Cos’è la chimica?
La chimica è, tecnicamente… la chimica è lo studio delle sostanze, ma io preferisco vederla come lo studio dei cambiamenti. Ad esempio, pensate a questo: elettroni, loro cambiano i loro livelli di energia; molecole… le molecole cambiano i loro legami; elementi… si combinano e cambiano in composti. Be’, questa… questa è la vita, giusto? Cioè è solo… è la costante, è il ciclo: creazione e dissoluzione, poi di nuovo creazione poi ancora dissoluzione, è crescita poi decadimento, poi trasformazione! Ed è affascinante, davvero!
Questa è la definizione che l’acclamata serie tv Breaking Bad fornisce quando il protagonista, Walter White, inizia a parlare di chimica ai suoi studenti. Vista così questa materia sembra assolutamente affascinante, ma a scuola non sempre se ne parla in questi termini, giusto?
Molto spesso infatti lo studio di questa materia risulta incomprensibile e ostico a moltissimi studenti che non capiscono i concetti fino in fondo. Noi di Skuola.net vogliamo venirvi incontro e iniziare a spiegare da capo la chimica, cercando di renderla chiara e coinvolgente, come Walter White ha cercato di fare con i suoi studenti.
Sommario
Che cos’è la chimica?
La chimica (da kemà, il libro dei segreti dell’arte egizia) è la scienza che studia la composizione della materia ed il suo comportamento in base a tale composizione. Questa materia è anche stata definita come “la scienza centrale” (in inglese “central science”) perché connette le altre scienze naturali, come l’astronomia, la fisica, le scienze dei materiali, la biologia e la geologia.
Oggetti di studio della chimica sono principalmente: le proprietà dei costituenti della materia (atomi);
le proprietà delle entità molecolari, ad esempio ioni o molecole, costituite da singoli atomi o dalla combinazione di più atomi; le caratteristiche delle specie chimiche (ciascuna delle quali caratterizzata da una specifica tipologia di entità molecolare e da particolari proprietà che la distinguono dalle altre specie chimiche); le proprietà delle miscele e dei materiali costituiti da una o più specie chimiche.
Questo studio della materia non è però limitato alle sue proprietà e struttura in un dato istante, ma riguarda anche le sue trasformazioni. Le trasformazioni chimiche sono dette reazioni chimiche (che comportano la rottura dei legami che tengono uniti gli atomi appartenenti alla stessa entità molecolare e la formazione di nuovi legami per dare origine a nuove entità molecolari).
Piccole pillole di chimica
Una volta capita cos’è e cosa studia, è ora di andare più a fondo e scoprire le regole e i concetti base di questa materia affascinante.
Atomi e molecole
L’atomo (dal greco ἄτομος – àtomos -, indivisibile, unione di ἄ – a – [alfa privativo] + τέμνειν – témnein – [tagliare]) è una struttura nella quale è normalmente organizzata la materia nel mondo fisico o in natura. Gli atomi sono formati da costituenti subatomici quali i protoni (con carica positiva), i neutroni (privi di carica) e gli elettroni (con carica negativa).
Più atomi insieme formano le molecole. Queste ultime possono essere costituite da atomi tutti uguali fra loro, formando quelle che vengono definite le sostanze semplici (ad esempio N2, O2 e S8), mentre le molecole costituite da atomi diversi sono caratteristiche delle sostanze composte (ad esempio H2O, C12H22O11 e H2SO4).
In natura esistono 90 elementi e a questi se ne aggiungono (per ora) altri 28 creati artificialmente. Ognuno di essi corrisponde ad un atomo con un certo numero di protoni ed ha struttura e proprietà differenti.
La tavola periodica degli elementi
La tavola periodica degli elementi (o semplicemente tavola periodica) è lo schema con cui sono ordinati gli elementi chimici sulla base del loro numero atomico Z e del numero di elettroni presenti negli orbitali atomici s, p, d, f.
E’ stata ideata dal chimico russo Dmitrij Ivanovič Mendeleev nel 1869. Successivamente è stata riprodotta in modo indipendente dal chimico tedesco Julius Lothar Meyer (1830 – 1895). Essaa contava in principio numerosi spazi vuoti, previsti per gli elementi che sarebbero stati scoperti in futuro, alcuni dei quali nella seconda metà del Novecento.
La tavola periodica di Mendeleev, salvo qualche leggera modifica, è la tavola periodica che usiamo ancora oggi. Con il passare degli anni, nuovi elementi vengono sintetizzati e si vanno ad aggiungere agli altri elementi della tavola periodica, che comunque conserva le caratteristiche di periodicità osservate da Mendeleev.
Legami chimici
Gli atomi possono legarsi fra loro, e la forza di natura elettrostatica che li unisce viene definita legame chimico. Tale legame, caratterizzato da intensità differente in relazione al composto a cui dà origine, è fondamentale nel conferire la particolare reattività e stabilità del composto stesso, nonché nel determinarne la struttura e geometria molecolare caratteristica.
Stati di aggregazione della materia
I composti chimici possono presentarsi in diversi stati di aggregazione, tra cui solido, liquido, aeriforme.
Composti chimici e miscele
Quando gli atomi si legano fra loro in proporzioni definite e costanti si ottengono dei composti chimici. I composti, oltre ad avere composizione chimica differente rispetto alle sostanze originarie che li hanno prodotti, hanno anche differenti proprietà chimiche e fisiche rispetto a tali sostanze.
I sistemi formati da più sostanze chimiche (semplici o composte) sono detti miscele. Le sostanze che costituiscono una miscela sono dette “costituenti“.
Reazioni chimiche
Una reazione chimica è un processo chimico tramite il quale atomi, ioni o molecole che costituiscono le sostanze iniziali (chiamate reagenti) si combinano fra loro originando le sostanze finali (chiamate prodotti). La composizione e le proprietà chimico-fisiche dei prodotti sono differenti rispetto ai reagenti.
I reagenti prendono parte alla reazione secondo rapporti in massa ben stabiliti, in base al loro coefficiente stechiometrico; la stechiometria di reazione permette di calcolare il quantitativo teorico di prodotti ottenibili.
Questi erano solo alcuni dei concetti basi, speriamo di esservi stati di aiuto.