What is Investigating Chimica?

La chimica riguarda i minuscoli elementi costitutivi di ogni cosa nell'universo! In breve, è lo studio delle proprietà della materia. Se ti sei mai chiesto perché il cielo è blu o cosa fa muovere un'auto, allora la risposta ha a che fare con la chimica. La chimica è sorprendente, perché è in grado di spiegare le cose semplici quotidiane, dalla cura della pelle all'elettricità e alla medicina.

Figura 1. La chimica è in tutto ciò che ci circonda!

• In questo articolo imparerai lebasi della chimica.

• Scoprirai le tre componenti principali della chimica: chimica fisica, chimica organica e chimica inorganica.

• Imparerai quali argomenti sono trattati in ogni sezione.

Che cos'è la chimica?

Possiamo scomporre quasi tutto nell'universo in minuscole particelle chiamate atomi. Ci sono 119 tipi di atomi nell'universo. I gruppi di atomi legati insieme sono chiamati molecole. In una reazione chimica, le molecole si riorganizzano per formare una moltitudine di materiali e sostanze che oggi conosciamo. Ogni materiale ha una composizione specifica di atomi che esprimiamo come formula chimica.

Figura 2. La formula chimica dell'acqua e la molecola d'acqua.

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In chimica, imparerai le formule di vari composti e come combinare le molecole nelle reazioni. Imparerai anche come gli atomi forniscono elettricità ed energia.

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Argomenti di chimica

A volte definiamo la chimica come la scienza centrale perché combina diverse discipline fondamentali: matematica, biologia, fisica e medicina. Gli argomenti che tratterai sono suddivisi in tre sezioni principali: chimica fisica, chimica inorganica e chimica organica. Diamo una breve occhiata a ciò che imparerai in ogni sezione.

Che cos'è la chimica fisica?

Potresti aver intuito che la chimica fisica combina fisica e chimica.

Ad esempio, consideriamo l'acqua. Conosci già la sua formula chimica: H₂O. Ora, pensa a cosa succede quando fai bollire l'acqua. E quando l’acqua congela? Perché lo zucchero si scioglie nell'acqua? Come accade? Le risposte a queste domande dal punto di vista chimico, hanno a che fare con la disposizione degli atomi in una molecola d'acqua, mentre la Fisica ci dice cosa sta succedendo tra le molecole d'acqua.

Figura 3. Molecole d'acqua. Fonte: wikimedia.commons.org

Essenzialmente, la chimica fisica è lo studio di come si comportano gli atomi. Se dovessi esaminare un atomo, vedresti che è fatto da altre minuscole particelle subatomiche chiamate elettroni, protoni e neutroni. Ogni atomo ha una disposizione unica di particelle subatomiche (struttura atomica). La struttura atomica influenza il modo in cui gli atomi si legano tra loro (legame atomico) e come rispondono al calore (termodinamica). Altri argomenti di chimica fisica includono:

• Quantità di sostanza

Come contiamo, misuriamo e pesiamo gli atomi?

• Legami

Come gli atomi formano i legami l'uno con l'altro?

• Energetica

Come cambia l'energia in una reazione chimica? Come usiamo la Legge di Hess per calcolare l'energia di cui abbiamo bisogno per ottenere un composto?

• Cinetica

Di quanta energia abbiamo bisogno perché avvenga una reazione? Possiamo fare in modo che una reazione avvenga più rapidamente?

• Equilibrio

Reazioni reversibili ovvero che si invertono. Come accade?

• Redox

Cosa succede nelle reazioni che coinvolgono l'ossigeno e l'idrogeno?

Che cos'è la chimica inorganica?

Nel 1869, un chimico russo di nome Dimitri Mendeleev organizzò tutti i tipi di atomi conosciuti per adattarli a quella che oggi conosciamo come tavola periodica degli elementi. Gli elementi sono le componenti più elementari nell'universo. Possiamo trovare il carbonio - il quarto elemento più abbondante - in materiali organici come legno, carbone e suolo. I materiali che non contengono carbonio sono chiamati composti inorganici. Quindi, la chimica inorganica è lo studio dei materiali che non contengono carbonio. Dai un'occhiata alla tavola periodica qui sotto - l'elemento in rosa è il carbonio. Questo ti lascia molti altri elementi da scoprire in chimica inorganica!

Figura 4. La chimica inorganica è lo studio delle sostanze che non contengono carbonio.

In chimica inorganica, esploreremo la tavola periodica! Imparerai come siamo arrivati a tutti gli elementi che vediamo oggi e scoprirai perché Mendeleev ha disposto gli elementi in quel modo. Imparerai anche le analogie e le differenze nelle loro proprietà che vengono utilizzate in chimica. Gli argomenti di chimica inorganica includono:

• Periodicità e tendenze

Che cos'è un gruppo o un periodo? Quali sono le somiglianze tra gli elementi nello stesso gruppo o periodo?

Perché gli elementi nella seconda colonna della tavola periodica sono chiamati metalli alcalino-terrosi? Come reagiscono con l'ossigeno e l'acqua?

• Gruppo 7

Quali sono i diversi colori degli alogeni? Come reagiscono con l'idrogeno?

• Periodo 3

Quali tendenze si possono osservare tra gli elementi nella terza riga della tavola periodica?

• Metalli di transizione

Cosa rende i metalli di transizione diversi dagli altri metalli nella tavola periodica? A cosa servono?

Che cos'è la chimica organica?

La chimica organica è lo studio dei materiali che contengono il carbonio. "Organico" significa che deriva dagli esseri viventi. Chiamiamo questo ambito, chimica organica perché gli scienziati in precedenza pensavano che potessimo trovare composti organici solo nella materia vivente e che non potevano essere prodotti artificialmente. Oggi, sappiamo che questo non è vero - possiamo produrre numerosi composti organici in laboratorio. Anche se la chimica organica si concentra principalmente sul carbonio, è la seconda sezione più grande della chimica. Questo perché il carbonio si può combinare con altri elementi per formare una vasta gamma di molecole, strutture e composti affascinanti! Il carbonio si lega in modo covalente con elementi come idrogeno, ossigeno e azoto per creare catene ripetute, lunghe e complesse che formano una varietà di materiali fantastici che oggi utilizziamo. Tra i composti che imparerai in chimica organica, ci sono alcoli e polimeri. Altri argomenti di chimica organica includono:

• Alcani

Cosa hanno a che fare gli alcani con il petrolio greggio? In che modo il monossido di carbonio causa la morte?

• Alogenuri alchilici

Cosa succede quando un alogeno reagisce con un alcano? In che modo gli alogenuri alchilici si trasformano in un alcol?

• Alcheni

Cosa c'è di così speciale nei legami tra gli atomi di carbonio in un alchene? In che modo gli alcheni contribuiscono all'inquinamento da plastica?

• Analisi organica

Quali tecniche puoi utilizzare per identificare i composti organici?

• Sintesi organica

Cosa sono i gruppi funzionali organici? Come si passa dall'uno all'altro?

• Spettroscopia NMR

Come utilizziamo la Spettroscopia di Risonanza Magnetica Nucleare (NMR) per analizzare i composti organici?

• Cromatografia

Cosa c'entra la cromatografia con i coloranti e la scienza forense?

La chimica è una materia affascinante da studiare. Potresti trovarla impegnativa ma ogni lezione ti ricompenserà con una comprensione dell'universo a livello molecolare.