chimica e didattica della chimica materia ed energia luca fiorani

Chimica e didattica della chimica

Materia ed energia

Luca Fiorani

Luca Fiorani – Chimica e didattica della chimica

Materia: forme, struttura e qualità L'uomo vive in uno spazio riempito dalla

materia La parola "materia" deriva dal latino

"mater" La materia che più occupa spazio sulla

Terra è l'acqua che copre il 71% della superficie del pianeta e, più o meno con la stessa percentuale, è il maggior costituente del corpo umano

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Materia: forme, struttura e qualità L'uomo, man mano che ha appreso come

utilizzare e plasmare la materia che lo circondava è evoluto, arrivando a esercitare un controllo sulla la natura

L'Homo Sapiens è arrivato a controllare la materia con effetti a volte esaltanti, a volte devastanti

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Materia: forme, struttura e qualità Il livello macroscopico è occupato da

oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un batterio(10-6 m) a quelle usuali del mondo accessibile al nostro corpo (da 10-3 a 103 m)

Il livello microscopico è occupato da oggetti le cui dimensioni vanno da quelle di un elettrone(10-15 m) a quelle di una grossa proteina (10-7 m)

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Materia: forme, struttura e qualità Atomi, ioni, molecole La materia è costituita da atomi e

molecole L’atomo è la più piccola porzione di un

elemento che ne conserva tutte le caratteristiche ed è composto da una nuvola elettronica (10-10 m) e da un nucleo (10-15 m)

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Materia: forme, struttura e qualità Il nucleo che è costituito da protoni (in

numero uguale agli elettroni) e da neutroni

Gli elettroni (e-) sono particelle leggere con carica elettrica negativa (-1.6×10-19 C) e spin ½

I protoni (p) sono particelle massicce (massa 1.7×10-27 kg cioè 1836 volte la massa dell’elettrone) con carica elettrica positiva (1.6×10-19 C) e spin ½

I neutroni (n) sono particelle massicce (massa 1839 volte la massa dell’elettrone) senza carica elettrica (neutre) e spin ½

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Materia: forme, struttura e qualità Uno ione è un atomo a cui siano stati

aggiunti (tolti) uno o più elettroni e risulterà quindi carico negativamente (positivamente)

La molecola è la più piccola porzione di un composto che ne conserva tutte le caratteristiche ed è composto da più atomi (da 10-10 a 10-8 m)

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Materia: forme, struttura e qualità Elementi e composti (miscele o miscugli) Miscugli solidi, liquidi e gassosi Miscugli eterogenei ed omogenei

(soluzioni) Granito: miscuglio solido ed eterogeneo Acqua e zucchero: miscuglio liquido ed

omogeneo (soluzione) Acqua e sale: miscuglio liquido ed

omogeneo (soluzione ionica) Aria: miscuglio gassoso ed omogeneo

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Materia: forme, struttura e qualità Numero atomico, numero di massa

(isotopi)

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Materia: forme, struttura e qualità Composti inorganici (CO, CO2 e molecole

prive di carbonio: H2O, NaCl, NH3…) Composti organici (naturali e sintetici)

idrocarburi (metano) idrocarburi clorurati (DDT, PCB) clorofluorocarburi o CFC (freon) carboidrati (semplici e complessi) aminoacidi (~20) e proteine (milioni) nucleotidi (4) e acidi nucleici (DNA, RNA) geni (sequenze di nucleotidi) e cromosomi

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Materia: forme, struttura e qualità

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Materia: forme, struttura e qualità

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Materia: forme, struttura e qualità Materia di alta qualità:

utilizzabile organizzata disponibile

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Energia: forme e qualità Energia:

"capacità di compiere lavoro" luce, elettricità, calore (≠temperatura)… cinetica e potenziale radiazione elettromagnetica

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Energia: forme e qualità Energia di alta qualità:

utilizzabile organizzata disponibile

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Trasformazioni fisiche e chimiche e la legge di conservazione della materia Trasformazione fisica: non implica

cambiamento della composizione chimica (es.: scioglimento dei ghiacci)

Trasformazione chimica: implica cambiamento della composizione chimica (es.: combustione del carbone C+O2→CO2+energia)

Conservazione della materia (applicazione al ciclo dei rifiuti)

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Trasformazioni nucleari Decadimento naturale radioattivo

(radioisotopi) Raggi alfa, beta, gamma Tempo di dimezzamento:

iodio-131: 8 giorni stronzio-90: 28 anni uranio-238: 4.5 miliardi di anni

Livello sicuro: dopo 10 tempi di dimezzamento

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Trasformazioni nucleari Fissione nucleare:

massa critica reazione a catena

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Trasformazioni nucleari Fusione nucleare:

imparare dal Sole… … non è facile (ITER)!

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Le due leggi fondamentali dell'energia Prima legge della termodinamica:

conservazione dell'energia Seconda legge della termodinamica: nelle

trasformazioni dell'energia avviene una perdita della sua qualità (es.: da elettricità a calore)

L'energia si conserva ma – in pratica – quella utilizzabile è sempre meno

L'energia non si ricicla: importanza dell'efficienza energetica

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Le due leggi fondamentali dell'energia La seconda legge della termodinamica

influenza la vita (produzione di calore e rifiuti)

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Fine della lezione…

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