Breve lezione di Scienze su Massa, Volume e Densità

Elaborazione grafica al computer del campione da un chilogrammo conservato a Sèvres

Breve lezione di Scienze su Massa, Volume e Densità: Concetti Fondamentali della Fisica e della Chimica

Nel mondo della fisica e della chimica, tre concetti fondamentali che spesso emergono sono la massa, il volume e la densità. Questi termini non solo sono cruciali per gli scienziati, ma anche per chiunque voglia comprendere meglio il mondo che ci circonda. In questo post, esploreremo ciascuno di questi concetti in dettaglio.

La Massa è La Quantità di Materia contenuta in un Corpo

La massa è una misura della quantità di materia presente in un oggetto. È una proprietà intrinseca, il che significa che non cambia indipendentemente dalla posizione o dalla condizione dell’oggetto. La massa si misura in chilogrammi (kg) nel Sistema Internazionale (SI). Ad esempio, un oggetto con una massa di 1 kg contiene la stessa quantità di materia sia sulla Terra che sulla Luna, anche se il peso percepito sarà diverso a causa della differente forza di gravità.

Il Volume è Lo Spazio Occupato da un Corpo

Il volume è lo spazio tridimensionale occupato da un oggetto. Si misura in metri cubi (m³) nel SI, ma per i liquidi si usano comunemente anche i litri (L). Il volume di un oggetto può essere calcolato in vari modi a seconda della sua forma. Ad esempio, per un parallelepipedo rettangolare, il volume si calcola moltiplicando la lunghezza per la larghezza per l’altezza (V = l × w × h). Per oggetti di forma irregolare, il volume può essere determinato tramite il principio di Archimede, immergendo l’oggetto in un liquido e misurando il volume del liquido spostato.

La Densità è La Relazione esistente tra la Massa ed il Volume (come è concentrata la materia in un corpo)

La densità è una misura di quanto è compatta la materia in un oggetto. Si calcola dividendo la massa dell’oggetto per il suo volume:

{Densità} = {Massa}/{Volume}

La densità si misura in chilogrammi per metro cubo (kg/m³) nel SI. Ad esempio, se un oggetto ha una massa di 2 kg e un volume di 1 m³, la sua densità sarà di 2 kg/m³. La densità può variare a seconda della temperatura e della pressione. Ad esempio, l’acqua ha una densità di circa 1000 kg/m³ a temperatura ambiente, ma questa densità diminuisce leggermente con l’aumento della temperatura.

Molto spesso si usano il grammo per centimetro cubo. Si ricorda che un centimetro cubo è la milionesima parte del metro cubo.

1 centimetro cubo corrisponde ad un millilitro cioè la millesima parte del Litro

Applicazioni Pratiche

Comprendere la massa, il volume e la densità è essenziale in molte applicazioni pratiche. Ad esempio, in ingegneria, la densità dei materiali è un fattore cruciale nella progettazione di strutture e veicoli. In chimica, la densità può aiutare a identificare sostanze sconosciute. Anche nella vita quotidiana, questi concetti sono utili: pensate a come la densità dell’acqua salata permette alle navi di galleggiare meglio rispetto all’acqua dolce.

Conclusione

La massa, il volume e la densità sono concetti fondamentali che ci aiutano a comprendere meglio il mondo fisico. Che tu sia uno studente, un ingegnere o semplicemente curioso, avere una buona comprensione di questi termini può arricchire la tua conoscenza e applicazione pratica della scienza.

La mole e volume molare - Definizione - Chimica

Un campione di materia, anche piccolo, contiene un gran numero di particelle (atomi, molecole, ioni). Per poter confrontare le quantità di sostanze differenti si deve utilizzare un’unità che indichi un numero molto alto di particelle, questa unità è la mole che può essere usata non solo per gli atomi ma anche per molecole, elettroni e ioni.
Nel Sistema Internazionale di misura essa rappresenta l’unità di sostanza e viene indicata col simbolo mol (n), la definizione è la seguente: la mole è la quantità di sostanza contenente tante particelle
elementari quanti sono gli atomi che si trovano in 12,0 grammi di carbonio-12.
È importante specificare sempre a quale entità si fa riferimento: atomi, ioni, molecole, ecc. Se l’entità non viene specificata vuol dire che si fa riferimento ad una mole di molecole.
La mole contiene un numero noto di particelle elementari, 6,023×10 alla 23 detto numero di Avogadro in onore dello scienziato italiano Amedeo Avogadro.
Nel SI (Sistema Internazionale) la massa molare di una sostanza è una quantità espressa in grammi/mol che è numericamente uguale alla massa molecolare o atomica della sostanza considerata.

Strettamente collegato al concetto di mole è quello di volume molare per il quale: una mole di un qualsiasi gas, in condizioni standard (STP), alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm, occupa il volume di 22,4 litri, detto volume molare.
Standard Temperature and Pressure  cioè STP equivalgono a 0°C di temperatura e 1 atm di pressione.
Ad esempio, una mole di acqua ha massa 18 grammi e contiene 6,02×10 alla 23 molecole di acqua; una mole di metano pesa 16,043 grammi e contiene  6,02×10 alla 23 molecole,  una  mole  di C-12 pesa 12g e contiene 6,02×10 alla 23 atomi di C-12.
Si dovrebbe pensare alla mole non come ad un peso ma come un insieme di particelle, così come si pensa ad un paio, ad una dozzina, un centinaio.

Video - La materia: Gli stati di aggregazione

Link originale youtube: https://youtu.be/kyj-30g9fcA

Diagramma di fase: Il Punto Triplo

Un tipico diagramma di fase, con indicato il punto triplo all'intersezione dei tre campi di esistenza dello stato solido, liquido e gassoso.

Il punto triplo è un particolare stato termodinamico determinato dai valori di temperatura e pressione in cui coesistono in condizioni di equilibrio tre fasi di aggregazione di una sostanza: nel caso più comune, quelle solida, liquida e aeriforme. Tuttavia, molte sostanze, tra le quali l'acqua, anidride carbonica, hanno più di una fase solida (polimorfi), cosicché i loro diagrammi di fase presentano più punti tripli solido-solido-liquido o solido-solido-solido.

I valori di temperatura e pressione che identificano i punti tripli dipendono solamente dalla sostanza in esame e, nel caso dei punti solido-liquido-aeriforme, possono essere determinati con notevole precisione grazie alla grande diversità di comportamento delle tre fasi coinvolte.

Il punto triplo di varie sostanze è dunque utile per la taratura di strumenti di misura, utilizzando dispositivi metrologici chiamati "celle a punto triplo" contenenti la sostanza richiesta. La temperatura di quello dell'acqua è utilizzata per la definizione della scala kelvin.

La dipendenza del punto triplo dalla composizione chimica richiede però che le sostanze campione abbiano un elevatissimo grado di purezza.

Chimica - Materia, Massa e Peso - Una breve introduzione

Elaborazione grafica al computer del campione da un chilogrammo conservato a Sèvres

Che cosa è la materia?

La materia è tutto ciò che ci circonda, che possiede una massa e occupa uno spazio: l’acqua, il tavolo, l’aria contenuta in una stanza o in un pallone. Altra definizione di materia è la seguente: Ciò che costituisce tutti i corpi, ossia la sostanza fisica, che, essendo dotata di massa che assume forme diverse nello spazio, può essere oggetto di esperienza sensibile ed è, in generale, concepita come esistente indipendentemente dalla coscienza individuale.

La massa è la quantità di materia posseduta da un corpo ed è misurabile con la bilancia. 

Si definisce massa la quantità di materia che costituisce un corpo. E' una proprietà estensiva costante, infatti non varia al variare della posizione del corpo nello spazio ed è indipendente dalla temperatura e dalla pressione. Si misura per confronto con una quantità di materia presa come campione. L'unità di misura nel SI (sistema internazionale) è il kilogrammo (kg). In laboratorio si usano comunemente i suoi sottomultipli, quali, ad esempio il grammo (g), millesima parte e il milligrammo (mg), milionesima parte.

Il peso invece è una forza. Quando pesiamo un corpo non misuriamo la sua massa ma la forza con la quale esso viene attratto dalla Terra. Anche se entrambe presentano la stessa unità di misura, il peso dipende dall’accelerazione di gravità (g). Pertanto mentre un corpo in qualsiasi punto dell’Universo possiede sempre la stessa massa non si può dire lo stesso per il peso. Sulla Luna, l’accelerazione di gravità è minore rispetto a quella che c’è sulla Terra, pertanto anche il peso è minore.

Ad esempio: un astronauta sulla Terra pesa 60 kg, sulla Luna peserà circa 10 kg, in quanto sulla Luna l’accelerazione di gravità è 1/6 rispetto a quella della Terra ma la sua massa non è cambiata. La relazione che lega la massa all’accelerazione di gravità è p = m x g.

Chimica - La Mole ed il Volume molare - Definizione

Un campione di materia, anche piccolo, contiene un gran numero di particelle (atomi, molecole, ioni). Per poter confrontare le quantità di sostanze differenti si deve utilizzare un’unità che indichi un numero molto alto di particelle, questa unità è la mole che può essere usata non solo per gli atomi ma anche per molecole, elettroni e ioni.
Nel Sistema Internazionale di misura essa rappresenta l’unità di sostanza e viene indicata col simbolo mol (n), la definizione è la seguente: la mole è la quantità di sostanza contenente tante particelle
elementari quanti sono gli atomi che si trovano in 12,0 grammi di carbonio-12.
È importante specificare sempre a quale entità si fa riferimento: atomi, ioni, molecole, ecc. Se l’entità non viene specificata vuol dire che si fa riferimento ad una mole di molecole.
La mole contiene un numero noto di particelle elementari, 6,023×10 alla 23 detto numero di Avogadro in onore dello scienziato italiano Amedeo Avogadro.
Nel SI (Sistema Internazionale) la massa molare di una sostanza è una quantità espressa in grammi/mol che è numericamente uguale alla massa molecolare o atomica della sostanza considerata.

Strettamente collegato al concetto di mole è quello di volume molare per il quale: una mole di un qualsiasi gas, in condizioni standard (STP), alla temperatura di 0°C e alla pressione di 1 atm, occupa il volume di 22,4 litri, detto volume molare.
Standard Temperature and Pressure cioè STP equivalgono a 0°C di temperatura e 1 atm di pressione.
Ad esempio, una mole di acqua ha massa 18 grammi e contiene 6,02×10 alla 23 molecole di acqua; una mole di metano pesa 16,043 grammi e contiene  6,02×10 alla 23 molecole,  una  mole  di C-12 pesa 12g e contiene 6,02×10 alla 23 atomi di C-12.
Si dovrebbe pensare alla mole non come ad un peso ma come un insieme di particelle, così come si pensa ad un paio, ad una dozzina, un centinaio.