Le sostanze pure

I sistemi formati da un unico componente prendono il nome di sostanze pure. Per purezza si intende quindi l'assoluta mancanza di atomi o molecole di natura diversa da quella della sostanza in questione.

E' necessario precisare a questo punto che il termine "puro" in campo chimico non coincide con "buono" nel senso più comune del termine. Un'acqua di sorgente o un'aria non inquinata vengono infatti definite pure nel senso di salutari, ma dal punto di vista chimico non sono affatto sostanze pure, bensì miscugli di più componenti.

E' altrettanto importante puntualizzare che le sostanze assolutamente pure sono assai difficili da trovare in natura. Si può definire pura l'acqua distillata, mentre l'acqua di rubinetto e l'acqua minerale sono entrambe miscugli omogenei, come pure l'acqua piovana o l'acqua demineralizzata dalla quale sono state allontanate solo le sostanze minerali e non sostanze di altro tipo e i batteri. Altri esempi di sostanze pure possono essere l'oro 24 carati e i fili elettrici di rame.

Ogni sostanza pura possiede caratteristiche peculiari che la rendono unica. Tali caratteristiche come la densità, la temperatura di fusione o quella di ebollizione, non dipendono dalla quantità di sostanza presa in esame e possono perciò essere utilizzate come criteri di purezza.

GRANDEZZE CARATTERISTICHE DI ALCUNE SOSTANZE PURE

Sostanza	Densità (g/cm3) a 20°C	Temperatura di fusione (°C) a 1 atm	Temperatura di ebollizione (°C) a 1 atm
Acqua	1,00	0	100
Alluminio	2,70	660	2327
Ferro	7,86	1535	2750

Nel racconto “Il caso dei tre” tratto dal libro “Le avventure chimiche di Sherlock Holmes” di Thomas G. Waddel e Thomas R. Rybolt, vengono analizzati tre pezzetti di metallo, che dovrebbero essere argento, oro e rame, e che sono stati utilizzati per una truffa ai danni di un orologiaio.

Holmes, coadiuvato da Watson, usa l’analisi chimica, e in particolare la reattività dei tre metalli nei confronti degli acidi, per svelare l’inganno e utilizza il calcolo della densità per chiarire la natura del trucco.

Ecco alcuni stralci di conversazione:

Holmes si rivolge a  Watson: “Sarebbe sorpreso se le dicessi che la densità dell’oro è ben nota ed equivale a 19,3 g/cm³ ? Inoltre l’oro non reagisce con acido cloridrico, né con i solforico o il nitrico…. Come lei ricorderà riscaldando quel solido ritenuto oro è scomparso”

Guardai il quaderno degli appunti davanti a me e vidi che la densità di quello che  avrebbe dovuto essere oro era solo 5,0 g/cm³.

”Perché ha frantumato l’oro ?”  chiesi

“L’ oro è estremamente malleabile” rispose Holmes “può essere trasformato in fogli sottili. Consultando il manuale invece ho visto che un minerale dello zolfo, la cosiddetta pirite, FeS₂, ha una densità paria 5,0 g/cm³. La pirite è friabile, come lei ha potuto vedere con il martello va in frantumi,  polverizzandosi.”

“Sembrava oro però” dissi io

“Sa che la pirite viene chiamata l’oro degli stupidi proprio per questa somiglianza?”

Ci sono casi in cui la presenza di impurezze risulta vantaggiosa. E' il caso di alcune gemme preziose: i colore celeste dell'acquamarina è dovuto alla presenza di tracce di ioni ferro al posto dello ione berillio e il colore rosso del rubino è dovuto alla presenza di tracce di ioni cromo al posto dello ione alluminio. Un altro esempio è quello del silicio che viene usato nella costruzione di pannelli solari e fotovoltaici e la cui capacità di condurre elettricità può essere aumentata notevolmente aggiungendo impurezze di fosforo, arsenico e boro.

Per approfondire:
http://www.chimicare.org/curiosita/la-chimica-nella-vita-domestica/alla-ricerca-delle-sostanze-pure-nella-chimica-di-casa-1%C2%B0-parte/

La costruzione delle curve di riscaldamento e raffreddamento delle sostanze pure permette di seguire l'andamento della temperatura nel corso dei passaggi di stato. E' descritto nel link:
http://www.chimica-online.it/laboratorio/curva-fusione-solidificazione.htm