ESTUDI CIENTÍFIC DE LA MATÈRIA

PRIMERES LLEIS CIENTÍFIQUES DE LA QUÍMICA

Col·legi Sagrada Família (Gavà)

Tema 1. La teoria cineticomolecular de la matèria

Química 1r Batxillerat

Estudiarem les primeres lleis relatives a les reaccions químiques estudiades utilitzant el mètode científic.

Per aquesta raó es diu que aquestes lleis estableixen la transició entre la Alquímia i la Química.

La majoria d’aquestes lleis han estat desenvolupades al segle XVIII

Hi a lleis referents a la massa a les reaccions químiques (lleis ponderals) i lleis referents al comportament del volum en reaccions entre gasos (lleis volumètriques)

Introducció

Química 1r Batxillerat

Esquema general

Química 1r Batxillerat

Són aquelles que tenen a veure amb la massa de substància i la manera en que evoluciona a les reaccions químiques.Llei de la conservació de la massa (Lavoisier)Llei de les proporcions definides (Proust)Llei de les proporcions múltiples (Dalton)

Lleis Ponderals

Química 1r Batxillerat

La massa no pot variar en cap procés físic o químic produït a la matèria.

La massa de reactius en una reacció química ha de ser igual a la massa productes.

En general la matèria ni es crea ni es destrueix, només es transforma. Qüestions:

1. En la combustió d’una fusta, es conserva realment la massa?

2. En realitat, la massa es pot convertir en alguna altre cosa?

Llei de conservació de la MassaLavoisier

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Llei de conservació de la MassaExemple pràctic.

12 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

ÉS POSSIBLE!!! •Inicialment la massa total és 44 g•Al final la massa total és 44 g

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Llei de conservació de la MassaExemple pràctic.

10 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

ÉS IMPOSSIBLE!!! •Inicialment la massa total és 42 g•Al final la massa total és 44 g

Química 1r Batxillerat

Sempre que dos o més elements es combinen per formar un mateix compost ho fan en una proporció en massa constant.

Berthollet va dubtar d’aquesta llei ja que amb les seves experiències va constatar que: en ocasions dos elements es poden combinar

en proporcions diverses (segons quin sigui el mètode experimental utilitzat)

Qüestió:1. Què creus que passava amb aquesta aparent

contradicció?

Llei de les proporcions definidesProust

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Llei de les Proporcions definidesExemple pràctic.

12 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

La proporció en que es combinen és:

3g C = 8 g O2

12g C = 32 g O2

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Llei de les proporcions definidesExemple pràctic.

18 g 32 g

44 g6 g

INICIAL

FINAL

La proporció en que es combinen és:

12g C = 32 g O2

HAN DE SOBRAR 6 g de C !!!

Quan dos elements es combinen per formar més d’un compost, les quantitats d’un dels elements que es combinen amb una quantitat fixa de l’altre mantenen entre si una relació de nombres enters senzills.

Llei de les proporcions múltiplesDalton

(2/1; 3/1; 3/2;..)

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Llei de les proporcions múltiplesExemple pràctic.

12 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

C + O2 ―› CO

12 g 16 g

28 g

32 g O21

16 g O22=

2

1

Química 1r Batxillerat, tots iguals entre ells

Les lleis ponderals van suggerir a Dalton un comportament determinat de la matèria. Va recuperar la idea atomística de la matèria de Demòcrit i va enunciar la TEORIA ATÒMICA basada en els següents principis: Tots els elements estan formats per àtoms petitíssims, que són

partícules indivisibles i indestructibles. Tots els àtoms d’un element són iguals pel que fa a la massa i a

altres propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.

Un compost químic no elemental està format per àtoms de compost, tots iguals entre ells. Cada àtom de compost està format per àtoms de diferents elements que es combinen en una relació de nombres enters senzills.

En una reacció química, els àtoms es recombinen, i així, unes substàncies es transformen en altres.

Teoria atòmica de Dalton

Quines errades té la teoria atòmica de Dalton amb els coneixements del segle XXI?

A les reaccions químiques els àtoms no es creen ni es destrueixen, només es recombinen.

Per tant la massa total del sistema no canvia al llarg d’un procés químic.

Explicació de la llei de conservació de la massaper la Teoria Atòmica de Dalton

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Explicació de la llei de les proporcions definidesper la Teoria Atòmica de Dalton

12 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

Sempre que el carboni i l’oxigen es combinen per formar diòxid de carboni ho fan en una proporció definida i constant.

Química 1r Batxillerat

C + O2 ―› CO2

Explicació de la llei de les proporcions múltiplesper la Teoria Atòmica de Dalton

12 g 32 g

44 g

INICIAL

FINAL

C + O2 ―› CO

12 g 16 g

28 g

El carboni es combina amb l’oxigen per formar dos compostos diferents.És normal que per una mateixa quantitat de carboni les quantitats d’oxigen mantinguin una relació de nombres enters sezills.

Tènen a veure amb el volum de combinació de gasos en les mateixes condicions de pressió i temperatura.

Llei dels volums de combinació (Gay-Lussac)Llei d’Avogadro

Lleis volumètriques

En les reaccions entre gasos, els volums de les substàncies que reaccionen i els volums dels productes, mesurats en les mateixes condicions de pressió i de temperatura, mantenen una relació de nombres enters senzills.

Llei dels volums de CombinacióGay-Lussac

Química 1r Batxillerat

Cl + H ―› HCl

Llei dels volums de combinacióExemple pràctic 1.

1 L 1 L

2 L

INICIAL

FINAL

La proporció en que es combinen és:

1 L Cl2 = 1 L H2 = 2 L HCl

A més a més sembla que el volum es conserva !!!

Química 1r Batxillerat

O + H ―› HO

Llei dels volums de combinacióExemple pràctic 2.

1 L 2 L

2 L

INICIAL

FINAL

La proporció en que es combinen és:

1 L O2 = 2 L H2 = 2 L H2O

Doncs sembla que el volum no es conserva !!!

Química 1r Batxillerat

N + H ―› NH

Llei dels volums de combinacióExemple pràctic 3.

1 L 3 L

2 L

INICIAL

FINAL

La proporció en que es combinen és:

1 L N2 = 3 L H2 = 2 L NH3

DEFINITIVAMENT el volum no es conserva !!!

En iguals condicions de pressió i de temperatura, volums iguals de gasos diferents contenen el mateix nombre de partícules.

Llei d’Avogadro

Química 1r Batxillerat

Cl + H ―› HCl

Interpretació AvogadroExemple pràctic 1.

1 L 1 L

2 L

INICIAL

FINAL

Si el volum de clorur d’hidrogen és el doble que el d’hidrogen i el de clor, han de formar-se el doble de partícules. Això vol di que a la reacció, el clorur d’hidrogen ha de tenir in coeficient 2

Cl + H ―› 2 HCl

Si la molècula de clorur d’hidrogen està formada per 1 àtom d’hidrogen i 1 àtom de clor , és necessari que el clor i l’hidrogen siguin diatòmics per tal que es conservi la matèria.

Cl2 + H2 ―› 2 HCl

Química 1r Batxillerat

O2 + H2 ―› HO

Interpretació AvogadroExemple pràctic 2.

1 L 2 L

2 L

INICIAL

FINAL

Suposem de partida que els elements no metàl·lics en estat gasós formen sempre molècules diatòmiques.Com que hi ha doble volum d’hidrogen i d’aigua que d’oxigen, hi haurà el doble de partícules. Posarem un coeficient 2 al Hidrogen i a l’aigua.

O2 + 2 H2 ―› 2 HO

Finalment, per mantenir invariable la quantitat de matèria és necessari que l’aigua tingui dos àtoms d’hidrogen

O2 + 2 H2 ―› 2 H2O

Química 1r Batxillerat

N2 + H2 ―› NH

Interpretació AvogadroExemple pràctic 3.

1 L 3 L

2 L

INICIAL

FINAL

Tornem a suposar molècules diatòmiques pel nitrogen i per l’hidrogen

Com seguirà el raonament?Coeficient 3 a l’hidrogen i 2 a l'amoníac per tal de respectar la llei d’Avogadro.

N2 + 3 H2 ―› 2 NH

Finalment, l’amoníac ha de contenir 3 Hidrogens per tal de respectar la conservació de la matèria

N2 + 3 H2 ―› 2 NH3

Química 1r Batxillerat

La llei de Gay-Lussac, conjuntament amb l llei d’Avogadro, van completar la teoria atòmica de Dalton.

A més de reconèixer que els elements químics els formen àtoms, també sabem que alguns formen molècules.

Teoria atòmicomolecular

Química 1r Batxillerat

1. Tota la matèria està formada per àtoms molt petits, que són partícules indivisibles i indestructibles.

2. Tots els àtoms d’un element són exactament iguals pel que fa la massa i a la resta de propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.

3. Totes les substàncies no elementals estan formades per molècules, que provenen de la unió d’àtoms en una determinada proporció.

4. Totes les molècules d’una mateixa substància són iguals entre elles i diferents de les molècules d’altre substància.

5. Les substàncies elementals poden estar formades per àtoms aillats o per molècules diatòmiques o poliatòmiques.

6. En una reacció química, els àtoms es recombinen i, així, unes substàncies es transformen en altres diferents.

Postulats de la Teoria atomicomolecular

Química 1r Batxillerat