Atomi,sostanze e composti

Materie:	Appunti
Categoria:	Chimica
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Una sostanza pura è scomponibile in sostanze più semplici. Una sostanza pura che può essere suddivisa in sostanze più semplici prende il nome di composto. Mescolando a freddo due sostanze con quantità qualsiasi si ottiene un miscuglio. Nel miscuglio ciascuna delle sostanze mantiene le sue proprietà caratteristiche. Mescolando a caldo quantità ben determinate di due sostanze si ottiene un composto. Le due sostanze, nel momento in cui vanno a costituire la nuova sostanza, perdono le loro proprietà. La decomposizione di un composto è una reazione chimica, cioè una trasformazione che modifica la natura delle sostanze coinvolte.
La formazione e la decomposizione di un composto sono trasformazioni dette reazioni chimiche. Le sostanze inizialmente presenti nella trasformazione si dicono reagenti; le sostanze ottenute si dicono prodotti di reazione. Una reazione chimica è quindi: una trasformazione nella quale la natura delle sostanze reagenti è diversa da quella dei prodotti della reazione. Anche per le reazioni chimiche vale il principio della conservazione della massa: se in una reazione chimica il sistema non scambia materia con l’ambiente esterno, la massa totale dei reagenti è uguale alla massa totale dei prodotti di reazione. Una reazione chimica modifica la natura delle sostanze, ma non può creare né distruggere materia. Le reazioni chimiche possono servire per: - Decomporre un composto; - Formare un composto; - Trasformare un composto in un altro.
In tutte le reazioni di sintesi, cioè formazioni di un composto, è verificabile una legge molto importante: quando due sostanze reagiscono per formare un composto, le loro masse si combinano in proporzioni definite e costanti. Questa legge è nota come legge di Proust o legge delle proporzioni costanti. Questo rapporto è detto rapporto di combinazione. Se si mescolano i reagenti in proporzioni diverse da quelle previste dal rapporto di combinazione le masse dei reagenti che sono eccedenti non partecipano alla reazione. Il composto è un insieme di sostanze diverse a composizione definita e costante; i miscugli, le soluzioni, le leghe sono insiemi di sostanze a composizione arbitraria e variabile.
Le sostanze pure che non si possono dividere per mezzo di reazioni chimiche si chiamano elementi. Il primo elenco di elementi risale alla Grecia antica e comprendeva solo quattro sostanze: aria, acqua, terra , fuoco. Questa classificazione fu ritenuta valida fino al XVII secolo. Boyle avanzò l’ipotesi che un elemento fosse una sostanza non ulteriormente scomponibile. Poi venne proposta una lista di elementi da Lavoisier nel 1700. Nel nostro secolo è stato compilato un elenco di tutti gli elementi esistenti completo e definitivo. Questo elenco presenta 92 elementi naturali e 15 artificiali, cioè creabili dall’uomo, mentre in natura sono presenti migliaia di composti. Sia gli elementi, sia i composti sono costituiti da particelle minime dello stesso tipo , secondo il modello particellare. Le particelle minime di un composto sono il risultato della combinazione delle particelle minime degli elementi componenti. Il modello elaborato nel 1808 dal chimico inglese John Dalton arricchisce e completa il modello particellare. La teoria di Dalton viene riassunta in questi punti: - La materia è costituita da piccolissime particelle dette atomi; - L’atomo è la più piccola parte di un elemento; - Gli atomi di uno stesso elemento sono diversi e hanno tutti la stessa massa; atomi di elementi diversi sono diversi ed hanno masse diverse; - Le reazioni chimiche avvengono tra numeri interi di atomi; - Il più piccolo aggregato di atomi diversi si chiama molecola; - Gli atomi degli elementi combinati in un composto conservano la loro identità e sono indistruttibili.
Se un composto è formato da due atomi di elementi diversi, il rapporto tra le masse degli elementi che si combinano per formare il composto è costante perché è uguale al rapporto tra le masse dei rispettivi atomi. Le masse di un elemento che si combinano con una data massa di un altro elemento per formare diversi composti stanno tra loro in un rapporto che può essere espresso da numeri interi. Questa legge, chiamata legge delle proporzioni multiple, è un’estensione della legge delle proporzioni costanti. La legge delle proporzioni multiple no permette di sapere in anticipo quali composti è possibile formare con due elementi. Essa dice solo che se due elementi X e Y formano più composti, il rapporto delle masse di X combinate con una stessa massa di Y è espresso da un numero intero.
Il chimico Lussac si occupò nel 1808 del rapporto di combinazione tra i volumi, utilizzando sostanze gassose come esempio. Sono parametri di stato dei gas, la temperatura, la pressione e il volume. Con l’esperimento sui gas Lussac arrivò a tre conclusioni: - Tra i volumi delle sostanze che reagiscono esiste un rapporto di combinazione ben determinato; - Questo rapporto varia da una reazione all’altra; - I rapporti tra i volumi dei prodotti di reazione e i volumi dei reagenti sono espressi da numeri interi. Ma questo esperimento fece sorgere al chimico dei dubbi. Infatti da un volume iniziale dell’idrogeno di 2, e da quello dell’ossigeno di 1, risulto un prodotto di 2. Questo dato anormale spinse Lussac a formulare una nuova teoria. La nuova ipotesi fu successivamente ripresa da Avogadro nel 1881 e prende oggi il nome dello scienziato: principio di Avogadro. Esso sostiene che : volumi uguali di gas diversi, nelle stesse condizioni di pressione e temperatura, contengono lo stesso numero di molecole.
Sulla base di questo principio la molecola è: la più piccola aggregazione di atomi uguali o diversi che conserva tutte le proprietà caratteristiche di una sostanza. Vi sono delle molecole monoatomiche, biatomiche, triatomiche. La massa molecolare relativa è data da un rapporto di una quantità di una sostanza con la stessa quantità di idrogeno moltiplicato per due. La massa atomica relativa è data dalla molecolare relativa diviso il numero di atomi della molecola della sostanza. La mole di una molecola è la quantità in grammi di sostanza numericamente uguale alla massa molecolare relativa della sostanza stessa. La mole di un atomo è la quantità in grammi pari alla massa atomica relativa della sostanza. Una mole di qualsiasi sostanza contiene sempre lo stesso numero N di particelle. Il numero N, detto numero di Avogadro, vale 60,23 per 10 alla 23.
Alcune sostanze hanno la proprietà di cambiare colore se sono messe a contatto con altre. Utilizzando come indicatore una di queste sostanze è possibile classificare diverse sostanze acide o basiche, e ordinarle secondo il loro grado. Utilizzando la scala numerica del pH si definisce una sostanza acida con pH7. La scala assegna genericamente il valore 7 al pH dell’acqua distillata, il valore 0 al pH di una soluzione con acido cloridrico, il valore 14 al pH di una soluzione con idrossido di sodio. Sulla scala numerica del pH si basano i cosiddetti indicatori universali, insiemi di indicatori diversi capaci di assumere un colore diverso per ogni valore del pH. Il colore assunto viene raffrontato con una scala cromatica.