La materia
La materia è tutto ciò che ci circonda e si caratterizza per il fatto di occupare uno spazio e possedere una massa ed energia. Può essere costituita da sostanze pure o da miscele.
Le sostanze pure possono essere distinte in elementi e composti.
- Un elemento è un tipo di materia costituita da atomi dello stesso tipo.
Non si possono scomporre in altre sostanza ancora più semplici. In natura esistono 92 elementi: sono ordinati nella tavola periodica degli elementi (es. cloro, idrogeno, calcio, ecc.)
- Un composto è una sostanza costituita da due o più elementi combinati chimicamente in proporzioni fisse e sono perciò scomponibili in altre sostanza più semplici.
Le miscele sono insieme di più sostanze chimiche che conservano inalterate le loro singole caratteristiche e lo stato fisico. Possono sono avere aspetto omogeneo (soluzioni) o eterogeneo.
- Nelle miscele omogenee i componenti non sono più distinguibili all’osservazione diretta e si presentano in un’unica fase.
- Nelle miscele eterogenee i componenti sono distinguibili all’osservazione diretta.
Fenomeni chimici e fenomeni fisici
Quanto ci circonda è soggetto a cambiamento. Ogni evento, provocato o no dall'uomo, osservabile direttamente o indirettamente, costituisce un fenomeno.
- I fenomeni fisici studiano quelle particolari trasformazioni che non modificano l’intima natura delle sostanze. Corrispondono a trasformazioni nella forma o nell’aspetto esterno della materia, senza modificazioni dal punto di vista della composizione (Es. l’ebollizione dell’acqua, le foglie di un albero che cadono, ...).
- I fenomeni chimici studiano quelle particolari trasformazioni che cambiano la struttura intima delle sostanze.Comportano trasformazioni nella composizione della materia(Es. la combustione).
Gli stati di aggregazione della materia
La materia si può presentare in tre stati fisici o stati di aggregazione:
- solido. I solidi presentano forma e volume propri
- liquido. I liquidi presentano volume proprio ma si adattano alla forma del recipiente che li contiene
- gassoso (o aeriforme). I gas non hanno né forma né volume propri, si espandono fino a occupare tutto lo spazio disponibile e sono comprimibili.
Ciò che caratterizza lo stato fisico della materia è il grado di libertà delle particelle che la costituiscono.
Cambiamenti di stato
Lo stato fisico della materia dipende dalle condizioni di pressione e di temperatura alle quali essa si trova.
Si definiscono cambiamenti di stato i passaggi di una sostanza da uno stato fisico ad un altro.
I passaggi di stato sono fenomeni fisici e sono reversibili in seguito alla somministrazione o alla sottrazione di calore.
La composizione della materia
Sia il corpo umano sia gli alimenti sono fatti di materia che è composta da particelle dette atomi, i quali, unendosi tra loro, danno vita alle molecole che concorrono, a loro volta, alla formazione delle varie strutture cellulari del corpo umano e degli altri essere viventi dei quali ci nutriamo.
Gli atomi
Gli atomi (dal greco àtomos = non divisibile) sono i “mattoni” che costituiscono la materia.
Ogni atomo è costituito da:
• un nucleo centrale formato da particelle subatomiche con carica elettrica positiva chiamate protoni e da particelle elettricamente neutre chiamate neutroni.
• la nuvola elettronica intorno al nucleo di carica negativa è costituita da particelle subatomiche di massa trascurabile chiamate elettroni.
Gli atomi sono elettricamente neutri in quanto contengono un numero uguale di protoni ed elettroni. Gli atomi però possono perdere o acquistare elettroni da altri atomi vicini, non sono quindi più neutri ma presentano carica elettrica e vengono chiamati ioni.
- Un atomo che perde un elettrone si converte in uno ione carico positivamente, detto catione.
- Un atomo che acquista un elettrone si converte in uno ione carico negativamente, detto anione.
Il sistema periodico degli elementi
Il sistema periodico degli elementi rappresenta graficamente tutti gli elementi conosciuti e le loro proprietà.
Ogni elemento riporta informazioni quali:
• simbolo chimico dell’elemento;
• numero atomico Z, numero di protoni contenuti in un nucleo, indicato in ordine crescente;
• numero di massa atomica è dato dalla somma del numero di protoni e quello dei neutroni.*
*quando 2 atomi possiedono lo stesso numero atomico, ma diverso numero di massa atomica (cioè, diverso numero di neutroni), si dicono isotopi.
Tutti gli isotopi di uno stesso atomo occupano la stessa posizione all’interno della tavola periodica in quanto presentano le stesse proprietà chimiche, che dipendono solo dal numero atomico; diversi atomi, pertanto, rappresentano lo stesso elemento.
È per questa ragione che la tavola periodica fa riferimento al termine “elementi” e non al termine “atomi”.
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Il sistema periodico è una scacchiera composta da linee orizzontali, i periodi, e da colonne verticali, i gruppi; i periodi sono 7 e i gruppi sono 18.
Lungo un gruppo, gli elementi hanno caratteristiche chimiche simiile e tutti lo stesso numero di elettroni di valenza* e quindi possono formare tutti lo stesso numero di legami.
*elettroni più esterni, stabiliscono il numero di legami chimici che si possono creare con altri atomi per formare molecole
Le molecole
Le più piccole particelle che mantengono inalterate le proprietà di una sostanza sono definite con il termine di molecole.
In natura ci sono molecole di elementi quando risultano costituite da più atomi di uno stesso elemento (per esempio: idrogeno = H2; ossigeno = O2), oppure molecole di composti quando sono formate in misura diversa da atomi diversi fra loro (per esempio: sale da cucina = NaCl, acqua = H2O).
La formula chimica è il linguaggio chimico che si utilizza per rappresentare le molecole.
- Formula bruta: indica quali e quanti atomi vanno a comporre la molecola di una sostanza.
- Formula di struttura: Indica anche la disposizione nello spazio degli atomi costituenti.
- Formula razionale: Sono evidenziati i gruppi funzionali.
Legami chimici
Le molecole sono il risultato dell’interazione tra atomi uniti tra loro dai legami chimici.
Legami forti tra atomi della stessa molecola
- legame ionico (cedendo o acquistando elettroni)
un atomo perde completamente un elettrone periferico diventando ione positivo (catione), e lo stesso viene acquistato da un altro atomo che diventa ione negativo (anione). - Legame covalente (con condivisione di elettroni)
Legame covalente puro: si forma tra due atomi uguali, condividendo elettroni
Legame covalente polarizzato: si forma tra atomi diversi, determinando nella molecola dei poli con cariche opposte più o meno forti.
Legame dativo: legame covalente nel quale gli elettroni condivisi appartengono ad un solo atomo, detto donatore, che li mette in comune con un altro atomo, detto accettore.
Legami deboli tra molecole differenti
- Legame idrogeno: si realizza tutte le volte che l’estremità negativa di una molecola interagisce con atomi di idrogeno appartenenti ad un’altra molecola.
La struttura dell’acqua, grazie alla sua polarità, costituisce un bell’esempio di legame idrogeno.
Le reazioni chimiche
Una reazione chimica indica qualsiasi processo che trasforma alcune sostanze chiamate reagenti in altre dette prodotti di reazione, completamente differenti per composizione, struttura molecolare e proprietà.
In ogni reazione chimica si verifica la rottura e la formazione di nuovi legami chimici e le reazioni si definiscono esotermiche quando avvengono con liberazione di calore, oppure endotermiche quando lo assorbono.
Reazioni di scissione o decomposizione: sono dette anche reazioni di dissociazione e si realizzano quando da una sostanza se ne ottengono altre più semplici
Reazioni di sintesi o condensazioni: sono le reazioni opposte a quelle di decomposizione e si realizzano quando 2 o più reagenti si uniscono per formare una nuova sostanza
I catalizzatori
I catalizzatori intervengono sulla velocità di una reazione chimica senza rientrare come componenti nei prodotti della reazione.
Presentano la proprietà di abbassare l’energia di attivazione (E att.) che è quell’energia necessaria per spezzare i legami dei reagenti al fine di favorire la formazione dei prodotti.
Gli Enzimi sono particolari proteine che, agendo da CATALIZZATORI permettono e agevolano la realizzazione delle reazioni chimiche consentendo di superare il “muro energetico” che impedisce alle reazioni di avvenire.
Le soluzioni
Le soluzioni si possono definire come una miscela omogenea di due o più composti non trasformabili tra loro.
Il componente che è in maggiore quantità si chiama solvente mentre il componente presente in minor quantità si chiama soluto.
Il solvente più comune che si trova in natura è l’acqua, che è un composto fondamentale di molti alimenti e bevande, e le sue proprietà solventi vengono sfruttate nelle applicazioni culinarie e dell’industria alimentare.
Le soluzioni si possono definire:
- diluite: quando il soluto è presente in piccole quantità;
- concentrate: quando il soluto è presente in elevate quantità;
- sature: quando il soluto non si scioglie più e va a formare il corpo di fondo.
Il pH
La forza di un acido o di una base si misura attraverso il grado di dissociazione che viene letto nella scala del pH.
In una soluzione acquosa si parla di:
- acidità quando prevalgono gli ioni idrogeno rispetto agli ioni ossidrilici [H+] > [OH-] (pH < 7)
- neutralità quando gli ioni idrogeno sono uguali agli ioni ossidrilici [H+] = [OH-] (pH = 7)
- basicità quando gli ioni ossidrilici prevalgono sugli ioni idrogeno [H+] < [OH-] (pH > 7)
Il pH si esprime come “il logaritmo in base 10 dell’inverso della concentrazione di ioni idrogeno”.
La sua scala di valori va da 0 a 14 con massima acidità a 0, neutralità a 7 e massima alcalinità a 14.
Chimica organica
La chimica organica si occupa dello studio delle molecole organiche, ovvero che contengono carbonio.
I composti organici si devono intendere come composti molecolari di catene carboniose formate da atomi di carbonio legati tra loro.
L’enorme varietà di composti organici dipende dall’elemento carbonio che è alla base della costituzione di tutti gli organismi viventi.
I legami, che il carbonio può fare possono essere:
- semplici
- doppi
- tripli
I composti organici si possono classificare in base al gruppo funzionale, cioè l’insieme di atomi che caratterizza un composto e che gli conferisce le sue proprietà fisiche e chimiche.
Principi nutritivi
Negli alimenti si trovano i principi alimentari o principi nutritivi organici ed inorganici.
Organici:
- Glucidi
- Lipidi
- Protidi
- Vitamine
Inorganici:
- Sali minerali
- Acqua
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