Materia, atomi e molecole

Spesso guardiamo il mondo attorno a noi e semplicemente ci soffermiamo alla superficie delle cose.

Appunti

Spesso guardiamo il mondo attorno a noi e semplicemente ci soffermiamo alla superficie delle cose. Un bel paesaggio ci attrae perché suscita emozioni positive, un pasticcino stimola la nostra golosità perché farcito con la cioccolata e un cucciolo di cane ci dona tenerezza con i suoi movimenti impacciati e divertenti.

Ma abbiamo mai provato a osservare e a chiederci cosa compone gli oggetti attorno a noi? Proviamo ad analizzare scientificamente la materia e cerchiamo di vivere nuove emozioni date dalla curiosità.

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Prerequisiti per imparare la materia, atomi e molecole

La materia e le sue caratteristiche

La materia è tutto ciò che occupa uno spazio e ha una massa.

Può essere osservata in due modi:

  • macroscopico: è possibile percepirla con i nostri sensi ed è presente in tutto ciò che ci circonda.
  • microscopico: bisogna immaginarla costituita da particelle infinitamente piccole e impercettibili mediante i sensi, tra le quali esistono forze di interazione e spazi vuoti.

Queste particelle sono divisibili e in movimento, più la temperatura aumenta e più velocemente si muoveranno.


La materia si presenta in tre modi:

  • allo stato solido: le particelle sono molto vicine tra loro e occupano posizioni fisse. Un solido quindi ha una forma propria e un volume proprio;
  • allo stato liquido: le particelle sono libere di muoversi, ma restano comunque vicine. I liquidi hanno volume proprio, ma la forma è quella del recipiente che li contiene;
  • allo stato aeriforme: le particelle sono lontane e indipendenti le une dalle altre. I gas e i vapori sono quindi privi sia di volume che di forma.

Esiste anche un quarto stato, il plasma, che non troviamo sulla terra perché si forma con temperature e pressioni molto elevate.


La materie inoltre è soggetta a due tipi di trasformazioni:

  • trasformazioni fisiche: sono caratterizzate dai passaggi di stato. Variando pressione e temperatura infatti la materia può passare da uno stato fisico all’altro come si può osservare nella tabella sottostante.
  • trasformazioni chimiche: sono fenomeni che modificano le sostanze costituenti la materia. Per esempio il ferro arrugginisce per effetto di aria umida e acqua.

Al termine di una trasformazione chimica la sostanza finale è diversa da quella iniziale.

 

Schema delle trasformazioni fisiche

Le trasformazioni fisiche sono caratterizzate dai passaggi di stato.

L'atomo

L’atomo è la particella impercettibile che costituisce la materia. È formato da tre unità fondamentali che sono:

  • i neutroni posti al centro dell’atomo e privi di carica elettrica;
  • i protoni posti al centro dell’atomo e con carica elettrica positiva. La massa del protone è simile a quella del neutrone con un ordine di grandezza di circa 10-27 kg;
  • gli elettroni che si muovono attorno al nucleo con carica elettrica negativa. La massa degli elettroni è 1/1840 circa la massa dei protoni con ordine di grandezza 10-31 kg.

 

Le caratteristiche di ogni atomo dipendono dal numero di protoni presenti nel suo nucleo (numero atomico); la somma tra numero di protoni e numero di neutroni è il numero di massa dell’ atomo; il numero di neutroni può variare nello stesso elemento chimico.

 

Le molecole, gli elementi e i composti

Una molecola è la più piccola unità chimica di una sostanza che possiede tutte le caratteristiche della sostanza stessa. 

Ogni molecola è rappresentata da una formula chimica che permette di comprendere la tipologia e il numero di atomi che la compongono.

Può essere formata:

  • da atomi dello stesso tipo: come l’Ossigeno (O2) che è una molecola biatomica;
  • da diversi atomi: come l’Acqua (H2O) che è formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno legati tra loro.
 

I tipi di atomi conosciuti sono circa un centinaio, ma unendoli si possono ottenere milioni di sostanze diverse che dipendono da come gli atomi si legano fra loro.

 

Sostanze pure e miscugli

La materia è fatta di sostanze allo stato puro o di miscugli (che possono essere omogenei oppure eterogenei).

Le sostanze pure sono formate da particelle della stessa natura. Un esempio è l’acqua distillata che presenta proprietà ben definite.

Le sostanze pure possono essere elementi o composti.

I miscugli eterogenei hanno componenti mescolate in modo non uniforme e hanno caratteristiche chimico fisiche diverse in vari punti. Ad esempio la nebbia che è formata da acqua dispersa in aria.

I miscugli omogenei hanno componenti mescolati in modo uniforme. Ad esempio l’acqua salata.

 

Gli elementi e i composti

Gli elementi sono porzioni di materia composta da un solo tipo di atomi.

Ad esempio possiamo citare l’ ossigeno (O2), il rame (Cu), oppure il ferro (Fe).

Gli elementi conosciuti sono 118 di cui 94 esistenti in natura (detti naturali) e 24 prodotti in laboratorio (detti artificiali).

Ogni elemento è rappresentato da un simbolo (ad esempio il cloro si indica con Cl).

I composti invece sono formati da atomi di diverso tipo e sono elementi uniti tra loro chimicamente.

Esempi di composti sono la molecola dell’acqua H2O, il cloruro di sodio NaCl oppure il saccarosio che è formato da fruttosio e glucosio.

In un composto gli elementi sono presenti in proporzioni ben definite e questo ci permette di distinguerli dai miscugli (ad esempio nell’acqua il numero di atomi di idrogeno è sempre il doppio del numero di atomi dell’ossigeno)