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Definición y significado de Chimica

Definición

definición de Chimica (Wikipedia)

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Sinónimos

chimico (n.m.)

chimica

chimica (n.f.)

chimico

Ver también

chimico (adj.)

chimicamente chimica, industria chimica

chimico (n.)

chimica

chimica (n.f.)

chimico

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Diccionario analógico

chimico (adj.)


chimico (s.)

fisico; fisica[Classe]

chimica; chimico[ClasseHyper.]


Wikipedia

Chimico

                   
  Chimici al lavoro

Un chimico è uno scienziato che si occupa di chimica. I chimici sono impiegati nelle università come professori e ricercatori, nei laboratori di organismi pubblici di ricerca (tra quelli italiani ricordiamo l'INFN, l'ENEA, CNR e 'IIT, tra gli europei il CERN) e di certificazione (tra quelli italiani si ricordano l'ISS, tra quelli del'Unione Europea l'EFSA e l'ECHA), nelle strutture ospedaliere in qualità di esperti per le applicazioni della chimica e biochimica in medicina, nelle Agenzie Regionali per la Protezione dell'Ambiente (ARPA), nelle scuole secondarie, nei laboratori di analisi e ricerca industriali, nei laboratori di analisi privati.

L'occupazione come chimico richiede, a seconda dell'impiego: il diploma da perito e la laurea triennale per impieghi da tecnico o la laurea magistrale per impieghi di maggiore responsabilità, che sono la maggior parte di quelli da chimico; per la carriera presso le università e gli enti di ricerca pubblici è importante il dottorato di ricerca. Per esercitare in Italia come libero professionista è necessaria l'iscrizione all'albo dei chimici.

Le principali attività di un chimico possono essere:

  • Analisi chimiche
  • Elaborazione di processi chimici di produzione e trattamento sostanze chimiche
  • Sintesi organiche nell'industria farmaceutica.
  • Elaborazione dei procedimenti delle metodologie chimiche di analisi e ricerca
  • Progettazione e collaudo in industrie chimiche, impianti chimici, eccetera
  • Perizie, consulenze e pareri negli interventi sulla produzione di attività industriali chimiche, impianti chimici, macchinari e merci
  • Responsabilità degli impianti con impiego di gas tossici
  • Sicurezza e antincendio e valutazioni nel campo dell'acustica ambientale e delle emissioni magnetiche ed elettromagnetiche, monitoraggio ambientale (aria, acqua e rifiuti)
  • Sistemi di qualità secondo le norme ISO9000, ISO14000, EMAS

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Chimica

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Bottiglie contenenti sostanze chimiche
« Nulla si crea, nulla si distrugge, tutto si trasforma »

La chimica (dall'arabo "al kimiaa", الكيمياء) è la scienza o più precisamente quella branca delle scienze naturali, che interpreta e razionalizza la struttura, le proprietà della materia e le sue trasformazioni.

Lo studio della chimica ha interessato, anche per motivi pratici derivanti dalle sue applicazioni tecnologiche, le varie popolazioni dell'umanità fin dai tempi antichi. Dal II secolo a.C. si sviluppò, a partire dall'Egitto tolemaico, l'alchimia, un insieme di conoscenze sulla materia e le sue trasformazioni legate a convinzioni filosofiche ed esoteriche; da essa derivò la chimica moderna (in seguito alla rivoluzione scientifica, e più precisamente alla rivoluzione chimica alla fine del XVIII secolo). Anche nel periodo seguente la chimica continuò ad evolversi, perché sempre nuove scoperte ne ampliarono i campi di interesse e i metodi impiegati.

Oggetto di studio della chimica sono le proprietà e le strutture dei costituenti della materia (atomi, molecole, cristalli e altri aggregati) e le loro interazioni reciproche, da cui hanno origine gli stati della materia.

Tale studio della materia non è limitato alle sue proprietà e struttura in un dato istante, ma riguarda anche le sue trasformazioni, dette reazioni chimiche.[1]

Sono studiati anche gli effetti di tali proprietà e interazioni tra i componenti della materia su quelle degli oggetti e della materia con cui comunemente abbiamo a che fare, e le relazioni tra di essi, il che determina un'ampia importanza pratica di tali studi. Si tratta quindi di un campo di studi molto vasto, i cui settori sono tradizionalmente suddivisi in base al tipo di materia di cui si occupano o al tipo di studio.

La conoscenza della struttura elettronica degli atomi è alla base della chimica convenzionale, mentre la conoscenza della struttura del Nucleo atomico e delle sue trasformazioni spontanee ed indotte è alla base della chimica nucleare.

La rottura e la formazione dei legami tra gli atomi e le molecole sono responsabili della trasformazione della materia.

La chimica è anche stata definita come "la scienza centrale" (in inglese Central Science) perché connette le altre scienza naturali, come l'astronomia, la fisica, le scienze dei materiali, la biologia e la geologia.[2][3]

Indice

Storia della chimica

Per approfondire, vedi la voce Storia della chimica.
File:Alchemist-small.gif
Laboratorio alchemico (illustrazione di Pieter Bruegel).

Due erano le principali scuole di pensiero della filosofia naturale elaborata dai Greci: Democrito sosteneva che la natura fosse formata da corpuscoli indivisibili (gli atomi) che si uniscono e separano in uno spazio vuoto, mentre Aristotele ipotizzava la struttura continua della materia risultante dalla combinazione degli elementi acqua, aria, terra e fuoco. Tra il II e V secolo d.C. si sviluppa ad Alessandria d'Egitto l'alchimia, che conservava le origini filosofiche unite a una forte connotazione esoterica. In questo contesto l'alchimista, o "mago naturale", si poneva come tramite tra macrocosmo e microcosmo, divino e umano. Due erano gli obiettivi fondamentali degli alchimisti, da realizzare con l'ausilio della pietra filosofale: la trasmutazione dei metalli in oro, che corrispondeva anche all'elevazione verso la perfezione delle qualità spirituali umane, e la possibilità di curare ogni genere di malattia e creare la vita. Nel XVI secolo assumeva autonomia propria la branca definita iatrochimica, che ebbe i maggiori contributori in Paracelso e Jean Baptiste van Helmont e che si prefissava di correlare i processi chimici che avvengono all'interno dell'organismo umano con gli stati patologici e con i possibili rimedi.

Nella seconda metà del XVII secolo, con l'introduzione del metodo sperimentale da parte di Robert Boyle, si pongono le basi per lo sviluppo della chimica moderna. Lo spartiacque tra alchimia e chimica può essere considerato l'anno 1661, con l'uscita del libro di Boyle Il chimico scettico.Successivamente il lavoro di Antoine Lavoisier, che enunciò per primo la legge della conservazione della massa e confutò la teoria del flogisto, segnò il definitivo superamento dell'alchimia. Nel 1807 Jöns Jacob Berzelius fu uno dei primi a utilizzare il termine "chimica organica" in riferimento alla chimica che caratterizzava i composti prodotti dal regno animale, contrapposti a quelli di origine minerale e di pertinenza della chimica inorganica; sarà Friedrich Wöhler nel 1828 a dimostrare che i composti organici possono essere ottenuti anche da sintesi in laboratorio, riuscendo a sintetizzare l'urea a partire da sostanze inorganiche. Nel 1937 l'italiano Emilio Segrè scoprì il tecnezio, primo elemento chimico artificiale, e negli anni seguenti verranno sintetizzati artificialmente molti altri nuovi elementi che andranno ad arricchire la tavola periodica.

Concetti base

Atomi e molecole

Per approfondire, vedi le voci atomo e molecola.
Una singolare forma molecolare del carbonio: il fullerene
Cristalli di solfato di rame(II)

La materia è formata da particelle elementari, chiamate atomi: in natura ne esistono un centinaio di tipi, e ognuno di essi ha struttura e proprietà differenti.Quando gli atomi si combinano fra loro si generano delle 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).
Per indicare la quantità di sostanza si fa uso della "mole". Una mole di sostanza risulta costituita da un numero di Avogadro (6,022 x 1023) di atomi o molecole. Considerando che una mole di acqua pesa circa 18 grammi, è facile intuire che la materia che ci circonda è costituita da un enorme numero di particelle elementari.

I legami chimici e le forze di attrazione intermolecolare

Per approfondire, vedi le voci legame chimico e Forza di van der Waals.

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.

Esistono poi forze intermolecolari, di minore intensità rispetto al legame chimico, che attraggono atomi e molecole fra di loro. Tali forze originano quello che viene comunemente definito legame chimico secondario e hanno un ruolo importante nel determinare lo stato fisico di una sostanza. Sono inoltre responsabili anche della struttura secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine.

Stati e aggregazione della materia

Per approfondire, vedi le voci stato della materia, fase (chimica) e miscela (chimica).

I composti chimici possono presentarsi in diversi stati di aggregazione, tra cui solido, liquido o gassoso.

La temperatura di un corpo è direttamente legata al movimento microscopico (o meglio all'energia cinetica microscopica)[4] delle particelle elementari (molecole): in particolare a bassa temperatura le molecole sono attratte fra loro tramite legami più energetici, per cui l'unico moto a cui possono essere sottoposte è quello vibrazionale; lo stato della materia associato a questa condizione è lo stato solido.
All'aumentare della temperatura, le molecole acquistano energia in quanto sono legate da legami meno energetici, per cui hanno la capacità di esprimere tre tipologie di moto: traslazionale, rotazionale e vibrazionale; lo stato della materia associato a questa condizione è lo stato liquido.
Un ulteriore aumento di temperatura indebolisce ulteriormente i legami che intercorrono tra le molecole, per cui aumentano ulteriormente le distanze tra le molecole e quindi il volume occupato dall'intero sistema;[5] lo stato della materia associato a questa condizione è lo stato di gas.

Si parla inoltre di "fase" per indicare una porzione omogenea di un sistema termodinamico. A seconda dello stato di aggregazione, si parla di "fase solida", "fase liquida" o "fase gassosa". I concetti di "fase" e "stato di aggregazione" non vanno confusi: infatti un sistema può essere in un determinato stato di aggregazione ma presentare più fasi. Un esempio è dato dai liquidi immiscibili (come acqua e olio), che condividono lo stesso stato di aggregazione (cioè liquido) ma sono pertinenti a due fasi distinte (infatti l'olio se versato in un contenitore contenete acqua forma uno strato sulla superficie del liquido, diviso in maniera netta dall'acqua sottostante).

Un sistema composto da una singola fase è quindi omogeneo, mentre un sistema composto da più fasi è eterogeneo.

I composti chimici e le miscele

Per approfondire, vedi la voce composto chimico.

Quando gli atomi si legano fra loro in proporzioni definite e costanti si ottengono dei composti chimici (ad esempio l'acqua, H2O). 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 composti chimici sono detti miscele,[6] e possono essere a loro volta omogenei o eterogenei. Un particolare tipo di miscela omogenea sono le soluzioni, formate da un solvente (composto presente in quantità maggiore) e da uno o più soluti (composto presente in quantità minore).

Reazioni chimiche

Per approfondire, vedi la voce reazione chimica.
Reazione chimica tra acido cloridrico e ammoniaca, con produzione di cloruro di ammonio.

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.[7]

Una reazione che avviene producendo calore viene detta esotermica, mentre una reazione che avviene assorbendo calore dall'ambiente esterno viene detta endotermica.

Mentre la termochimica permette di stabilire se una data reazione può avvenire spontaneamente in determinate condizioni, la cinetica chimica si occupa di analizzare il meccanismo di reazione e di determinare se una data reazione chimica possa procedere con una velocità di reazione accettabile. Molte reazioni spontanee non avrebbero luogo senza la presenza di un catalizzatore, proprio perché presenterebbero altrimenti una velocità bassissima. La presenza del catalizzatore è necessaria a superare un "muro" energetico che impedisce alla reazione di avvenire. Una volta che la reazione è iniziata, può in certi casi "autoalimentarsi", per cui la presenza del catalizzatore non è più necessaria da un certo momento in poi. Un meccanismo simile avviene nelle reazioni di combustione: queste infatti hanno bisogno di un innesco iniziale per avere luogo (ad esempio una scintilla), ma una volta che la combustione ha avuto origine, si ha produzione di calore che autoalimenta la reazione stessa.

Alcuni esempi di reazioni chimiche sono:

C7H6O3 + C4H6O3 → C9H8O4 + C2H4O2

La freccia verso destra (→) sta indicare il verso in cui la reazione avviene. In questo caso bisogna anche specificare le condizioni in cui si opera (tra cui temperatura e pressione), in quanto la reazione inversa (cioè da destra verso sinistra) può essere favorita per talune condizioni. Nel caso più generale, i reagenti (primo membro) e i prodotti (secondo membro) sono separati dal segno "=".

Il simbolo della freccia verso il basso (↓) indica una sostanza che precipita come corpo di fondo. La precipitazione però non avviene se le condizioni in cui si opera sono tali che da rendere la solubilità del prodotto nella soluzione molto elevata. Nella notazione chimica si utilizza talvolta anche il simbolo di una freccia verso l'alto (↑), ad indicare che il prodotto è gassoso alle condizioni in cui avviene la reazione.

Equilibrio chimico

Per approfondire, vedi la voce equilibrio chimico.

L'equilibrio chimico è una condizione di equilibrio dinamico che si ha quando i prodotti di una reazione chimica reagiscono a loro volta fra loro riformando i reagenti di partenza.

Una reazione di equilibrio viene indicata utilizzando le doppie frecce che puntano in verso opposto (\rightleftharpoons), invece di utilizzare la classica freccia che punta dai reagenti verso i prodotti. Un esempio è il seguente:

 aA + bB \rightleftharpoons cC + dD

In teoria tutte le reazioni chimiche possono essere considerate di equilibrio, ma nella pratica comune quelle caratterizzate da valore di costante di equilibrio molto alta sono considerate reazioni "a completamento" (cioè che avvengono verso una sola direzione). La costante d'equilibrio K è definita dal rapporto dell'operazione di moltiplicazione delle concentrazioni delle sostanze prodotte, ognuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico, rispetto all'operazione di moltiplicazione delle concentrazioni delle sostanze reagenti, ognuna elevata al proprio coefficiente stechiometrico. Considerando l'esempio precedente di due reagenti e due prodotti, vale la relazione:

K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}

La costante di equilibrio K è una costante in condizioni di temperatura costante (e pressione costante, nel caso dei gas. La costante di equilibrio può essere espressa anche in termini di rapporti tra pressioni parziali o anche frazioni molari.

Leggi della chimica e della fisica

Tutte le reazioni chimiche e le trasformazioni fisiche avvengono secondo leggi chimico-fisiche.Di seguito viene presentato un elenco degli enunciati di alcune leggi di particolare importanza nell'ambito della chimica.

Meccanica quantistica

Per approfondire, vedi la voce meccanica quantistica.

La meccanica quantistica è stato il settore della chimica fisica (una disciplina di confine con la fisica) che ha dato maggior impulso allo sviluppo della chimica moderna, spiegando la struttura e le caratteristiche degli atomi e creando i presupposti basilari per la trattazione matematica del legame chimico.

Lo spunto iniziale fu dato da De Broglie che nel 1924 ipotizzò la possibilità di associare a una particella in movimento quale l'elettrone un'onda di lunghezza d'onda \lambda ricavabile dalla relazione

\lambda = {h\over\ mv }

dove h rappresenta la costante di Planck mentre il prodotto mv è la quantità di moto. Quindi, secondo De Broglie, una particella in movimento ha una doppia natura corpuscolo-ondulatoria e tanto minore è la massa tanto maggiore risulterà la lunghezza d'onda dell'onda associata alla massa stessa: a titolo di esempio per un elettrone (massa 9 x 10-31 kg e velocità di rotazione attorno al nucleo di 2 x 106 m/s) si ricava una \lambda = 3,68 Å, mentre a un pallone del peso di 500 g che si muove a velocità di 30 m/s corrisponde un'onda con \lambda = 4,4 x 10-35 m.

Nel 1926 Erwin Schrödinger, basandosi sulla teoria di De Broglie, descrisse un'equazione (l'equazione di Schrödinger, appunto) che rappresenta la propagazione dell'onda materiale tridimensionale associata a un elettrone che orbita attorno al nucleo di un atomo idrogenoide. Le soluzioni matematiche di questa equazione costituiscono la funzione d'onda; sono fisicamente accettabili tutte quelle funzioni d'onda i cui numeri quantici (n, l, m) che le caratterizzano sottostanno alle regole di quantizzazione dettate dalla meccanica quantistica. L'orbitale è formalmente definito come la proiezione della funzione d'onda sulla base della posizione, ovvero rappresenta la componente spaziale della funzione d'onda. In accordo col principio di indeterminazione di Heisenberg, non è possibile conoscere contemporaneamente con la medesima accuratezza la posizione è la quantità di moto dell'elettrone. Approssimativamente, l'orbitale viene considerato come regione dello spazio in cui è massima la probabilità (90%) di rinvenire l'elettrone. Acquisendo o emettendo un quanto di energia l'elettrone è suscettibile di passare a livelli energetici rispettivamente maggiori o minori.

Discipline della chimica

Le discipline fondamentali della chimica sono:

Altre discipline

Esistono numerosissime specializzazioni e discipline della chimica, che possono essere considerate parte delle discipline fondamentali; ad esempio:la chimica farmaceutica, la chimica industriale, la chimica dei polimeri e delle macromolecole, la chimica degli alimenti, la chimica dello stato solido e delle superfici, l'astrochimica, la cosmochimica, l'elettrochimica, la geochimica, la citochimica, l'istochimica, la chimica clinica, la chimica nucleare, la radiochimica, la metallorganica, la stereochimica, la chimica ambientale, la chimica verde, la fotochimica, la sonochimica, la chimica del suolo, la chimica dell'atmosfera), la chimica radiofarmaceutica, l'aerotermochimica, la sonochimica, la chimica del restauro, chimica dei beni culturali, la strutturistica chimica, la magnetochimica, la chimica quantistica, la chimica dei colloidi, la chimica delle interfasi, la chimica combinatoria, la chimica computazionale, la chimica matematica, la chemioinformatica, la chemiometria.

Note

  1. ^ Non bisogna confondere le trasformazioni di tipo chimico da quelle di tipo fisico. La differenza principale tra i due tipi di trasformazione risiede nell'entità delle interazioni che si realizzano tra i costituenti della materia: nel caso di rottura e/o creazione di legami meno energetici (quali ad esempio legami di van der Waals e forze di London) si parla di trasformazione fisica (ad esempio miscelazione, assorbimento gas-liquido, distillazione, adsorbimento fisico), mentre nel caso di rottura e/o creazione di legami più energetici (quali ad esempio legami covalenti e legami ionici) si parla di trasformazione chimica.
  2. ^ Theodore L. Brown, H. Eugene Lemay, Bruce Edward Bursten, H. Lemay. Chemistry: The Central Science. Prentice Hall; 8 edition (1999). ISBN 0-13-010310-1. Pages 3-4.
  3. ^ Carsten Reinhardt. Chemical Sciences in the 20th Century: Bridging Boundaries. Wiley-VCH, 2001. ISBN 3-527-30271-9. Pages 1-2.
  4. ^ Si parla di energia cinetica microscopica per distinguerla dall'energia cinetica macroscopica. La prima compete al movimento di singole molecole, mentre la seconda compete al movimento del corpo nella sua globalità (ad esempio moto di traslazione e rotazione di un corpo rigido).
  5. ^ All'aumentare della temperatura, il sistema aumenta il proprio volume, per qualsiasi tipo di stato (solido, liquido o gas). L'aumento del volume (a parità di pressione e temperatura iniziale e finale) è però molto evidente nei gas rispetto ai liquidi e più evidente nei liquidi rispetto ai solidi. Dal punto di vista quantitativo, l'aumento del volume può essere espresso dal coefficiente di dilatazione termica.
  6. ^ Esempi di miscele con cui abbiamo spesso a che fare sono: la cioccolata, la birra, l'aria, la benzina e le leghe metalliche.
  7. ^ Si parla di "quantitativo teorico" in quanto si tratta del massimo quantitativo ottenibile dal punto di vista termodinamico, cioè all'equilibrio. Nella pratica invece intervengono altri fenomeni, che vengono studiati nell'ambito della cinetica chimica (quali ad esempio la presenza di catalizzatori o inibitori della reazione).

Bibliografia

  • Isaac Asimov, Breve storia della chimica - Introduzione alle idee della chimica, Bologna, Zanichelli [1965], 1968. ISBN 88-08-04064-X
  • Roald Hoffmann, Come pensa un chimico?, Di Renzo Editore, 2009
  • Kotz e Treichel, Chimica, Casa Editrice EdiSES, III Edizione, 2007
  • Oxtoby, Nachtrieb e Freeman, Chimica, Casa Editrice EdiSES, 1997
  • Atkins e Jones, Principi di Chimica, Casa Editrice Zanichelli, 2002
  • Martin S. Silberberg, Chimica, Casa Editrice Mc Graw-Hill, 2008
  • Masterton e Hurley, Chimica: Principi e Reazioni, Casa Editrice Piccin, 2007
  • Cavaliere Alberto, Chimica in versi (archiviato dall'<abbr title="http://www.geocities.com/athens/olympus/3656/chimica/chimica.htm">url originale</abbr>), Angelo Signorelli Editore

Voci correlate

Altri progetti

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  • Wikizionario contiene la voce di dizionario «chimica»

Collegamenti esterni

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