"Il mestiere di chimico [...] insegna a superare, anzi ad ignorare, certi ribrezzi, che non hanno nulla di necessario né di congenito: la materia è materia, né nobile né vile, infinitamente trasformabile, e non importa affatto quale sia la sua origine prossima." — Primo Levi

La chimica è una materia che generalmente gli studenti incontrano alle scuole superiori o all’università, nel caso in cui decidano di portare avanti la propria educazione scientifica

Rimanendo affascinati dai concetti e dai princìpi base della chimica, alcuni studenti decidono di espandere le proprie conoscenze approfondendo gli studi. Altri invece vivono come una vera e propria sofferenza lo studio di questa materia durante le scuole superiori.

Non tutti apprezzano la chimica. Questa disciplina scientifica che prevede lo studio degli elementi e dei legami che vengono a formarsi tra atomi, molecole e ioni può essere il sogno di un alunno e l’incubo di un altro. 

Ciononostante, studiare i concetti base della chimica offre molti vantaggi a chiunque, a maggior ragione poiché si tratta di una scienza centrale, dal momento che combina alla matematica, alla fisica, alla biologia e alla medicina. Il campo della chimica è abbastanza esteso e prevede molte sottocategorie di studio che ricoprono un ampio ventaglio di argomenti e sapranno sedurre ogni appassionato/a di scienze.

Senza ulteriori indugi, Superprof ti accompagnerà ora in un viaggio tra i principali concetti base della chimica, tra cui le reazioni chimiche, gli elementi, la struttura di Lewis, la tavola periodica e lo stato della materia, solo per citarne alcuni. 

Non importa se la scienza è la tua più grande passione o la costante dei tuoi incubi, questo articolo presenta i concetti fondamentali della chimica in maniera facile e intuitiva, ed è comprensibile anche a chi non possiede nessuna base della materia.

Massa, energia, soluzione, volume, atomo, gas, materia sono tutti termini che ti fanno venire il mal di testa? Continua a leggere e non avranno più segreti!

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Lezioni di chimica: le reazioni chimiche

L'atomo è composto di neutroni, protoni ed elettroni.
La chimica studia gli atomi e il modo in cui, cedendo o guadagnando elettroni, formano diversi legami e/o reazioni.

Le reazioni chimiche ci circondano dall'alba dei tempi. Che tu stia cucinando, lavando a mano il bucato o semplicemente respirando aria pulita durante una passeggiata in montagna, tutto è possibile grazie a un qualche tipo di reazione chimica. 

In una reazione chimica, le molecole (o ioni) cambiano formazione, assestandosi in nuove strutture. I nuclei atomici rimangono intonsi e solo gli elettroni si spostano per creare legami chimici. Il numero di atomi degli elementi non cambia e rimane lo stesso dall’inizio alla fine della reazione chimica. Questa fu la scoperta di un certo Antoine Lavoisier, uno dei chimici più celebri di sempre.  

È molto importante notare che le reazioni chimiche sono diverse dai cambiamenti fisici e la differenza più evidente è che in una reazione chimica gli atomi formano nuovi prodotti, molecole e composti mentre in un cambiamento fisico gli atomi mantengono la stessa struttura di prima. 

È impossibile notare il cambiamento molecolare di una reazione chimica a occhio nudo. Tuttavia, ci sono segni che aiutano gli individui a percepire le differenze, come il cambio di temperatura, il bollore o il cambio di colore. 

Gli atomi e le molecole che interagiscono tra di loro sono chiamate reagenti e gli atomi e le molecole che nascono dalla reazione sono chiamati prodotti. In questo senso, una reazione chimica presenta la struttura seguente: 

reagente1+reagente2+…= prodotto1+prodotto2+…

Chi ha già studiato chimica e possiede una base di conoscenze per quanto riguarda le reazioni chimiche può anche scrivere l’equazione in una versione abbreviata: 

aA+bB+… = cC+dD+…

Le reazioni chimiche possono essere divise in 4 diversi tipi: 

  • Sintesi o combinazione diretta, 
  • Decomposizione, 
  • Sostituzione o scambio semplice, 
  • Metatesi o scambio doppio. 

Ci sono così tanti esempi di reazione chimiche diverse che possono essere osservate ogni giorno. Ecco qualche esempio:

  • Accendere un fuoco o alimentarlo, 
  • Cuocere una torta o altri alimenti in forno, 
  • Bollire, friggere o strapazzare le uova, 
  • Osservare una banana marcire, 
  • Montare la panna. 

Ciò che abbiamo preso in considerazione adesso è solo la punta dell’iceberg. C’è così tanto da imparare riguardo alle reazioni chimiche. Se questo paragrafo ha solleticato il tuo interesse e vuoi approfondire la questione, visita il sito chimica online: troverai tantissimo materiale di approfondimento!

In alternativa, scopri tutto ciò che hai bisogno di sapere sulla chimica con Superprof! 

Imparare chimica: gli elementi e la tavola periodica

La tavola periodica è uno degli strumenti più utili per gli aspiranti chimici.
Un laboratorio di chimica non può definirsi tale se non possiede una tavola periodica! (Fonte: Wikipedia)

Quando si parla di "elemento chimico" ci si riferisce a una sostanza pura, la cui forma non può essere scomposta ulteriormente. 

Gli scienziati hanno finora scoperto 118 elementi chimici. 94 di questi sono presenti sul nostro pianeta, mentre gli altri 24 sono sintetici, o, in altri termini, sono stati (ri)creati dall’uomo.

L’elemento più abbondante nel nostro universo è l’idrogeno, mentre sul pianeta Terra è il ferro. Per quanto riguarda il corpo umano invece, è formato principalmente di ossigeno. 

Un elemento è composto da uno o più atomi uguali, che condividono quindi il numero di protoni nei loro nuclei. Questo numero è conosciuto come numero atomico ed è indicato dalla lettera Z. 

Negli elementi allo stato puro, gli atomi hanno tutti lo stesso numero di protoni. In quelli ibridi invece questi numeri possono cambiare.

Sono pochi gli elementi che esistono solo allo stato puro. Tra questi troviamo il rame, l'argento, l'oro e il solfuro. Un esempio invece di elemento ibrido potrebbe essere l’aria atmosferica, che è un miscuglio di nitrogeno, ossigeno e argon. 

I diversi elementi possono essere osservati e studiati sulla tavola periodica. Il primo elemento, che possiede un solo protone, è l’idrogeno. Il secondo elemento è l’elio che ha due protoni, il terzo è il litio con tre protoni, e così via. Il numero atomico degli elementi continua a crescere sulla tavola periodica, fino ad arrivare a 118 che è l’elemento scoperto più di recente, l’oganesson. 

La tavola periodica è il sistema di ordinamento degli elementi più utilizzato. Gli elementi sono organizzati e divisi per numero atomico, configurazione degli elettroni e proprietà chimiche ricorrenti. Le righe della tavola sono chiamate periodi e le colonne sono chiamate gruppi. 

Ci sono 18 gruppi o colonne nella tavola periodica che sono stati creati per raggruppare elementi con comportamenti chimici simili. Ecco come vengono catalogati:

  • Gruppo 1: metalli alcalini,
  • Gruppo 2: metalli alcalino-terrosi,
  • Gruppo 3: scandio,
  • Gruppo 4: titanio,
  • Gruppo 5: vanadio,
  • Gruppo 6: cromo,
  • Gruppo 7: manganese,
  • Gruppo 8: ferro,
  • Gruppo 9: cobalto,
  • Gruppo 10: nichel,
  • Gruppo 11: rame (o metalli nobili),
  • Gruppo 12: zinco,
  • Gruppo 13: metalli terrosi,
  • Gruppo 14: carbonio (o cristallogeni),
  • Gruppo 15: azoto (o pnicogeni),
  • Gruppo 16: ossigeno (o calcogeni),
  • Gruppo 17: alogeni,
  • Gruppo 18: Gas nobili.

Il colore di sfondo dell’elemento identifica la sottocategoria dei metalli, dei semi-metalli o dei non-metalli. Esista in realtà una grande varietà di tavole periodiche, che utilizzano colori non standardizzati. Sono tutte valide, in base alle preferenze personali, dal momento che i dati fondamentali rimangono invariati.

Imparare nuove nozioni con la tavola periodica può essere estremamente interessante ed efficace per comprendere le caratteristiche dei diversi elementi. 

Corsi di chimica: i legami chimici e la struttura di Lewis

Sapresti descrivere cosa accade a livello chimico quando si accende una fiamma?
Dalla cucina alla pulizia della casa, dalle funzioni vitali ai mezzi di trasporto, le reazioni chimiche ci circondano e possiamo osservarle con facilità ogni giorno!

Un legame chimico è la conseguenza dell’attrazione tra atomi, ioni e molecole che permette la formazione di composti chimici. Questi legami chimici possono avere diversi livelli di forza, andando da quelli più resistenti, come i legami covalenti, ionici e metallici a quelli più deboli, come le interazioni dipolo-dipolo, la dispersione di London forza e il legame a idrogeno. 

I legami più forti che tengono le molecole unite tra loro sono considerati permanenti mentre i legami più deboli sono temporanei e destinati a spezzarsi. Indipendentemente dalla loro forza, tutti i legami sono assolutamente necessari per la chimica del nostro corpo e per la vita stessa. 

Gli scienziati hanno scoperto che la ragione più comune per cui i legami chimici si formano è che gli atomi cercano di raggiungere il livello energico più stabile possibile. 

Nella chimica, così come nella vita, vale un principio che assicura l'equilibrio dell'universo: gli opposti si attraggono. La carica negativa degli elettroni che ruotano intorno al nucleo e la carica positiva del nucleo stesso creano forze di attrazione che regolano tutta la materia e in generale l'energia che ci circonda.

Sebbene la forza che crea i legami alla base sia una costante, esistono diversi tipi di legami chimici:

  • Legami ionici: si formano tra ioni con cariche opposte. L'esempio più comune è il sale da tavola. Gli ioni di sodio con carica positiva e quelli con carica negativa sono attratti gli uni agli altri e formano così il cloruro di sodio. 
  • Legami covalenti: gli atomi si stabilizzano condividendo elettroni invece che perderne o guadagnarne. I legami covalenti sono molto più comuni dei legami ionici nelle molecole degli organismi viventi. Più elettroni sono condivisi tra due atomi, più forte sarà il legame covalente. 
  • Legami covalenti polari: in questo tipo di legami gli elettroni sono iniquamente condivisi dagli atomi. A causa della distribuzione ineguale degli elettroni tra gli atomi le cariche si sviluppano in parti diverse della molecola, e il legame sarà quindi polarizzato elettricamente.  
  • Legami covalenti non polari: questi si formano tra due atomi dello stesso elemento o tra atomi di diversi elementi che condividono equamente gli elettroni. 
  • Legami idrogenati: i legami polari covalenti che includono l'idrogeno contengono un carica leggermente positiva dovuta al fatto che gli elettroni sono più  attirati dal secondo elemento. Come risultato di questa attrazione, l’idrogeno sarà attirato da ogni carica negativa, e questo è chiamato un legame a idrogeno. 

La struttura di Lewis

La struttura di Lewis è un sistema di notazione dei legami tra molecole.

Questo sistema fu elaborato e presentato nel 1916 da Gilbert N. Lewis in un articolo intitolato L’atomo e la molecola. La struttura di Lewis si appoggia sul concetto del diagramma a punti degli elettroni, aggiungendo alcune linee per rappresentare le coppie condivise nei legami chimici. 

È un modo semplice e veloce per mostrare la valenza della configurazione degli elettroni di separare gli atomi quando nessuna connessione o legame precedente è stato fatto. 

Sogni di diventare un grande chimico indagando il concetto di massa, quello di atomo, e in generale di scoprire nuovi solidi principi che permettano di capire meglio le sostanze e la materie che ci circondano? Approfondisci le tue conoscenze con un corso di chimica Superprof!

Lezioni di chimica: acidità e basicità 

Scopri i legami chimici che ci circondano e che mettiamo in moto nelle attività quotidiane.
La maggior parte dei prodotti di pulizia per la casa contengono sostanze basiche.

Tutte le sostanze possono classificate come acide o basiche. Una reazione acido-basica è una reazione chimica comune tra un acido e una sostanza basica. Può essere utilizzata per determinare il pH di una sostanza o di un liquido. 

Molti scienziati hanno creato le proprio teorie acido-basiche per calcolare il livello del pH (mai sentito parlare di pH neutro nelle pubblicità del sapone?), definire correttamente la sostanza e osservare con cura le reazioni. 

La teoria di Svante Arrhenius

Questa teoria degli acidi risale al 1884 ed è una delle più comunemente utilizzate ancora oggi. Arrhenius ha dedicato molto del suo tempo all'osservazione del sale e dei suoi cambiamenti quando sciolto nell’acqua. Si basa sul fatto che se sciolti in soluzioni acquose gli acidi producono H+ mentre le sostanze basiche OH-. 

La teoria di Gilbert Newton Lewis

Conosciuta come une delle teorie degli acidi più flessibili, dal momento che tiene unicamente conto degli elettroni e non dei protoni. Il concetto alla base di questa teoria è che gli acidi tendano ad acquisire coppie di elettroni mentre le sostanze basiche hanno tendenza a donarle.

In generale, gli acidi hanno diverse proprietà e possono essere distinti dal loro gusto acido, dalla natura corrosiva, e da molti altri elementi.  

Le basi possono essere riconosciute invece dal sapore amaro, dalla consistenza scivolosa, come ad esempio quella del sapone.

Diversi tipi di acidi che possono essere osservati regolarmente sono: 

  • L’acido citrico, 
  • L’acido lattico, 
  • L’aceto, 
  • L’acido carbonico.

Alcuni esempi delle basi più comuni includono: 

  • Detergenti, 
  • Saponi, 
  • Soda Caustica, 
  • Ammoniaca per prodotti di pulizia. 

Acidi e basi possono essere studiati più attentamente imparando informazioni addizionali sulle teorie precedentemente citate. 

La chimica può essere un soggetto davvero intrigante da studiare e se stai pensando a una carriera nella ricerca scientifica, la chimica potrebbe essere la materia che fa per te! Ricorda che anche in questo periodo puoi provare le lezioni di chimica online per espandere la tua cultura e le tue conoscenze!

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Nicolò

Scrittore e traduttore laureato in letterature comparate. Vivo a Parigi, dove coltivo la mia passione per i libri, il cinema e la buona cucina.