La chimica parte 1: Elementi, composti, miscele e simboli chimici

In natura si possono riconoscere due tipi di fenomeni: i fenomeni fisici e i fenomeni chimici.

Nei fenomeni fisici non si ha trasformazione di materia mentre in quelli chimici si.

Un esempio di fenomeno fisico è la caduta di un corpo o l’ebollizione dell’acqua; un fenomeno di tipo chimico può essere rappresentato dalla combustione di un ciocco di legno o dalla formazione della ruggine su un pezzo di ferro.

La chimica studia la composizione delle sostanze (il materiale o la materia di cui è composto un oggetto) e il loro comportamento in base alla loro composizione.

La materia è qualcosa che possiede massa e occupa uno spazio. Le proprietà della materia sono di due tipi: fisiche e chimiche.

Le proprietà fisiche sono quelle che possono essere specificate senza far riferimento ad altre sostanze. La massa, il volume, il colore, ecc sono proprietà fisiche; anche lo stato solido, liquido o gassoso in cui si trova la materia è un caratteristica fisica di questa.

Le proprietà chimiche sono collegate alle trasformazioni (reazioni chimiche) delle sostanze. Un pezzo di ferro per la presenza di ossigeno nell’aria subisce un cambiamento chimico trasformandosi in un’altra sostanza, la ruggine. Questa caratteristica del ferro di combinarsi con l’ossigeno è una delle proprietà chimiche di questo elemento.

Elementi, composti e miscele

Gli elementi

Le sostanze più semplici che si possono ottenere in seguito a reazioni chimiche si dicono elementi. Gli elementi non si possono decomporre in sostanze più semplici e quindi sono la forma più semplice di materia. Il ferro, l’oro, l’ossigeno, il rame sono elementi.

Le parti più piccole di un elemento che conservano le proprietà chimiche di questo vengono dette atomi. Ma apriamo una breve parentesi proprio sull’atomo.

Le ricerche successive alla teoria di Dalton rivelarono che l’atomo è formato da tre tipi di particelle principali: i protoni, i neutroni e gli elettroni.

I protoni e i neutroni si trovano insieme in una parte molto piccola e densa detta nucleo situata al centro dell’atomo (per questo sono detti nucleoni).

Gli elettroni, che hanno una massa molto inferire rispetto alle altre due particele, si trovano nello spazio attorno al nucleo.

La distribuzione degli elettroni attorno al nucleo e molto importante perché determina le proprietà chimiche dell’atomo.

I protoni e gli elettroni sono dotati di carica elettrica: positiva per i protoni, negativa per gli elettroni. I neutroni sono privi di carica.

La massa delle particelle subatomiche è estremamente piccola per cui si utilizza come unità di misura di essa l’unità di massa atomica o amu. 1 amu corrisponde a 1,6605665·10^-24g. Nella seguente tabella sono riportate le masse delle particelle.

In un atomo il numero di protoni è uguale a quello degli elettroni e questo valore costituisce il numero atomico. Atomi con lo stesso numero di protoni hanno identiche proprietà chimiche.

Il peso atomico è, invece, la somma delle pesi di tutte le particelle che compongono l’atomo e la misura viene data prendendo come campione 1/12 della massa dell’atomo di carbonio (l’amu).

Atomi aventi lo stesso numero atomico possono avere peso atomico diverso costituendo gli isotopi.

Il numero di massa è la somma tra il numero di protoni e il numero di neutroni di un dato atomo.

A un tipo atomico corrisponde un elemento per cui un dato atomo prende il nome dall’elemento che gli corrisponde. Esistono forse 108 tipi di atomi diversi, di cui circa 90 si trovano in natura, mentre i rimanenti sono stati creati artificialmente in laboratorio.

I composti

Le sostanze che possono essere ridotte, attraverso reazioni chimiche, a sostanze semplici (elementi) vengono dette composti. I composti sono, dunque, il risultato della combinazione di elementi.

L’acqua, la cellulosa, la ruggine, ecc. sono composti.

In un composto gli elementi sono combinati in un rapporto fisso, caratteristico di quella sostanza. L’acqua, ad esempio, è composta da idrogeno e ossigeno secondo un rapporto di 1g di idrogeno per 8g di ossigeno.

Quando gli elementi si combinano tra loro per dare un composto, anche i loro atomi si uniscono, in proporzioni definite, formando particelle più grandi dette molecole. La molecola dell’acqua è formata da due atomi di idrogeno e uno di ossigeno.

Sostanza pura e miscele

Gli elementi e i composti sono sostanze pure. La composizione di una sostanza pura è sempre la stessa indipendentemente dalla sua origine. Qualsiasi quantità di glucosio (lo zucchero che si mette nel caffè) contiene sempre le stesse proporzioni degli elementi (idrogeno, ossigeno e carbonio) che lo compongono.

Un oggetto non sempre è costituito da una sostanza pura, ma di solito da una miscela di più sostanze pure. Le miscele hanno composizione variabile come per esempio il caffè zuccherato.

Una miscela può essere omogenea o eterogenea: nella omogenea tutte le parti hanno le stesse proprietà (per esempio acqua e zucchero) mentre quella eterogenea è composta da più parti (fasi) come si può osservare quando mescolo l’olio con l’aceto.

I simboli chimici

Ad ogni elemento chimico è stato assegnato un simbolo composto da una o due lettere che rappresentano l’iniziale o le iniziali del nome (di solito latino) dell’elemento. Nella tabella seguente sono riportati alcuni elementi con il simbolo

I composti sono combinazioni di elementi in proporzioni definite e questo viene evidenziato nella formula chimica del composto. Nella formula chimica gli elementi costituenti il composto vengono indicati con loro simboli chimici e il numero di atomi che entrano nella formazione della molecola è indicato alla base dei simboli chimici. La formula chimica del metano è CH₄ dove C (Carbonio) e H (idrogeno) indicano i simboli degli elementi componenti il metano e 4 il numero di atomi di idrogeno facenti parte della molecola. Ecco alcuni esempi di composti con le loro formule chimiche.