1
Unitat 6: Conceptes bàsics de química
9.1. Canvis químics i canvis físics
Les substàncies experimenten canvis, que poden ser:
Físics. Quan les substàncies no canvien; és a dir, quan continuen sent les mateixes, i tenen, per tant, les mateixes propietats característiques.
Un exemple de canvi físic és el pas de gel a aigua líquida ja que la substància no ha canviat i es pot tornar a tenir a partir de l’aigua líquida obtinguda.
Químics. Quan les substàncies canvien; és a dir, quan les substàncies que s’hi formen són diferents de les que hi ha abans que tingués lloc el canvi (i tenen, per tant, propietats característiques diferents). Els canvis químics s’anomenen també reaccions químiques.
9.2. Elements i compostos
La matèria que només conté un tipus de substància s’anomena substància pura. Les substàncies pures poden ser elements o compostos.
Els elements són substàncies pures que no es poden descompondre per cap procediment en altres de més senzilles. Alguns exemples són:l’oxigen, el mercuri, el ferro, etc.
Els compostos són substàncies pures que es poden descompondre en altres substàncies pures més simples mitjançant reaccions químiques, però no amb canvis físics. Alguns exemples són: el butà, l’aigua, la sal de cuina o la glucosa.
9.3. Reaccions químiques i equacions químiques
En una reacció química, les substàncies inicials, que es transformen, s’anomenen reactius, i les substàncies finals, que es formen, s’anomenen, productes. Les equacions químiques són les expressions que serveixen que representar les reaccions químiques.
2 Les fórmules dels reactius s’escriuen a l’esquerra, i els productes a la dreta, separats els dos per una fletxa que indica el sentit de la reacció.
A cada costat de la reacció, és a dir, a l’esquerra i a la dreta de la fletxa, deuen existir el mateix nombre d’àtoms de cada element.
Quan una equació química compleix amb aquesta segona regla, es diu que esta igualada o equilibrada. Per equilibrar reaccions químiques, es posen davant de les fórmules uns nombres anomenats coeficients que indiquen el nombre relatiu d’àtoms i molècules de substàncies que intervenen en la reacció.
Si es vol o necessita indicar l’estat de les substàncies que intervenen o si es troben en dissolució, es poden afegir els següents símbols darrere de la fórmula química corresponent:
(s)= sòlid
(metall)= element metàl·lic
(l)= líquid
(g)=gas
(aq)= dissolució aquosa (en aigua)
►Exemple de la igualació d’una equació química:
Reacció d’oxidació del pentà:
C5H12 (l) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (l)
En el primer membre d’aquesta equació tenim 5 àtoms de carboni, mentre que en el segon membre sols en tenim 1. Així mateix, tenim 12 àtoms d’hidrogen a l’esquerra, i sols 2 a la dreta. Diem que aquesta equació no esta ajustada.
3
Observa con s’iguala aquesta equació química:
C5H12 (l) + 8 O2 (g) → 5 CO2 (g) + 6 H2O(l)
1. Igualem el nombre d’àtoms de carboni. Com a l’esquerra de la reacció hi ha 5 àtoms, i a la dreta hi ha 1, multipliquem per 5 a la dreta ( davant del CO2).
2. Igualem el nombre d’àtoms d’hidrogen. Com a la esquerra de la reacció hi ha 12 àtoms, i a la dreta hi ha 2, multipliquem per 6 a la dreta (davant del H2O).
3. Com has vist, es poden modificar els coeficients de cada compost, però mai els subíndexs.
Per a ajustar una equació primer es localitzen els àtoms que apareixen només una vegada en els reactius i una vegada en els productes (en aquest cas, el carboni i el hidrogen). L’ igualació dels elements que apareixen lliures, com la molècula d’oxigen (O2), es deixa per al final.
9.4 Característiques de les reaccions químiques
La o les substàncies noves que es formen solen presentar un aspecte totalment diferent del que tenien les substàncies de partida.
Totes les reaccions químiques van acompanyades d’un despreniment o d’una absorció d’energia.
→ Reaccions exotèrmiques: Hi ha un despreniment d’energia en forma
de calor.
→Reacció endotèrmica: Hi ha un despreniment d’energia en forma de calor.
4 Es compleix la llei de conservació de la massa o Llei de Lavoissier: la suma de les masses dels reactius és igual a la suma de les masses dels productes. Això és així per que durant la reacció els àtoms ni apareixen ni desapareixen, només es reordenen.
9.5. Càlcul de la massa molar de un compost
La massa molecular és la suma de les masses atòmiques (en ‘uma’ unitat de massa atòmica) en una molècula.
Per calcular-la hem de saber les masses atòmiques de cadascun dels elements que intervenen en el compost.
Començarem per un dels costats de la fórmula, per exemple
l’esquerre.
Multiplicarem el subíndex de l’element (quan no existeix s’assumeix
que es 1) per la massa atòmica del mateix.
Sumarem els resultats de totes les multiplicacions i d’aquesta forma
tindrem la massa molecular expressada en unitats de massa atòmica (‘uma’).
5
9.6. Composició percentual a partir de la fórmula
El percentatge en pes de cadascun dels elements en un compost sempre deu ser el mateix, independentment de la quantitat de compost que hi hagi. Calculem el percentatge en pes dels elements que hi ha en el SO3 (Ms= 32
uma; Mo= 16 uma).
1. Calculem la massa molecular del compost:
MSO3 = Ms · 1 + Mo· 3= 32·1 + 16 · 3 = 32 + 48= 80 uma
2. Calculem el nombre d’unitats de massa atòmica del primer element de la fórmula (massa atòmica multiplicada pel nombre d’àtoms que hi ha en l’element en la fórmula. Aquest nombre el dividim per la massa molecular ( massa de tot el compost en unitats de massa atòmica) i el resulatat es multiplica per cent. Fixa’t que el quocient deu ser
inferior al total ( hi ha altres elements) Al multiplicar un quocient inferior a la unitat per cent el resultat serà inferior a cent.
On ns és el nombre d’àtoms de S (sofre) que hi ha en el compost.
3. Repetim el procés amb cadascun dels altres elements.
On n0 és el nombre d’àtoms de O (oxigen) que hi ha en el compost.
Exercicis
1. Ajusta les següents reaccions químiques:
a) Na2SO4 + BaCl2 → Na Cl + BaSO4
b) FeS + O2 → Fe2O3 + SO2
c) Al + H2SO4 → Al2(SO4)3 + H2
d) Al + HCl → AlCl3 + H2
e) N2 + H2 → NH3
f) Na + H2O → NaOH + H2
g) H2S + O2 → SO2 + H2O
h) C5H12 + O2 → CO2 + H2O
i) (NH4)2SO4 + NaOH → Na2SO4 + NH3 +
H2O
6
k) Na2CO3 + HCl → NaCl + CO2 + H2O
l) H2 + O2 → H2O
m) H2SO4 + Al → Al2(SO4)3 + H2 (g)
n) NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + HCl
o) Ca CO3 + HCl → CaCl2 + CO2 +H2O
p) NO + O2 → NO2
q) N2 + H2 → NH3
r) NO2 + H2O → HNO3 + NO
s) CH4 + O2 → CO2 + H2O
t) H2SO4 + NaOH → NaSO4 + H2O
u) HI → H2 + I2
v) SO2 + O2 → SO3
w) Al + O2 → Al2O3
x) Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
y) C + O2 → CO2
2. Calcula les masses molars dels següents compostos:
a) Al2(SO4)3
b) NaOH c) H2O d) NH3 e) CO2 f) CO g) SO2 h) SO3 i) NO2 j) FeO k) Fe2O3
l) HCl
m) HNO3
n) H2SO4 o) NaOH p) KOH q) Al(OH)3
r) NaCl s) CaCl2 t) CaCO3 u) CuSO4 v) KNO3
