Chimica & laboratorio

Stati della materia e passaggi di stato

Classi primeDocente: Luciano Canu

Anno Scolastico 2014/2015

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Prerequisiti Conoscere il S. I. Sapere che la temperatura è una

grandezza fondamentale del S. I. Conoscere e comprendere i concetti

di calore e temperatura Conoscere le unità di misura

utilizzate per esprimere il calore e la temperatura

Conoscere e il termometro

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Obiettivi – Stati della materia Conoscere e comprendere il significato di

trasformazione in senso fisico e chimico, riuscire a fare esempi e saperle distinguere

Sapere e comprendere il significato dei termini “stato fisico” e “stato di aggregazione” della materia

Conoscere e comprendere gli stati della materia dal punto di vista macroscopico

Conoscere e comprendere i parametri caratterizzanti dei tre stati (pressione, temperatura, densità, volume, forma)

Conoscere e comprendere i passaggi di stato e come pressione e temperatura li influenzano

Conoscere l’evaporazione e i parametri che la caratterizzano anche in contrapposizione all’ebollizione

Saper interpretare e costruire in laboratorio una curva di riscaldamento/raffreddamento

Trasformazioni• Possono essere:

– Fisiche: non modificano la natura intima della materia, non si producono nuove sostanze, le sostanze di partenza rimangono tali ma cambiano aspetto

– Chimiche: modificano la natura intima della materia, si producono nuove sostanze, si consumano le sostanze di partenza

Trasformazioni/fenomeno Fisiche Chimiche

Fiammifero che brucia (combustione)Acqua che bolle (evaporazione/ebollizione)Ferro che fonde (fusione)Pasta che cuoceFormazione della nebbia (condensazione)Mosto d’uva che diventa vino (fermentazione)Candela che si consuma (combustione+fusione)Spugna che assorbe acquaProduzione di acquavite (distillazione)

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Grandezze fisiche Sono tutte quelle grandezze che caratterizzano

una sostanza e che possono essere modificate senza cambiare la natura intima di quella sostanza

Le grandezze fisiche sono collegate alle proprietà fisiche o possono esserne un sinonimo

La descrizione macroscopica di un corpo, di una sostanza o di un fenomeno passa attraverso le grandezze e/o proprietà fisiche

Gli aspetti macroscopici di un corpo o di un fenomeno sono tutti quelli che possiamo percepire e osservare con i nostri sensi, direttamente o con uno strumento

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Macro e micro Proprietà macroscopiche:

Sono le caratteristiche osservabili e/o misurabili direttamente

Sono la misura degli effetti prodotti da un numero grandissimo di particelle

Proprietà microscopiche Sono le proprietà e/o le caratteristiche

presentate dalle singole particelle costituenti la materia

Ad ogni proprietà microscopica corrisponde una proprietà macroscopica Proprietà macro Proprietà micro

temperatura Velocità particellepressione N° urti delle particellevolume Numero, volume, distanza tra le

particelle

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Stati della materia La materia può presentarsi in tre

diversi stati di aggregazione Ciascuno stato presenta caratteristiche

macroscopiche particolariSolidoLiquido Aeriforme

Stato Forma Volume DensitàSolido Costante Costante Elevata/

costanteLiquido Variabile Costante Media/

costanteAeriforme Variabile Variabile Bassa/

variabile

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Aggregazione

Gli stati della materia sono chiamati anche di aggregazione perché Dipendono da come le particelle che

compongono la materia si dispongono nello spazio e da come interagiscono

La teoria che descrive la materia come un insieme di piccolissime particelle invisibili riunite per formare un continuo apparente è chiamata Teoria particellare della materia

Tutte le descrizioni che parlano della materia sotto questo punto di vista sono definite Aspetti microscopici della materia

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Descrizione particellare del solido Si descrive il solido microscopicamente

Particelle disposte in modo ordinato Non si allontanano l’una dall’altra ma possono

vibrare Ci sono legami stabili

Ciascuna particella forma il massimo numero di interazioni con le sue vicine

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Descrizione particellare del liquido

Le particelle si dispongono in modo disordinato

Sono legate ma i legami sono instabili Si formano e si spezzano in

continuazione Si muovono costantemente

ma non si possono allontanare le une dalle altre Possono solo scorrere

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Descrizione particellare aeriforme

Le particelle si muovono in modo disordinato e molto velocemente Ci sono urti continui tra

particelle e sulle pareti del contenitore

Non ci sono legami Possono allontanarsi le une

dalle altre

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Prova a rispondere La condizione in cui può trovarsi la

materia: solido, liquido, aeriforme Stato fisico o di aggregazione

Tipo di materia avente caratteristiche proprie che la differenziano da tutte le altre Sostanza pura

Qualunque sostanza che occupa un volume e possiede una massa Materia

Cosa rende differenti i tre stati della materia La disposizione delle particelle che formano

quella sostanza e come sono legate tra loro

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Passaggi di stato

Temperatura

Pressione

solido

liquido

aeriforme

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Proprietà fisiche La temperatura dei passaggi di stato è una

proprietà fisica di una sostanza È un parametro fisico caratterizzante Molte sostanze possono essere riconosciute attraverso

la loro temperatura di ebollizione o di fusione Sono denominate anche “Punti fissi”

Perché la temperatura rimane costante durante tutto il passaggio di stato

Perché è sempre quel valore di temperatura Perché i passaggi di stato inversi avvengono alla stessa temperatura

Altre proprietà fisiche possono essere Stato fisico Densità Colore Odore Durezza

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Punti di ebollizione e di fusione

Sostanza Tf (°C) Teb (°C)-219 -183

-115,5 780 100

119 444801 1465

1083 2600

Sostanza

Ossigeno

Alcol etilico

Acqua

Zolfo

Sale

Rame

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Studiare il fenomeno in laboratorioCurve di riscaldamento La curva di fusione di un solido (curva di

riscaldamento dell’acqua)

Tempo di riscaldamento (min)

Sosta termica

solido Solido + liquido liquido

Tem

pera

tura

(°C)

Tf (P=1 atm)

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Studiare il fenomeno in laboratorioCurve di riscaldamento La curva di evaporazione di un liquido

(curva di riscaldamento dell’acqua)

Sosta termica

Tempo di riscaldamento (min)

Tem

pera

tura

(°C)

Teb (100 °C a P=1 atm)

acqua acqua + vapore vapore

Tem

pera

tura

(°C)

Tempo di raffreddamento(min)

liquido + vapore liquido

vapore

La curva di raffreddamento del vapor acqueo Il grafico della condensazione ha un

andamento inverso rispetto all’ebollizione

Tc=100°C (P=1atm)

Tutto insieme

1919Tempo di riscaldamento (min)

Tem

pera

tura

(°C)

solido

Solido + liquido

liquido Liquido +aeriforme

aeriforme

Curve di miscugli La curva di riscaldamento di un miscuglio

(omogeneo o eterogeneo) è diversa da quella di una sostanza pura

20Tempo di riscaldamento (min)

Tem

pera

tura

(°C)

Teb > 100 °C

Teb = 100 °C

L’evaporazioneL’evaporazione è un fenomeno che riguarda solo la superficie del liquido, le particelle sufficientemente veloci possono vincere le forze di attrazione che le legano alle altre particelle e diventare vapore.

L’evaporazione è favorita dall’aumento della superficie del liquido, dalla ventilazione, dall’incremento della temperatura. La velocità con cui il liquido evapora è diversa da liquido a liquido. Se il recipiente è aperto il liquido si raffredda e cala di livello.

Forze di coesione

Le particelle in superficie devono vincere forze di

attrazione di minore entità

rispetto a quelle presenti

all’interno del liquido

Domande e risposte 1 Che cosa succede alla temperatura

durante l’ebollizione di una sostanza? A. aumenta B. diminuisce C. rimane costante D. non è prevedibile

Risposta giusta C Le temperature dei passaggi di stato sono

denominate punti fissi infatti il calore fornito è utilizzato dalla sostanza per modificare il suo stato di aggregazione

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Domanda 1 bis Cosa significa “Calore latente di fusione”

È il calore necessario per modificare lo stato di aggregazione, da solido a liquido, di una sostanza pura

Domande e risposte 2 Che cosa è lo stato solido?

È uno stato di aggregazione in cui la materia mantiene forma e volume

Che cosa è lo stato liquido? È uno stato di aggregazione in cui la materia

mantiene volume proprio ma non la forma Che cosa è lo stato aeriforme?

È uno stato di aggregazione in cui la materia non mantiene forma ne volume

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Domande e risposte 3

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Che cosa succede alla temperatura durante l’ebollizione di una soluzione? A. aumenta B. diminuisce C. rimane costante D. non è prevedibile

Risposta giusta A Infatti le proprietà fisiche dei miscugli

omogenei (soluzioni) sono diverse dai componenti puri e dipendono dalla concentrazione del miscuglio

Domande e risposte 4

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Quali sono le proprietà fisiche di un miscuglio eterogeneo? Sono quelle dei due componenti puri

Attività di laboratorio• Titolo:

– Fusione del tiosolfato di sodio (sostanza pura) – Na2S2O3

• Obiettivi:– Determinare il punto di fusione del tiosolfato– Verificare che durante il passaggio di stato (fusione e

solidificazione) avviene una sosta termica– Verificare che la temperatura di fusione coincida con la

temperatura di solidificazione• Altri aspetti che saranno verificati/valutati

– Valutazione dei rischi (uso del tiosolfato – uso di una piastra riscaldante)

– Materiali e sostanze utilizzate – soprattutto strumenti di misura

– Apparecchiatura utilizzata – funzionamento e limiti– Tabella dei dati