Sezione
A Dagli atomi
ai legami chimici
Unità
1 Modelli per la struttura elettronica
12Chimica e realtà Luci in città 12
Flipped classroom Atomo: la struttura elettronica 13
1 La luce e la sua natura 14
Il modello particellare della luce 16 L’effetto fotoelettrico 17
2 Il modello atomico di Bohr 19
3 Emissione ed assorbimento di radiazione da parte
degli elementi 21
4 La natura corpuscolare e ondulatoria degli elettroni 24 5 Onde elettroniche e condizioni di stazionarietà 25
6 Il modello atomico a orbitali 27
7 I numeri quantici 28
8 La rappresentazione delle funzioni orbitaliche 30 Orbitali di tipo s 30 Orbitali di tipo p 32 9 La sequenza delle funzioni orbitaliche nel sistema
periodico 33 In sintesi 36 Verifiche 38 Skills 42 CLIL 42 Competenze 43 Chimica dei materiali L’effetto fotovoltaico 44
Esercizio scoperta
Il modello di Bohr 19
Colori e fotoni 22
Approfondimento
Il calcolo dello spettro di Balmer 22 Un modello atomico nient’affatto banale: l’atomo
di Thomson 23
Audioripasso 36
Diaposintesi 36
Test interattivi 38
Unità
2 Il legame chimico
46Chimica e realtà La salinità del mare 46
Flipped classroom L’acqua viene trasformata in colla:
magia degli scienziati 47 1 Il legame chimico alla luce della meccanica quantistica 48 L’elettronegatività secondo Pauling 48
Il legame ionico 49
Il legame covalente omopolare e covalente polare 50
2 I legami multipli 53
3 La teoria delle bande e il legame metallico 54
4 Il legame di coordinazione 56
5 Lunghezza ed energia di legame 58
6 La geometria delle molecole 59
7 La polarità delle molecole 63
8 L’atomo di carbonio e i suoi legami 65
Gli orbitali ibridi 65
In sintesi 69 Verifiche 71 Skills 76 CLIL 76 Competenze 77 Chimica e vita quotidiana Colle & adesivi 78
Approfondimento
L’elettronegatività secondo Allred-Rochow 49 Argento e antimicrobici 49 Teorie sulla formazione di legami covalenti: il metodo MO 52 Esercizio scoperta
Geometrie molecolari e polarità 62 Casi interessanti di geometrie molecolari 62 Piedi appiccicosi: come si muove il geco 63 Laboratorio competente
Prove di polarità dei liquidi 63 Approfondimento
Il carbonio tetraedrico: prime ipotesi 68
Audioripasso 69
Diaposintesi 69
Test interattivi 71
Unità
3 Gli stati di aggregazione
80Chimica e realtà Un diamante è per sempre 80
Flipped classroom I cristalli 81
1 Le molecole: la natura delle forze di coesione 82 2 Solidi cristallini e solidi amorfi 82 3 Le diverse tipologie di solidi 84 I solidi con forze di coesione dovute a legami ionici 84 I solidi con forze di coesione dovute a legami covalenti 86
I solidi metallici 87
4 I solidi molecolari e le forze intermolecolari 90 Il legame a idrogeno e la sua incidenza sulle forze
di coesione 92
5 Le proprietà dei liquidi 94
La tensione di vapore 95
Altre proprietà dei liquidi 96
6 Il gas perfetto 98
In sintesi 100 Verifiche 102 Skills 106 CLIL 106 Competenze 107 Chimica dei materiali Il ghiaccio secco 108 Chimica dei materiali La doppia personalità del silicio 110
I solidi cristallini 82 Approfondimento
Elementi di simmetria dei reticoli cristallini 82
Difetti cristallini 82
I solidi amorfi 83
Composti ionici in vetrina 84
Composti covalenti in vetrina 86
Esercizio scoperta
Costruire modelli di strutture metalliche 87 Minilab
Come cambiano le proprietà dell’acciaio quando lo si
sottopone a trattamenti termici? 89
Solidi molecolari 90
Approfondimento
I cristalli liquidi 93
Il cioccolato: uno strano solido 93
Minilab
Il galleggiamento in liquidi diversi 94 Approfondimento
Il gas reale: analogie e differenze con il gas perfetto 99
Audioripasso 100
Diaposintesi 100
Test interattivi 102
Ghiaccio secco: ecco come si usa 109
Unità
4 La nomenclatura chimica e le reazioni
112Chimica e realtà Nomi oscuri 112
Flipped classroom Gruppo sette: modelli di reattività 113 1 Di che cosa si occupa la nomenclatura chimica? 114
2 I composti binari 116
La nomenclatura degli ossidi 116 La nomenclatura dei composti binari senza ossigeno 116
3 I composti ternari 117
Idrossidi o basi 117
Acidi ternari 118
4 I sali 120
Sali particolari 120
5 La classificazione delle reazioni 122 Realizzabilità delle reazioni 124 In sintesi 126 Verifiche 127 Skills 130 CLIL 130 Competenze 131 Chimica e ambiente Gli ossidi di carbonio 132
Una scienza nuova 114
Dare un nome ai composti 121
Esercizio scoperta
Dare un nome a un sale 121 Monossido di carbonio: cos’è e come difendersi 133
Audioripasso 126
Diaposintesi 126
Test interattivi 127
5
Chimica e realtà Siamo una soluzione? 134
Flipped classroom Elettrolisi di una soluzione 135
1 Che cosa sono le soluzioni? 136
2 Gli elettroliti 138
3 Le proprietà colligative: la tensione di vapore 139
La molalità 139
La tensione di vapore 140
4 L’innalzamento ebullioscopico e l’abbassamento
crioscopico 142
5 La pressione osmotica 145
6 La solubilità dei gas 148
In sintesi 150 Verifiche 152 Skills 155 CLIL 155 Competenze 156
Chimica dei materiali I colloidi 157
Chimica e ambiente Sale dell’acqua 158
La solvatazione del cloruro di sodio 136 Minilab
La formazione di soluzioni è legata ad effetti energetici? 137 L’abbassamento della temperatura di solidificazione 141 Esercizio scoperta
Cellule e pressione osmotica 146 Linea del tempo interattiva
Alcune tappe storiche nella chimica delle soluzioni 149
Audioripasso 150
Diaposintesi 150
Test interattivi 152
LABORATORIO competente L’importanza del nome 160 La sicurezza nel laboratorio di chimica 160 COMPITO DI REALTÀ Carbone, grafite, fullerene e diamante:
i quattro moschettieri del carbonio 162
Sezione
B Cinetica ed
equilibrio delle reazioni chimiche
Unità
6 Fattori energetici nelle reazioni
164Chimica e realtà Gli instant pack 164
Flipped classroom CLIL What triggers a chemical
reaction? 165
1 Energia chimica e universo 166
2 Reazioni ed energia 167
3 Scambi energetici: l’entalpia 168
4 Aspetti energetici: l’entalpia standard 170 I diagrammi energetici 171 Esempi di entalpie standard 173
L’energia di legame 175
Perché è importante conoscere l’entalpia standard
dei composti? 176
5 I cicli energetici 177
6 La spontaneità: ordine e disordine 179 7 Previsione del verso di un processo 182 In sintesi 184 Verifiche 186 Skills 190 CLIL 191 Competenze 191 Chimica e ambiente Quale futuro per i carburanti? 192
Minilab
Pacchi freddi 170
Approfondimento
L’energia scambiata a volume costante 170 Minilab
L’idratazione di CuSO4: un colorato processo esotermico 176 Esercizio scoperta
La spontaneità 183
Approfondimento
Qualcosa in più sull’entropia 183 Energia libera e spontaneità 183
Audioripasso 184
Diaposintesi 184
Test interattivi 186
L’autocombustione del fieno 193
Unità
7 La velocità di reazione
194Chimica e realtà La magia dei fuochi d’artificio 194 Flipped classroom CLIL Iodine clock reaction 195 1 Il tempo e le reazioni chimiche 196 2 È possibile modificare la velocità di una reazione? 198 3 Un modello microscopico delle reazioni 202 4 La teoria delle collisioni e l’influenza della temperatura 203 5 Il meccanismo d’azione dei catalizzatori 205
6 L’ordine delle reazioni 207
In sintesi 209 Verifiche 211 Skills 216 CLIL 217 Competenze 217
Chimica e vita quotidiana I pigmenti 218
Minilab
Come si può rendere più veloce una reazione chimica? 201
L’energia di attivazione 203
Approfondimento
Il meccanismo di reazione 206 Esercizio scoperta
Il decadimento radioattivo 208
Audioripasso 209
Diaposintesi 209
Test interattivi 211
Unità
8 L’equilibrio chimico
220Chimica e realtà Un equilibrio bilanciato 220 Flipped classroom Gli equilibri chimici 221 1 Equilibrio e reversibilità: sempre avanti? 222 Espressione della costante di equilibrio 223 La costante di equilibrio per i sistemi eterogenei 224 Invertibilità o reversibilità? 225 2 La concentrazione e l’equilibrio 227
3 Le regole dell’equilibrio 229
L’influenza della concentrazione sulla posizione
di equilibrio 229
L’influenza della temperatura sulla posizione
di equilibrio 230
L’influenza della pressione sulla posizione di equilibrio 230 L’influenza dei catalizzatori sulla posizione di
equilibrio 231 4 L’equilibrio nei sistemi eterogenei: la solubilità dei
composti inorganici in acqua 234 Il prodotto di solubilità 234 5 La relazione tra solubilità e prodotto di solubilità 236
Lo ione in comune 236
In sintesi 238 Verifiche 240 Skills 244 CLIL 245 Competenze 245 Chimica dei materiali I vetri metallici 246
Minilab
Che cosa rimane invariato all’equilibrio? 224 Esercizio scoperta
Equilibrio e precipitazione 227 Approfondimento
L’equilibrio emoglobina-ossigeno 228
L’equilibrio che cambia i colori 232
Approfondimento
La relazione tra variazione dell’energia libera (ΔG) e la
costante di equilibrio 233 Esercizio scoperta
Solubilità e prodotto di solubilità 236 Approfondimento
Ragioni termodinamiche della solubilità 237 Lo smalto dei denti 237
Audioripasso 238
Diaposintesi 238
Test interattivi 240
Metallic glass 247
Liquidmetal 247
Unità
9 Equilibri in soluzione: acidi e basi
248Chimica e realtà Acidi e basi intorno a noi 248 Flipped classroom CLIL The strengths and weaknesses
of acids and bases 249
1 Acidi a basi: ieri e oggi 250
2 Gli acidi e le basi di Arrhenius 250 Il grado di dissociazione 252
5 Il ruolo dell’acqua 259 6 Come si misura l’acidità: il pH 261 7 La forza degli acidi e delle basi 263 Le costanti di acidità e basicità di una coppia
acido-base coniugata 264
8 La teoria acido-base di Lewis 266
9 Soluzioni di acidi e basi 268
Il punto di equivalenza di una reazione acido-base 268
Un colore per ogni pH 269
Le soluzioni tampone 271
La titolazione acido-base 273 Il fenomeno dell’idrolisi 273 In sintesi 275 Verifiche 280 Skills 284 CLIL 285 Competenze 285 Chimica e salute Acidità, un argomento da digerire! 286
Minilab
Che cosa c’è nella tazza? 250 Confrontare la dissociazione di acidi 254 Esercizio scoperta
Acqua, acidi e basi 260
Approfondimento
Reazioni acido-base che “crescono” 260 Laboratorio competente
Elaboriamo una scala di forza relativa di acidi diversi 264 Esaminiamo come cambia il pH di un acido debole al
variare della concentrazione 265 Esercizio scoperta
Le soluzioni tampone 271
Audioripasso 275
Diaposintesi 275
Test interattivi 280
Unità
10 Equilibri in soluzione: ossidoriduzione
ed elettrochimica
288Chimica e realtà Questione di ruggine 288
Flipped classroom CLIL How does a hydrogen fuel cell work? 289
1 Lo scambio di elettroni 290
La fiamma: una fucina di redox 292 2 L’equilibrio di scambio di elettroni nei processi redox 293 3 Come si bilanciano le reazioni di ossidoriduzione 294 Bilanciamento delle reazioni redox con le semireazioni
e i potenziali 294
Il numero di ossidazione nelle redox 297 Bilanciamento delle reazioni redox con il numero
di ossidazione 299
Reazioni di dismutazione 300
4 I diagrammi di cella 302
5 Il potenziale standard di ossidoriduzione 305
Altri tipi di celle 308
6 Il verso delle reazioni redox 310
La mole e l’elettrolisi 314
Ordine di scarica 316
9 La corrosione 317
10 Le celle a combustibile 319
In sintesi 320 Verifiche 322 Skills 326 CLIL 327 Competenze 327 Chimica e vita quotidiana Pile e accumulatori, energia a
portata di mano 328 Minilab
Che cosa accade quando reagiscono ferro e solfato di rame? 291 Approfondimento
Sangue che “brilla” grazie alle ossidoriduzioni 291 Le ossidoriduzioni e l’alcol test 293 Minilab
Come si può rimuovere la patina di imbrunimento
dall’argento? 298
Esercizio scoperta
Il funzionamento delle celle elettrolitiche 308 Minilab
Come possiamo realizzare una pila con un limone? 308 Il pacemaker: un aiuto per cuori in difficoltà 312
Metalli resistenti alla corrosione 317
È possibile ricavare corrente elettrica da microrganismi? 319
Audioripasso 320
Diaposintesi 320
Test interattivi 322
LABORATORIO competente Rame, il principe azzurro degli ioni 330 La sicurezza nel laboratorio di chimica 330
La storia di un atomo di carbonio 331
COMPITO DI REALTÀ La corrosione 332
Sezione
C Introduzione
alla chimica organica
Unità
11 Gli idrocarburi
334Chimica e realtà Il petrolio viene sempre a galla! 334
Flipped classroom Il petrolio 335
1 La chimica organica 336
L’atomo di carbonio 336
Formule e rappresentazioni delle molecole organiche 339
2 Gli idrocarburi 340
3 Gli alcani 341
Le proprietà fisiche degli alcani 344
4 Gli alcheni 345
5 I cicloalcani 348
6 Gli alchini 351
7 Gli idrocarburi aromatici 353
La struttura del benzene 353 Gli omologhi del benzene 354 In sintesi 356 Verifiche 358 Skills 361 CLIL 361 Competenze 362 Chimica e ambiente IPA sotto inchiesta 363 Chimica e vita quotidiana Caffè: croce e delizia 364
Approfondimento
La nascita della chimica organica 337 Minilab
Come si possono modellare semplici molecole di idrocarburi? 348 Approfondimento
Atomi di carbonio primari, secondari e terziari 352
Audioripasso 356
Diaposintesi 356
Test interattivi 358
Decaffeinizzazione e analisi chimiche sul caffè 365 LABORATORIO competente Il limonene: un profumo alleato
dell’organismo 366 La sicurezza nel laboratorio di chimica 330
COMPITO DI REALTÀ I terpeni 368
LABORATORIO
1 I colori degli elementi 370 2 Andamenti della viscosità per molecole di serie omologa 371 3 Riconoscere solidi a struttura ionica, covalente, molecolare
e metallica 372 4 Osserviamo l’“ambiguità” del ferro 373 5 Prepariamo alcuni pigmenti 374 6 Determiniamo la variazione di entalpia di un processo
chimico 375 7 Misuriamo il potere calorifico di un alimento 376 8 Applichiamo la legge di Hess 377 9 Verifichiamo la dipendenza della velocità di reazione
dalla concentrazione e dalla temperatura 378 10 L’invertibilità di una reazione fotochimica 379 11 Troviamo il pH di viraggio di alcuni indicatori acido-base 380 12 Valutiamo l’azione delle soluzioni tampone 381 13 Eseguiamo una titolazione acido-base 382 14 Eseguiamo alcune semplici reazioni di ossidoriduzione 383 15 Prevediamo l’andamento di alcuni processi redox 384 16 Determiniamo la d.d.p. di alcune semplici pile 386 17 Analizziamo un bruciatore di gas idrocarburici 387
CLIL GET BETTER MARKS FOR YOUR WORK! 388
Tabelle 390 Soluzioni Mettiti alla prova e Verso le competenze 399
Indice analitico 403
La tavola periodica 406
La tavola periodica degli elementi 407
Chimica e vita quotidiana
Le celle fotoelettriche 17
Evaporazione intorno a noi 95 La viscosità del miele e dell’acqua 96 Il sale abbassa la temperatura di solidificazione
dell’acqua e ne innalza la temperatura di ebollizione 143 Perché il diossido di carbonio sfugge dalla soluzione
quando apriamo la bottiglia di una bibita gassata? 148 Alcuni fenomeni spontanei 179 Reazioni che avvengono in tempi diversi 196
Escludere l’ossigeno 198
La marmitta catalitica 205
L’idrossido di sodio è un componente dei saponi 253
Le parti della fiamma 292
La fiamma non ha sempre la stessa forma 292 Composti organici naturali e di sintesi 336 La maturazione delle banane 345
Chimica dei materiali
La struttura del quarzo cristallino e del quarzo amorfo 83 Uno solido covalente, il diamante 87
Chimica e salute
Il bicarbonato di sodio 121
Modello tridimensionale della membrana cellulare 146 Farmaci a base di tamponi 271
Chimica e ambiente
Le acque marine sono ricche di sali 120 Una reazione fotochimica 167 Perché le ortensie hanno colori diversi? 251 Di che colore è la sabbia? 290
TAG
Onde o particelle? La duplice natura della luce 18
La spettroscopia 21
Le tappe verso un nuovo modello atomico 33 Carriere da chimico - Il chimico teorico 58 Materiali sovraraffreddati 83
La grafite 86
Carriere da chimico - Lo scienziato dei metalli 87 Carriere da chimico - Il metallurgista 88
Vapore o aeriforme? 96
I solidi evaporano? 97
Lo IUPAC 114
La macchina a vapore 174
Carriere da chimico - L’alimentarista 177 Carriere da chimico - Il chimico fisico termodinamico 182 Carriere da chimico - Il chimico industriale 199 Gli enzimi, catalizzatori biologici 206 Carriere da chimico - Chimico da modelling 233 Dissociazione o ionizzazione? 254 L’idrone 256 Carriere da chimico - L’insegnate di chimica 308 Le conquiste della chimica organica 337 Carriere da chimico - L’ingegnere chimico 352
