5 Step per Sopravvivere alla Chimica

Consigli per Capire una Materia Complicata

Julie C. Gilbert, Emiddio Esposito

• Editorial: Julie C. Gilbert
• Año: 2020
• ISBN:
  9781071576595
• Categoría: Ciencias físicas
• Categoría: Química

Hai difficoltà con la chimica?Non sei solo. È facile perdersi nel linguaggio tecnico. Aiuta qualsiasi libro di testo con queste istruzioni per completare i tuoi compiti ed esercizi. Impara tutto quelo che c'è da imparare e magari divertiti anche nel frattempo.Dentro, troverai …• 13 capitoli semplici da leggere divisi per argomento• Istruzioni dettagliate per avere a che fare con la matematica• Trucchi e consigli per capire meglio• Errori comuni da evitareBonus: Consigli per comunicare in maniera più efficace con il tuo insegnanre
"Eccellente esposizione degli argomenti chiave per gli studenti di chimica di tutti i livelli (scuole superiori e università)"
~ David A. Hunt, Ph.D., The College of New Jersey, Professor of Chemistry

Capitolo 1:

Analisi Dimensionale e Cifre Significative

Introduzione: Nemici e Amici

In chimica ci sono molte formule che ci permettono di capire gli argomenti più a fondo. Ogni volta che combatti con formule o misure, dovrai avere a che fare con le unità di misura. Nonostante quello che si creda, sono tue amiche. Saranno in grado di semplificarti la vita se le lasci fare il loro lavoro. Se cerchi di contrastarle, saranno il tuo peggior incubo.

Nota: Con il diminuire del tempo a disposizione, molte scuole hanno ridotto le spiegazioni sulle cifre significative. Persino io ho cominciato a dire ai miei studenti quante cifre significative usare, invece di lasciarli ragionare per capire quante ne possono ottenere da un particolare strumento. Andando avanti con questo corso—e, per quel che vale, con la vita in generale—è necessario scegliere quali battaglie vale la pena di combattere.

Cifre Significative e Notazione Scientifica:

Notazione scientifica: un modo per rappresentare numeri infinitamente grandi o estremamente piccoli in maniera leggibile.

La notazione scientifica ha la forma M x 10^x (dove M è detta mantissa ed è sempre compreso tra 1 e 10).

Cifre Significative: Oltre ad essere il male assoluto, le cifre significative sono il numero di cifre che hanno effettivamente un significato. In altre parole, sono tutte le cifre di cui sei sicuro più una che tiri a indovinare. Sono basate su misure effettuate su strumenti reali, sia quando ti sono state date che quando effettui la misura personalmente.

Per esempio, se provi a leggere un cilindro graduato (quel contenitore di vetro stretto e alto che il tuo professore ti dice di usare per misurare i liquidi), che ha una barra per ogni millilitro (mL) dovresti essere in grado di leggere una cifra decimale. Questo perché dovresti essere sicuro di quanti millilitri hai e in grado di stimare (indovinare) l’ultima cifra, il decimo di millilitro.

In generale, le cifre significative sono basate su quello che puoi misurare più una cifra. Per esempio, se avessi un righello potresti vedere se qualcosa è 2,24 centimetri. L’ultima cifra è una stima perché non ci sono line che te lo possono dire con certezza. Quindi, qualcuno potrebbe leggere il righello e dire di avere 2,27 cm, mentre un altro leggere 2,26 cm. In molti casi, direi che ha poca importanza quale cifra scegli purché tutte le misure siano consistenti tra loro.

Regole per le cifre significative posso essere trovate ovunque:

http://chemistry.bd.psu.edu/jircitano/sigfigs.html

Ecco un esempio:

Cifra diversa da zero = significativa

Zeri posti tra cifre diverse da zero = significativi

Zeri dopo la virgola e una cifra reale = significativi (Per esempio, 0,0002 ha una sola cifra significativa, ma 1,0002 ne ha cinque.)

Zeri in coda non sono significative a meno che non ci sia la virgola. (Per esempio, 2 000 ha una sola cifra significativa, ma 2 000, ne ha quattro.)

Esempi:

2 232 000 000 ha solo 4 cifre significative

43 432 000 003 ha 11 cifre significative

3443,00 contiene 6 cifre significative (Aggiungendo i due 0 dopo la virgola, sto esplicitando che sono significative. L’idea è che qualsiasi strumento su cui sia stata fatta la misura fosse in grado di misurare fino a un centesimo — il secondo 0.)

Perché usare la notazione scientifica?

Se volessi indicare che il primo numero 2 232 000 000 ha 5 cifre significative, potrei semplicemente tirare una linea sopra il primo 0, la quinta cifra a partire da sinistra. Dato che tale simbolo può risultare difficile da scrivere, userò la notazione scientifica per maggiore chiarezza.

2 232 000 000 a 5 cifre significative = 2,2320 x 10⁹

Nota: Risolvendo i problemi che ti verranno posti nel tuo corso (densità, molarità, etc), la risposta finale dovrebbe essere presentata con il minor numero di cifre significative. Ricorda che le cifre significative derivano da un qualche tipo di misura.

Errori comuni riscrivendo i numeri con il corretto numero di cifre significative:

• Dimenticare di preservare l’ordine di grandezza. Questo porta a cambiare il numero. Per esempio, 235 423 riscritto con 3 cifre significative è 235 000, non 235. Se qualcuno avesse con te un debito di €235 000 e decidesse di darti €235, non ne saresti molto contento.
• Non arrotondare correttamente. Guarda alla cifra immediatamente a destra dell’ultima cifra che ti interessa. Se è 5 o più, aumenta, 4 o meno, lascia stare. Per esempio, 2 415 487 scritto con 3 cifre significative diventa 2 420 000 perché il 5 si arrotonda aumentando.

Operazioni matematiche:

Addizione e sottrazione: Prima di tutto, allinea le virgole. Se volessi sommare 22,46 + 0,2569, dovrei allineare le virgole, eseguire l’addizione e poi arrotondare alla seconda cifra decimale, dato che stiamo assumendo che il 6 nel primo numero è di suo una cifra stimata.

22,46

+ 0,2569

22,7169 ⇨ 22,72

Moltiplicazione in Notazione Scientifica:

Moltiplica le mantisse e somma gli esponenti. Poi, aggiusta per il numero di cifre significative volute e la tua nuova mantissa. Per esempio, se il tuo problema è (2,5 x 10²) (5,0 x 10²), moltiplica 2,5 x 5,0 per ottenere la nuova mantissa e somma 2+4 per il nuovo esponente

2,5 x 10²

x 5,0 x 10⁴

12,5 x 10⁶ ⇨ 1,25 x 10⁷ ⇨ 1,3 x 10⁷

Potrebbe diventare più complicato se uno dei due esponenti è negativo, nel qual caso ti ritroveresti a sommare con un numero negativo (in pratica sottrarre).

Divisione in Notazione Scientifica:

Forma di un numero in notazione scientifica: M x 10^x

Dividi le mantisse M e sottrai gli esponenti (x). Poi, aggiusta la mantissa M per ottenere il giusto numero di cifre significative.

Errori comuni quando calcoli in notazione scientifica:

1. Addizione/Sottrazione: Bisogna fare in modo che abbiano lo stesso esponente. NON si sommano/sottraggono gli esponenti.

2. Moltiplicazione/Divisione: Devi sommare gli esponenti se stai moltiplicando, sottrarre se stai dividendo. Fai attenzione se ci sono esponenti con un segno negativo.

Analisi dimensionale (Metodo del Fattore di Conversione):

Fattore di Conversione: un modo per rappresentare un valore equivalente. Per esempio, 1 anno = 12 mesi. Puoi pensarla come ad una equivalenza espresso in forma di frazione. Può sembrare complicato, ma semplicemente vuol dire che numeratore e denominatore rappresentano la stessa quantità in unità diverse.

Analisi dimensionale: Questo è uno strumento che ti permette di passare da una unità di misura ad un’altra. È solo un modo di scrivere che rende più facile lavorare con le unità. In realtà, si ha a che fare con la stessa quantità per tutto il tempo. Mai comprato qualcosa con le monete? Hai in realtà usato l’analisi dimensionale senza rendertene conto.

Unità: I buoni. Le unità di misura sono un modo per identificare la grandezza di cui si parla. Ti aiuteranno a riconoscere le informazioni che ti vengono date. Uno dei miei esercizi ha una conversione tra caramelle con equivalenze strane come 4 caramelle alla menta = 9 vermi di gomma. In questo caso, caramelle alla menta e vermi di gomma sono le unità di misura. Se ho un dato numero di caramelle, posso calcolare un equivalente numero di vermi di gomma. Le unità di misura usate durante il corso dipendono dallo strumento che si sta usando.

Unità di misura comuni:

Volume: millilitri (mL), litri (L)

Massa: grammi (g), kilogrammi (kg)

Temperatura: gradi Celsius (°C), Kelvin (K)

Tempo: secondi (s), minuti (min)

Qual è il...