L’Universo è formato da materia ed energia, due elementi fondamentali che costituiscono tutto ciò che ci circonda. La materia comprende tutti i corpi che possiedono una massa e occupano uno spazio, mentre l’energia rappresenta la capacità di produrre cambiamenti o compiere un lavoro. Lo studio della materia, dell’energia e delle loro interazioni appartiene principalmente alla fisica, mentre la chimica si occupa di analizzare la composizione della materia e le trasformazioni che essa subisce. Grazie a queste scienze è possibile comprendere i fenomeni naturali e il funzionamento del mondo che ci circonda.
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Composizione della materia
La materia è tutto ciò che possiede una massa e occupa uno spazio. Essa costituisce tutti i corpi e gli oggetti presenti nell’Universo, dai più piccoli, come gli atomi, ai più grandi, come i pianeti e le stelle. La materia può essere composta in due forme diverse:
I due grandi tipi di materia
1. Sostanze pure
Hanno composizione fissa e proprietà ben definite.
Si dividono in:
- elementi → ferro, ossigeno, oro;
- composti → acqua, anidride carbonica, sale da cucina.
2. Miscugli
Sono unioni di più sostanze pure mescolate insieme.
Possono essere:
- omogenei → aria, acqua salata;
- eterogenei → sabbia e acqua, insalata.
Quindi:
La materia può essere costituita da sostanze pure oppure da miscugli.
La materia dal punto di vista chimico
Dal punto di vista chimico, le sostanze possono essere classificate in sostanze organiche e sostanze inorganiche.
- Le sostanze organiche sono composti che contengono principalmente carbonio e idrogeno e sono caratteristiche degli organismi viventi, anche se possono essere prodotte artificialmente.
- Le sostanze inorganiche comprendono tutte le sostanze che non appartengono alla chimica organica, come l’acqua, i sali minerali, gli acidi e i metalli.
Questa classificazione aiuta a comprendere le proprietà e i comportamenti delle diverse sostanze presenti in natura.
Questa distinzione oggi non è corretta in chimica moderna.
Il termine “organico” deriva storicamente dal concetto di vita, ma oggi in chimica indica semplicemente i composti del carbonio e non implica necessariamente un’origine biologica.
Per questo motivo:
- ✅ lo zucchero è organico;
- ✅ la benzina è organica;
- ✅ la plastica è organica;
- ✅ il DNA è organico;
- ✅ il petrolio è organico, pur non essendo “vivente”.
Mentre:
- ❌ l’acqua (H₂O) è inorganica;
- ❌ il sale da cucina (NaCl) è inorganico;
- ❌ l’anidride carbonica (CO₂) è inorganica, anche se contiene carbonio.
Organico oggi vuol dire: composto chimico costituito principalmente da carbonio e idrogeno, spesso associati anche a ossigeno, azoto, zolfo o fosforo.
Perché il carbonio è discriminante tra organico e inorganico
Il carbonio è il principale elemento delle sostanze organiche perché può formare quattro legami stabili e costruire lunghe catene e strutture complesse, dando origine a milioni di composti diversi. Quasi tutte le molecole estremamente complesse necessarie alla vita (e moltissime sintetizzate dall’uomo) sono costruite attorno a scheletri di carbonio.
Esempi:
- carboidrati;
- proteine;
- lipidi;
- DNA;
- vitamine;
- farmaci;
- plastiche;
- carburanti.
La materia dal punto di vista fisico
Dal punto di vista fisico, la materia può trovarsi negli stati solido, liquido e gassoso. Variando la temperatura e la pressione, la materia può trasformarsi passando da uno stato fisico a un altro mediante i cambiamenti di stato.
Cambiamenti della materia
La materia non è immobile e definitiva. Può cambiare. Può cambiare nella sua condizione fisica o in quella chimica.
Quando la materia cambia stato fisico senza modificare la propria composizione chimica, si parla di passaggio di stato. Per esempio, il ghiaccio che fonde diventa acqua liquida, ma la sostanza rimane sempre acqua.
Quando invece una o più sostanze si trasformano in sostanze diverse con proprietà nuove, si parla di reazione chimica. Per esempio, il ferro che arrugginisce si trasforma in ossido di ferro.
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Che cos’è l’energia?
L’energia è la capacità di un corpo o di un sistema di compiere un lavoro oppure di produrre una trasformazione. In altre parole, l’energia è ciò che rende possibili tutti i fenomeni naturali: il movimento dei corpi, il riscaldamento di una sostanza, la propagazione della luce, il funzionamento di un motore e perfino i processi vitali degli organismi viventi. L’energia non può essere creata né distrutta, ma può soltanto essere trasferita da un corpo a un altro oppure trasformata da una forma all’altra, secondo il principio di conservazione dell’energia. L’unità di misura dell’energia nel Sistema Internazionale è il joule (J).
I principali tipi di energia
L’energia può manifestarsi in forme diverse, ciascuna caratterizzata dal modo in cui produce lavoro o determina una trasformazione.
L’energia meccanica comprende l’energia cinetica, associata al movimento dei corpi, e l’energia potenziale, legata alla posizione o alla configurazione di un corpo in un campo di forze, come quello gravitazionale o elastico.
L’energia termica è collegata al moto microscopico delle particelle e si manifesta come calore.
L’energia chimica è immagazzinata nei legami tra gli atomi delle sostanze e viene liberata durante le reazioni chimiche; l’energia elettrica deriva dal movimento delle cariche elettriche.
L’energia luminosa o radiante è trasportata dalle onde elettromagnetiche, come la luce del Sole.
L’energia sonora si propaga attraverso le vibrazioni di un mezzo materiale.
L’energia nucleare è contenuta nel nucleo degli atomi e può essere liberata nei processi di fissione o di fusione nucleare. Sebbene si presentino in forme differenti, tutte queste energie possono trasformarsi l’una nell’altra senza che la quantità totale di energia venga perduta.
