Sintesi: Tutto ciò che ci circonda è fatto di materia, ma non tutta la materia è uguale: alcune sostanze sono pure, altre sono mescolate. Imparare a distinguerle è il primo passo per capire la chimica.
Una domanda da cui partire
Quando versi lo zucchero nel caffè e mescoli, dove finisce lo zucchero? E quando guardi una collana d'oro, sei sicura che sia fatta solo di oro? Queste domande quotidiane nascondono un concetto fondamentale della chimica: la differenza fra sostanze pure e miscugli. Una sostanza pura ha sempre la stessa composizione in ogni suo punto, mentre un miscuglio è formato da due o più sostanze diverse mescolate insieme. Già gli antichi greci si erano accorti che il mondo materiale poteva essere scomposto in pezzi più semplici, ma solo con la chimica moderna abbiamo imparato a riconoscere e separare questi componenti. In questa lezione impareremo a osservare la materia con occhi nuovi, distinguendo ciò che è puro da ciò che è mescolato.
Le sostanze pure: elementi e composti
Una sostanza pura è un tipo di materia che ha una composizione chimica ben definita e proprietà fisiche costanti, come una precisa temperatura di fusione e di ebollizione. Le sostanze pure si dividono in due grandi famiglie: gli elementi e i composti. Un elemento è una sostanza fatta da un solo tipo di atomi, come il ferro di un chiodo, il rame di un filo elettrico oppure l'ossigeno che respiriamo. Un composto, invece, è formato dall'unione chimica di due o più elementi in proporzioni fisse, come l'acqua distillata che contiene sempre due atomi di idrogeno e uno di ossigeno. Il sale da cucina puro, formato da sodio e cloro, è un altro esempio classico di composto, così come l'anidride carbonica che esce dalle bibite gassate. Riconoscere una sostanza pura non è sempre facile a occhio nudo, perché serve verificare che le sue proprietà siano sempre identiche, indipendentemente dal campione che esaminiamo.
I miscugli omogenei: quando tutto sembra uno solo
Un miscuglio è omogeneo quando i suoi componenti sono mescolati così intimamente che a occhio nudo, e spesso anche al microscopio, non riusciamo a distinguerli. I miscugli omogenei si chiamano anche soluzioni e presentano un aspetto uniforme in ogni loro punto, come se fossero un'unica sostanza. L'acqua del rubinetto è una soluzione, perché contiene sali minerali disciolti che non vediamo, e così pure l'aceto, che è acido acetico sciolto in acqua. Anche l'aria che respiriamo è un miscuglio omogeneo gassoso, formato principalmente da azoto, ossigeno e altri gas in piccole quantità. Persino alcuni materiali solidi sono soluzioni, come l'ottone, una lega di rame e zinco usata per maniglie e strumenti musicali. La caratteristica decisiva di un miscuglio omogeneo è che, prendendone un campione da qualsiasi punto, troveremmo sempre la stessa composizione.
I miscugli eterogenei: quando le differenze si vedono
Un miscuglio eterogeneo, al contrario, mostra componenti distinguibili a occhio nudo o con un semplice strumento ottico, e non ha lo stesso aspetto in ogni suo punto. Pensa a una macedonia di frutta, dove riconosci subito i pezzi di mela, banana e arancia: ogni cucchiaiata avrà proporzioni diverse di frutti. Anche il granito di cui sono fatti i monumenti è un miscuglio eterogeneo, perché si vedono chiaramente i granellini chiari, scuri e brillanti che lo compongono. Una vinaigrette mal mescolata, con l'olio che galleggia sull'aceto, è un altro esempio quotidiano di miscuglio eterogeneo liquido. Il fumo, formato da minuscole particelle solide sospese in aria, e la nebbia, fatta di goccioline d'acqua nell'aria, sono miscugli eterogenei meno evidenti ma altrettanto reali. Per riconoscerli basta osservare: se vediamo confini fra le parti, anche piccolissimi, siamo di fronte a un miscuglio eterogeneo.
Come separare i componenti di un miscuglio
Una delle attività più affascinanti della chimica è separare i componenti di un miscuglio sfruttando le loro diverse proprietà fisiche. Per scegliere il metodo giusto bisogna osservare bene il miscuglio e capire quali differenze possiamo sfruttare: dimensioni, densità, solubilità, temperatura di ebollizione. Ecco alcune tecniche fondamentali che puoi facilmente immaginare in cucina o in laboratorio:
- Filtrazione: separa un solido insolubile da un liquido, come quando si fa il caffè con la moka e i fondi restano nel filtro.
- Decantazione: lascia depositare sul fondo le particelle più dense, come la sabbia portata da un fiume in una bacinella.
- Centrifugazione: usa la forza centrifuga per separare componenti di densità diverse, come avviene per il sangue in laboratorio.
- Distillazione: separa liquidi con diverse temperature di ebollizione, come quando si produce acqua distillata dall'acqua salata.
- Evaporazione: fa evaporare il liquido lasciando il solido disciolto, come accade nelle saline dove dall'acqua di mare si ottiene il sale.
- Cromatografia: separa sostanze colorate diverse, come si vede sciogliendo l'inchiostro di un pennarello su una striscia di carta bagnata.
Ricorda
- La materia si divide in sostanze pure e miscugli, e questa è la prima grande distinzione della chimica.
- Le sostanze pure si dividono in elementi (un solo tipo di atomi) e composti (più elementi uniti chimicamente in proporzioni fisse).
- I miscugli omogenei o soluzioni hanno aspetto uniforme; quelli eterogenei mostrano componenti distinguibili.
- I componenti di un miscuglio si separano con metodi fisici scelti in base alle loro proprietà.
Esercizio attivo da svolgere sul quaderno: prepara una tabella con tre colonne intitolate Sostanza pura, Miscuglio omogeneo e Miscuglio eterogeneo, poi inserisci nella colonna giusta i seguenti esempi: latte intero, oro a 24 carati, succo d'arancia con polpa, ossigeno in bombola, acqua di mare, pizza margherita, vapore acqueo puro. Per ciascuna voce scrivi una breve frase che spieghi la tua scelta basandoti su ciò che hai imparato.