progettodi n i t e m a connessioni i n base all'obiettivo prefissato, al quale ognuno contribuisce in base alle proprie competenze e disponibilità. Oggi. inoltre, la ricerca necessita di importanti risorse umane ed economiche: i finanziamenti sono quindi fondamentali per acquistare le strumentazioni è mantenerie efficienti, organizzare i l lavoro d i molte persone e l'attività di strutture grandi e complesse, formare e retribuire i l personale.

L'entità delle risorse necessarie alla ricerca è difficile da quare tificare perché le dimensioni degli imastimenti sono molto varia-

bili anche in funzione dei settori scientifici. | finanziamenti alle strutture di ricerca pubbliche, cioè alle Università o ai centri di ricerca dello Stato è delle Regioni, sono in larga parte stanzia»

mazioni erano scarsi e poco strutturati. Non esisteva ancora la Comunità di scienziati interconnessi e collegati tra loro dall'interza rete di rapporti e comunicazioni che chiamiamo comunità

t i dagli Stati, dalle tegioni e dagli organi sovrannazionali come l'Unione Europea. Fiù raramente arrivano da privati o dalle ir-

scientifica. Oggi le conoscenze scientifiche sono vastissime e in

terminati progetti d i ricerca che 1 finanziatori ritengono impor-

ciascun settore molto specialistiche. Questo rende quasi impossi-

tanti. Per ottenere i finanziamenti i gruppi devono rispondere a

bile che un solo studioso possa eccellere in motti campi di ricerca, come accadeva per i filosofi naturali o per i primi scienziati. Per

competenze sul tema richiesto.

dustrie. in molti casi le risorse sono assegnate per svolgere de-

un bando scrivendo un progetto e dimostrando di avere ottime |

progetti, quindi, sono valuta-

questo, per poter dare i l proprio contributo al progresso della conoscenza, ognuno deve specializzarsi e comprendere a fondo u n limitato settore ci studi. Ciò ha l'importante conseguenza che

ti da commissioni: soloi migliori ottengonoi finanziamenti per

ricercatrici e ricercatori non possono più lavorare in modo autonomo, ma devono unire gli sforzi è condividere il sapere: solo così possono rispondere alle domande sempre più complesse che sì pongono la scienza e la società. Le screnziate e gli scienziati,

Galileo, in cui un solitario e geniale pensatore elaborava leggi è teorie sulle discipline più disparate. | progressi tecnologia, l'a

svolgere i l lavoro.

I l mondo della scienza è cambiato molto rispetto all'epoca d i

vanzanenito culturale, l'evoluzione della società, che si aspetta

d i avere dalla ricerca benefici tangibili, la necessità d i finanzia-

Oggi, si organizzano i n gruppi d i ricerca, i cui membri condividomenti pubblici e l'intercornmestione tra Paesi. culture e individui no l'obiettivo di studio e cercano di approfondire la conoscenza harmo fatto evolvere, in un certo senso, anche lo stesso metodo

di u n sistema © d i sviluppare insieme nuove tecnologie.

o n Am

pn

ca

i

= Figura A Hei qruppi d i ricerca gli screnziati condividono laboraton e strumentazioni, che possono essere d i varia natura i n base al settore e all'obiattivo della ricarca.

CAPITOLO 44 La teoriacinetico-molecolare

qu

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C i t M r i c Photo a n cLibrangaGi e

i

scientifico.

BIO

CHIMICA E SOSTENIBILITÀ

LA LETTERATURA SCIENTIFICA

uando studiamo la chimica, e I n generale gli argomenti sclentifici sui libri d i testo, siamo portati a immaginare la

sKienza come un edificio monolitico e immutabile, costituito di fatti certi e insindacabili. Nessuno, per esempio, si sognerebbe mal d i mettere i n discussione I l principio d i conservazione della massa © la legge generale dei gas. Queste leggi, infatti, hanno Superato con successo secoli d i verifiche sperimentali e d i tentativi di confutazione, dimostrando rel tempo di essere cornetti è affidabili: questo rende molto improbabile {ma non impossibile)

i l fatto che possano rivelarsi sbagliate. La situazione cambia, invece, quando si parla d i questioni che

riquardarno scoperte recenti, di cui si occupano le ricercatrici e i ricercatori nel mondo attuale: queste persone si pongono dalle domande, formulano ipotesi e mettono le proprie idee alla prova dei fatti e delle misure. Hanno studiato a lungo tutto quello

nio & quindi disponibili a tutta la comunità scientifica. Per esempio, durante la diffusione di SARS-CoV-2, molte conoscenze sono state condivise tra esperte e d esperti nel mondo in modalità pre-

pritit, thè senza essere prima validate dai pari come accade nella procedura standard d i pubblicazione. Mei primi quattro nessi della pandemia sono stati pubblicati 19386 articoli sul COVID-19, d i

cui un terzo in forma pre-print; un numero dre è cresciuto moltisSimo mario a mano che venivano sviluppati vatcini è indrviduate nuove varianti del virus. Questo processo è stato d i vitale importanza per procede rapidamente nell'acquisizione delle conoscenze e quindi prendere

decisioni a tutela della collettività rel modo più rapido possibile, come richiesto dalla situazione emergenziale che sì stava profilando. Tuttavia, sono stati pubblicati in questo modo anche articoli fraudolenti o che riportavano informazioni errate. A volta,

che c'è d i consolidato nell'argomento di cui si occupano, ma Si

questi sono stati diffusi anche al di fuori della comunità scientifi-

spingono appena oltre i l limite, u n passo nel mondo dell'ignoto. Questo significa che le loro scoperte non si possono considerare

ca è sono stati utilizzati da chi, per mancanza d i conoscenza o par interessi personali, voleva alimentare un clima di paura e starsa fiducia nella scienza durante un periodo di estrema difficoltà

fatti scientifici fino a quando non sono validate dall'intera comunità scientifica. Perché si possa effettuare questa validazione, ricercatrici e ricercatori condividono le loro scoperte, si confrontario e verificano reciprocamente | risultati ottenuti. Perché tutti questi scambi siarmo possibili, è fondamentale che chi fa ricerca possa conoscersi, comunicare e disporre d i u n modo affidabile e condiviso per scambiare le informazioni, le scoperte € le conoscenze. Tutto questo avviene, principalmente, attraver50 Forganizzazione di cormvegni è seminari, ma soprattutto per mazzo della letteratura scientifica. Ugni volta che u n gruppo di ricerca, è più raramente u n singolo ricercatore, realizza una scoperta, wrive su di essa un articolo, che riassume in modo sintetico ma accurato l‘ipotesi di par-

tenza, il metodo seguito e i risultati ottenuti. L'articolo è inviato (in termini tecnici si dice «sottomesso»} a una delle numerose ri-

viste scientifiche che sì dividono per settore e per importanza {Figura A). Queste, dopo una prima valutazione del comitato editoriale, inviano l'articolo a d altre scienziate o scienziati, esperti

dell'argomento trattato, che appartengono alla comunità scientifita a l pari degli autori {per questo detti peer, cioè pari). | peer svolgono un'accurata revisione per indicare al comitato

come quello pardemico.

Gli articoli scorretti vengono poi ritirati una volta che la revisione viene effettuata oppure quando vengono segnalati da altri esperti. Questo si verifica anche i n tempi molto rapidi, ma speso, purtroppo, l e informazioni fake continuano a circolare tra la piopolazione diffondendo paura e sfiducia. Una delle sfide nel monde della scienza, oggi, è quindi quella di trovare dei sistemi per garantire una maggior efficinza rella trasmissione delle informazioni, evitando che viaggino troppo in fretta quelle che non sono state validate dalla comunità scientifica. Allo stesso tempo, anche la collettività che fa uso dei dati e dei fatti scientifici si trova a d affrontare una grande responsabilità: comprendere a l meglio i l funzionamento della scienza, saper

distinguere i fatti scientifici dalle supposizioni e soprattutto dalle informazioni fake e mistificatrici. Di fronte al proliferare delle informazioni si tratta di u n compito davvero difficile, che richiede di conoscere, studiare e mantenere sempre u n atteggiarent o critico ma anche d i individuare e affidarsi a delle fonti sicune, tone

le istituzioni nazionali e internazionali.

editoriale della rivista se l'articolo è degno o meno di essere pub-

blicato. Possono anche chiedere che gli autori chiariscano alcuni aspetti, che svolgano ulteriori valutazioni o che comreggano erno-

ta

I

fi o imprecisioni per rendere l'articolo pubblicatele. Questo processo, detto d i peer revieving, cioè «revisione tra pari», ha l’obiettivo di garantire che gli articoli pubblicati sulle

i

«Le

ze

ge Pa

riviste scientifiche siano affidabili e i l più possibile corretti. Gli articoli, una volta pubblicati, costituiscono anche una fon-

ESE

1”

i

I LE

E

utilizzare nella propria ricerca, citando la fonte da cui ha preso spunto o informazioni. A sua volta, quindi, un articolo può essere citato in altre pubblicazioni scientifiche, acquisendo validità e Inm-

i

o

3 x

portanza: più u n articolo è citato più sì considera affidabile, utile e rilevante. Allo stesso modo, una rivista che pubblica articoli che vengono citati spesso sarà considerata prestigiosa e ambita.

wwi t ,

Sebbene n o n sia privo d i problemi, quello delle pubblicazioni scientifiche è al momento i l miglior strumento a disposizione per

diventino di pubblica domipo richiesto perché le Informazioni

è

I

f

tà scientifica: ciascuno può recuperare dati, procedure e idee da

dare autorevolezza e valore ai risultati degli esperimenti scientifici. Uno dei problemi associati a questo sistema è quello del tenm-

ORA,

Ga

.

t e preziosnsima d i miformazioni per tutto i l resto della comuni.

E5

FiguraA La copertina di una rivista sciantifica.

Usa le parole evidenziate nella mappa per costruire il glossario del capitolo. Puoi realizzarlo sul tuo quademo con la dasse. su un filecondiviso oppure

Unità di m i s u r a nel SI: HOULE LI)

1=N

m=

ENERGIA capacità di u n corpo di:

kg m? 37

* esequire LAVORO

Me]

CALCORIA (cal} 1 cal = 4,181

+ dipende da: FORZE ATTRATTIVE

tra particelle

dipende da: MOTO delle particelle

AUMENTA

E. media è

con I l

quantità di calore necessaria | per riscaldareda 14,5 *Ca 15,5 *C , i g d i acqua

lla

T assoluta

l

l ENERGIAPOTENZIALE |

associata a l movimento ,

trasterire CALORE

N

ENERGIA CINETICA

PROPORZIONAL E

RISCALDAMENTO

«

associata a l l a posizione

d i u n oggetto

dell'o

ggetto

1

E.= x m.vr!

I

I INCREMENTO DELLA T:

@

2

=m.g-h

__

J

aumenta E interna

)

aumenta distanza tra particelle

LEGGE diCONSERVAZIONE dell'ENERGIA

diminuiscono forze attrattive

i n qualsiasi processo l'ENERGLIA TOTALE 51 CONSERVA

== =

y

CALORE SPECIRCO {6ì quantità di ENERGLA SCAMBIATA da 1 k g d i materiale che provoca u n aumento o una diminuzione d i temperatura pari a d K

ENERGIA SCAMBIATA: Q = m - c - t t ; - 1 }

Li

A

l ANALISI TERMICA di una SOSTANZA PURA

grafico i n cui le tamperature sono registrate in funzione del tempo { a pressione costante} fornendo o sottraendo calore

SOSTANZE PURE Le t a SONO caratteristiche per ciascuna sostanza

MISCUGLI

per esemplo:

N O SOSTE TERMICHE

\

CURVA DI RISCALDAMENTO

= teo

Li @ La, variano a l variare della composizione relativa

l

[PI]

13

E

8

AERIFORME

/È

==

o temp{1} TENSIONE DI VAPORE PRESSIONE che i l VAPORE di u n liquido

esercita sulliquido stesso

LA

l

/

|]

hd

TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE (tu): temperatura alla quale la TENSIONE DI VAPORE eguaglia la pressione esterna

lu

CAPITOLO#4 La teoriatinetito-molecolane

I

+ Hiifiomme Mettiti alla prova con 20 esercizi imteratthd

L'acido oleico costituisce il 75%degli acidi grassi presenti nell'ollo di oliva. Il suo calore specificoè 2,04] K ' gg”.

QUESITI

E PROBLEMI

a} Determina quanto calore viene assorbito d a

1,500 kg di olio quando la sua temperatura passa

ENERGIA, LAVORO E CALORE

1

e a lderivata? L'energiaè una grandezza f o n d a m e n t o Come puoi definire legrandezze derivate?

da 25 °C a 180°C. Determina l'aumento di temperatura di una pari massa di acqua a cui viene fornita la stessa quantità di energia.

20

l l'energia e il lavoro sono espressi con le unità N eSI,

La temperatura di 50 g d’acqua, che hanno assorbito

d i misura

1000 cal, è 50 “°C. « Qual era la temperatura iniziale?

(C] joule

kg- m/s

calorie

Devi scegliere il metallo con cui forgiare una pentola, tenendo conto solo dell’attitudine a

3 0 Esegui le seguenti conversioni: a}

1 8 3Kj 0=

kcal

b}

38,7 ] =

cal

c} 155 cal = d}

40,3 kcal =

scaldarsi i n fretta per trasmettere i l calore ai cibi. Tabella 4? Motiva la t u a risposta.

kJ

J

4 0 Quanti kilojoule sono necessari per far aumentare di 50 “C la temperatura di 10 litri di acqua? (Considera

per l'acqua d = L,00 g/L).

2 17

PO

L'energia che possiede è cinetica o potenziale? Che cosa succederà, in termini energetici, quando

che, a l termine dell'esperienza, è solida. #

g°

“i

g

Qualcuno affermache un'autoche gi imiiore a

100 km/h possiede un'energia cinetica doppia rispetto a quella che avrebbe se viaggiasse a 50 km/h. » Sei d'accordo?

Determina l'energia cinetica di u n paracadutista con una massa di 85,6 kg almomento dell'apertura del paracadute, quando la sua velocità è 216 km/h.

024

Nella finale Nation League d i volley del 2022, la giocatrice Paola Egonu ha portato con una

60,0 g di ferro d a 20,0 ° C a 100 “GC.

22, Quanto calore bisogna fornire per portare la temperatura di 34.0 g di rame da 10,0 a 45,0 “Ct 13

Un pezzo d i metallo di massa 4,5 g assorbe 11,6 calorie e la sua temperatura aumenta di 12 K. * Si tratta d i ferro, alluminio o piombo?

8101214161620

224

b}

di stato? Come si chiama il passaggio A che temperatura si registra la sosta termica?

«

Quanto tempo è durato i l passaggio di stato?

d)

Qual è lo stato di a g g r e g a zdella ione sostanza tra

e}

100 e 80 °C? Qual è lo stato di a g g r e g a z della i o n esostanza

a)

L A La temperatura di 100 g di acqua passa da 30 “Ca 20 "CTC.Quanti joule si liberano? C a k o lla a quantità di caloren e c e s s aper r i aportare

6

tempo (min)

s c h i a c c ila a tpalla a alla velocità di 112,7 km/h. » Determina l'energia cinetica della palla (massa di una palla da pallavolo = 280 g).

1

Quali grandezze sono riportate inascissaè

Il grafico mostra il comportamento di una sostanza

18

Una particella alta emessa da un nucleo di radio-224 possiede un'energia di 5 Mev. = Esprimi i l valore i n elettronvolt e i n joule. temperatura {*C)

ge

il vagoncino inizierà la sua discesa?

Rispondi alle domande. in ordinata nelle curve di riscaldamento e raffreddamento di una sostanza pura? b} Si utilizzano le stesse grandezze anche per studiare il comportamento termico dei miscugli?

montagne russe, b}

ANALISI TERMICA DI UNA SOSTANZA PURA a)

F a Considera un vagoncino fermo in cima alle a}

Quale sceglieresti tra quelli riportati nella

«

4

[A] kg - m/s

b}

ITAL

i

d o p o6 minuti? 4 9 , L'acido stearico, una sostanza adoperata nella ®%%produzione delle candele, f o n dae68,8 *C. « A quale temperatura fonderanno 100 g della stessa sostanza?

2 0 Cerca nella

°°

tavola periodica le t; e ta di fluoro, cloro,

bromoe iodio.Qual è il loro stato di aggregazione a temperatura ambiente?

21

MOUO

La temperatura di ebollizione del butano è -0,4 *C,

quella del propano è —43 °C.

2 9 Nel passaggio da solido a liquido, il volume di una ®®° sostanza aumenta. Di conseguenza, se aumenta la p r e s s i o il n esolido , fonde [A] a temperatura più alta. a temperatura più bassa. [C] alla stessa temperatura.

* Secondo te, quale dei due gas è più indicato per alimentare delle bombole per il riscaldamento in

N

zone particolarmente fredde?

i abollire U n liquido limpidoe incolore c o m i n c a a 80 *C. Durante l'ebollizione la temperatura

(D] i n un intervallo indefinito di temperature.

aumenta. * Come interpreti questo fenomeno? a}

V e roofalso? a corpo u run La t e m p e r a tdi a) èéuna proprietà macroscopica. VITA] b}) dipende dalla maggiore © minore energia v]IF] cinetica delle particelle. d è direttamente proporzionale all'energia (v]E] interna del sistema.

Nel processo d i fusione, durante la sosta termica della curva d i riscaldamento è presente ancora la fase solida.

b}

LE PARTICELLE E L'ENERGIA

3

Veroo falso?

[v]IF]

La lunghezza della sosta lermica dipende

solo dalla natura del solido che deve fondere. cd} Durante l'ebollizione il vapore si forma

[V]IF]

soltanto all’interno della massa liquida.

MVIIEF]

dì diminuisce all'aumentare della distanza

dì Completato il passaggio da liquido ad aeriforme,la temperatura del vapore

VIA

resta costante, pur fornendo calore.

gu

f r ale particelle.

Indica l'affermazione corretta. [A] Ogni sostanza pura ha una curva di riscaldamento con temperature di fusione e di ebollizione

Se la temperatura di una massa di gas raddoppia, passando da 40 *C a 80 °C, raddoppia anche l'energia delle particelle? a c i n e t i cmedia

Considera un bicchiere checontiene acquacon alcuni cubetti d i ghiaccio e che si trova in una stanza con un'elevata umidità ambientale. Înquale porzione del sistema l'acqua ha la e massima energia interna?

caratteristiche.

Un miscuglio d i sostanze diverse ha temperatura di solidificazione uguale a quella della sostanza con punto di solidificazione più basso. [CT] Le curve di riscaldamento sono caratterizzate da

Descrivi a livello particellare tutti gli effetti prodotti dall'aumento della lemperatura su un solido.

ge

valori sempre uguali indipendenti dalla pressione alla quale si verificano i passaggi d i stato. I miscugli di sostanze diverse non sono soggetti a passaggi d i stato.

A 20 °C, un campionedi mercurio è liquido, mentre u n campione d i ferro è solido.

Che cosa puoi dire delle forze di attrazione fra gli atomi di mercurio rispetto a quelle fra gli atomi di ferro?

«

Lo studio ti ha fornito un criterio per distinguere le sostanze pure dai miscugli? Se sì, quale? 20

Lat

Perché con la pentola a pressione si riduce il c o n s u mdio energia nella cottura dei cibi?

Vero o falso?

All'aumentare dell'energia cinetica,aumenta l'intensità delle forze di attrazione fra

27 Costruisci un grafico con | dati della seguente seo

a)

le particelle.

tabella:

b}

100 so | 80 | so | so | 70 | so | so | zo

co

‘Tempo bin

o

2|/4|6|8j10/12|

(v][F]

1 ) 16

l'energia interna delle singole particelle.

[VIE] [M]IF]

cd l’energia potenziale delleparticelle.

(V]IF]

dì lo spazio libero fra le particelle.

VIE]

sin.

PASSAGGI DI STATO SPIEGATI DALLA TEORIA CINETICO-MOLECOLARE

|

# . Rispondi alle seguenti domande relative al grafico ®© costruito nell'esercizio precedente. a) Si tratta d i una curva d i riscaldamento o di

raffreddamento? b}

Sapendo che la sostanza all’inizio dell'esperienza

0 0 d i una sostanza pura in base alla teoria cinetico-

molecolare.

era liquida, indica lo stato di aggregazione dopo

dicalorelatente di ELA Qual è la definizione

14 min.

0

Come si chiama il passaggio di stato osservato? d} Quanto tempo è durato il passaggio di stato?

' -

sta la capacità di attirare pezzetti di carta dopo essere stata strofinata con un panno di lana, oppure quando riceviamo una piccola scossa toccando

la portiera di un'auto in una giornata molto secca. [ n queste circostanze,la penna e la portiera si dicono elettrizzate.

e

Già gli antichi Greci avevano scoperto che gli oggetti di ambra, strofinati con u n panno d i lana, sono in grado di attirare la paglia sminuzzata.

TWStock/Shutterstock

Per questa ragione, i Greci hanno chiamato l’ambra elektron, il termine da

cui deriva la parola elettricità che oggi usiamo per parlare di tutti quei fenomeni in cui i corpi si attraggono o si respingono per effetto della carica

elettrica. Possiamo realizzare un esperimento piuttosto semplice per iniziare a ragionare sull'elettrizzazione dei corpi. 1. Fissiamo a u n tavolo una striscia di nastro adesivo, quindi stacchiamola con un colpo deciso. Dopo lo strappo, il nastro viene debolmente attratto dalla nostra mano, perché ha acquisito una carica elettrica opposta rispetto a quella del nostro dito. 2. Fissiamo a u n tavolo due strisce dì nastro adesivo una di fianco all'altra, quindi strappiamole insieme con un colpo deciso. Le strisce sì respingono una rispetto all'altra, perché hanno assunto u n tipo di

elettrizzazione uguale.

RIFLETTI E IPOTIZZA

Da questa e da esperienze analoghe, possiamo trarre alcune conclusioni

oe

generali:

d i nastro adesso che si attraggono

cosa succede a due strisce

1. su alcuni materiali che sono sottoposti a strofinio si genera una ca- tra loro, se vengono accostate à una cannuccia caricata negativamente par rica elettrica;

2. la carica elettrica può essere d i due tipi e, per convenzione, si distingue i n positiva (+) e negativa (-); —- e (=), s i 3. le cariche che hanno lo stesso segno, (+) e (+) oppure (=) i

respingono;

4. le cariche di segno opposto, {+) e (=), siattraggono.

=)

ci

con un panno di plastica? ino Q o cosa accade se avvicini a dei pezzettii di carta una t a l lbacchetta di strofinate con un panno di lana?

CAPITOLO7 Le particelle dell'atomo ‘ 4 7

LA LEGGE DI COULOME Nel Settecento lo scienziato francese Charles Augustin de Coulomb (17361806) elaborò la legge di Coulortb. La legge diC o u l o m afferma b che la forza che si stabilisce tra due corpi di carica (2, e Q ; è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche H i video Come si comportano le cariche elettriche?

einversamente proporzionale al quadrato dellaloto distanza. La legge di Coulomb si esprime matematicamente con la relazione: N

-

p= ka

.

carica, coulomb LC)

de

distanza, metri {m)

Îl cotlomb (C) è l’unità di misura della carica elettrica nel SI e il suo valore

è preceduto dal segno cheindicail tipo di carica. La costante k dipende dal materiale tra le cariche: per l’aria si approssima a 9,0 x 10° N : m*/C*,cioè il valore determinato sperimentalmente nel vuoto (Figura1 , Video).

Figura1

Qi!

La forza elettrica Fa g i s csu e due

corpi carichi con la stessa mitensità: la ratta che congiunge le due

cariche rappresenta la direzione, al verso dipende dal loro segno.

@

>

i

10;

0

e FE

F

"0;

2r

ir @-

£

0

£

L'ELETTRONE La carica elettrica, quindi, si manifesta in casi particolari, come quando

un oggetto viene strofinato. Dobbiamo dedurre che la carica elettrica ha origine dallo strofinio di due corpi oppurepreesiste nella materia?

L'indagine sulla natura della carica elettrica è iniziata a metà del Settecento, grazie agli studi del fisico americano Benjamin Franklin (1706-1790). Franklin postulò l'esistenza di u n fluido elettrico costituito

da particelle reciprocamente repulsive, che aveva distinto con il nome di

elettricitàpositiva e negativa. Alcuni anni dopo,grazie all'invenzione della pila di Alessandro Volta (1745-1827), divenne evidente i l collegamento tra

forze chimiche ed elettriche. Questo portò il chimico svedese Jòns Jacob Rerzelius (1779-1848) a suggerire l’idea che in ogni atomo fossero presenti entrambi i tipi d i carica. Alla fine dell'Ottocento, la relazione tra materia e carica elettrica divenne più chiara grazie agli studi che indagavano su quello che accadeva se sì provoca una scarica elettrica in un tubo di vetro riempito con un gas a bassa pressione (Figura 2). Al passaggio di corrente fra le due placche metalliche poste alle estremità del tubo si diffondeva una luce colorata (rossastra nel caso in cui il tubo fosse riempito di neon), ma se la pressione veniva ridotta fino a u n milionesimo d i atmosfera non si aveva più emissione

di luce da parte del gas: si osservava invece che dal polo negativo, il catodo (=), venivano emesse delle radiazioni che producevano una luminosità

sull’altro lato del tubo, di fronte al polo positivo, l’anodo (+).

Le r a d i a z i oche n si i generano in questo modo e chec h i a m i a raggi m o catodici hanno una serie di caratteristiche: * non cambiano al variare del metallo che costituisce il catodo né al variare del gas nel tubo; «

sono deviati verso il polo positivo di un campo elettrico;

+

sono uguali per gli atomi di tutti gli elementi. a _.

collegamento

alla pompa da vuoto

-

anodo(+)

o

Figura 2 Schema di un dispositivo per la

A,pressioni di circa 10-* atm, gli

elettroni emessi dal catodo urtano

generazione di raggi catodici. La

fluorescenza è la proprietà di akumi materiali di emettere luce visibile quando vengono colpiti da radiazione luminosa

la parete opposta

uu

dando origine a una luminescenza.

--

della giusta energia.

{-}

—

+

generatore elettrico

Nel 1897 il fisico inglese Joseph John Thomson (1856-1940) proseguì gli studi sui raggi catodici. { n particolare, studiò quale fosse l’effetto provocato da u n campo magnetico e dalla presenza di u n ostacolo sui raggi cato-

dici. Per farlo, usò particolari tubi di vetro progettati dal collega William Crookes (1832-1919): scoprì in questo modo che i raggi catodici venivano i video deflessi da un campo elettrico o da un campo magnetico {Figura 3}. In questo modo Thomson scopri che i raggi catodici erano particelle Corre è stato scoperto l'elettrone? dotate di carica e che questa carica aveva segno negativo. Misurò anche

il rapporto carica/massa di tali particelle, scoprendo che il valore del rapporto non cambiava al variare del gas o del metallo. Questo permise di concludere che le particelle dovevano essere uguali per gli atomi di tutti Figura 4 gli elementi. Chiamò queste particelle elettroni (Video). Fu la prima di- Schema dell'apparecchio adoperato da mostrazione sperimentale del fatto che gli atorni non fossero indivisibili, Thomson per determinare il rapporto come aveva sostenuto Dalton e come si era creduto fino a quel momento.

-

i

Lo schermo ritoperto con solturo di zinco

smo

alto’ voltaggio

i

| -

]

piastra

- | Pasta

|

.

=

I l rapporto caricatlmassa dell'elettrone SÌ determina misurando la deflessione

dei raggi.

La deviazione dei raggi ai

cr

tI

i

e

pi) — {=} catodo

_

“=.

fenditura _

(+)

t a carica | 683 e A > 220

nucdea troppo ricco d i

o cattura elettronica

avviene

£ - diminuisce d i 2 A — diminuisce di 4

n rispettoai p* Z — aumenta di 1

nucleo troppo ricco di p* rispetto ai n

D E C A D I M E NdcToOfl £ — rimane invariato

A — rimane invariato

£ — diminuisce di 1 A — rimane invariato

A

+

a

emissionept

|

+

i

|

A

emissionex

pi

dopo

— rimane invariato AI

CAPITOLO7 Le particelle dell'atomo ‘167

A B S O N U N E+

Mettiti alla prova con 20 esercizi interattivi

QUESITI

E PROBLEMI

‘E: g”

11

UO

Nel risolvere gli esercizi 8 e 9 bisogna fare o importante principio. Quale? r i f e r i m e natun Se il rapporto carica/massa, misurato da Thomson,

fosse dipeso dalla natura del gas nel tubo, si sarebbe [A] sono presenti in tutti gli atomi.

Come si comportano due bacchette di plastica

strofinate con u n panno di lana? Indica due fenomeni della tua vita quotidiana

hanno tutte la stessa carica ma diversa massa. [C] possono avere carica positiva. sono diverse a seconda dell'elemento chimico di provenienza.

riconducibili all’elettrizzazione per strofinio. la «scossa» Al supermercato capita di prendere toccando il carrello mentre è inmovimento. a} Perché? b) Perché ciò non avviene se, anziché toccare il

$°

#00

dedotto che le particelle portatrici d i elettricità

LA NATURA ELETTRICA DELLA MATERIA

o di gas nel tubo catodico a C a m b i a nildtipo pressione bassissima,la natura dei raggi catodici e il loro comportamento non si inmodificano. e Sapresti spiegare perché?

metallo del carrello, tocchiamo il rivestimento d i

alla carica La costante di Faraday (F) corrisponde

plastica?

da una mole di elettroni (N, e"). trasportata « Quanto vale F? :

Tra due cariche elettriche si stabilisce una forza di

16 N. Se l'intensità di una carica raddoppia, il valore

Robert Millikan determinò la carica di un elettrone

della forza diventa:

studiando la velocità di caduta di minuscole goccioline d'olio che acquistavano elettroni provenienti dalla ionizzazione di u n gas provocata da raggi X. «e Determina il numero di elettroni presenti su una gocciolina di olio con carica 9,6 - 107 €.

©) 32N

[A] 8 N

(D] 6 4N

16N g°

10

Due corpi distanti hanno entrambi carica +1 Ce a 1 m. sono posti alla d i s t a n zdi a} Quale

tipo d i forza si stabilisce tra loro?

b) Q u aèl il suo valore?

c}

Quale valore assume se i due corpi vengono di 2 m? portati alla distanza

ootra due corpi di carica (Q, e Q. seraddoppiano

i t àforza F che si stabilisce Come varia l ' i n t e n sdella entrambe la quantità di carica e raddoppia anche la distanza?

LE PARTICELLE FONDAMENTALI DELL'ATOMO Quali sono le particelle fondamentali dell'atomo?

Confronta protone e neutrone dal punto di vista della carica e della massa. Moltiplicando la massa del protone per 3,0 - 10”,

esso peserebbe 5,0 kg, come una palla da bowling. e Quale sarebbe la massa d i u n elettrone rispetto a

L'ELETTRONE 7

m osu un tappeto, piedi Quando s t r o f i n ii a trasferiamo elettroni alle nostre scarpe e

Indica quanti elettroni occorrono per averela stessa massa di un protone.

acquistiamo una carica d i 2,0- 1 0 *C.

*

a}

$”

b)

g°

questo protone ingrandito?

Ci carichianro positivamente o negativamente? Quanti elettroni vengono trasferiti?

Quanti elettroni ha acquistato una bacchetta di vetro, elettrizzata per strofinio, che possiede 2,64 - 10° cariche negative? * Qual è la carica elettrica della bacchetta di vetro?

Quando si trasferiscono elettroni da un c o r paoun

z aaccumulo dic ariche, altro, si crea una d i f f e r e nin ossia una differenza di potenziale elettrico, con un eccesso di cariche, negative da una parte e positive

dall'altra. di i n tdifferenza Indica in quale dei tre casis e g u ela potenziale è maggiore, se gli elettroni trasferiti sono rispettivamente: cd) 12-10! b) 1,2- 10° a) 1200

Esiste u n elemento che ne possiede così tanti?

Quale contributo diede il fisico inglese James Chad-

wick alla scoperta delle particelle subatomiche? Nei tubi di scarica, i raggi positivi hanno origine: [A] dall'elettrodo positivo o anodo.

dalla parete di vetro che sta davanti al catodo. dal metallo che forma gli elettrodi. (0) dal gas contenuto nel tubo. Se l'atomo avesse u n diametro di circa 1km, quale sarebbe il diametro del suo nudeo?

Un atomo di ikdrogeno è costituito da un protone e da u n elettrone. Conoscendo la massa del protone ci e quella dell'elettrone,quanti atomidi idrogeno sono in 1,00 g dell'elemento?

In che cosail modello d iR u t h e r f oèrancora d valido?

L'atomo d i alluminio ha u n diametro d i 3,0 - 16*cm, q u e l ldel o suo nucleo è 2,0- 107!’ cm. « Qual è il rapporto fra i due diametri? Se l'atomo di Thomson fosse una sfera omogenta carica di elettricità positiva i n cui sono immersi gli elettroni, le particelle alfa [A] sarebbero deviate in gran parte dalla carica distribuita nell'atomo. sarebbero respinte in gran parte dallacarica

go gugu

gu ge gu e

Da che cosa è costituita una particella a?

Quanti sono protoni, neutroni ed elettroni di “Ar? degli isotopi? Quali sono ke caratteristiche Scrivi i seguenti simboli: del bromo con 46 neutroni; un isotopo

a)

b} u n isotopo neutro con 9 elettroni e 10 neutroni;

ga g=

MODELLI ATOMICI DI THOMSON E RUTHERFORD

|

cd un isotopo con A = 33 e 16 protoni. Quanti e quali sono gli isotopi dell'idrogeno?

il i simbolo dei seguenti isotopi. Scriv a} I l carbonioconn u m e r od i massa Li.

Lo iodio con 75 neutroni.

b}

dd Un atomo elettricamente neutro con 18 protoni e 22 neutroni.

distribuita nell'atormo. (C] attraverserebbero la lamina quasi indisturbate. (D) sarebbero attratte dalla carica negativa

di U n atomo elettricamente neutro con 7 elettroni e 7 neutroni.

Il cloro-35 con un e l e t t r oin ne più rispetto all'atomo neutro. Il bario con 2 carichepositive e 81neutroni.

e)

concentrata i n una piccola regione dell'atomo. f)

Se il rapporto tra diametro del nucleo e quello

dell'atomoè 1 a 10°, qual è il rapporto tra il volume del nucleo e il volume dell'atomo? (Ven =4/3% 1 )

26

4

Descrivi l'esperimento grazie al quale Rutherford costruì il modello atomico che porta il suo nome.

Definisci i termini decadimento radioattivo è

radioattività.

Se l'atomo fosse come ipotizzato da Thomson: in quale o quali posizioni le particelle alfa

În

a)

b}

colpirebbero lo schermo? come riprogetterestil'apparecchio di Rutherford?

o a, fl e 1? che cosa d i f f e r i s c oinraggi

Quale tra i seguenti isotopi ha un nucleo instabile?

[A] SÉFe

Usando lamine di metalli diversi, si misurano angoli

[C] R d

[B] 7Na

Quale tra | seguenti è un isotopo stabile?

di deviazione diversi. Come interpreti questo fatto”

La deviazione subita dalle particelle a è analoga alla collisione tra due palle da biliardo? Spiega.

:

31

LETRASFORMAZIONI DEL NUCLEO

322 Sia per Thomson sia per Rutherford,l'atomo è sec

[A] Z=10 A = 2 0

[CC] Z=80 A=227

EB] Z = 5 0 A=%7

DZzZ=1

A=3

Perché i raggi Y, se sottoposti all'azione di un campo elettrico esterno, non mostrano deflessione ma si

costituito da

[A] elettroni,protoni e neutroni. protoni e neutroni, che formano il nucleo. ([C] un numero uguale di protoni e di elettroni.

ga

propagano sempre i n linea retta? Quali, tra le radiazioni emesse da un nucleo radioattivo, possono essere arrestate solo da uno schermo di piombo? Quali hanno il minor potere penetrante?

(HB) u n a sola particella subatomica:l’elettrone.

del nucleo di un atomo di oro a D e t e r m ilan densità sapendo che il diametro dell'atomo è 288 pm.

7

TIPI DI DECADIMENTO RADIOATTIVO

|

Quali sono i principali tipi d i decadimento?

5

IL NUMERO ATOMICO IDENTIFICA GLI ELEMENTI

Humero atomico ZÎ Da chi sono stati misurati i numeri atomici? Come? Che cosa sl intende con il termine nucieoni?

324 Come sì definisce il 35

EA

2 7 Individua il numero di protoni ed elettroni delle chimiche. ti s e g u e nspecie

Quale tipo di particelle emettono gli atomiricchidi neutroni quando decadono? 51

Quali nucki decadono emettendo particelle a t Quali conseguenze provoca il decadimento a t

Quale tipo di decadimento si verifica in un elemento che possiede un numero d i protoni molto elevato rispetto al numero di neutroni?

3 3 Il carbonio-14 subisce decadimentoPB.

a} P

d j Ba?*

b } Na*

e Si

a)

fi F

b} Qual è l'elemento?

dd 0 °

Quali sono Z e A del nucleo prodotto?

CAPITOLO7 Le particelle dell'atomo Esserci

‘169

e

Quale particella ernette il nucleo?

che emette particelle a?

+e

rispetto a quella di partenza. e

Quanti tf.

solo

trascorsi?

Nelfallout radivattivo {ricaduta a terra del materiale radioattivo per effetto della gravità o delle precipitazioni} che segue a un'esplosione atomica, si libera stronzio-90, con t1,2 = 29 anni. È pericoloso perché tende a sostituirsi al calcio delle ossa. e Qual è la quantità residua di un campione di 90,0 g di stronzio-90 dopo 87 anni? campione si riduce a + della quantità iniziale?

8°

Hl fosforo-32 ha t,,; = 14 giorni. In quanti giorni il

L'ENERGIA NUCLEARE

—

cinnccininnnonnnnne

*“P+'n

Completa le seguentireazioni di decadimento

I

Ul

Am —

APP

insiianiizznnenine

+ ‘He + ‘He

Un nucleo di uranio -235 è colpito da un neutronee subisce fissione, formando tin nucleo di tellurio-137 e uno di zirconio-97.

radioattivo, suddivise per tipologie. a} Decadimento a

a

Che cosa si intende per difetto di massa!

trasformazione nucleare?

$

PAN+

Che cos'è l'energia nucleare? A che cosa corrisponde l'energia in gioco in una

Quale particella manca nella seguente equazione?

«

Lo

go

2.106 3 105 tempo (anni)

a)

spontaneamente decade secondo l'equazione:

e

10°

Quanti neutroni si liberano dalla fissione?

Qual è la differenza tra decadimento radioattivo e fissione nucleare?

74

7%

Îl radon (Rn) è un gas radivattivo naturale, incolore

O

e inodore, con u n tempo di emivita di 3,82 giorni, che deriva dal decadimento dell'uranio -238. È otto volte più pesante dell’aria ed è presente in tutta la crosta terrestre. È considerato il contaminante

Supponiamo che u n atomo, per esempio d i idrogeno,

radioattivo più pericoloso negli ambienti chiusi

abbia un raggio atomico dell'ordine di 1 0 7me un raggio nucleare dell'ordine di 10”"°m. Determina: a) il volume dell’atoro e il volume del nucleo; b} la parte del nucleo espressa come percentuale del volume dell'atomo;

e sì stima che sia responsabile d i quasi il 50% dell'esposizione media della popolazione mondiale alle sorgenti naturali di radiazione.

&) la densità dell'atomo di idrogeno e la densità del

a)

Come decade i l radon-222?

b)

Calcola la concentrazione media del radon-222 in g/m” nelle abitazioni italiane, in cui la sua

suo nucleo (per la massa dell'atomo di idrogeno

radioattività media è 75 Bq/m’. L a direttiva 2013/59/ Euratom fissail valore limite oltre il quale attivare misure di prevenzione a 300 Bq/m*. Quanti nuclei di radon-222 producono

assumi il valore di 1.67 107” kg e considera la :

massa dell'elettrone trascurabile); d) il raggio che avrebbe la Luna se avesse la densità

del nucleo dell'atomo di idrogeno. La massa della

questa attività in u n metro cubo d'aria?

Lunaè 7,34 1 0 °kg e i l suo raggioè 1,74 - 106 m. :

75

Determina l'energia liberata nella formazione di una mole di elio-4con massa 4,0026 in joule e in elettronvolt. a) Quanti litri d i metano misurati a STP occorrono ottenere la stessa quantità di energia?

I L LASORATORIO DELLE COMPETENZE

{La combustione del metano libera 890 k] mol!) b} I l contenuto d i una nave metaniera sarebbe sufficiente?

LA CHIMICA IN PRATICA

di decadimenti che avviene in un secondo, si misura in becquerel (Bg). L'attività è direttamenteproporzionale a una costante k, che dipende dal tempo di semitrasformazione del nuclide, e al numero di nuclei radioattivipresenti: A mbk- N. Èpossibile determinare il valore della costante di decadimento con l’espressione:k = 0,693/t,,. (s7").

L A L’americio-241 sì usa nel rivelatori di fumo, perché

Con queste informazionirisolvii problemi 76, 77e 78.

O:

Lattività A di un materiale radioattivo, cioèil numero

76

L'arsenico è un elemento tossico. La quantità che produce effetti tossici nell'uomo è pari a 50 mg. Il “Se è un radioisotopo del selenio impiegato come

emette particelle alfa che rendono conduttrice l’aria

in prossimità del rivelatore. a)

b) Che cosa accade in presenza di fumo?

centrali nucleari dismesse comeplutonio e

radiofarmaco in medicina nucleare e decade con tin

a)

Il tempo di dimezzamento del plutonio (P!Pu) è di 24100 anni. Partendo da 100 kg di plutonio, quanti kg rimangono dopo 96400 anni?

b} Se a d u n paziente vengono somministrati

Sapendo che i l nettunio (*°Np) ha ‘1,2 di 2 144 000 anni, quanti anni occorrono perché perda il 75% della sua radioattività?

b)

di As si formano e stabilisci se esistono pericoli di

Le radiazioni ad alta energia, oltre agli scopi medici, si usano in ambito alimentare. Il sito web del Ministero della Salute italiano cita: «L'irradiazione

Le banane sono tra i frutti più radioattivi in natura. La radioattività delle banane è così inlensa che u n carico di banane può far scattare i detector d i porti e aeroporti per verificare che non si stia trasportando illegalmente materiale radioattivo. I l contenuto d i potassio nelle banane è pari a 385 mg/100 g. Sono noti tre isotopi naturali del potassio, due stabili (*K € ‘IK) e uno radioattivo, ‘°K. La sua abbondanza percentuale è d i 0,01%,ha una massa pari a 39,964 e decade con una emivita di 1,25 - 10°anni. Determina la radioattività iniziale di una

tonnellata di banane.

O:

300 MBq di “Se, supponendo, che tutto i l “Se decada ad arsenico nel corpo delpaziente {la maggior parte viene escreta), calcola quanti mg intossicazione,

O“

Nei prossimi anni occorrerà individuare u n deposito nazionale per i rifiuti radioattivi che dovrà contenere, in modo temporaneo, i rifiuti delle nettunio.

Ti: di 118,5 giorni a “As. a) Qual è i l tipo di decadimento?

*

{Qual è i l prodotto del decadimento?

è u n trattamento fisico degli alimenti effettuato

con radiazioni ionizzanti ad alla energia, i n grado

di inattivare gli enzimi degradativi presenti nell'alimento ritardandone il deterioramento e di

inibirela moltiplicazione dei microrganismi». a) Secondo la normativa italiana, quali alimenti si possono trattare con le radiazioni ad alta energia?

E secondo quella europea? b} Quali sono i rischi, le paure e le informazioni scientifiche in merito alla sicurezza di questi

trattamenti? Fai una ricerca in rete.

C A P I T7 O LeLparticelle O dell'atomo Esercizi

SIZE

COLLEGA | CONCETTI

a}

82,

b}

La trasformazione di un isotopo in un altro, trasmutazione, può avvenire per bombardamento di nuclei con particelle ad alta energia acceleratiin u n

con una massa d i 1,0 kg, si trovano a una distanza

di 10 cm. La bacchetta di plastica viene strofinata con un panno di lana e si carica con una carica

campo elettrico. A l momento dell'impatto si forma

g = LO: 107€, quella di vetro assume una carica uguale ma di segno opposto. Tra le bacchette è

u n nucleo composito che lende a liberarsi dell'energia in eccesso con u n processo d i decadimento.

maggiore l'attrazione elettrica o gravitazionale?

Quale nucleo composto si forma per la cattura di particelle alfa da parte di nuclei di azoto-14? b) Quale prodotto si ottiene da questo nucleo composto per perdita di un protone? E per perdita a}

Formula un'ipotesi e verificala svolgendo i calcoli. c}) Secondo te, le conclusioni ottenute sono valide

anche per le forze di attrazione che si possono stabilire tra un protone e un elettrone?

di un neutrone? Lo ione potassio, K*, u n nutriente essenziale per il

o ,trova nel cibo come KCI. Uno degli corpo u m a nsi isotopi naturale di K, il potassio-40, è radioattivo. La

APPLICA E ARGOMENTA 89

dei dispositivi usati per lo studio Metti a c o n f r o nit o raggi catodici e per l'esperimento di Goldstein.

90

Metti a confronto le caratteristiche delle tre

sua abbondanza naturale è d i 0,0117%. a}

Qual è il numero di protoni, neutroni ed elettroni di “K*?

b)

sE

c}

principali particelle subatomiche.

Quanti ioni “K* sono presenti in 10,0 g di KCI? Il potassio-40 subisce un decadimento per cattura elettronica, per emissione beta e per emissione di positroni. Scrivi le equazioni nucleari relative.

Realizza una tabella per riassumere i vari modelli atomici studiati fino a questo capitolo.Nella prima

91

colonna elenca i modelli proposti,nella seconda le caratteristiche essenziali di ciascuno e nella terza gli esperimenti scientifici a supporto. Puoi aggiungere una colonna con la rappresentazione grafica dei modelli e prevederne una per i limiti del modello. r i nei prossimi Lascia spazio per u l t e r i orighe: capitoli miglioreremo la conoscenza dell'atomo.

Nel Sole l'energia è prodotta grazie a un processo di fusione, detto reazione protone-protone, durante il quale quattro nuclei di idrogeno si fondono in u n di tale processo è: n u c l edioelio. La prima tappa

H + H XX +e di verifica? Quale tipo siemissione

b) Quali sono i valori di a, b?

cd Che cosè X?

#3

t o un solo isotopo.U n suo L'elemento X è c o s t i t u i da composto con il magnesio,M g (MA = 24,31), che ha formula MgX,, contiene il 61,00% di X. Determina: a}

il numero delle moli di Mg e di X presenti in 100 g di composto;

b)

la massa molare e la massa atomica di X;

c} il s i m b o l od i X, il

o e il numerod i n u m ed irmassa

elettroni dell'atomo neutro. Il polonio, “LiPo,per emissione alfa si trasforma i n

ae"Bi. un isotopo del piombo che a sua volta d e c a d * Scrivi le equazioni nucleari di entrambii processi. RIFLETTI E IPOTIZZA z o Assumi, per la distanza media tra due protoninel nucleo dell’uranio, il valore di 7,0 - 107" m. a} Determina il valore della forza di natura elettrica che si instaura tra i protoni. b) Di che genere è la forza?

#8, L'espressione matematica della leggedi Coulomb ricorda quella della legge di gravitazione universale

'.kg ?. F = G — 7 dov e G=6,67-10"" M-m

I

CHEMISTRY IN ENGLISH

8 SS ge gu g g ge gu ge

a}

Indica differenze e analogie tra questeleggi. Una bacchetta di plastica e una di vetro, ciascuna

Electric charge can be positive, negative or neutral. er False? Truo Electrons are the same for atoms of all elements. or False? “True

Is it correct to say that two materials of the same

species, when electrified, repel each other? Why? What does quarks meant

By what instruments was it possible to determine the existence o fnew subatomic particles?

What a nuclide ist Give three examples.

Define half-life time. What is the difference between nuclear fission and nuclear fusion?

According to Rutherford’s atomic model, what is the arrangement of electrons around the nucleus?

Do a brief search and determine which of the alpha, beta, and gamma rays are the most penetrating and r e have. what units ofm e a s uthey

Why, through the percentage of residual '*C compared to its total amount, is it possible to

n e elapsed time since the organism's d e t e r m ithe death?

LA CHIMICA DELL'ACQUA sim

_
|

elettromagnetica Ep=hv=h.£

velocità costante c

t=h

MODELLO DI BOHR orbite con valore di E

discussionea )

mv

elementi

di Heisenberg principio diindeterminazione

|

per una particella

i n termini di probabilità

IMPOSSIBILE CONOSCERE, nel medesimo

DQDARITALI

istante e con la massima precisione,

ke

ragioni in cui è massima la probabilità d i individuare u n e” ; le onde associate all'elettrone mi Movimento sornò descritti

i

la POSIZIONE e la QUANTITÀ D I MOTO u n ELETTRONE

dall’equazione di Schradinger che

e

+

ELETTRONICA insieme degli orbitali necessari per descrivere gli

Il

valori interi positivi |

-| Mm, N"

À

i

e

sp

n " max d i e -

2

A

tf

10

14

+

minore anargia

spon >)

| PRINCIPIO d i ascihusione d i PAULI

BA

|

ae

: e n

Ina

1

evono e l i

— ORIENTAMENTO

quantico magnetico

di spin +12 o 112

6

dd

.

gr

i tali i

— determina FORMA 3 0 1 2

tipo orbitale

doppio

598

1,34

CH=CH

triplo

812

1,20

|

Con i legami multipli possiamo rappresentare anche la formazione della molecola CO;. L'atomo di carbonio (gruppo IV, valenza 4} ha bisogno di condividere 4 elettroni per raggiungere l'ottetto, mentre ciascun atomo di ossigeno (gruppo VI, valenza 2) ha é elettroni di valenza e quindi deve condividere 2 elettroni per riempire il livello più esterno. L'atomo di carbonio al centro condivide 2 elettroni con ciascun atorno d i ossigeno e ognuno di questi condivide 2 elettroni con il carbonio. deppio legame {4 elettroni condivisi)

20° +

«Ce.

+ Og e

ossigeno carbonio ossigeno

A

ONTO,

oppure .0=C=0;

d i o s s i ddio carbonio

RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Perché l'azoto, i l costituente principale dall'atmosfera (circa I l 78% i n volume), è assai stabile è poco reattivo?

Sapendo che H si lega a ©, prova à ipotizzare la struttura d i Laws dell'acido cianidrico HCN.

IL LEGAME COVALENTE DATIVO U n particolare tipo d i legame covalente è i l legame dativo.

Nel legame covalente dativo, la coppia di elettroni comuni è fornita da uno solo degli atomi partecipanti al legame. Questo si verifica quando u n atomo ha già raggiunto l’ottetto esterno; se possiede ancora una o più coppie libere d i elettroni, può comportarsi da donatore nei confronti di u n atomo accettore, che i n questo modo raggiunge a sua volta l’ottetto. Il legame dativo si rappresenta con una freccia ( ) , anziché con una lineetta; va ricordato che le coppie di elettroni condivise non si differenziano affatto l’una dall'altra, qualunque sia la loro origine. Questo tipo di legame spiega, per esempio, come oltre a HCIO (acido ipocloroso} possano formarsi H C O , (acido cloroso), HClO; (acido clorico), H C O , (acido perclorico)}. Scriviamo la struttura d i H C O :

:Cl:0:H — b

:Cl-OH

L'atomo d i cloro h a raggiunto l’ottetto formando u n legame covalente con

l'atomo di ossigeno mettendo in comune un elettrone. Il cloro possiede altre tre coppie d i elettroni non condivise e può quindi comportarsi da donatore d i elettroni nei confronti di uno, due o tre altri atomi di ossigeno,

con ciascuno dei quali stabilisce un legame covalente dativo, Gli elettroni spaiati dell'atomo di ossigeno, accettore, si rappresentano accoppiati liberando una posizione per il legame dativo rappresentato dalla freccia.

Si possono così scrivere le seguenti strutture:

10: pa

O Li)

po

La

LL

CI OH po

Li]

ue

Li)

1 0 = CI5-OH

Li

Li

l

HCl,

Li)

1

Oz

acido cloroso

T

1u0e = CI O H

va

Lal

-I

HCl,

HClO,

acido clorico

acido perclorico

Lo ione ammonio, N H , si forma invece quando l’ammoniaca, NH3, reagisce con lo ione idrogeno, H * , cioè con un atomo di idrogeno che ha perso il suo unico elettrone. Nella molecola di ammoniaca l'azoto, che forma tre

legami covalenti con altrettanti atomi di idrogeno, dispone ancora di una coppia d i elettroni non condivisa. L'azoto sì comporta quindi da donatore nei confronti dello ione H * e si origina, pertanto, la seguente struttura: _

H

i

+

Î

i

H=NH

H:N:H + H* —=b H

H

o

i

ione ammonio

ammoniaca

I quattro legami con l'idrogeno sono, a tutti gli effetti, perfettamente identici; la carica positiva, pertanto, non è da attribuire a u n atomo in particolare, ma a tutto l’aggregato nel suo insieme.

Il legame dativo spiega la formazione di una vasta categoria di composti chiamati complessi o composti di caordinazione. I composti di coordinazione si originano quando un metallo, o uno ione

metallico, viene circondato da atomi donatori di elettroni, appartenenti a molecole o a ioni negativi. Il colore azzurro di una soluzione contenente u n sale di rame è dovuto allo ione complesso [CulH:O),]** che si forma perché l’atorno d i ossigeno

di ciascuna delle sei molecole di acqua si lega allo ione Cu””, usando una coppia di elettroni non condivisa. Le molecole che circondano il metallo si dicono leganti, mentre i l metallo al centro si chiama coordinante (Figura 7).

(A

Figura 7

/ Pe

HO:

è

H

[Aì Una soluzione acquosa d i solfato d i rame. (B) Struttura dello ione complesso [CutH:O}g]**.

Nella molecola di acido solforoso, H;50,, l'atomo di zolfo è legato, mediante legami singoli, a due atomi d i ossigeno legati a loro volta a u n atomo di idrogeno.

i l terzo atomo di ossigeno è legato alle zolfo con un legame dativo. a) Rappresenta la struttura d i Lewis dell'acido solforoso,

b} L’atomo di zolfo può comportarsi da atomo donatore nei confronti di u n altro atomo d i ossigeno? €} Qual è la formula dell'acido che sl forma i n questo caso?

CAPITOLO "HM | legami chimici

LA SCALA DELL'ELETTRONEGATIVITÀ E | LEGAMI Se due atomni identici sono uniti da legami covalenti, essi esercitano la stessa forza di attrazione sugli elettroni di legame. Pertanto,il legame covalente sarà chiamato legame covalente puro. Ma se gli atomi sono di natura

diversa, eserciteranno sugli elettroni di legame una diversa forza di attrazione, Questo appena descritto è il caso dell'acido cloridrico (Figura 8). I n questa inolecola, i due atomi sono molto differenti tra loro, quindi la coppia di

elettroni in comune risulta spostata verso l'atomo di cloro, perché il cloro è più elettronegativo dell'idrogeno e quindi esercita una maggiore forza di attrazione sugli elettroni di legame. Figura 8 La formazione di un lagame covalente

alettronegatività 3,16

PAL

|

polare.

——p

(

Carica positiva rziale pa

N"

_

&+

è ms

carica negativa parziale

legame covalente polare

atomi isolati

I L'equilibrio generale della molecola non viene alterato e neanche la sua neutralità globale, ma, a differenza delle molecole formate da atomi uguali, vi sono u n polo parzialmente negativo (l'atorno di cloro) e uno parzialmente positivo {l’atomo di idrogeno). Questo tipo di legame si chiama legame covalente polare.

In questo caso, il centro delle carichepositive non coincidepiù con il cen tro delle cariche negative e sì forma un dipolo (cioè una separazione di cari-

che}. Per indicare le frazioni di carica elettrica positiva è negativa si usano, rispettivamente, i simboli + (delta più) e È— (delta meno). Quanto maggiore è la differenza di elettronegatività (Ae) fra i due atami che formano il legame, tanto maggiore è la polarità del legame che l i unisce. È proprio la differenza di elettronegatività tra gli atomi unita, come

vedremo, alla configurazione geometrica della molecola a conferire specifiche proprietà chimiche a composti come l’acqua. La sua capacità di so-

lubilizzare solidi ionici dipende dalla differenza di elettronegatività che si Tabella 5 Variazione della percentuale del carattere ionico d i u n legame al variare della

differenza d i elettronegatività.

Differenza d i elettro-

0 1 | G2 | Q I | O4 | 5

riscontra tra idrogeno e ossigeno. La Tabella 5 riporta la percentuale del carattere ionico di u n legame covalente al variare della differenza di elettronegatività fra gli atomi; se essa è molto elevata (in linea d i massima superiore al 60%), i l legame tende ad acquisire carattere ionico.

| 0 6 | 0,7 | 0,8 | d a t 9 a 1.6 | 1,7 | L E | 1.9 | 2.0 | 2.1 | 2.2 | da 2 . 3a 3.0

negatività Percentuale d e l carattere

ionita

0,5

1

2

4

|

12

15

d a 19 a 47

51

55

59

63

67

70

d a 74 à 859

Possiamo quindì affermare che:

* quando la differenza di elettronegatività è trascurabile (A, < 0,4), si forma un legame covalente puro; quando la differenza di elettronegatività è compresa tra 0,4 e 1,9, si

«

forma un legarne covalente polare; * quando la differenza di elettronegatività è A. > 1,9, il legame è ioDICO,

A . = 0,4 =

0,4

04 + F , —

Disegna la formula di struttura dell’ammoniaca. b) Nella molecola di ammoniaca, i legami t r a l’azoto a}

[A] ionico covalente polare

|

b) Quali considerazioni puoi fare?

1 1 0 Usando i l formalismo d i Lewis, disegna la formula ®

ammonio, NH7.

di struttura di: KI; H : S O4;MgF;; HNO;. »

e) Perché, secondo te, l’azoto è u n elemento

Per ciascun legame, calcola la differenza di elettronegatività e indica di che tipo di legame si tratta, attribuendo eventuali cariche ai singoli atomi,

fondamentale nello sviluppo delle piante? (Per rispondere, informati su quali sono le molecole biologiche ricche di azoto e sulla loro rilevanza per la sopravvivenza e lo sviluppo degli organismi.)

RIFLETTI E IPOTIZZA COLLEGA | CONCETTI

dI, Scrivi la formula del composto che si forma tra l'elemento con configurazione elettronica [He] 2s'2p° e l'elemento con configurazione [Xe] 652.

103 La regola dell’ottetto permette di prevedere la carica CO

dei cationi dei metalli dei gruppi I e IT ma non aiuta a prevedere le cariche dei metalli di transizione e d i post-transizione. e

*

112 BCl, ha u n livello di valenza incompleto.

Scrivi la configurazione elettronica abbreviata dello stagno e dei suoi due ioni $n** e Sn** considerando che per primi sono ceduti gli elettroni del livello più esterno e tenendo presente

Ipotizza come possa legare una molecola di acqua. b) Confronta la tua risposta con quelle dei compagni.

a)

113 O , e O , sono, rispettivamente, le formule brute

il diverso contenuto energetico dei sottolivelli.

dell’ossigeno molecolare è dell'ozono.

Quanta energia si libererebbe se 6,02 - 1 0 atomi di ossigeno si unissero tra loro a formare molecole diatomichet (Utilizza i dati della Tabella 1.) Quale sarebbe l'incremento d i temperatura registrato

fornendo a 1000 g d i acqua l’energia rilasciata?

a

azoto occorre spendere la stessa quantità di energia.

Scrivi la formula di struttura di entrambi e ipotizza le loro geometrie.

APPLICA E ARGOMENTA 114

Qualcuno afferma che per spezzare nei singoli atomi 3 mol d i molecole di ossigeno e 2 mol di molecole d i

Il composto che ottieni è ionico o covalente?

00

Qualiinformazioni possiamo ricavare dallapolarità di una molecola?

415 Mettii n relazione i valori di energia di prima

Tu che cosa ne pensi?

ionizzazione e i valori di affinità elettronica di un elemento con la sua tendenza a formare un

Il trifluoruro d i boro, B F , allo stato gassoso

legame ionico. Una volta formulata l a tua risposta, confrontati con u n compagno è una compagna: siete d'accordo? Argomentate le vostre risposte, quindi provate a scrivere u n breve testo che riassuma le posizioni d i entrambi.

reagisce con l’ammoniaca gassosa,NH,;, e forma un solido molecolare bianco con formula NHjBF.. «Scrivi la struttura di Lewis dei reagenti e del prodotto.

CAPITOLO H I legami chimici

ESERCIZI

45

116 Considera l a teoria VSEPR. uu

a} Quali disposizioni può assumere una molecola nello spazio? kb} I n che modo le coppie elettroniche libere dell’atomo centrale influenzano la struttura geometrica delle molecole? Fai alcuni esempiper motivare la tua risposta.

ad La condivisione di elettroni parta alla formazione di u n legame covalente. Spiega,portando degli esempi, la differenza tra legame singolo è

ME CHEMISTRY IN ENGLISH 421,

122 In your opinion, between the F—H and Br—H bond,

OA

which one is more polar? Justify your answer.

123 I n a Lewis structure formula, an electron pair shared between each pair o f atome represents a single bond. True o r False?

MO

I n the Lewis structures, the outer electrons are

multiplo, tra legame puro e polare. Quali sono le

highlighted. Are these the ones involvedin chemical

caratteristiche del legame dativo?

bond formation? True o r False?

117 Gli elementi del periodo 2, come azoto e ossigeno, formano molecole diatomiche, mentre i l fosforo e lo zolfo sotto forma d i elementi hanno formula

When a bond is created, is it necessary to provide

energy or will energy be releasedt Why are noble gasses characterizedby low reactivity?

P, e Sgpa)

Do group Il metals and group VIImetals tend to give up or take up electrons?

Spiegane la ragione,

What type ofbond makes up coordination compounds?

bk} Secondo te, esiste qualche relazione tra questo

comportamento è le dimensioni degli atomi?

LEGGI 1 GRAFICI

Draw the Lewis structure of three compounds: a) one with a single covalent bond;

LEA Considera gli elementi che sono gassosi a

b}) one with a double covalent bond;

temperatura ambiente (idrogeno, azoto, ossigeno, fluoro e cloro), trascurando i gas nobili. Nella

Tabella1 trovi l’energia di legame delle loro molecole

€) one with a triple covalent bond.

1 2 9 Complete the following sentence: 0A

Given a common electron pair between two different

diatomiche, mentre la lunghezza dei legami è: H ; = 74 png Na = 110 pm; O; = 121 pm; EF, = 142 pm; Cla = 199 pm.

atoms, it w i l l be moved toward thé more deeeeae

a) Costruisci u n grafico che confronti l'energia di

seaeee

a

daeaea

ceaaa

i

eeeee

atom because it hasa..

force o f . . .

legame ( i n ordinata} con la lunghezza del legame

sthe

. . Thismechanism generates

stesso (in ascissa). kb}

Scrivi le tue ossetvazioni i n sette righe, tenendo conto della posizione di questi elementi nel sistema periodico.

119

Determina, per tutti gli elementi del periodo 3 della tavola periodica: a) la differenza d i elettronegatività con l'ossigeno;

130 What chemical property must be relied on to define

WC

whether a bond is covalent polar or ionic?

1231 Considering the oxyacids, what is the central atom BC0G

in order t o draw the Lewis structure?

132 O n what does the distance between two nuclei

OG

depend?

bk} la natura del legame chimico che formano con

1233

What does the acronym VSEPR stand fort

hr

When is the geometry of the molecule called “bent”?

Riporta i risultati ottenuti in una tabella è commentali brevemente.

1235 UG

What is the unit ofbond energy?

126

Is the octet a necessary condition for a molecule to form? Justify your answer by giving examples.

l'ossigeno fionico, covalente polare, covalente puro) e le eventuali cariche sui singoli atomi.

120 L a percentuale di carattere ionico (1%} in u n legame ®

è data dalla relazione: 1% = 1 0 0: {1 — e-%25/Xa-X6l*]

dove X, è X , rappresentano l’elettronegatività degli atomi A e B legati. a} Realizza u n grafico [1% vs {(X, — Xp) tenendo presente che la differenza massima di elettronegatività è p a r i a 3,3. b)

Quando si considera i l legame prevalentemente ionico o principalmente covalente? Indaga e discuti con i tuoi compagni sul carattere del legarne in H F e in NaH.

OT

Lat

137 What is a dipole? a)

Describe what happen, during the formation of a deobond, between a metal and a nonmeta] element, 1 3 9 I s the electronegativity o f a n element constant i n

aC

any compound? Justify your answer by giving an example.

140 Lat)

16 the sum of A molecule is defined as the dipole moments of all its bonds is different from ............u.

ZA TO,

ru...

#

-

“a

--

H

-

i”

Li

è

"

#

i

;

» i

e

ja

i

i

",

i

Lèe

+

eq

o,

SEU E

avi è

LE NUOVE TEORIE DI LEGAME I

i

VO

VE

ri

pi *

| LIMITI DELLA TEORIA

i

por.

DI LEWIS EA

r

Li

La condivisione dei doppietti elettronici e la regola dell’ottetto sono i punti cardine della teoria di Lewis, che spiega la formazione dei legami i n mole-

è effettivamente superiore a quella delle zone limitrofe. Non consentono però di stabilire quali e quanti elettroni siano effettivamente presenti in

si

ALLE oe

I dati sperimentali oggi disponibili ci dicono infatti che, nella zona di

spazio compresa tra i nuclei degli atomi che si legano, la densità elettronica

i

il

[Cu(H.O),]°*. Tale teoria, però, non basta a dare una spiegazione alla di-

versa forma delle molecole che le moderne tecniche di indagine ci consentono di rilevare.

E

cole, in ioni poliatomici come N H , e in complessi di coordinazione come

inchieshutterstock

tale spazio. Pertanto, spiegare l’esistenza delle molecole in termini di condivisione di un ben preciso numero di coppie elettroniche risulta talvolta un'eccessiva semplificazione. Con la teoria di Lewis, per esempio, non si

spiegano le uguali lunghezze dei legami, determinate sperimentalmente, i n molecole come Os, o in ioni poliatornici come N O.; GLI IBRIDI DI RISONANZA In una molecola di ozono, O;, un atomo di ossigeno è legato agli altri due rispettivamente con u n legame semplice (dativo) e uno doppio.

I due legami dovrebbero avere diversa lunghezza,perché un legame doppio è più corto dì uno semplice. I dati sperimentali, invece. indicano che i due legami tra gli atomi di ossigeno sono identici e che la loro lunghezza è circa a metà tra quella di u n legame semplice e quella di uno doppio. La formula

di struttura, in questo caso, non descrive la realtà: gli atorni di ossigeno sono equivalenti e non è logico pensare che i loro elettroni si comportino diversamente. Poiché non si può distinguere u n legame dall'altro, allora, scriviamo due strutture, diverse solo per la posizione del doppio legame:

CAPITOLO ZA Le nuove teorie dilegame 277

Tali formule si dicono forme limite. Possiamo allora immaginare che la

molecola reale sia un ibrido derivato dal contributo di entrambe le forme limite: a questo ibrido si dà il none di ibrido di risonanza. U n ibrido d i risonanza è una molecola l a cuì struttura reale è intermedia

tra due o più possibili strutture d i Lewis.

Per rappresentarlo si ricorre alla modalità esposta in precedenza: la freccia a due punte indica che alla struttura della molecola contribuiscono en-

trambe le formule, anche se nessuna delle due è quella vera. Si possono scrivere forme limite quando, seguendo la procedura per scrivere una formula d i struttura, è necessario spostare gli elettroni per

creare uno o più doppi legami. Per lo ione nitrato, N O ; per esempio, la sistemazione dei 24 elettroni di valenza porta alla seguente struttura:

N NE

LL L'azoto completa l'ottetto solo se un doppietto di uno dei tre atomi di ossi-

geno va a formare u n doppio legame.I tre atomi di ossigeno sono equivalenti e quindi possiamo scrivere tre forme limite: s0:

e

a O

N

N

0:

«f—— LL

Po

N Pi

MOR

«U

10!

4f—— i

Po

o

#

N

U

N

n

Len

La possibilità di scrivere le formule limite comporta una diminuzione

dell'energia della molecola e un aumento della sua stabilità. Un esempio è rappresentato dal benzene, C H , una molecola esagonale a forma di anello che si trova in molti composti organici. Per il benzene possiamo scrivere

due formule limite che differiscono solo per la posizione dei doppi legarmi: H

ù C

“ce

HH

“Ne”

LA 7

H

“H

H

ì “e”

H”

i

C

“cr

H

an”

“H

H

H

L a risonanza si verifica solo tra strutture con la stessa disposizione degli

atomi ma con una diversa disposizione delle coppie elettroniche. Gli unici movimenti elettronici consentiti sono: « da doppietto solitario a legame adiacente per formare u n legame

multiplo (doppio o triplo), è viceversa; .

da legame multiplo a legame adiacente per spostare u n doppio legame {non si possono mai spostare elettroni da u n legame singolo).

FIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Nell'anidride solforosa, 5 0 , le distanze

Pensi sia possibile scrivere formule

d i legare t r a & e Ò sono uguali è

limite p e r la molecola d i stano, CH:CH3?

intermedie tra quelle d i u n legame

E per l o ione formiato, H C O ?

semplice e uro doppio. Rappresenta in modo cpportuno questa sostanza.

In caso positivo, disegna le possibili strutture.

IL LEGAME CHIMICO SECONDO LA TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA Quando, nel 1916, Lewis individuò la natura del legame covalente e propose la regola dell'ottetto, ebbe una grande intuizione. A quel tempo, infatti, si conosceva ancora molto poco delle proprietà degli elettroni. Il suo

modello del legame è così ben formulato che tuttora viene utilizzato per descrivere in modo semplice e complessivamente corretto u n grandissimo numero d i molecole. Nonostante questo, oggi una descrizione rigorosa del comportamento degli elettroni atomici e degli elettroni che abbiamo chiamato di legame deve tener conto anche delle moderne acquisizioni teoriche e sperimentali. Nel 1930 Linus Pauling (1901-1994) propose la teoria del legame di valenza (o VB, da Valence Bond). La teoria VB descrive la formazione di un legame covalente a partire dagli orbitali atomici in cui si trovano gli elettroni esterni dei due atomi:

un legame covalente si forma fra due atomi quando una coppia di elettroni con spin opposto è condivisa per parziale sovrapposizione di due orbitali atomici. Maggiore è la sovrapposizione degli orbitali atornici, maggiori sono la forza del legame e la stabilità della molecola. Il motivo che spinge gli atomi a

legarsi, quindi, è la possibilità di riempire orbitali esterni incompleti e non, come proposto nella teoria d i Lewis, la tendenza di u n atorno a raggiungere la configurazione elettronica del gas nobile più vicino.

LE MOLECOLE DIATOMICHE SECONDO LA TEORIA DEL LEGAME DI VALENZA La rappresentazione della molecola d i idrogeno, H», si può ottenere, i n ba-

se alla teoria del legame di valenza, per sovrapposizione delle rappresentazioni dei due orbitali ls degli atorni di idrogeno. Quando gli atomi d i idrogeno si avvicinano, i loro elettroni si appaiano e gli orbitali atomici sì sovrappongono parzialmente. A causa di questa sovrapposizione, i due

elettroni condivisi, che hanno spin opposto, hanno una maggiore possibilità di trovarsi nella regione dello spazio che è compresa tra i due nuclei. Vediamo come si può descrivere la formazione di questa molecola secondo

diverse rappresentazioni (Figura1).

A

Figura 1 Formazione del legame

nella molecola di idrogeno.

H+ + H — ©

15

H:H —

{A} Rappresentazione degli elettroni d i valenza; {B} rappresentazione con la simbologia di Lewis; {(C}) rappresentazione per

H-H

15

sovrapposizione di orbitali atomici.

I atomi H separati

sovrapposizione degli orbitali 5 — £

\ legame covalente in Ha

CAPITOLO 2 Le nuove teorie di legame

4249

Figura 2 La formazione del legame nella molecola d i fluoro. (A} Rappresentazione degli elettroni di valenza; (BE) rappresentazione con la simbologia di Levis; (C} rappresentazione per sovrapposizione d i orbitali atomici.

Le molecole diatomiche più grandi, come quella del fluoro, F;, o dell’acido fluoridrico, HF, si possono descrivere in modo simile a quanto fatto per H>: sì appaiano gli elettroni dello strato di valenza dei singoli atomi e si sovrappongono gli orbitali atomici. Vediamo il casa del fluoro. Prima che i due atorni di fluoro si combinino, ciascun atomo presenta

un elettrone spaiato nell'orbitale atomico 2p,. Quando i due atomi si avvicinano gli elettroni si appaiano e gli orbitali si sovrappongono (Figura 2). La sovrapposizione degli orbitali 2f, di ciascun atomo corrisponde al

trattino tra i due atomi di fluoro, F—EF,nella formula di Lewis.

A

Ti

1}

iF.+Fi— : F r E i — F F di

du

©

atomi separati

sovrapposizione pp; — 0 ;

-F

F—F

Figura 3

Nella molecola HF, invece, il legame si forma per sovrapposizione dell'or-

I l legame i n HF secondo la teoria VB.

bitale atomico Ls dell'idrogeno con l’orbitale 2p, del fluoro (Figura 3). sovrapposizione £ = p ,

15

/

Ze:

Se osserviamo le rappresentazioni delle molecole considerate, notiamo che, i n tutti i casi, il massimo addensamento elettronico si sviluppa lungo l’asse di legame e i n modo simmetrico rispetto a esso. A i legami d i questo tipo si dà il nome di legami 0 (sigma). Tutti i legami covalenti semplici sono legami d {Figura 4). Figura 4

sovrapposizione

Rappresentazione della formazione del legatne 0 .

degli ertitali legame G

\

È

P ————’

In un legame 6 la distribuzione elettronica è concentrata lungo l’asse di legame ed è disposta in modo simmetrico intorno a esso. Per sovrapposizione di orbitali atomici di tipo p non si formano soltanto legami d, cone avviene nella molecola di fluoro, F . Possiamo, infatti, immaginare di sovrapporre le loro rappresentazioni anziché in modo coassiale (testa-testa), in modo parallelo. Il legame che ne deriva non presenta

u n addensamento elettronico in corrispondenza dell'asse d i legame, ben-

sì in due regioni identiche situate da parti opposte rispetto all’asse stesso (Figura 5). A l legame così ottenuto si dà il nome di legame z (pi greco). Figura 5

legame x

|

Rappresentazione della formazione d e l legame fn.

sovrapposizione degli orbitali

In u n legame x la distribuzione elettronica è concentrata in due zone situate da parti opposte rispetto all’asse di legame. Il legame # ci permette d i spiegare la formazione di legami multipli. Consideriamo la molecola d i azoto, N . (Figura €A}. Ogni atomo d i azoto presenta tre orbitali p incompleti, ma solo uno dei tre è i n grado di so-

vrapporsi testa-testa per dare origine a un legame di tipo o. I due elettroni rimanenti su ciascun atomo negli orbitali p , e p ; possono solo sovrapporsi lateralmente (Figura 68). Quello che ne risulta sono due legami rr che si

fondono creando un cilindro di densità elettronica che circonda i due atom i (Figura €€). Figura & Formazione del legame nella molecola d i azoto, (4} Rappresentazione degli elettroni d i valenza: (B) formazione del legami & e 1; (C) rappresentazione della molecola d i Na. I n azzurro l a dansità

N E

2

AE

i 1{2p,

12:

2a}

elettronica relativa al legame & , in rosso quella relativa ai due legarmi 2 .

2.)

/

legame d

{2

20.)

neo legami x

Secondo la teoria del legame di valenza, possiamo quindi affermare che:

* ogni legame semplice è un legame di tipo g; * ogni legame doppio è costituito da u n legame c e da u n legame x ;

* ogni legame triplo è costituito da u n legame & e da due legami 7 .

RIFLETTI E RISPONDI Indica i l numero d i legami dC e 1 presenti i n CHa,, 0 ; è Csa.

CAPITOLO T 2 Le nuove teorie di legame

LA TEORIA VB APPLICATA A MOLECOLE POLIATOMICHE Proviamo a individuare quali orbitali atomici si sovrappongono per formare la molecola d'acqua. Un legarne deriva dalla sovrapposizione dell'orbitale 1s di un atomo di idrogeno con l’orbitale 2p, dell'atomo di ossigeno; l’altro è il risultato della parziale sovrapposizione dell’orbitale 15 del seconde atomo di idrogeno con l’orbitale 2p, dell'atomo di ossigeno {Figura 7). Figura 7

15

Nella molecola di acqua i d u e legami covalenti

tra ossigeno e idrogeno

2f3y

corrispondono alla

formazione di due legami sigma. Nan è rappresentato

15

2fx

l‘orbitale dp,

e

|

Dalla sovrapposizione delle superfici di contorno, deduciamo che si formano due legami da i l cui massimo addensamento elettronico è lungo i rispettivi assi d i legame, tra loro perpendicolari. L’angole d i legame dovreb-

be allora risultare di 90°. Questa conclusione, però, non è in accordo c o ni dati sperimentali, secondo i quali l'angolo di legame H—O—H è di 104,5°, Seguendo lo stesso ragionamento, commetteremmo u n errore analogo an-

che per le molecole di metano (CH,) e ammoniaca (NH;), che sappiamo avere rispettivamente geometria tetraedrica e piramidale triangolare, Possiamo dedurre che il metodo utilizzato non può spiegare le proprietà delle molecole: la scelta di sovrapporre due orbitali atomici «puri», adatRIFLETTI E IPOTIZZA

Misure sperimentali indicano che l'angolo di legame nella molecola di H a è di 92°, Quale teoria giustifica questo valore?

t i a descrivere il comportamento d i u n elettrone i n u n atomo isolato, deve essere rivista. Gli elettroni che danno i l maggior contributo alla formazione dei legami devono essere descritti da funzioni più appropriate. È lo stes-

so Pauling a proporre un modo per individuare tali funzioni: esso consiste nel combinare un numero adeguato di orbitali atomici puri. Il risultato dell’incrocio è chiamato orbitale ibrido.

18

L'IBRIDAZIONE DEGLI ORBITALI ATOMICI

Secondo questo approccio teorico, gli orbitali atomici 5 ,p è d di uno stesso atomo possono essere sommati algebricamente, i n modo da ottenere nuov i orbitali ibridi orientati nello spazio nel modo voluto. Gli orbitali atomici ibridi sono funzioni matematiche che derivano dalla

somma algebrica di un certo numero di orbitali atomici di energia simile. Gli orbitali atomici da ibridare: * devono avere energie confrontabili, cioè devono possedere lo stesso

numero quantico principale; «

devono essere utilizzati per formare legami covalenti oppure per ospitare coppie elettroniche libere;

* sono diretti dall'atomo centrale verso gli atorni esterni, in modo da garantire una migliore sovrapposizione con i loro orbitali e la formazione di legami più forti.

A seconda del numero e del tipo di crbitali che si mescolano, possiamo ottenere diverse geometrie molecolari. Vediamo le più importanti a partire dall'atomo di carbonio, che è il costituente fondamentale d i u n enorme numero di molecole organiche. La configurazione elettronica del carbonio è: «C = 1822p2p,2po

Sappiamo che il carbonio è in grado di formare quattro legami covalenti

con altri atorni. Fornendo l'energia necessaria a eccitare uno dei suoi elettroni 25, questo può essere «promosso» nell'orbitale 2p vuoto. L'atomo di carbonio eccitato ha ora quattro orbitali semipieni, che possono originare altrettanti legami covalenti:

Wii

— f]tt]

stato fondamentale

rtf ibridazione sp*

stato eccitato

La geometria tetraedrica dei legami nei composti del carbonio si ottiene

combinando tra loro i suoi tre orbitali atomici 2p con l’orbitale 25: si formano in questo modo quattro nuovi orbitali, chiamati orbitali ibridi sp° (esse-pi-tre). Lesponente 3 indica il numero d i orbitali p che partecipano

alla formazione dell’ibrido. L'energia degli ibridi sp, la forma della loro rappresentazione di probabilità e la disposizione nello spazio sono del tutto diverse rispetto agli orbitali d i partenza. Gli orbitali sp° hanno per 1/4 le caratteristiche dell’orbitale 25 e per 3/4 le caratteristiche dei 2p, si estendono i n direzione dei vertici d i u n tetraedro e hanno energia intermedia fra quella dell’orbitale s e quella degli orbitali p da cui derivano. La quantità di energia necessaria per promuovere un elettrone dell’orbitale s è ampiamente recuperata quando sì formano i 4 legami con gli altri atorni. Nel caso del metano, CH,, per esempio, ognuno degli ibridi sp* dell’atomo di carbonio si somma con l’orbitale 1s di u n atomo di idrogeno e si Figura 8 ottengono quattro legami sigma (Figura #).

I dati ricavati sperimentalmente confermano questa descrizione teorica. Ci dicono, infatti, che tutti e quattro i legami C—H sono identici tra loro: hanno tutti la stessa lunghezza d i legame (1,095 A) e la stessa energia

(435 kJfmol).

(A)

i

orbitale s

©

{A} Formazione d i u n orbitale ibrido sp; {E} disposizione tetraedrica degli orbitali

ibridi s p *di un atemo di carbonio, dove generalmente i l lobo p i ù piccolo non viene rappresentato; (0) modello molecclare del CH,.

ibridazione

orbitale p

orbitale ibrido sp?

©

i

109,5° Ibridazione yY

y

Li

orbitale 5

orbitali p

disposizione tetraedrica

Grbitali sp?

CAPITOLO “T2 Le nuove teorie di legame

La geometria triangolare piana, che abbiamo incontrato nel composto B H , si ottiene combinando due orbitali atomici 2p con l’orbitale 2s: si formano tre nuovi orbitali, gli ibridi sp, con forma, energia e disposizione nello spazio diverse quelli di partenza:

mf

— MEM

— Di F i ]

sB = 1s2s'2p;2p}2p;

ibridazione sp:

stato eccitato

stato fondamentale

oO

Gli orbitali ibridi sp* giacciono su uno stesso piano a 120° l'uno dall'altro; il restante orbitale 2p non ibridato è perpendicolare al piano. La geometria lineare deriva dagli ibridi sp, dati della combinazione di u n orbitale s e di uno p. Gli ibridi sp si dispongono da parti opposte rispetto al nucleo, con un angolo di 180° gli altri orbitali 2p non ibridati sono perpendicolari tra loro e ai due ibridi sp. I l berillio, formando il dicloruro di berillio, BeCl;, usa due orbitali sp: B e = 1s/2:'2p2pi2p°

— stato fondamentale

tit

i i t f—

|

stato eccitato

ibridazione sp

La teoria degli orbitali ibridi spiega la geometria di H;O e NH,;. L'ossigeno e l'azoto usano orbitali ibridi sp*, ma non tutti formano legami: due orbitali nel caso dell’ossigeno e uno nel caso dell’azoto ospitano coppie di elettroni non condivise (Figura 9). Per identificare l’ibridazione dell'atom o centrale, quindi, dobbiamo prima disegnare la struttura di Lewis e poi

predire la geometria delle coppie elettroniche con la teoria VSEPR. Figura 9 (A) Ibridazione dell'ossigeno I n H o :

(A) O fin HaO)

ti

(E)

ttt

Mt]

Hutt

{E} ibridazione dell'azoto i n NHs.

N dn NHa)

WILL ibridazione sp*

stato fondamentale

La Tabella 4 riassume le caratteristiche degli orbitali ibridi, Tabella 1

ibrido

tQrbitali ibridi formati da orbitali atomici 5 è pa

Humero d i orbitali ibridi

Angoli di legame

Geometria della molecola

confronto.

180°

po

>


cui gli atomi sono stati bloccati.

E

Miss)

!

Suhastian JanickifShutterstocrk

|

e

sono organizzati in modo casuale, La struttura ricorda quella di u n liquido in

Benoit Daou, LS fiutiersbock

(A)

organizzati secondo uno schema regolare che si ripete nello spazio. (B} Il vetro, pur avendo la stessa composizione chimica del quarzo, è u n solido amorfo, La sua struttura microscopica è disordinata: non sì ha ordine a lungo raggio, | suoi atomi

FORMAZIONE DEI SOLIDI AMORFI La formazione di un solido amorfo dipende dalla velocità di raffreddamento e dalla struttura degli atomi o molecole che lo compongono. I l ratfreddamento estremamente rapido, come accade per l’ossidiana, non dà il tempo agli atomi o alle molecole di organizzarsi. La massa fusa sì trova

improvvisamente al di sotto della temperatura di fusione e, non riuscendo a disporsi secondo l'ordine imposto dalla cella cristallina, si «congela» in una situazione simile a quella del liquido. Se gli atomi o le molecole che compongono il materiale hanno difficoltà a organizzarsi nello spazio, per esempio perché sono particolarmente ingombranti, allora è molto probabile che nel passare dallo stato fuso allo stato solido si abbia la formazione di un solido amorfo. È questo ciò che si

verifica i n moltissime materie plastiche. 1polimeri, le molecole che compongono le plastiche, sono molto grandi e possono avere una scarsa mobilità, che impedisce la formazione di strutture cristalline. CAPITOLO1 3 Le forze intermolecolari e gli stati condensati della materia

315

U n altro parametro da considerare per valutare la possibilità di formazio-

ne di un solido amorfo è la cosiddetta energia reticolare. L'energia reticolare è una misura della quantità di energia che viene liberata quando si ha la formazione del reticolo cristallino nel passaggio da liquido a solido, o della quantità di energia che si deve fornire per rompere la struttura cristallina nel passaggio da solido a liquido, Se l'energia reticolare per una sostanza è bassa, il guadagno energetico nella formazione del reticolo cristallino è pressoché nullo: di conseguenza, è molto probabile che tenderà a esistere sotto forma d i solido amorfo. È quello che accade, per esempio,

con il diossido di silicio. Se si prende un cristallo di quarzo e lo si fonde, è molto difficile riusci-

re a ottenere nuovamente un cristallo nella successiva solidificazione. A prescindere dalla velocità di raffreddamento, si tenderà alla formazione di una massa amorfa. L'energia reticolare per l’ossido d i silicio è relativamente bassa, quindi i l suo guadagno energetico nella formazione del cristallo è

praticamente nullo. In molti casi la struttura amorfa è metastabile, cioè non è stabile come quella cristallina e quindi tende a trasformarsi nel tempo. Si può osservare, infatti, u n fenomeno chiamato ricristallizzazione, i n cui nel solido amorfo sì nota la formazione di microcristalli, il cui numero e la cui dimensione crescono nel tempo. I n alcune vetrate particolarmente antiche si

può notare una leggera opacità legata proprio alla formazione di cristalli di quarzo all’interno della massa vetrosa. La velocità con cui avviene questo processo dipende dalle condizioni di pressione e temperatura alle quali si trova i l materiale stesso.

LE PROPRIETÀ DEI SOLIDI AMORFI Nonostante si tratti sempre di materiali solidi, le proprietà dei materiali che si trovano nello stato amorfo sono nettamente diverse da quelle dei materiali cristallini. Una prima differenza è data dal fatto che non hanno una temperatura

di fusione, anzi possiamo più correttamente dire che non fondono affatto, ma passano da uno stato a d altissima viscosità, definito stato vetroso, a uno stato a viscositàpiù bassa, definito stato gommoso.

* Quando il materiale sì trova nello stato vetroso, i suoi atomi o le sue molecole sono immobili e quindi possiamo dire che è, a tutti gli effetti, un solido. I n questo stato, il materiale è fragile ma elastico. U n materiale elastico si deforma, in modo magari non apprezzabile visivamente, se viene sottoposto all’azione di una forza esterna, m a riacquista la forma d i partenza quando cessa la sollecitazione. Se la forza applicata supera una certa soglia, il materiale arriva a una

fratturafragile: i pezzi ottenuti sì possono riaccostare è riottenere la »

forma iniziale. Passando allo stato gommoso, si ha una drastica diminuzione della

viscosità. Gli atomi o le molecole che lo compongono acquisiscono la capacità d i muoversi e i l materiale inizia a comportarsi come u n fluido. I n questo stato, i l materiale risulta duttile, facilmente deformabile plasticamente, meno elastico è meno fragile.

Il passaggio dallo stato vetroso allo stato gommaoso avviene a una precisa temperatura, che è detta temperatura di transizione vetrosa, t.. La temperatura di transizione vetrosa non è una vera e propria temperatura di fusione come la intendiamo per le sostanze pure o per i miscugli, poiché non sì osserva una sosta termica nel momento in cui si ha il passaggio dallo

stato vetroso a quello gommoso. Si tratta tuttavia d i una temperatura alla

quale si osserva un drastico cambio nelle proprietà fisiche e meccaniche

madulo di elasticità (MPa)

del materiale (Figura #2}. Figura 1 7 Il diagramma mostra come varia il modulo di elasticità, un parametro che indica la resistenza di un materiale a una deformazione, con l'aumentare della temperatura.

temperatura di transizione vetrosa

transizione

AL

vetrosa

stato QTA

SI

'

|

flusso

qummosa

temperatura (K}

La temperatura d i transizione vetrosa è tipica di ogni materiale e dipende dalla sua natura e dalla sua storia termica. Per esempio, due vetri con composizione simile tra loro che hanno subito cicli di raffreddamento diversi

hanno temperature di transizione vetrosa diverse. I n u n solido cristallino, poiché questi sono caratterizzati da una specifica cella cristallina con u n certo orientamento spaziale, le proprietà fisiche è meccaniche dipendono dalla direzione che sì sta considerando. Per esempio, i valori dell’indice di rifrazione possono essere diversi lungo i tre assi. Questo rende la maggior parte dei materiali cristallini anisotropi, ossia caratterizzati da proprietà che variano con la direzione considerata, Non è u n caso se nei cristalli esistono specifiche direzioni o piani lungo i quali è più facile sì possa verificare una frattura. I solidi amorfi, al contrario, sono tutti isotropi, cioè le loro proprietà

sono uguali qualsiasi direzione sì prenda in considerazione. Questa proprietà è strettamente connessa al disordine intrinseco dei materiali amorfi. Non essendoci ordine a lungo raggio, non esiste una direzione preferenziale all’interno del materiale; qualsiasi direzione è uguale.

POLIMERI: AMORFI E CRISTALLINI Le plastiche sono formate da polimeri che possono essere amorfi o semicristallini. Il termine polimero indica una molecola di massa molecolare

|

elevata (macromolecola) costituita d a u n gran numero d i unità strutturali,

dette monomeri, che si ripetono concatenandosi. I legami chimici all’interno di ciascuna macromolecola sono d i tipo covalente, mentre le macromolecole sono tenute insieme da deboli legami secondari. A temperature sufficientemente elevate le catene dei polimeri sono libe-

re di muoversi e si dispongono nello spazio in modo casuale, come lunghi fili di lana aggrovigliati, definito perciò gomitala statistico. Tra una catena e l’altra rimane molto spazio, che si chiama volume libero. Abbassando la temperatura, la mobilità delle catene e i l volume libero diminuiscono. Se le catene si dispongono in modo irregolare avremo un solido amorfo, merntre se alcune parti riescono a disporsi in modo ordinato avremo u n solido

CAPITOLO1 3 Le forze intermolecolari e gli stati condensati della materia

S17

semicristallino. I polimeri dunque non sono mai completamente cristallini, ma presentano delle zone di cristallinità più o meno grandi che si alternano a zone amorfe (Figura18),

polimero con struttura amaorfa

polimero con struttura semicristallina

Figura 1 8

Il grado di cristallinità, che indica qual è la percentuale di parte cristallina

(42) Folimero amorfo. (E) Polimaro semicristallino: una stessa macromolecola appartiene sia a zone cristalline sia a zone amorfe.

in un materiale polimerico, dipende dalla struttura del polimero e dalla velocità con cui avviene il raffreddamento. Per esempio, immaginiamo di voler allineare una a fianco all'altra tante catene di metallo: le catene con tutti gli anelli uguali si allineano più facilmente di quelle con anelli

di forma e dimensioni diverse. Se alla catena di anelli attacchiamo altri anelli laterali o addirittura dei lucchetti, vediamo che diventa sempre più

difficile disporle una a fianco all'altra. Per questoil polietilene, formato da un'unità ripetitiva sempre uguale (l'’etene), quando forma lunghe catene lineari presenta un'elevata percentuale di zone cristalline. Il prodotto che

si ottiene è l'HDPE (High-Density Polyethylene): le forze di London che si stabiliscono tra le catene permettono la formazione d i u n materiale resistente alle sollecitazioni, che viene adoperato per il packaging di prodotti alimentari. U n processo di sintesi più economico, sempre a partire dallo stesso monomero, porta invece a catene più corte e ramificate. Il prodotto che si ottiene, l’LDPE (Low-Density Polyethylene), presenta una struttura essenzialmente amorfa, scarse proprietà meccaniche e viene utilizzato, per

esempio, per la realizzazione di pellicole sottili o dei cartoni di succhi o di latte, la cui intelaiatura è costituita da una lamina di cartoncino, da uno strato d i alluminio e da u n sottile foglio d i plastica.

Le interazioni tra le singole catene influenzano le caratteristiche del po-

limero: nel nylon, per esempio, la possibilità di formare legami a idrogeno tra catene adiacenti porta a una struttura tridimensionale molto ordinata, semicristallina. I polimeri a struttura amorfa o semicristallina presentano una temperatura d i transizione vetrosa (f,), mentre i polimeri con elevato grado di cristallinità presentano anche una temperatura d i fusione, oltre la quale

diventano liquidi. La f, influenza le proprietà del polimero: «

se la temperatura ambiente èmaggiore della t,, il polimero si presenta gommoso/viscoso, flessibile e tenace;

* se la temperatura ambiente è minore della f,, il polimero si presenta allo stato vetroso, quindi è duro e fragile. Bisogna sempre ricordare poi che le caratteristiche delle plastiche non di-

pendono solo dal tipo di polimero presente ma anche dai vari additivi che vengono aggiunti per migliorare le proprietà meccaniche, chimiche, estetiche o per diminuirne il costo.

LE PROPRIETÀ INTENSIVE DELLO STATO LIQUIDO Se nei solidi cristallini le unità costitutive sono distribuite nello spazio se-

condo schemi precisi e regolari, nei liquidi la disposizione delle molecole è altamente disordinata, quasi come nei gas. Rispetto ai gas, però: « i liquidi presentano u n elevatissimo numero di molecole nell’unità di volume, confrontabile con quello dei solidi; «

le molecole dei liquidi hanno un'elevata mobilità e modificano la loro posizione frequentemente.

D i conseguenza, le proprietà dello stato liquido sono difficili da prevedere e, ancora oggi, mancano modelli matematici adatti a descrivere, i n termini

quantitativi, uno stato della materia così denso e disordinato. Molte delle loro proprietà, comunque, dipendono dalla natura delle forze d i coesione che agiscono all’interno della sostanza liquida. Se osserviamo nella Tabella 4 i valori della tensione superficiale, della tensione di

vapore e della viscosità relativi a liquidi diversi, notiamo che essi variano notevolmente da caso a caso. Proviamo, allora, a darne una spiegazione. Sostanza

Tensione d i vapore

{mmHg} HO

17,5

Cda

91

Ho

0,0012

| Tensione superficiale

{N/m)

-

(N s/m2)

7 , 2 7 5 107?

2,643 102 (*) :

[aa 1 0 2

| viscosità

|

1,005

Tabella 4 Froprietà intensive di alcurre sostanze a

20 “C

0,909 [1,685

[*) Valore a 25 °C.

La tensione di vapore (o pressione di vapore) di un liquido puro, a una certa temperatura, è la pressione che esercita i l vapore quando è i n equi-

librio con il liquido stesso da cui si è formato. Le molecole di u n liquido, pur attraendosi reciprocamente, sono in continuo movimento. Alcune di esse, a causa dei continui urti cui sono sottoposte, raggiungono valori di energia cinetica superiori alla media. Se sono vicine alla superficie, possono sfuggire dal liquido, occupare lo spazio sovrastante ed esercitare una pressione all’interno del recipiente, tanto più grande quanto più elevato è il loro numero. La tensione di vapore di un liquido indica quindi la tendenza

delle sue molecole a passare allo stato gassoso, 0

Lr”

vapore |a

- liquide

A parità di temperatura, la facilità con cui le molecole sfuggono dal proprio liquido dipende dall’intensità delle loro forze attrattive. Se queste so1 0 deboli, come nel tetracloruro d i carbonio, CCL, si ha un'elevata tensione di vapore (91 mmHg a 20 °C); se invece sono rilevanti, come nell'acqua, la tensione di vapore è minore (17,5 mmHg a 20 “C). I liquidi che hanno un'elevata tensione di vapore, come l'etere e l’acetone, si dicono volatili. CAPITOLO1 3 Le forze intermolecolari e gli stati condensati della materia

La tensione di vapore di u n liquido aumenta all’aumentare della temperatura: le sue particelle possiedono maggiore energia cinetica e sfuggono più

facilmente dalla superficie del liquido (Figura19). Figura 1 9 All'aumentare della temperatura, la

tansione di vapore dei liquidi aumenta. natura del liquido.

pressione (mmHg}

L'entità dell'aumento dipende dalla

0

Li

60

50

ao

Li

70

90

100

temperatura (°C) —

tetracloruro d i carbonio

—

benzene

—

c o l etilico

—

qua

Per una molecola situata all’interno di u n liquido le forze attrattive si bilanciano, ma le molecole che si trovano sulla superficie del liquido sono attratte soltanto dalle molecole sottostanti e da quelle laterali. Come ab-

biamo visto nel capitolo sulle proprietà dell’acqua (vedi Capitolo &), la superficie di u n liquido si comporta come una membrana tesa che si oppone a qualsiasi stiramento. La tensione superficiale è la tendenza delle molecole della superficie a lasciarsi attrarre verso l'interno ed è tanto maggiore quanto più intense sono le forze attrattive tra le molecole del liquido. La tensione superficiale dell’acqua, per esempio, è circa tre volte più grande di quella del tetraclo-

ruro di carbonio, Fra le molecole di acqua, infatti, si stabiliscono forze attrattive (legami a idrogeno} ben più intense delle forze di London che agiscono fra le molecole di CCL. Tra gli atorni del mercurio, invece, agiscono energici legami metallici e infatti la tensione superticiale del mercurio è quasi sette volte più grande di quella dell'acqua. La viscosità è una proprietà intensiva posseduta da tutti i fluidi (liquidi € gas}, che esprime la resistenza allo scorrimento. In altre parole la viscosità è u n coefficiente di «attrito interno». Liquidi molto viscosi, come l'olio, escono lentamente da u n forellino, mentre liquidi meno viscosi, come

l’acqua, fluiscono rapidamente. A parità di dimensioni delle molecole la viscosità aumenta all'aumentare delle forze intermolecolari. I liquidi con alta viscosità sano detti liquidi viscosi. La glicerina è un liquido molto più viscoso dell’acqua, perché ogni molecola di glicerina è in grado di formare

un numero maggiore di legami a idrogeno rispetto a quella dell'acqua. RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Consideriamo il glicole etilenico, die ha formula HOCH.:CH+OH è sì utilizza come antigelo nei motori delle automobili.

Dall'analisi del grafico di Figura te, sai dire quale delle sostanze è reno volatile delle altre e quale bolle a

Come valuti la sua viscosità+Fensi

temperatura p i ù alta, a parità d i

sla maggiore o minore d i quella

pressione?

dell'acqua? Perché?

Usa le parole evidenziate nella mappa per costruire i l glossario del capitolo. Puoi realizzarlo sul tuo quaderno oppure su un file condiviso con la classe.

MAPPA VISUALE CAPITOLO 123

H-Q

RA

f+

f-

e

*

CO:

hd

l

NATURA ELETTROSTATICA AGISCONO tra DIPOLI ELETTRICI DIMINUISCONO con e AUMENTO

distanza dipoli — DIMINUZIONE massa particelle —

pp

legato covalentemente a u n ATOMO PICCOLO MOLTO ELETTRONEGATIVO po | è COPPIA ELETTRONICA LIBERA i N - g O - -

0

es. N H , H O , HF con alte temperature d i ebollizione

b_ $ n È

mai Cotfl2o

i

pp INTERAZIONE DIPOLO-DIPOLO

_

Lg

3

Pe

LaHa

14

oo

CE

j

-e

Re

e

“ip

hh

LEGAME A IDROGENO tra idrogeno

hh

+e)

+e

FORZE d i VAN DER WAALS

per la presenza del -

PA

LEGAME A IDROGENO

/

L hh

FORZE DI LONDON

\

DIFOLO TEMPORANEO

DIPOLO PERMANENTE

sl ha nelle molecole POLARI

si ha nelle molecole APOLARI

es. HCl

es. F forze più deboli di quelle che i

INTERAZIONE IONE-DIPOLO

stabiliscono tra le molecole di ACI,

tra gli ioni che costituiscono il cristallo lonico (es. NaCÎ} e le molecole d i acqua

l

!

INTERAZIONI tra particelle d e t e r m i n a n o p r o p r i e t à d e g l i STATI CONDENSATI DELLA MATERIA

’

1

PROPRIETÀ * TENSIONE SUPERFICIALE * TENSIONE D I VAPORE

CRISTALLINI disposizione particelle ORDINATA

AMGRFA disposizione particelle DISORDINATA es. vetro

* VISCOSITÀ

’

i

+ pe

i n base a l TIPO d i LEGAME

PLASTICHE formate

si classificano come

da POLIMERI che possono essere A M O R F I

" ionici [NatCl} * metallici ( F e , C u . . . }

o SEMICRISTALLINI

= covalenti {diamante}

1 hà

I n base alla DISPFOSEZIONE degli ATORHI

nel reticolo cristallino ii

alla CELLA ELEMENTARE

1

* molecolari apolari (CO, 12)

* POLIMOREISMO

= molecolari polari (H;0, CeH120) /

« ALLOTROPIA + ISOMORFISMO

e

-

-

es. allotropi del carbonio: diamante, grafite e fullereni

CAPITOLO1 3 Le forze Intermotecolari e gli stati condensati della materia

321

ZTER N Mettiti alla prova con 20 esercizi interattivi

16 Gli idruri di € . Si, Ge e Sn hanno formula C H , eva SiH.. GeH, e S n H .

QU ES ITI E PROBLEMI

1

b} Sono molecole polari oppure no?

U;

idrure nan metallico

}

L ossida basico )

ossido acido [anidride)

L-

|:

=

H+

H.O

==>

|

idracido

|

sale ternario

+ Hal

A, sele binario Je + HCO

COMPOSTI BINARI E COMPOSTI TERNARI I composti binari e ternari sono formati rispettivamente da due o tre elementi. Le classi d i composti binari sono gli ossidi, gli idruri, gli idracidi e i sali binari: i sali binari sono formati da u n metallo (Me) e u n non metallo (XX); gli ossidi sono basici (MeO) se formati per reazione tra u n metallo e l’assigeno, e acidi (XO} o anidridi se formati da u n non metallo e ossigeno. CAPITOLO1 4 classificazione e nomenclatura del composti

233

I composti binari si classificano anche in ionici e molecolari. 1composti io-

nici, costituiti da un catione metallico e da un anione non metallico, comprendono i sali binari (alogenuri e solfuri), gli idruri metallici e gli ossidi basici. Sono composti molecolari gli ossidi acidi, gli idruri non metallici

Tabella 4 La classificazione dei composti binari.

covalenti e gli idracidi (Tabella 3}. Struttura

Tipo di slemarnti prasanti

Classe

Esamplo

Tipo d i composta

CaO

ionico

della formula Met

ossidi basici

metallo, ossigeno

ossidi acidi to anidridi)

ron metallo, ossigeno

lidruri metallici

xo

metallo, idrogeno

|

molecolare

50

MeH

ILA

fionico

idruri covalenti

ron metallo, idrogeno

XH

NH;

molecolare

idracidi

ran metallo (solo alogeni e zolfo), idrogeno

HX.

HCI

molecolare

sall binari

metallo, non metallo

Mex

Nacil

lonico

Tabella 4

I] principali composti ternari sono gli idrossidi, gli ossiacidi e i sali degli ossiacidi (Tabella 4). Gli idrossidi sono caratterizzati dalla presenza di u n gruppo O H , gli ossiacidi da u n non metallo tra l'idrogeno e l'ossigeno, e i sali ternari dal metallo. Anche i composti ternari possono essere ionici e

La classificazione dei composti ternari.

covalenti: gli ossiacidi sono gli unici a presentare solo legami molecolari. Tipò di composto

Classe

Tipo di slamenti prasenti

Struttura della formula

Esempio

idrossidi

metallo, ossigeno, idrogeno

MetH

NatGH

ionico

ossiacidi

idrogeno, non metallo, ossigeno

HXO

HNO;

molecolare

sali ternari

metallo, n o n metallo, ossigeno

Mex

Cast,

ionico

Figura €

La Figura 6 ci guida nel classificare i composti a partire dalle formule.

Come sì dassifica u n composto.

quanti elementi?ì 15TO TERNARIG

COMPOSTO

U

c'è l'ossigeno? )

ee

I

sì [

No

ossido basico |

i

| 1

l

L NO

idrossido ) (inizia n

si 1

)

c'è un v e t e

si I ’

sì L

è presente l'’klrogano?

)

LU i i

U

i l gruppo o n ? )

" NO

HO

ossido ackio

| salebinario }

inizia con l H ? )

{anidride}

Ci)

) .

SI

||

NO

idruro metallico |} lidruro covalente

q assiacido )

IH? )

L

ho

(sale ternario )

44

LA NOMENCLATURA IUPAC DEI COMPOSTI BINARI

Nella nomenclatura IUPAC il nome si assegna a partire da quello dell'ele- Tabella 5 mento a destra nella formula: alla radice del nome si aggiunge il suffisso Le radici d i alcuni nomi.

-uro, seguito dalla preposizione di e dal nome dell'altro elemento. La radice del nome si ricava dal nome dell'elemento elidendo la vocale, con alcune eccezioni (Tabella 5). potassio

clore

sa! cloruro di potassio

Elamaento

Radice dal noma

azot o

nitr-

carbonio

carb- (o carbon-}

fluoro

fluaor-

fosforo

fost- (a fostaor-}

idrogen o

idr-

zolfo

solf- {o solfor-}

Nel caso dell'idrogeno la desinenza -uro sostituisce -ogeno anzichéla sola vocale -o, nel caso dello zolfo si parla d i solfuro e per l'azoto si parla d i nitruro. Per l’ossigeno, inoltre, si usa il termine ossido. NaH AIN

idrurod i sodio nitruro d i alluminio

Cas

solfuro d i calcio

CaQ

ossido d i calcio

Quando uno o entrambi gli elementi sono presenti nel composto con più

Tabella 6

di u n atomo, si fa ricorso ai prefissi di-, tri-, tetra- ecc. {Tabella 6).

|

l‘aleamento a destra è l'ossigeno, quindi si tratta di un ossido

Prafisso mano-

N.O,

-

trinssido d i diazoto RS

il prefisso di indica i

Il prefisso mono- si usa solo per il monossido di carbonio, CO, e il monossido di azoto,NO. La -o o la -a del prefisso si elidono quando indichiamo il

MgCl dicloruro d i magnesio

NH;

P,O;

triidruro d i azoto

pentossido d i difosforo

e |

|

numero di atomi di ossigeno:

A | un |

n |

\_aA

Indite

e

| îl prefisso tri indica , 2 atomi

prefissi per leggere gli indici in una

formula.

La nomenclatura di Stock prevede l'indicazione del numero di ossidazione degli elementi tramite numeri romani posti tra parentesi. Essa consente

di omettere i prefissi e semplificare il nome del composto. Per esempio,

il tetraidruro di stagno, SnH,. si chiama, più semplicemente, idruro di stagno(IY), e i l tricloruro d i ferro, FeCla, diventa cloruro d i ferro{11I). N o n

è necessario specificare il numero di ossidazione tra parentesi quando l’e-

lemento ne possiede uno soltanto. RIFLETTI E RISPONDI

Assegna ll nome IUPAC al composti binari: a) MaBr:

b} Cl.Cx

£) PH:

Scrivi le formule dei seguenti

Per quali metalli non è necessario specificare l o stato d i ossidazione secondo i l sistema d i Stock? a

Assegna i l nome secondo le regole

composti binari:

IUPAC e secondo Stock al seguenti

a) idruro d i potassio

composti: a) Fe5

bì nitruro d i bore €} triossido di diferre

b) S n , € Hg2tl2

CAPITOLO14. classificazione e nomenclatura del composti

LA NOMENCLATURA TRADIZIONALE DEI COMPOSTI BINARI DELL'OSSIGENO La nomenclatura tradizionale tiene conto del n.0. e della natura metallica

o non metallica degli elementi. L’ossigeno forma ossidi con quasi tutti gli elementi della tavola periodica: nella formula l’ossigeno si scrive sempre per ultimo, perché ha n.0. —2. L'unica eccezione è costituita da QF,, che non è un ossido, perché i l fluoro è l'unico elemento più elettronegativo dell'ossigeno. Nella nomenclatura tradizionale si distinguono gli ossidi (ossidi basici) e le anidridi (ossidi acidi):

OSSIDO

metallo + ossigeno

ANIDRIDE

non metallo + ossigeno

MeO

Ca

XO

sO.

GLI OSSIDI BASICI SONO FORMATI DA METALLO E OSSIGENO Gli ossidi dei metalli hanno in genere u n comportamento basico, che si manifesta quando lo ione ossido, 77, reagisce con l’acqua e forma ioni

OH” (idrossido). che colorano di blu la cartina indicatrice. Gli ossidi basicì, che sono insolubili i n acqua, si riconoscono perché si solubilizzano per aggiunta di acidi. Gli ossidi basici si formano quindi per reazione tra un

metallo e l'ossigeno: METALLO + OSSIGENO — OSSIDO BASICO Per esempio, l’ossido di magnesio è un ossido basico dato dalla reazione: 2 M g + O g —— 2 M g O

Per assegnare il nome tradizionale a un composto tra metallo e ossigeno adoperiamo il termine ossido seguito dalla preposizioni di e dal nome del metallo.

mo

indica che si tratta d i u n composto dell'ossigeno con u n metallo

[uo

ossido di sodio

ossido di calcio Ri

nome del metallo I

Se il metallo ha più n.o., si formano più ossidi: per distinguerli si assegnano alla radice del metallo le desinenze -oso (n.0. minore) e -ico {n.0. maggiore). Solo per il rame le desinenze sono legate al nome intero. n.49. minore

+

n . 0 . Maggiore

desinenza 0 5 0

+

desinenza -ico_

+2-2

+3 è

Fe ossido ferroso

QU assegna i l nome tradizionale ali

Fe.0; ossido ferrico

Scrivi le formule del composti:

composti:

a) ossido stannico

a) PFbO

b} ossida d i litio

b} K z

c} ossido rameoso

c} C u ò

di} ossido plaomboso

GLI OSSIDI ACIDI (ANIDRIDI) SONO FORMATI DA UN NON METALLO E L'OSSIGENO

Gli ossidi dei non metalli hanno, i n genere, comportamento acido, che è caratterizzato dalla loro capacità di reagire con l’acqua producendo ioni H*. Le loro soluzioni, pertanto, colorano di rosso la cartina indicatrice

universale, Un esempio di ossido acido è il diossido di zolfo, che si forma dalla reazione di zolfo e ossigeno (Figura 2) secondo lo schema d i reazione: Seca) + 8 Uxg) —

& SOxg)

La formazione degli ossidi acidi avviene quindi per reazione tra u n non

metallo e l'ossigeno: NON METALLO + OSSIGENO —

OSSIDO ACIDO (ANIDRIDE) Figura 7 {A} Lo zolfo è una polvere gialla,

Pa

e

rr

-

Li

i

È

Fargo F. Chi llma i d r ienice Photo Library

l'ossigeno un gas incolore, {E} La combustione dello zolfo: i n presenza d i ossigena si origina una fiamma b l u e u n gas incolore è tossico, 50.

Nel caso degli ossidi acidi la nomenclatura tradizionale utilizza il termine anidride al posto di «ossido». Questa denominazione non è riconosciuta dalla IUPAC, i n a viene ancora comunemente usata. Quando i l non metallo ha u n solo numero di ossidazione, il composto prende il nome di anidride, seguito dal nome del non metallo con il sutfisso -Îca. indica che sì tratta di un composto

desinenza -ica

| tra un non metallo e l'ossigeno CO,

tiome del non metallo c a r b o n i o .

anidr ide abon ica

Nel caso i n cui il non metallo abbia due numeri di ossidazione, adoperiam o le desinenze -osa e -ica, come abbiamo già visto per gli ossidi. n.0. Minore

\

hO. Maggiore

desirienza O s a

+3 -2

desinenza «ica

\ +5 =

N.O,

N20;

anidride nitrosa

anidride nitrica

Tabella 7 La riamendatura degli ossidi del doro. Per i l bromo e per lo iodio vale lo stesso schema riportato per i l cloro.

nuo

Formula

+1

CI. O

anidride Ipoeclorosa

+2

mo il prefisso ipo- e il suffisso -oso per il numero di ossidazione più basso, e il prefisso per- e il suffisso -ico per il numero di ossidazione più alto +5

CIO:

anidride clorosa

aFT

anidride clorictà

+7

CI.0;

anidride perclorica

Se, infine, il non metallo ha più di due numeri di ossidazione, aggiungia-

(Tabella 2).

| Nome tradizionale

CAPITOLO 4 . classificazione e nomenclatura del composti

237

L'unico vantaggio di questa nomenclatura è che permette l'immediato ri-

conoscimento di ossidi capaci di generare acidi a contatto con l’acqua, ma introduce alcune generalizzazioni che non sempre sono adeguate a descrivere la complessità del comportamento degli elementi (Tabella 8). Tabella 8 Esempl di elementi che formano sia ossidi

sia anidridi.

Flermento

n . o.

| Formula

Nome tradizionale

€

+2

co

assido d i carbonio

N

Cr

fin

+4

CA:

anidride carbonica

+1 +2 +3 +4

NO ‘NQ

protossido d i azoto ossido d i azoto anidride nitrosa

NO NO N60,

diossido di azoto ipoazotide

+5

NO:

anidride nitrica

+2 +3 +6

Cro

assidoe cromoso assidoe cromico anidride cromica

Cr.0:;

Cra

vinti

+2 +3

+ +6 +7

Maat:

ossida manganoso g5sido mangarnico

finti, Mn:

biossido di manganese anidride manganica

Mint,

anidride permanganica

Infatti, alcuni elementi danno ossidi con proprietà anfotere, cioè con caratteristiche acide è basiche a seconda dell'ambiente i n cui si trovano {come A1,0,), altri formano ossidi basici con i n . 0 . più bassi, mentre hanh o u n comportamento sempre più non metallico e danno quindi anidri-

di all'aumentare del valore del numero di ossidazione, come il cromo e il manganese. Îl cromo con n.0. + 3 e il manganese con n . 0 . + 4 hanno u n comportamento anfotero, mentre con i n . 0 . minori si comportano come

metalli e con n . 0 . superiori come non metalli, formando anidridi. Il carbonio e l’azoto, invece, formano anidridi solo con alcuni numeri di ossidazione: il carbonio forma solo l'anidride carbonica, con n . 0 . +4, e

l'azoto forma anidridi solo con i n . 0 . +3 e +5, Con i restanti n.0. forma gli ossidi; con n . 0 . +4, si hanno i l diossido di azoto e i l tetrossido, o ipoazotide.

PEROSSIDI E | SUPEROSSIDI 1perossidi sono ossidi in cui due atomi di ossigeno, entrambi con n.0. —1, |

sono legati tra loro: il loro gruppo caratteristico è, pertanto, —O—O— (oppure 05}. Nei superossidi l'ossigeno ha no. —1/2. Questi composti

sono instabili e reagiscono facilmente liberando ossigeno gassoso, O . La nomenclatura tradizionale così come la IUPAC e quella Stock, utilizza il termine «perossido» o «superossido» seguito dal nome dell’altro elemento: N a :O, si chiama perossido di sodio e KO, superossido di potassio. Il perossido di idrogeno, H+O, è noto anche come acqua ossigenata (Figura 8). Figura & L'acqua ossigenata è un liquido che, diluito in acqua nelle giuste concentrazioni, usiamo come disinfettante {A} e come detergente (B), -

“co.

LS

n

mm n,

.

"e

Ai

Hydrogen

Paroaxkie

John Kevinvisterck

organiche è microorganismi.

i

KGBR/ShAterstock

proprio per la sua capacità di liberare assigeno che va a formare nuovi ossidi, decomponendo eventuali sostanze

re *

=

+3

acido nitroso

HiNO:

+5

acido nitrico

HCO;

+4

acido carbonico

HCIO

+1

acido ipocloroso

HCO,

+3

‘acido cloroso

HClO;

+5

acido clorico

HClO,

+7

acido pardorico

I

In sintesi per tutti gli alogeni, a eccezione del fluoro, vale la Tabella 15. deal

no.

Frefisso

Sutfisso anidride

Sutfisso acido

Tabella 1 5 ’

+1

ipo-

pe

oso

+3

552

-050

ssÌ e | suffissi p e rgli osslacidi degli | pr alogeni.

+5

ica

ico

-ica

-ico

+7

per-

CAPITOLO 4 . classificazione e nomenclatura del composti

345

o $

@ PROBLEMI SU MISURA ATTRIBUIRE IL NOME TRADIZIONALE AGLI OSSIACIDI (Schema)

I

Attribuisci il nome tradizionale ai composti:

La

[i

-

Li a.

b. HBrO,

HNO,

pz

Schema La nomenclatura degli ossiacidi

> LI

PP"

iii.

pi LI —

PRC

E

cd

STRATEGIA

Determiniamo il n . 0 . del non metallo e verifichiamo se si tratta del n.o. minore o maggiore per assegnate il suffisso -oso o -ico. Se il non metallo ha più di due n . 0 . , facciamo riferimento alla Taballa 15. SVOLGIMENTO

a. Determiniamo il numero di ossidazione dell'azoto, che è +3, quindi

il più basso dei due con cui l'azoto forma anidridi (+5 e +3), Il composto HNO, è l'acido nitroso. +1+3-2

HNO,

nome del non metallo

desinenza che indica i l r i t . più basso

b. Bromao e iodio, dello stesso gruppo del cloro, formano acidi simili. Per assegnare il nome si fa riferimento al corrispondente acido del cloro: HBrO; è l'acido bromico, visto che l'acido corrispondente, H C O , è

l'acido clorico, Controlliamo determinando il numero di ossidazione del bromo: H ha n . 0 . +1, O ha n . 0 . —2 e quindi il bromo ha n . 0 . +5. La Tabella15 conferma il nome acido bromico: + 1 +5 2

HBrO, acido bromica

@ PROVA TU, PASSO PASSO

Considera la formula H;CrO,.

PASSO 1. Determina il numero di ossidazione del cromo. PASSO 2. Verifica con quali n . 0 . il cromo forma anidridi e se si tratta del n.0.

maggiore o minore.

PASSO 3. Assegna il nome tradizionale seguendolo schema acido + nome del non metallo + -oso/-ico,

i

L

La

= [a |

@ PROBLEMI SU MISURA DETERMINARE LA FORMULA DI UN OSSIACIDO DAL NOME TRADIZIONALE

Determina la formula dell’acido perclorico.

Li

= STRATEGIA > Formalmente u n ossiacido è dato da una anidride e l’acqua, quindi: Lr = LL] |

lan]

©)

aa A

* in base al suffisso e all'eventuale prefisso risaliamo al n . 0 . del non metallo e scriviamo la formula dell'anidride secondo i passaggi del paragrafo 2; « sommiamo poi una molecola di acqua per scrivere la formula dell’os-

siacido HXO.

SVOLGIMENTO

Il suffisso -ico e il prefisso per- indicano che il n.0. del cloro è +7, quindi

la formula dell'anidride è: +7 - 2

CO, Sommiamo una molecola di acqua: ClO-

+ HO

==

H:Cl:0;

semplificando gli indici e otteniamo la formula dell’ossiacido HCIO,. È possibile anche scrivere la formula dell'ossiacido ricavando gli indici

dai n.0., ricordando che la loro somma deve essere uguale a zero: +1 +7 2

== HClO,

H Cl GO

La somma dei n.0, è uguale a zero assegnando all'ossigeno l’indice 4.

@ ora Prova TU Determina la formula dell’acido nitrico.

GLI ACIDI META-, PIRÒ-, ORTOÒ- E | POLIACIDI

Tabella 1 6

Boro, silicio, fosforo, arsenico e antimonio possono formare ossiacidi diversi con lo stesso numero di ossidazione. Formalmente le loro anidridi si

Prefissi per gli acidi P, As, 5b, 5i, B. Rapporto

Prafisso

combinano con un numero variabile di molecole di acqua, cioè secondo

anidride/atqua

u n rapporto rapporto 1 : 1 oppure 1 : 2 oppure 1:3. Per distinguerli la nomenclatura tradizionale usa i prefissi meta-, piro- è orto-, anche se il prefisso orto- generalmente sì omette (Tabella1 6 e Tabella 17}.

1:1

meta»

1:2

piro-

1:3

orte-

Derivazione | Formula | Nome dell'acido

Tabella 1 7 La nomenclatura

dell'acido P O : +1HM:0 | HPO:

‘acido metafosforico

degli acidi meta-,

PO:+2H0

acido pirofosforico

p i r o - e orto,

|HP.O;

P O : + 3 H20 | HaPOy

|H3BCH

B O ; +3H2C0

|HBO,

BO: +1H30

Sit + 1 H20 | HaSiCta SIC + 2 H 0

| H.SlC

acido fosforico fo ortofosforko}

acido borico fo ortoborico) acido metaborico

o

acido metasilicico acido ortosilkdco (è un'eccezione: dovrebbe chiamarsi pirosilkcico)

La Tabella 1 8 mostra alcuni esempi d i poliacidi, cioè acidi che formalmente si ottengono facendo reagire due o più molecole di ossido acido con una o più molecole di acqua; per nominarli si usano i prefissi di-, tri- e tetra-. Derivazione 2 BO + 1 HO

| Formula H.B,O 7

| Home dell'acido acido tetraboricò

3 5 / 0 ;+ 2 H Q

Ha5izO e

acido trisilicico

2 Cra, + 1 H G

Hr

acidò dicromico

RIFLETTI E RISPONDI

RIFLETTI E IPOTIZZA

Scrivi le formule degli acidi che si

Quante molecole di acqua sÌ

ottengone per somma d i 1, 2e 3 molecole d i acqua all'anidride arsenita.

combinano con l'anidride per dare l'ossiacido H P C ?

Assegna il nome secondo la rnomendatura tradizionale.

Determina i l n . 0 . del fosforo, verifica la tua ipotesi è assegna il rome.

Tabella 1 8 La nomenclatura dei poliacidi.

CAPITOLO1 4 classificazione e nomenclatura del composti

347

GLI OSSOANIONI Come gli idracidi, gli ossiacidi in soluzione acquosa si ionizzano liberando H * e anioni poliatornici formati da non metallo e ossigeno. Un acido poliprotico può liberare più ioni H * e il residuo può contenere ancora u n H . >H i

+ NOseg)

H a 5 0 42) —

Hi)

+ HSO eg

HaSOatag 7

2 Hiagy + S O G

HNO

Tabella 1 9 Nomenclatura tradizionale degli ossiacidi

e dei loro anioni.

Ga)

Per assegnare il nome tradizionale dello ione poliatornico si sopprime il termine acido e si trasforma la desinenza {Tabella 12):

se il nome dell'acido termina in -oso0, il sale assume il suffisso -ito;

*_

Cssiacldo

Anlone

a

acido ipo-xx-050

ipo-xx-ito

a

se i l nome dell'acido termina i n -ico, i l sale assume i l suttisso -ato; ì prefissi ipo- e per-, se presenti, rimangono inalterati.

acido xx-050

xx-ito

*

Se il residuo contiene atomi di idrogeno, si aggiunge il

acido xx-ico

xx-ato

acido per-xx-ico

prer-xx-ato

termine acido se c'è un atomo di idrogeno, biacido se ce ne sono due.

Quando il residuo acido contiene u n atomo di idrogeno nel nome comune si adopera il prefisso bi-; per esempio lo ione HCO; viene comunemente

chiamato ione bicarbonato. RIFLETTI E RISPONDI

Costruisci una tabella I n cui riportare gli ossiladdi del doro In ordine crescente In base al n . 0 . del cloro e i rispettivi anioni. Assegna i nomi. Che cosa osservi?

SALI TERNARI E LA LORO NOMENCLATURA TRADIZIONALE

|

Le formule dei sali ternari (Me—X—0O), di cui MgSO, è u n esempio, comprendono una parte metallica (Mg) scritta per prima, una non metallica {S) e infine l'ossigeno (O). 1 sali ternari sono composti ionici i n cui il me-

tallo è il catione (Mg**) e la parte restante (residuo) è l’anione (SO27). La

carica negativa dell'anione si può ricavare in base al numero di atomi di idrogeno tolti all’ossiacido corrispondente sotto forma di H * (Tabella 20). Tabella 2 0 Alcuni sall degli ossiackdi.

| Acido

Residuo (anione)

Catlone

| Esempi di sali

H:50;

sal so?

Na*

|Na:50;

Cat

|Ca50;

Hdo

cio”

K*+

Kclo

HCO

cio”

Ba?

Ba{CIO),

H2504

S0i”

AP*

Al:{$0a}x

H,50;

Se l'acido è poliprotico, la sostituzione degli atomi di idrogeno può essere

parziale e i sali che ne derivano sono chiamati sali acidi {Tabella 21).

| Residuo {anione)

Tabella 2 1

| Acido

idrogeni sostituiti

|Catione

|Saleacido

Akuni esempi d i sali acidi.

‘H:50,

uno

H5SO0;

Ca?”

CalHSO,}1

HCO: HaPOa

|

uno

HCO

Na*

HaHCC

uno

HP

K*

KH2Pida

due

HPO-

K+

K:HPO,

14.8

a PROBLEMI 5U MISURA SCRIVERE LE FORMULE DI UN SALE TERNARIO A PARTIRE DALL'ACIDO E DAL METALLO

«I [2-2 I)

Scrivi le formule dei sali dati dalla sostituzione totale e parziale

i pi

degli atomi di idrogeno dell’acido carbonico H:CO:; conil ferro con

ha; La)

n.0,

+2.

= LL]

— Lan]

-

[ana

+

STRATEGIA

Ricaviamo le formule degli anioni che si ottengono per allontanamento di ioni H * dall’ossiacido e la carica del metallo a partire dal suo n.o. La carica del metallo diventa l’indice del residuo e la carica dell’anione

poliatomico diventa l'indice del metallo, SVOLGIMENTO

I residui ottenuti per allontanamento degli atomi di idrogeno da H;CO, sono HCO; e COL”. La formula dello ione ferro è Fe**, ] sali sono:

(e

HCO; ( e

Co?”

Fe:(CO;), che, semplificando gli indici, diventa FeCO;

Fe(HCO,) .

@ ora Prova TU 1. Quanti ioni poliatormnici CIO; si combinano con lo ione ferrico? 2 , Scrivi la formula del sale che si ottiene sostituendo l'idrogeno

dell’acido cloroso con il rame con n . 0 . + 2 .

LE REAZIONI DI PREPARAZIONE DEI SALI TERNARI Nelle reazioni di preparazione dei sali ternari, una specie chimica fornisce il catione metallico (un idrossido, u n ossido o i l metallo stesso) e l’altra fornisce i l residuo anionico (un ossiacido è un'anidride). A partire da u n sale, poi, si possono ottenere nuovi sali tramite reazioni di spostamento o

di doppio scambio che studieremo nel Capitolo 16. In laboratorio è semplice ottenere u n sale ternario per reazione tra u n idrossido e u n ossiacido:

IDROSSIDO + OSSIACIRDO —

SALE TERNARIO + ACQUA

Il solfato di magnesio, per esempio, si ottiene per reazione tra idrossido di magnesio e acido solforico: Mg(OH

ag)

idrossido

+

H:50

ag

———

MgSO

ossiacido

tag

sale

+

2 HO)

acqua

Possiamo ottenere con la stessa reazione anche u n sale acido:

NaOHyy + H:SOsegi — idrassido

ossiacido

NaHSO say + H O sale acido

acqua

LA NOMENCLATURA DEI SALI TERNARI Per assegnare i l nome con la nomenclatura tradizionale (Schema): 1. risaliamo all’ossiacido da cui deriva il sale;

2. sopprimiamo il termine acido e trasformiamo la desinenza (Tabella 19): « se i l nome dell'acido termina i n -oso, il sale assume il suffisso «

-ito; seilnome dell'acido termina i n -ico, i l sale assume i l suffisso -ato;

* i prefissi ipo- e per-, se presenti, rimangono inalterati.

Schema

Come assegnare il nome a un sale ternario

3. A l nome si fa seguire il nome del metallo, separato dalla preposizio-

ne di, adoperando, se serve, -os0 0 -ico per indicare la valenza. CAPITOLO14. classificazione e nomenclatura del composti

2349

E @ PROBLEMI SU MISURA $

mm

«I [4a |

ATTRIBUIRE IL NOME TRADIZIONALE A UN SALE TERNARIO

Assegna i nomi ai seguenti sali:

Li a. =

> LI

KNO,;

b . CalClO,).

c. FeS5O,

=

LU —

cò

O ua [=

STRATEGIA

Possiamo risalire all’ossiacido da cui deriva il sale aiutandoci con i n.0. e ricavare il nome dell’anione in base alla Tabella19. Dobbiamo poi controllare se il metallo ha più di un n . 0 . per stabilire se usare i l suffisso -ico o -os0. SVOLGIMENTO

Procediamo seguendo le tappe indicate nel testo. a. Nel caso di KNO;: 1. H ha n . 0 . +1, così come il potassio, quindi l’acido èHNO,, acido nitrico; potevamo arrivare alla stessa conclusione calcolando il n.0. dell’azoto, che è +5;

2.

acido nitrato;

3. nitrato d i potassio.

b. In questo caso per risalire all’acido corrispondente è importante considerare il gruppo non metallo + ossigeno (XO) trascurando eventuali parentesi:

1. dal gruppo atomico CIO, risaliamo all'acido perclorico, HClO,; il cloro ha quindi n . 0 . +7; 2 . eeixte perclorato; 3. il calcio ha solo u n n . 0 . , +2, quindi il nome sarà perclorato di

calcio. c. In questo caso dobbiamo considerare che il ferro può avere due numeri di ossidazione. Quindi:

1. dal gruppo atomico SO,risaliamo all’acido solforico, HaSO,; lo zolfo ha n . 0 . + 6 ; 2. mettete solfato; 3. il gruppo solfato ha carica 2 , visto che il residuo si ottiene per perdita di 2H*, quindi il ferro ha carica 2+ e n . 0 , +2, il minore. Il nome quindi è solfato ferroso. @ PROVA TU, PASSO PASSO

Scrivi la formula del LI

KNO,;

b . CalClO,).

c. FeS5O,

=

LU —

cò

O ua [=

STRATEGIA

Possiamo risalire all’ossiacido da cui deriva il sale aiutandoci con i n.0. e ricavare il nome dell’anione in base alla Tabella19. Dobbiamo poi controllare se il metallo ha più di un n . 0 . per stabilire se usare i l suffisso -ico o -os0. SVOLGIMENTO

Procediamo seguendo le tappe indicate nel testo. a. Nel caso di KNO;: 1. H ha n . 0 . +1, così come il potassio, quindi l’acido èHNO,, acido nitrico; potevamo arrivare alla stessa conclusione calcolando il n.0. dell’azoto, che è +5;

2.

acido nitrato;

3. nitrato d i potassio.

b. In questo caso per risalire all’acido corrispondente è importante considerare il gruppo non metallo + ossigeno (XO) trascurando eventuali parentesi:

1. dal gruppo atomico CIO, risaliamo all'acido perclorico, HClO,; il cloro ha quindi n . 0 . +7; 2 . eeixte perclorato; 3. il calcio ha solo u n n . 0 . , +2, quindi il nome sarà perclorato di

calcio. c. In questo caso dobbiamo considerare che il ferro può avere due numeri di ossidazione. Quindi:

1. dal gruppo atomico SO,risaliamo all’acido solforico, HaSO,; lo zolfo ha n . 0 . + 6 ; 2. mettete solfato; 3. il gruppo solfato ha carica 2 , visto che il residuo si ottiene per perdita di 2H*, quindi il ferro ha carica 2+ e n . 0 , +2, il minore. Il nome quindi è solfato ferroso. @ PROVA TU, PASSO PASSO

Scrivi la formula del

ole

Aqgenriare - doniordelità ovioneinte + Pinin -

——— e n EE i E e e Maguire - Piofiaatioo ioaeli - Pviligie + D o t E

E

e

+

Conspntoee - Vinggionee a

Ein i = Pago

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storia il intersazatt Bulegie

Vimy

La chimicaè una materia che viene approfondita per aspetti

EE r r i i Pagg

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In primo piana

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e

Pe

=

n n Pere dar um a r — i lr 4 ar n plban— 5 n

re

a

agrasitone 4 . i

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imma Persa —_—_

ina

p — aio

-

logie farmaceutiche. - Meglstrali in Scienze chimiche, Scienza e ingegneria dei materiali, Ingegneria chimica, Scienze e tecnologie della chimica industriale, Conservazione e restauro dei beni culturali, Odontoiatria e protesi dentaria.

* A dado unico i n Farmacia e farmacia industriale. Inoltre, essendo una materia propedeutica alla comprensione

ivvieelbiltàè a

a ria, — +

L

gg pa

diversi In molti corsi di studio universitari, cone quelli delle cdassi di lauree: * Triennali in Scienze e tecnologie chimiche, Scienze e teo»

— —r Ln

sar a

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lrtranga B ,

———e lie

E.

del funzionamento dei viventi, l o studio della chimica è una disciplina d i base per tutti è corsi d i laurea i n cui si studia biologia, compresa Medicina e chirurgia. Analogo distorto n ostudio della vale per i corsidi laurea che p r e v e d olo

geologia.

e)

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CIriCA

erite tomipesia 1 a S i r

=

PROGETTARE LE BATTERIE DEL FUTURO: . SOSTENIBILITA E AMBIENTE Intervista a Simone Mortaco,

(ritira

chimico specializzato nello sviluppo di nuove batterie per veicoli elettrici vAtorato e laureato in chimica all'Università di Bologna e spe- sempre presente nelle aziende i n cui sì producono veicoli elettrici cializzato in elettrochimica, Simone Monaco ha concentrato - diverita rilevante in particolare in ambiti i n cui occorre anche i suoi studi e la sua attività d i ricerca sulle batterie è sui sistemi comprendere come funzionano e come sono fatti i singoli comdi accumulo dell'energia. Dopo avere lavorato nel settore auto- ponenti. Con un etettrochimico in squadra si ha medolio il polso mobilistico e aver partecipato a progetti sulla mobilità elettrica della situazione, e diventa possibile fare scelte ingegneristiche e l'olettrificazione, ora è una figura di riferimento in un'azienda che

si occupa del futuro d i

questo settore. Il suo l a v o r oè al cor

fine tra promozione della sostenibilità, ricerca ingegneristica ed efficientamento dei sistemi d i accumulo di energia. QUALI SONO GLI ASPETTI PIÙ STIMOLANTI E AFFASCINANTI DEL SUO LAVORO?

Per le mie caratterstiche personali, adoro lavorare motivato dalla curiosità e dalla voglia di scoprire. Nella mia carriera è sempre stato cosl: Il desiderio di conoscere è la base della mia quotidianità e del mio impegno lavorativo. Per questo mi piace esplorare ruovi

p i ù consapevoli. | miei studi m i permettono d i determinare alcuni

elernenti tecnici specifici: voltaggi, correnti, temperature e tanto altro indispensabile per rendere la sperimentazione più efficace. Un'altra caratteristica che sl dimostra fondamentale è la capacità d i risolvere problemi, ossia essere i n grado di ragionare e d i trovare soluzioni pratiche in tempi rapidi. Qui entra in gioco la mia formazione scientifica, soprattutto Il dottorato d i ricerca, dove

ho maturato la capacità di affrontare i problemi.

DOPO GLI STUDI ACCADEMICI, QUALI CONSAPEVODLEZZE ULTERIORI HA MATURATE? sistemi inqgegrneristici, oggi in particolare legati alle batterie. Nel mio percorso il mondo del Iavoro ha coinciso con la realtà Preferisco un approccio diverso da quello esclusivamente aziendale, e proprio in questo rontesto h o appreso una caratscientifico, che si differenzi dai soli modelli teorici di stile accade- teristica particolare che definirei malizia. M i spiego meglio: ocmico, cercando d i avere u n quadro complessivo della situazione. corre sapersi destreggiare i n situazioni sconosciute, mostrandosi

all'altezza della situazione anche quando ron si è completamenHA UNA ROUTINE LAVORATIVA COSTANTE O VARIA | SUOI IMPEGNI D I GIORNO I N GIORNO?

te sicuri. Se si appare come incerti e insicuri, infatti, i l mercato dei lavoro t i schiaccia # non ti permette d i esprimere le tue reali

lo mi occupo di veicoli elettrici, non solo a quattro ruote. Principalmente la mia giornata lavorativa si svolge i n ufficio, perché

Capacità.

una buona parte del mio lavoro consiste nel creare documenta

che sì occupa del progetto. La mia giornata tipica prevede anche momenti più pratici: valuto personalmente, stando sul veicolo,

QUALI CONSIGLI DAREBBE A CHI SI VUOLE AVVICINLARE AL SUO AMBITO LAVORAVO? Vorrei focalizzarmi su un consiglio ricorrente che gli studenti ricevono alle scuole medie: spesso gli insegnanti suggeriscono al migliori d i frequentare i l liceo, per ottenere una formazione più completa possibile. Ma ritengo che gli istituti tecnici, come quello

letficacia dei prototipi che sperimentiamo, con un'attenzione

che h o frequentato io, non siano affatto un'opzione d i serie 8,

particolare alla sicurezza. Quindi passo spesso dall'officina agli

un ripiego per chi non vuole essere costretto a frequentare l'unkversità. Infatti ho fatto quel tipo di scelta, ma ho continuato poi con l'università è mil sorio Iscritto a chimica, come del resto avqua predetto un professore incontrato per caso in una biblioteca universitaria. Insomma, la scelta dell'istituto tecnico non deve essere

tione per determinare le specifiche tecniche, verificandole con i colleghi e con i fornitori. Occorre poi valutare gli esisti dei test di funzionamento, sempre in collaborazione con i l gruppo di lavoro

uffici, con qualche momento su pista per svolgere i test specifici

che richiedono alte velocità di percorrenza. Alle volte lavoro ate che fuori sede, per esempio quando devo valutare la funzionalità di u n componente in u n test d i crash, In queste situazioni è mio

compito verificare che tutte le procedure vengano svolte correttamente, quindi devo seguire tutto i l processo utilizzando le mie capacità d i valutazione maturate i n anni d i esperienza. CI SONO COMPETENZE CHE RITIENE DECISIVE È INDISPENSABILI PER SVOLGERE I L SUO LAVORO?

Honostante mi occupi di un ambito prevalentemente ingegneristico, la figura dell’elettrochimico - che a quanto mi risulta non è

considerata come una scappatola per evitare lo studio universi tario. Occorre fare ciò che piace, per studiare bene e utilizzare a l meglio quegli anni e tenersi aperte tutte le porte possibili per fare esperienza è conoscere materie nuove. Altro elemento su cui non m i trovo d'accordo è quello d i corre

sigliare l'orientamento universitario in funzione delle prospettive di reddito future. Con questa metodologia non è possibile essere determingti, curiosi di conoscere e rispettosi delle proprie

ORIENTAMENTO. IDEE PER ILTUO FUTURO N N

aspirazioni, ma sì finisce quasi sicuramente a fare un lavoro che P o nsi ama. Ciò che conta è laconsapevolezza che sarà comunque

necessario sapersi rimettere in gioco ed essere versatili. Gli studenti che intendono fare studi universitari sappiano che devono priluppare la capacità di autogestirsi, programmando studio ed esami per evitare di perdere la direzione e tempo prezioso. Per

t e serve sapersi adattare anche a d andare all’estero e avere l'ela-

sticità rmentale per lavorare In ambienti è contesti diversi. QUALI TRAIETTORIE 54 POSSONO PERCORRERE PER ARRIVARE A SVOLGERE UN L A V O R O COME iL SUO?

Probabilmente la laurea i n ingegneria elettronica potrebbe eschi poi volesse restare nell'ambiente universitario come lavora- sere considerata come la più adatta, ma non è una certezza. È tore, la precarietà è purtroppo una caratteristica prevalente che i l background d i competenze d i base i l vero potenziale necesiacomplica molto i l cammino. Per avere un lavoro più soddisfacen- rio: i l percorso può essere variegato, e l’esperienza d i vita non porta per forza a una destinazione predefinita. Sottolineo queSto aspetto perché è quello che ermmrge quando mi capita di fare I N PRATICA SCIENZA colloqui per assumere personale: lo studente preparato, che ha PERCHÉ OGGI LE BATTERIE ELETTRICHE fatto buon uso degli anni d i studio, si nota subito, e può pro-

SONO COSÌ IMPORTANTI?

Lo sforzo del settore pubblico e privato nell’elettrificazione

è importante per salvaguardare l'ambiente e ridurre le emissioni. Negli ultimi anni sì è registrato u n incremento delle richieste specifiche per portare una serie di attività

pesanti, come i l settore automobilistico e le macchine per il movimento terra, verso il mondo dell’elettrico. Per fornire l'ervergia necessaria esistono in teoria molte opzioni, ria in pratica ci si sta indirizzando verso il mondo delle batterie perché è il più vwcino al modello attuale. Questo trend è già evidente i n molti settori: dalle batterie degli smartphone alle automobili, passando per gli spazzolini elettrici, che

venire da ambiti di studio differenti. Questo non significa essere secchioni, ma avere saputo concentrare le energie non solo sulla teoria ma anche su quelle conoscenze che all'atto pratico sono importanti. Poi ci sono gli aspetti che la scuola raramente insegna

e che troppo spesso vengono erroneamente definiti aspetti caratteriali difficilmente migliorabili. 5i tratta delle cosiddette soft

skills, necessarie per potere essere apprezzati e scelti: un datore di lavoro le percepisce immediatamente, e molto spesso indirizzano la scelta finale. Le competenze d i comunicazione, per gsempio, possono compromettere una potenziale carriera, se non sono opportunamente sviluppate.

dal punto d i vista elettrochimico condividono lo stesso

modello di batteria senza alcuna differenza. Il vero problema è determinare quanta energia

è quanta potenza siaro

riicessarie per consentire a macchinari diversi di funzionano. La ricerca scientifica di base cerca di ottimizzare l'utilizzo dei materiali, per migliorare autonomia, velocità nella ricarica è durata. È una reale questione di necessità: oggi non sarebbe possibile disporre di un aereo elettrico senza avere impiementato sistemi elettrici in qrado di sorreggerio.

che si possono maturare durante | corsi d i laurea i n chimica,

ingegneria elettronica e meccanica. Lo sviluppo in ambito industriale richiede i l coinvolgimenti d i manager d i progetto,

di persone esperte di ingegneria gestionale e di marketing. Questo tipo di ricerche viene svolta all'interno di università

durature, minori saranno i problemi, compresi quelli dello

ma anche di aziende attive in ambito tecnologico, che possono trame un vantaggio competitivo ed economico sul mercato.

sxsnaltimento. Dalle ricerche accademiche a quelle aziendali,

Per approfondire prospettive occupazionali epercorsi

r l mondo, gli obiettivi sono spesso simili e d tema ovunque della sicurezza resta sempre centrale.

di studio nell'ambito chimico,leggi Obiettivo: ricerca e produzione chimica.

PHÙ energia sì riesce ad accumulare è più le batterie saranno

p e r gqerdila concrzsbone di Elabetrta Paisorne la sinistra) a Steltaria banterdini la destra!

Lo sviluppo di batterie elettriche richiede le competenze

Intervista a Elisabetta Passone e Stefania Mantferdini, laureate in chimica e imprenditrici E lisabetta Passone e Stefania Mantferdini dirigono un'azionda

vo, tutto loro. Giorno dopo giorno, partendo da zero, hanno chimica che opera come service per aziende farmaceutiche, Imparato come mettere i n piedi e gestire un'azienda, su quali

si occupano d i ricerca e sviluppo d i prodotti per varie fasi del processo d i produzione e controllo dei farmaci. Dopo la lar rea e | primi lavori, hanno deciso d i costruire qualcosa d i nuo-

prodotti e servizi era più utile concentrarsi, come comunicare

efficacemente con i clienti è come districarsi tra burocrazia è normative.

ci sono delle molecole dre soddisfanoi requisiti desiderati. In più, DA DOVE NASCE L'IDEA DI METTERE N PIEDI UN'AZIENDA? M : All'epoca le offerte di lavoro non mancavano, ma con poche adesso abblamo anche una parte di servizi analitici per ilcontrol prospettive o per lavori che m i sembravano poco entusiasmanti, lo dei principi attivi farmaceutici. monotoni. lo cercavo un'alternativa che mi desse più soddisfazione, e piano piano cresceva anche la voglia di creare qualcosa che QUALE PARTE DEL VOSTRO LAVORO TROVATE FARTICOLARMENTE INTERESSANTE? fosse più “nostro”. FP:Un altro aspetto rilevante è che quando abbiamo fondato l'A cheny andava di moda l'itlera di mettere i n piedi piccole aziende, sullo stile americano, anche se ancora non si parlava di startup.

P- La parte p i ù interessante è quella d i essere utili per una certa

tipologia di industria, di fare un pezzettino di un lungo percorso che porta alla produzione dei farmaci. Un sttro aspetto interessante, ma anche terrorizzante per certi versi, è che ogni giorno

C'è una cosa diversa di cui occuparsi. M: Sì, ogni giorno affrontiamo problematiche diverse, per cui è corso d i studi che veniva scoraggiato, si diceva che c'erano trop- Necessario studiare continuamente, impegnarsi per capire: anche pi medici. A un certo punto sono incappata in un articolo che se akuni problemi inizialmente sembrano uguali ad altri già inparlava di u n docente dell’Università di Bologna che promuoveva