Le proprietà fondamentali della materia sono volume, massa, peso, densità, durezza, colore, odore, temperatura, conducibilità elettrica e stato fisico.
Aspetto della materia
La materia si presenta in forma gassosa, liquida o solida. La materia può essere omogenea o eterogenea. La materia può essere pura oppure un miscuglio di sostanze. Le sostanze che compongono la materia possono essere separate per essere misurate e studiate.
Gli stati della materia
Gli stati della materia sono tre: gassoso, liquido e solido.
I fattori che modificano lo stato della materia sono il calore e la pressione.
Il calore porta la materia dallo stato solido allo stato gassoso.
La pressione porta la materia dallo stato gassoso allo stato solido.
Il passaggio dallo stato gassoso allo stato liquido si chiama condensazione.
Il passaggio diretto dallo stato gassoso allo stato solido si chiama brinamento.
Il passaggio dallo stato liquido allo stato solido si chiama solidificazione.
Inversamente:
Il passaggio dallo stato solido allo stato liquido si chiama fusione.
Il passaggio diretto dallo stato solido allo stato gassoso si chiama sublimazione o liofilizzazione.
Il passaggio dallo stato liquido allo stato gassoso si chiama evaporazione.
Il volume degli stati della materia
La materia nel passaggio dallo stato gassoso, poi liquido e infine solido occupa volumi sempre inferiori.
Fa eccezione l’acqua che divenendo ghiaccio aumenta di volume per un riordino dei legami chimici.
La purezza della materia
La purezza è la certezza che una sostanza è composta da un’unica materia.
In natura la purezza è una astrazione, si può invece parlare di gradi di purezza, esprimibili in percentuali.
Una materia pura si può presentare omogenea o disomogenea.
La materia pura omogenea
Una materia pura omogenea (acqua distillata) si presenta completamente in un unico stato: gassoso o liquido o solido.
La materia pura disomogenea
Una materia pura disomogenea si presenta parzialmente in uno stato e in parte in un altro (gassoso o liquido o solido): es un bicchiere di acqua distillata e del ghiaccio.
Il miscuglio
Il miscuglio è composto da due o più materie, quindi non è puro, il miscuglio è la normalità in natura.
Il miscuglio si può presentare omogeneo o eterogeneo.
Il miscuglio omogeneo
Il miscuglio omogeneo appare macroscopicamente indistinto,
es il sale disciolto nell’acqua, non vedo il sale, e attraverso questa soluzione la luce passa indisturbata.
Il miscuglio eterogeneo
Il miscuglio eterogeneo in qualche modo ci fa capire che è composto da due o più materie. In alcuni casi sembra omogeneo, come nel miscuglio eterogeneo colloidale, in altre è chiaro che è composto da più materiali.
Il miscuglio eterogeneo colloidale appare a prima vista omogeneo: la luce non lo attraversa indisturbata ma in esso la luce diffonde, cioè non si comporta come l’acqua pura. Vediamo il SOL e il GEL.
Allo stato gassoso-liquido si chiama SOL ad es. l’albume d’uovo.
Allo stato solido si chiama GEL ad es. la gelatina o il budino.
Il miscuglio eterogeneo vero e proprio distingue chiaramente i materiali di cui è fatto: es miscuglio di acqua e sabbia vedo che i due materiali si dispongono in fasi diverse uno sopra e l’altro sotto, es miscuglio di acqua e olio che si dispongono in fasi diverse separate.
Altri miscugli eterogenei: schiuma, nebbia…
La schiuma di sapone: un gas -l’aria- si disperde in un liquido -l’acqua insaponata-.
La nebbia: un liquido -l’acqua- si disperde in un gas -l’aria-.
Il fumo: un solido si disperde in un gas -l’aria-.
L’emulsione rende due liquidi non miscibili, come l’olio e l’acqua- inseparabili: nella maionese l’olio si fa tutt’uno con l’acqua del tuorlo dell’uovo (lecitina del tuorlo).
La separazione dei miscugli
Il miscuglio può essere trattato in modo che le materie che lo compongono tornino a essere separate: la filtrazione, la decantazione o stratificazione, la centrifugazione, l’estrazione, la cromatografia, la distillazione.
La filtrazione
La filtrazione separa sostanze solide da miscugli liquido-gassosi.
La decantazione o stratificazione
La decantazione o stratificazione separa miscugli liquido-solidi che hanno densità diverse.
Ricordo che la densità è il rapporto peso/volume.
La decantazione o stratificazione sfrutta la gravità.
La centrifugazione
La centrifugazione funziona come la decantazione ma è molto più rapida.
L’estrazione
L’estrazione di una sostanza da un miscuglio si usa con un solvente ad essa affine. Ad es. la clorofilla si estrae da una foglia usando come solvente l’etere.
La cromatografia
La cromatografia è una estrazione molto raffinata, in cui il solvente è un liquido.
Varie sostanze sono trasportate per capillarità su un foglio di carta assorbente posta in verticale. Le sostanze devono
vincere la semplice forza di gravità risalendo sulla carta assorbente. Una sostanza viene assorbita più velocemente di una altra, per cui si formano differenti curve di assorbimento.
La cromatografia si basa su una fase liquida (il solvente in cui sono disciolte le sostanze contenute nel campione) su una fase solida (il foglio di carta assorbente).
La gas-cromatografia
La gascromatografia è una estrazione in cui il solvente è un gas.
La sostanza da esaminare deve essere volatile oppure bisogna renderla volatile alzando le temperature entro i 350 °C.
Alla fine nel grafico si succedono più curve, ad ogni curva corrisponde una sostanza.
La curva ha un picco in altezza e ha una sua ampiezza alla base.
Il tempo di comparsa del picco (tempo di ritenzione) di ogni curva definisce esattamente la sostanza.
L’area in cui si sviluppa ogni curva definisce la quantità della sostanza e quindi la sua concentrazione.
Se i tempi di ritenzione di due sostanze sono molto vicini, le due curve si sovrappongono e l’analisi quantitativa diventa poco attendibile.
L’HPLC
L’HPLC o cromatografia liquida ad alta pressione identifica e quantifica le sostanze presenti in un campione. La pressione del liquido è di 50-350 atmosfere
La distillazione
La distillazione è una separazione di liquidi che hanno un punto di evaporazione diverso.
Es. scaldando il vino, l’alcol si separa dall’acqua, perchè l’alcol evapora prima dell’acqua (Alcol: 78°C, Acqua: 100°C). Il vapore alcolico viene raffreddato in un alambicco e ottengo la grappa. Ottengo l’acqua distillata scaldando l’acqua del rubinetto, sulle pareti della pentola resta una patina bianca calcarea: ho separato l’acqua dal calcare.