Fonaments de la Química PDF

Tema 1 Fonaments de la Química 1 |La matèria La matèria és tot allò que té massa i ocupa un volum. La massa (m) és la quantitat de matèria continguda en un cos. S’expressa en kg en el SI. El volum (V) és l’espai que ocupa la matèria. S’expressa en m3 en el SI (També habitual...

Tema 1 Fonaments de la Química 1 |La matèria La matèria és tot allò que té massa i ocupa un volum. La massa (m) és la quantitat de matèria continguda en un cos. S’expressa en kg en el SI. El volum (V) és l’espai que ocupa la matèria. S’expressa en m3 en el SI (També habitual el litre (L). 1L=1dm3) La densitat (d, ρ) és la mesura de la massa d’una substància en relació amb el volum que ocupa: S’expressa en kg/m3 en el SI, també s’usa g/cm3 o g/L Teoria cineticomolecular Propietats dels estats d’agregació Canvis d’estat Són reversibles El pas de S → L → G es fa absorbint calor, en canvi de G → L → S es fa desprenent calor. A una pressió determinada, la temperatura de canvi d’estat d’una substància pura es manté constant durant el procés, i és una propietat característica de la substància Activitats 1-4 pàg 7; 18-19 pàg 20 2 |Canvis físics i químics El gel es fon i es transforma en aigua líquida. Dobleguem una barra d’acer Cremem llenya en una foguera Descomponem l’aigua (H2O) en hidrogen (H2) i oxigen (O2) Activitat 20 pàg 20  Classificació de la matèria Composició definida i invariable Formades per 2 o més substàncies pures, Propietats característiques sense composició definida. Propietats variables 3 | Lleis químiques : Lleis Ponderals i Volumètriques Lleis ponderals: - Llei de Lavoisier - Llei de Proust - Llei de Dalton Teoria atòmica de Dalton Llei volumètrica de les reaccions químiques Teoria d’Avogadro Lleis ponderals de les reaccions químiques Llei de la conservació de la massa o llei de Lavoisier “En tota reacció química, la massa total de les substàncies que reaccionen és igual a la massa total de les que s’han obtingut.” Exemple:  Llei de les proporcions definides o llei de Proust “ Quan dos o més elements es combinen per formar un compost determinat, sempre ho fan en una relació de masses constant” “Un compost determinat té sempre la mateixa composició, independentment del seu origen o manera de preparació.” Exemples: Composició centesimal: Llei de les proporcions múltiples o llei de Dalton “Quan dos elements es combinen entre sí per formar més d’un compost, les masses d’un element que es combinen amb una massa fixa de l’altre guarden entre elles una relació de nombres enters senzills.” Exemple: CO C+O 12g + 16g Exemple resolt pàg 11 CO2 Activitats 5-7 pàg 11; 21-22 pàg 20 12g + 32g Teoria atòmica de Dalton Molècula: Unió de dos o més àtoms. Primer intent raonable de representació dels àtoms, es deu a John Dalton. Llei volumètrica de les reaccions químiques Llei dels volums de combinació o llei de Gay-Lussac “Els volums dels gasos que intervenen en una reacció química, mesurats en les mateixes condicions de pressió i de temperatura, estan en una relació de nombres enters senzills.” Els volums d’hidrogen, oxigen i vapor d’aigua estan en relació 2:1:2. Experimentalment es comprova que en la formació de clorur d’hidrogen a partir dels seus elements es dóna la relació següent: Però segons Dalton... ?! 4|Elements i compostos Principi d’Avogadro A. Avogadro (1776-1856) va ser professor de física a la Proposa que en les reaccions universitat de Torí. La seva teoria atomicomolecular gasoses hi intervenen molècules, segueix vigent, però ell no la tant si es tracta d’elements com va arribar a veure reconeguda. de compostos. “Volums iguals de gasos, mesurats en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de molècules.” Àtoms Un àtom és constituït per un nucli, que ocupa la part central de l’àtom, format per protons i neutrons i per un embolcall d’electrons en moviment. Estructura bàsica de l’àtom. El nombre de protons i d’electrons d’un àtom és el mateix, de manera que l’àtom és elèctricament neutre. Càrrega elèctrica Massa Protons (p) 1,6 x 10-19 C 1,672 x 10-27 Kg Neutrons (n) 0 1,674 x 10-27 Kg Electrons (e-) -1,6 x 10-19 C 9,11 x 10-31 Kg Elements químics Element químic: Substància pura que no es pot descompondre en d’altres de més senzilles perquè està formada per àtoms del mateix tipus, és a dir, tots els seus àtoms tenen el mateix nombre de protons al nucli. Nombre atòmic (Z) : Nombre de protons que posseeix el nucli d’un àtom. Nombre màssic (A) : Nombre de protons més el de neutrons del nucli d’un àtom. Isòtops: Àtoms d’un mateix element que tenen diferent nombre màssic, és a dir, tenen diferent nombre de neutrons. Activitats: 8 pàg 15; 23-25 pàg 20 5 |Massa atòmica i massa molecular Unitat de massa atòmica Per conveni, les masses dels àtoms es comparen amb la massa d’un àtom, l’àtom patró: el carboni -12 Es defineix la unitat de massa atòmica (u) com la dotzena part de la massa d’un àtom de carboni-12. La majoria d’elements estan formats per més d’un isòtop i cada isòtop té una massa isotòpica diferent. Massa isotòpica: Quocient entre la massa d’un àtom d’un isòtop determinat i la dotzena part de la massa d’un àtom de carboni-12. L’element coure, de nombre atòmic 29, està format per la mescla de dos isòtops. Per determinar la massa atòmica d’un element, s’ha de tenir en compte l’abundància natural de cada isòtop i calcular-ne una massa mitjana ponderada: Es defineix la massa atòmica relativa d’un element (Ar) com el quocient entre la massa mitjana d’un àtom de l’element i la dotzena part de la massa d’un àtom de carboni-12. (És un dels valors que podem trobar a la taula periòdica)  Nombre atòmic = = massa atòmica nombre de protons relativa de l’element Massa molecular relativa (Mr) És la suma de les masses atòmiques relatives dels àtoms que el formen. Exemple: la massa molecular del metà, CH4, serà igual a la suma d’una vegada la massa atòmica relativa del carboni i quatre vegades la massa atòmica relativa de l’hidrogen: Mr (CH4)= 1· 12,00 + 4 · 1, 00 = 16. Activitats: 9-10 pàg 15; 26-35 pàg 20 6 |Mol i massa molar El mol és una de les 7 unitats bàsiques del SI, és la unitat de quantitat de substància (n). 1 mol = 602.200.000.000.000.000.000.000 partícules = 6,02 x 1023 partícules (àtoms, molècules) Constant d’Avogadro (NA) 1 mol = 6,02 × 1023 partícules I per què un mol conté un nombre tan estrany com 6,02 x 1023 partícules ?? Doncs perquè en 12 g de carboni-12 hi ha justament 6,02 x 1023 àtoms de carboni-12 El mol és la quantitat de substància d’un sistema que conté tantes entitats elementals com àtoms hi ha en 12 g de carboni-12. Massa molar (M): Massa d’un mol d’àtoms, de molècules, d'ions, etc. expressada en grams Un mol d’àtoms de magnesi té una massa de 24,3 g i conté 6,02 × 1023 àtoms. Un mol d’àtoms d’estany té una massa de 118,7 g i conté 6,02 × 1023 àtoms. Per realitzar càlculs químics: a) Pas de nombre de mols a nombre d’àtoms o molècules (o viceversa): Si tenim 1,204 · 1024 molècules de CO2, quants mols són? b) Pas de mols a massa (o viceversa): c) Pas de massa a nombre d’àtoms o molècules (o viceversa): Quina massa tenen 3,01·1024 molècules de glucosa ( C6H12O6) ? M (C6H12O6 )= 6·12 + 12·1 + 6·16 = 180 g/mol Quants àtoms hi ha en 1 g d’aigua ? M (H2O )= 2·1 + 1·16 = 18 g/mol Exemple resolt pàg 17 i Activitats: 11-16 pàg 17; 35-60 pàg 20-21