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Prima di andare avanti leggete con attenzione questa scheda

BREVI APPUNTI DI CHIMICA

Il mondo che ci circonda è fatto di materia e energia. Materia è tutto ciò che occupa un volume ed è dotato di massa (dell'energia parleremo un'altra volta).
Esistono tantissimi tipi di materie o sostanze chimiche. Quando al mattino vi sedete a fare colazione bevete il latte che è una sostanza chimica (o meglio un "miscuglio" di diverse sostanze chimiche), ma anche il vetro o la plastica della bottiglia che lo conteneva o il legno della sedia su cui sedete sono sostanze chimiche, così come i gas che formano l'atmosfera e che state respirando proprio in questo momento.

Come potete immaginare esistono migliaia di sostanze diverse, ma gli “ingredienti base” con cui si formano tutte queste sostanze sono poco più di una novantina: si tratta degli elementi (ad esempio un essere umano è composto per il 99% da soli 4 elementi chimici: (idrogeno, ossigeno, carbonio e azoto).

Un ELEMENTO è una sostanza che non si può scomporre in sostanze più semplici. Ogni elemento è indicato da un simbolo composto da una o due lettere.

H = idrogeno

Ca = calcio

S = zolfo

F = fluoro

O = ossigeno

K = potassio

Fe = ferro

Cl = cloro

C = carbonio

Na = sodio

Ni = nichel

Ag = argento

N = azoto

Mg = magnesio

Br = bromo

U = uranio

P = fosforo

He = elio

Li = litio

I = iodio

He = elio

Sr = stronzio

Al = alluminio

B = boro

Au = oro

Cu = rame

Si = silicio

Mn = manganese

Ecco un elenco di alcuni dei più comini elementi ALMENO QUESTI IMPARATELI A MEMORIA
Non sono molti gli elementi puri con cui entriamo in contatto ogni giorno, l'ossigeno e l'azoto che respiriamo sono appunto elementi e anche il diamante che avete regalato alla vostra fidanzata (o che vi hanno regalato) è formato da un solo elemento, il carbonio (se proprio volete fare i tirchi va bene anche un anellino d'oro). Il latte, la bottiglia e la sedia, così come l'acqua, il pane o il libro di scienze sono invece formati da composti, un insieme di molti elementi diversi legati tra loro.
Un COMPOSTO è una sostanza formata dall'unione di due o più elementi diversi. Ogni composto si può indicare con una formula chimica, in cui si riportano il simbolo degli elementi presenti e il numero di atomi che formano una molecola del composto in questione. Ecco alcuni esempi esempi di come può essere rappresentato un composto:

Nome

Metano

Glucosio

Cocaina

Formula bruta

CH4

C6H12O6

C17H21NO4

Formula di struttura







Modello tridimensionale







I composti sono formati da molecole, una MOLECOLA è un insieme di due o più atomi legati tra loro e può anche essere definita come la più piccola parte in cui si può suddividere un composto. Esistono però anche molecole formate da un solo elemento, ad esempio O2è una molecola formata da due atomi di ossigeno legati tra loro.

Un ATOMO invece è la più piccola parte in cui si può suddividere un elemento e che mantiene le proprietà dell'elemento stesso.

Facciamo un piccolo viaggio:
andiamo a scoprire un atomo di carbonio che forma una molecola di DNA all'interno di una cellula nei tessuti di una mano di un essere umano. Questo piccolo video è tratto da un "classico" della cinematografia scientifica che si intitola "potenze di dieci"

 


Atomo di elio
Come abbiamo visto nel video, ogni atomo è composto da particelle più piccole che sono: protoni, neutroni e elettroni. Nella figura qui a lato è rappresentato un atomo di elio che comprende due protoni, due neutroni e due elettroni. Gli elettroni hanno carica elettrica negativa, i protoni hanno carica elettrica positiva, mentre i neutroni hanno carica elettrica uguale a zero. Normalmente un atomo possiede lo stesso numero di protoni neutroni ed elettroni e quindi la sua carica elettrica totale è pari a zero (ad esempio l'elio possiede due neutroni: carica=0, due protoni: carica +2, due elettroni: carica -2, totale0+2-2=0)
Riassumendo:
Particella Massa Carica elettrica
Protone 1 uma +
Neutrone 1 uma 0
Elettrone 0 -

(Per "pesare" gli atomi non si usano Kg o grammi, ma una apposita unità di misura detta uma -unità di massa atomica-. Una uma corrsiponde ad un dodicesimo della massa del carbonio 12)

IONI E ISOTOPI
Un atomo non cambia mai il numero di protoni, semplicemente perché anche se lo facesse diventerebbe semplicemente un altro elemento. Se ad esempio un atomo di carbonio che ha 6 protoni, ne acquistasse un altro diventerebbe un atomo di azoto, anzi possiamo dire che la sola differenza tra l'azoto e il carbonio sta appunto nel numero di protoni presenti nel nucleo. Il numero atomico, cioè il numero di protoni presenti nel nucleo di un atomo è la sua carta d'identità.
Se un atomo però perde o guadagna degli elettroni acquista una carica elettrica, questi atomi vengono definiti ioni.
Uno ione è un atomo che ha la stessa massa di un atomo normale, ma la sua carica elettrica totale non è più uguale a 0. In particolare se un atomo perde elettroni le cariche positive dei protoni nel nucleo non saranno più esattamente bilanciate e l'atomo diventerà positivo (ad esempio Na+, la carica si segna in alto a destra accanto al simbolo dell'elemento. Gli ioni con carica positiva vengono definiti cationi. Se invece l'atomo acquista elettroni la sua carica elettrica totale diventerà negativa (ad esempio Cl-). Uno ione con carica negativa si definisce anione.

Quando invece gli atomi perdono o acquistano dei neutroni la loro carica elettrica rimane invariata, ma la loro massa cambia, si formano in questo modo degli isotopi, cioè atomi con un anomalo numero di neutroni. Questi atomi sono solitamente radioattivi perché tendono a espellere dal loro nucleo i neutroni in eccesso. Protoni, neutroni e elettroni sono uguali per tutti gli atomi, l'unica differenza tra un elemento e un altro sta nel numero di protoni presenti.

Tornando alla colazione di cui si parlava all'inizio, se volete scaldare il latte accendete il fornello usate cioè una reazione chimica. Una REAZIONE CHIMICA si ha quando due o più sostanze interagiscono tra di loro formando sostanze diverse da quelle di partenza. Il metano ad esempio brucia consumando ossigeno e producendo acqua e anidride carbonica. Questa reazione si può scrivere nel modo seguente:

fiamma
CH4 + 2O2 => 2H2O + CO2


le sostanze a sinistra del segno uguale vengono definite reagenti, mentre quelle scritte a destra sono i prodotti. La formula dice che per bruciare una molecola di metano (CH4) occorrono due molecole di ossigeno (O2) e si formano due molecole d'acqua (H2O) e una molecola di anidride carbonica (CO2). Durante una reazione chimica non possono scomparire o apparire degli atomi, questo vuol dire che la somma degli atomi dei reagenti deve essere uguale alla somma degli atomi dei prodotti.
batteria Quando in casa accendiamo il fornello lo facciamo perché abbiamo bisogno di calore, questa reazione chimica infatti avviene producendo calore, viene perciò definita esotermica (o esorgonica), mentre se una reazione chimica deve assorbire calore o energia per avvenire (ad esempio quando ricarichiamo la batteria del telefonino) viene definita endotermica (o endoergonica).

Un'altra “famosa” reazione chimica endotermica è la fotosintesi clorofilliana in cui i vegetali assorbono energia dal sole e la racchiudono nelle molecole di glucosio.