I sistemi che si incontrano in natura sono quasi sempre formati da miscele di sostanze presenti in una o più fasi.

Un sistema formato da un’unica fase è detto omogeneo indipendentemente da quanti componenti sono presenti nel sistema stesso. Una miscela omogenea presenta, oltre un aspetto uguale in ogni sua parte, proprietà che rimangono costanti in ogni punto. Le miscele omogenee sono spesso chiamate soluzioni, nelle quali il componente più abbondante si chiama solvente e l’altro è detto soluto.

Si parla di soluzione anche nel caso di miscele la cui fase non sia liquida. Ad esempio acciaio (ferro, carbonio), aria (azoto, ossigeno, altri gas), acqua zuccherata (acqua, zucchero).

Un sistema eterogeneo in cui si individuano due o più fasi prende il nome di miscela eterogenea. Molti dei sistemi che ogni giorno incontriamo sono di tipo eterogeneo.
Ad esempio acqua e olio non si mescolano, neppure agitando energicamente. Granito e marmo ci permettono di distinguere i vari componenti, come la definizione di sistema eterogeneo.

Metodi di separazione 1 (miscele omogenee)

È possibile separare i componenti delle miscele omogenee sfruttandone le diverse caratteristiche. Il metodo utilizzato e la destinazione.

Per separare il componente liquido da una miscela omogenea liquido-solida, si porta la miscela all’ ebollizione. I vapori del liquido che si liberano vengono convogliati in un apposito dispositivo detto refrigerante dove condensano per raffreddamento.

Questo è detto metodo della distillazione semplice.

Quando invece si vogliono separare dei liquidi con punti di ebollizione vicini si ricorre alla distillazione frazionata.

Metodi di separazione 2 (miscugli)

Per separare due liquidi si sfrutta la loro diversa solubilità in un determinato solvente, che dovrà sciogliere selettivamente solo uno dei due liquidi. L'operazione viene compiuta in un imbuto separatore, dove si formano due strati a diversa densità, che si separano.

Decantazione
Un solido disperso in un liquido viene separato nei suoi componenti lasciando il miscuglio a riposo

Filtrazioni
Si versa il miscuglio su un setto poroso che presenta forellini microscopici tali da lasciar passare solo il liquido.

Centrifugazione
Quando la differenza di densità tra solido e liquido è piccola e quest'ultimo presenta alta viscosità, la separazione con i metodi precedenti risulta lenta. Si immette allora il miscuglio in una centrifuga, un dispositivo in rapida rotazione.

Reazioni chimiche

Tutti i metodi di separazione si basano su trasformazioni fisiche.

In quest'ultime non viene mutata la natura delle sostanza su cui si opera.

Si chiamano reazioni chimiche quei processi in cui uno o più sostanze si trasformano in altre.

I componenti della materia

Le sostanze pure possono essere scomposte in altre più semplici: si chiamano composti.

Le sostanza che non possono essere scomposte con nessun metodo si chiamano elementi.

La molecola è la piccola parte di una sostanza pura che presenta tutte le proprietà chimiche della sostanza stessa.

L'atomo è la piccola particella costituente la materia.

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L’universo a cui apparteniamo è costituito da corpi che vengono genericamente indicati con il termine materia. La materia è tutto ciò che occupa volume e che possiede energia. Alla materia appartengono tre stati di aggregazione: solido, liquido e aeriforme.

La materia:
- solida ha una forma propria e volume proprio;
- liquida non ha forma propria, ma si adatta al contenitore in cui è posto e possiede un volume proprio;
- aeriforme non ha ne forma e ne volume proprio.

I passaggi di stato

Gli stati di aggregazione rispecchiano alcune caratteristiche fisiche: sono interconvertibili.
Ciò che consente a un corpo di cambiare stato fisico è la somministrazione di calore (riscaldamento) o la sottrazione di calore (raffreddamento).
Il passaggio da una sostanza dallo stato liquido a quello solido si chiama solidificazione e avviene a una determinata pressione, a temperatura costante. La quantità di calore che viene ceduta da una quantità fissa di liquido nel corso della solidificazione è detto calore latente di solidificazione.
Il fenomeno inverso, ovvero passaggio solido-liquido, avviene per riscaldamento ed è detto fusione. La temperatura di fusione è uguale a quella di solidificazione e si mantiene costante fino a quando tutto il solido è passato allo stato liquido. Il calore assorbito da una quantità fissa di solido è detto calore latente di fusione.
Il passaggio dallo stato liquido a quello aeriforme è più complesso. Tale passaggio si chiama evaporazione o vaporizzazione. Il calore che una quantità fissa di sostanza allo stato liquido richiede per passare completamente allo stato di vapore è detto calore latente di vaporizzazione. Il passaggio aeriforme-liquido avviene quando si verifica la condensazione. La quantità di calore è detta calore latente di condensazione.
Se lasciamo bollire l'acqua si sta verificando l'ebollizione. Questo processo avviene a una determinata temperatura, detta temperatura di ebollizione, che per l'acqua è di 100°C.
Se si verifica una passaggio diretto dallo stato solido e aeriforme è etto sublimazione. Il fenomeno inverso, sbrinamento, viene osservato nelle mattine invernali quando tutto l'ambiente è ricoperto di brina.
Per ogni passaggio di stato si verifica una sosta-termica.

Atomi

La materia è formata da particelle indivisibili ,cosi’ piccole da non poter essere viste, chiamate atomi.
Le particelle che costituiscono un corpo sono in continuo movimento con una velocità che aumenta con la temperatura.
Nello stato solido le particelle sono limitate nei loro movimenti, mentre l’aumento di temperatura consente loro delle vibrazioni più ampie.

Sostanze pure

Una sostanza viene definita pura se presenta caratteristiche ben definite, come la densità, il punto di fusione e quello di ebollizione, che si ripetono costantemente in ogni suo campione. Una sostanza pura è costituita da particelle uguali fra loro.

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Tutti gli elementi si possono manifestare allo stato solido, liquido e gassoso.
La forza che tiene uniti gli atomi si chiama coesione, è fortissima nello stato solido, inferiore nello stato liquido, nulla in quello gassoso.
Lo stato solido per la coesione ha forma, peso e volume proprio; lo stato liquido ha forma impropria, peso e volume proprio, lo stato gassoso ha solo un peso e un volume, non la forma.
I fenomeni fisici non mutano la sostanza dei corpi e generalmente sono trasformazioni temporanee reversibili (cioè i corpi possono tornare come prima, mutando opportunamente le condizioni).
I fenomeni chimici mutano più o meno profondamente la sostanza dei corpi, generalmente sono irreversibili.

I tre stati di aggregazione o stati fisici della materia dipendono dalla diversa intensità della forza di coesione ed anche dalla diversa ampiezza del movimento delle loro particelle; e poiché il movimento di queste particelle aumenta gradatamente col crescere della temperatura e diminuisce con l’aumentare della pressione, si può comprendere l’importanza del variare di queste due grandezze, quando si vogliono ottenere i cosiddetti passaggi di stato, i mutamenti di stato fisico a cui possono essere sottoposte le sostanze, per variazione di temperatura e di pressione.

Fusione = passaggio di una sostanza dallo stato solido allo stato liquido.
Vaporizzazione = passaggio di una sostanza dallo stato liquido allo stato gassoso (se avviene a temperatura ambiente solo alla superficie del liquido si chiama vaporizzazione; se occorre somministrare calore e se il passaggio avviene in tutta la massa del liquido si chiama ebollizione).
Sublimazione = passaggio di una sostanza dallo stato solido allo stato gassoso direttamente (cioè senza diventare liquida).
Solidificazione = passaggio di una sostanza dallo stato liquido allo stato solido (la temperatura di solidificazione è tipica per ogni sostanza).
Condensazione = passaggio di vapore allo stato liquido.
Liquefazione = passaggio di un gas allo stato liquido.
Sublimazione = è detto pure così il passaggio inverso di una sostanza dallo stato gassoso allo stato liquido direttamente (cioè senza diventare liquida).

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Sostanze omogenee = se le loro proprietà fisiche sono identiche in tutti i loro punti. Sono omogenee le sostanze pure (non contengono nessun’altra sostanza estranea) e le soluzioni (costituite generalmente da un componente liquido, di solito in quantità preponderante, detto solvente, unito intimamente a sostanze solide o liquide o gassose, dette soluto, che non possono essere distinte neppure con i più potenti microscopi).

Sostanze eterogenee = o generalmente miscugli, se con i mezzi ottici di cui disponiamo possiamo distinguere in esse parti diverse fra loro, separabili con operazioni prettamente meccaniche. Sono eterogenee le dispersioni (in cui uno dei componenti è in grandissima prevalenza; nella sua massa sono sparse particelle minutissime dell’altro componente). Si chiamano sospensioni le dispersioni di un solido in un liquido (es. polvere d’amido in acqua fredda).

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Il miscuglio è l’insieme di due o più sostanze; i costituenti del miscuglio mantengono i caratteri fondamentali, inoltre i componenti possono trovarsi in qualunque rapporto quantitativo e possono essere separati con mezzi fisici.
Il composto è la combinazione di diversi elementi sottoposti a temperatura che perdono le precedenti qualità per acquistarne nuove, la separazione dei componenti avviene per mezzi chimici. Nei composti si trovano in proporzioni pesati.
I corpi semplici sono 103, si suddividono in metalli (sono solidi ad eccezione del mercurio, hanno lucentezza propria, conducono il calore e l’elettricità, sono inoltre malleabili e duttili) e in nonmetalli (hanno aspetto difforme e non hanno le proprietà metalliche, un esempio di composti: l’acqua, l’acido solforico o solforoso.

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L’energia viene definita come la possibilità di un corpo di produrre lavoro. Per il principio o legge della conservazione dell’energia questa non può essere creata dal nulla né distrutta, può invece passare da una forma all’altra.
Ogni corpo tende a passare da uno stato più elevato di energia ad uno più basso.
La forma più evidente e comprensibile di energia p quella di un corpo in movimento, detta cinetica. Non sempre l’energia posseduta dalla materia si manifesta, a volte ha bisogno di determinate condizioni. E’ questa l’energia potenziale. Un caso particolare di energia potenziale è l’energia chimica che si manifesta quando le sostanze si trasformano in altre. E’ immagazzinata nella materia anche l’energia nucleare o atomica: la sua liberazione causa l’annullamento parziale della materia o una trasformazione della materia stessa in energia.

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