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Giuseppe Valitutti
Patrizia Amadio
Marco Falasca
Chimica:
concetti e modelli
Terza edizione
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Capitolo 2
Le trasformazioni
fisiche della materia
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Sommario
1. Gli stati fisici della materia
2. Da uno stato di aggregazione all’altro
3. I sistemi omogenei ed eterogenei
4. Le sostanze e i miscugli
5. La concentrazione delle soluzioni
6. Le concentrazioni percentuali
7. I principali metodi di separazione dei miscugli
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Valitutti, Amadio, Falasca Chimica: concetti e modelli Terza ed. © Zanichelli editore 2023
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1. Gli stati fisici della materia
La chimica studia le proprietà della materia e i suoi
cambiamenti, indagando porzioni delimitate di materia
chiamate sistemi.
La materia può esistere in tre stati fisici, detti anche stati di
aggregazione:
 lo stato solido
 lo stato liquido
 lo stato aeriforme (che include sia i gas sia i vapori).
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1. Gli stati fisici della materia
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
Per effetto delle variazioni di temperatura (o della
pressione) la materia può passare da uno stato fisico a un
altro, attraverso i passaggi di stato.
L’acqua è l’unica sostanza sulla Terra che esiste in tutti e
tre gli stati fisici.
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
La vaporizzazione è il passaggio dallo stato liquido a
quello aeriforme, si suddivide in:
 evaporazione (coinvolge solo lo strato superficiale di un
liquido)
 ebollizione (si formano bolle di gas all’interno della fase
liquida).
Quando il passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido
avviene solo per effetto dell’aumento di pressione si parla
di liquefazione.
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
Quando un materiale passa dallo stato liquido allo stato
aeriforme, tende a occupare tutto lo spazio disponibile
mentre la sua massa resta costante.
Di conseguenza, la densità del sistema diminuisce.
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
Nel passaggio da stato liquido a solido, invece, si ha una
piccola diminuzione del volume e quindi un piccolo
aumento della densità.
Di conseguenza, lo stato solido ha densità maggiore del
corrispondente stato liquido.
 L’acqua costituisce un’eccezione.
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2. Da uno stato di aggregazione
all’altro
Per l’acqua, il volume allo stato solido (ghiaccio) è
maggiore del volume occupato dalla stessa massa d’acqua
allo stato liquido.
La densità del ghiaccio è quindi minore di quella dell’acqua:
un cubetto di ghiaccio galleggia sull’acqua liquida.
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3. I sistemi omogenei ed
eterogenei
Si dice fase una porzione di materia, fisicamente
distinguibile e delimitata, che ha proprietà intensive
uniformi.
 Un sistema costituito da una sola fase si dice omogeneo
(per esempio, un bicchiere d’acqua).
 Un sistema costituito da due o più fasi si dice
eterogeneo (per esempio, un bicchiere con acqua e olio).
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3. I sistemi omogenei ed
eterogenei
 Un sistema è puro solo se è formato da una singola
sostanza, che possiede proprietà caratteristiche e ha una
composizione costante.
Un sistema puro è costituito da particelle tutte uguali tra
loro.
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3. I sistemi omogenei ed
eterogenei
 Ogni sostanza ha proprietà chimiche che la
caratterizzano e che determinano la sua reattività nei
confronti di altre sostanze.
 I nomi delle sostanze, in genere, sono declinati solo al
singolare.
 Quasi tutta la materia è formata da miscugli di sostanze.
 A livello microscopico, una sostanza si rappresenta con
sfere uguali; le sostanze in un miscuglio si rappresentano
con sfere di colori diversi.
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3. I sistemi omogenei ed
eterogenei
L’acqua del rubinetto, a differenza di quella distillata, non è
un sistema puro.
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4. Le sostanze e i miscugli
Acqua e sale disciolto completamente formano un
miscuglio omogeneo perché i grani di sale non sono più
visibili e tutte le zone del miscuglio hanno le stesse
proprietà intensive (costituiscono una singola fase).
Un miscuglio omogeneo di due o più sostanze si chiama
soluzione. I componenti di una soluzione sono particelle di
diametro inferiore a 1 nm (= 10-9 m):
 il solvente è il componente più abbondante
 i soluti sono i componenti meno abbondanti.
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4. Le sostanze e i miscugli
Le soluzioni possono essere:
 liquide (acqua e sale)
 gassose (aria)
 solide (acciaio e altre leghe metalliche).
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4. Le sostanze e i miscugli
Nei miscugli eterogenei i diversi componenti sono visibili a
occhio nudo o al microscopio.
Un miscuglio eterogeneo è costituito da componenti
chimicamente definiti e da fasi fisicamente distinguibili.
Le particelle dei componenti hanno un diametro maggiore
di 1 nm.
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4. Le sostanze e i miscugli
 La schiuma è un miscuglio costituito dalla dispersione di
un gas in un liquido.
 La nebbia è un miscuglio eterogeneo acqua-aria.
 Il fumo è un miscuglio eterogeneo di un solido in un gas.
 L’emulsione è un miscuglio eterogeneo di due o più
liquidi immiscibili tra loro (per esempio, la maionese).
 La sospensione è un miscuglio in cui un solido è
disperso in un liquido (per esempio, un succo di frutta).
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4. Le sostanze e i miscugli
I miscugli eterogenei le cui particelle hanno un diametro
compreso tra 10-9 m e 10-6 m si dicono colloidi:
 fase dispersa (corrisponde al soluto)
 fase disperdente (corrisponde al solvente).
Se la fase disperdente liquida o gassosa prevale su quella
solida, si ha il sol; se prevale la fase solida si ha il gel.
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4. Le sostanze e i miscugli
Se continuiamo ad aggiungere zucchero ad un miscuglio
omogeneo di zucchero in acqua, lo zucchero incomincerà a
formare il corpo di fondo.
Una soluzione si dice satura quando contiene la quantità
massima possibile di soluto.
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4. Le sostanze e i miscugli
La solubilità è la quantità massima di soluto che si può
sciogliere in una determinata quantità di solvente a una
certa temperatura.
La solubilità:
 dipende dalle proprietà del soluto e del solvente
 dipende dalla temperatura.
Di solito, la solubilità di solidi e liquidi aumenta
all’aumentare della temperatura. I gas invece sono più
solubili a basse temperature e alte pressioni.
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4. Le sostanze e i miscugli
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5. La concentrazione delle
soluzioni
Le soluzioni si dicono:
 diluite (se contengono piccole quantità di soluto)
 concentrate (se contengono elevate quantità di soluto).
La concentrazione di una soluzione è il rapporto tra la
quantità di soluto e la quantità di soluzione (o di solvente)
in cui il soluto è disciolto.
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6. Le concentrazioni percentuali
La concentrazione percentuale delle soluzioni indica
sempre le parti di soluto contenute in 100 parti di
soluzione.
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6. Le concentrazioni percentuali
La % V/V si usa per esprimere la concentrazione di alcol
etilico nelle bevande: 12° (gradi alcolici) significa che la
concentrazione percentuale in volume dell’alcol etilico è
pari al 12% V/V.
Per passare dalla concentrazione percentuale in massa su
volume a quella percentuale in massa e viceversa, si deve
conoscere la densità della soluzione:
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La filtrazione separa particelle solide da miscugli liquidi
e gassosi (per esempio, le polveri dall’aria).
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La setacciatura separa un miscuglio eterogeneo solido-
solido formato da materiali con una diversa granulometria:
maglie più o meno larghe lasciano passare solo i
componenti del miscuglio con dimensioni inferiori a quelle
dei pori.
I miscugli eterogenei di liquidi e/o solidi che hanno densità
diverse si possono separare per stratificazione di uno
sull’altro.
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La decantazione separa i componenti di un miscuglio
eterogeneo solido-liquido (per esempio, sabbia e acqua).
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 L’imbuto separatore permette di separare i miscugli
eterogenei liquido-liquido: il componente più denso (per
esempio, l’acqua) si stratifica in basso rispetto al
componente meno denso (per esempio, l’olio).
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La centrifuga permette di raggiungere un’accelerazione
maggiore di quella di gravità: il componente con densità
maggiore si deposita sul fondo più in fretta rispetto alla
decantazione.
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
Un miscuglio (omogeneo o eterogeneo) si può separare
sfruttando la diversa solubilità dei suoi componenti in alcuni
solventi.
 L’estrazione separa alcuni componenti di un miscuglio
mediante un particolare solvente. Per esempio, tè e caffè si
preparano mediante estrazione selettiva con acqua calda; il
miscuglio eterogeneo ottenuto viene poi filtrato.
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La cromatografia è una tecnica di separazione analoga
all’estrazione ma più efficace.
Le tecniche strumentali cromatografiche più note sono la
gascromatografia e la HPLC (High Performance Liquid
Chromatography).
Nella cromatografia su strato sottile si depone una
goccia di miscuglio su una lamina di silice o allumina (fase
stazionaria) che viene poi messa in contatto con il solvente
(fase mobile o eluente).
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
Il solvente risale per capillarità trascinando le diverse
componenti del miscuglio con velocità diverse e
separandole in base alla loro affinità per la fase mobile o
stazionaria.
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
 La distillazione è il metodo privilegiato per la
purificazione dei liquidi e coinvolge l’evaporazione e la
successiva condensazione dei vapori all’interno di un
refrigerante.
La distillazione si basa sulla diversa volatilità dei
componenti delle miscele: i vapori di una miscela che bolle
sono più ricchi del componente più volatile (che bolle a
temperatura inferiore).
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7. I principali metodi di separazione
dei miscugli
Se nella soluzione sono disciolti sali non volatili, la
separazione è completa (in questo modo si ottiene, per
esempio, l’acqua «distillata»).
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