Principi Fondamentali di Chimica e Fisica: Dalla Struttura Atomica alla Separazione delle Miscele

Punto 3: Classificazione della Materia e Metodi di Separazione

Le Sostanze Pure

Le sostanze sono formate da particelle identiche (atomi o molecole).

Tipi di Sostanze Pure

• Elementi: Sostanze che non possono essere decomposte in sostanze più semplici.
• Composti: Le cui molecole sono formate da due o più elementi chimicamente combinati.

Le Miscele

Le miscele sono formate da due o più sostanze. Le miscele possono sempre essere separate tramite processi fisici.

Tipi di Miscele

• Omogenee (Soluzioni): Presentano una singola fase (i componenti non sono distinguibili).
• Eterogenee: Presentano più fasi (i componenti sono distinguibili).

Metodi per la Separazione delle Miscele

Metodi Meccanici

• Sedimentazione: Si lascia riposare una sospensione (es. fango, composto da particelle sospese in acqua) e si attende che le particelle solide cadano sul fondo. Successivamente, i due strati vengono separati.
• Decantazione: Un processo simile alla sedimentazione, ma utilizzato quando la miscela è costituita da liquidi immiscibili o da un solido e un liquido in quantità diverse.
• Centrifugazione: Simile ai due precedenti, ma utilizza una centrifuga, un contenitore che ruota ad alta velocità per accelerare la separazione.
• Eluizione: Un metodo di separazione basato sulla densità, dove si utilizza un flusso (liquido o gassoso) che trasporta i materiali.
• Filtrazione: Utilizzato per separare le particelle solide da un liquido attraverso un foglio poroso (filtro) che permette il passaggio del liquido ma non del solido.
• Separazione Magnetica: È utilizzata, ad esempio, nelle miniere per separare il minerale magnetico dalla ganga (materiale non magnetico).

Metodi Basati sul Cambiamento di Stato

• Cristallizzazione: È il processo per ottenere il sale (soluto) attraverso l'evaporazione dell'acqua (solvente) nei bacini a basso fondo (saline).
• Evaporazione a Secco: Se non interessa la dimensione dei cristalli del soluto, si può riscaldare la soluzione più rapidamente fino a seccarla completamente in un crogiolo.
• Distillazione: Consiste nel riscaldare lentamente una miscela di liquidi fino a quando ciascun componente raggiunge il proprio punto di ebollizione, separandolo tramite condensazione.

Le Soluzioni e la Solubilità

Le soluzioni sono miscele omogenee stabili.

Componenti di una Soluzione

• Soluto: La sostanza presente in proporzione inferiore. Normalmente è la sostanza che subisce un cambiamento di stato.
• Solvente: La sostanza presente in proporzione maggiore. Di solito mantiene il suo stato fisico.

Definizione di Solubilità

La Solubilità di una sostanza è la quantità massima di soluto che può essere disciolta in 100 g di solvente (spesso acqua) a una data temperatura.

Classificazione delle Soluzioni in Base alla Concentrazione

In base al rapporto tra il soluto e il solvente, una soluzione può essere:

• Diluita: La quantità di soluto è molto piccola rispetto alla solubilità massima.
• Concentrata: La quantità di soluto è prossima alla solubilità massima.
• Satura: Contiene la quantità massima di soluto che il solvente può sciogliere a quella temperatura.

Espressione della Concentrazione

La concentrazione può essere espressa in diversi modi:

• Percentuale in Massa (% m/m): MASSA% = massa di soluto (g) / massa della soluzione (g) * 100
• Percentuale in Volume (% V/V): VOLUME% = volume di soluto (cm³) / volume di soluzione (cm³) * 100
• Concentrazione (Massa/Volume): Concentrazione (g/L) = massa di soluto (g) / volume della soluzione (L)

Punto 4: Elettrostatica

La Legge di Coulomb

La Legge di Coulomb descrive la forza di interazione tra due cariche puntiformi:

$$ F = K \cdot \frac{q \cdot Q}{d^2} $$

Punto 5: Struttura Atomica Fondamentale

Definizioni e Relazioni

• Numero Atomico (Z): Corrisponde al numero di protoni.
• Numero di Massa (A): Corrisponde alla somma di protoni + neutroni.
• In un atomo neutro, il numero di protoni è uguale al numero di elettroni.

(Segue Esempio)