1

Solucionari

Quadern de Física i Química 2

2

UNITAT 1. La matèria

1. Gasos: heli, neó, argó, oxigen, nitrogen, hidrogen,…

Líquids: alcohol etílic, aigua, acetona, hexà, octà, mercuri,…

Sòlids: coure, estany, or, plata, parafina, diòxid de silici, marbre, sal comuna,…

2. Argila, plastilina, goma, molles…

3. Utilitzar diversos recipients de la mateixa capacitat però amb formes diferents, com ara ampolles, gerres, gerros, matrassos aforats i provetes d'1 litre.

4. Podem buscar diferents recipients amb tap de goma foradat. S'introdueix un tub de vidre i es connecta a una goma.

La goma es connecta amb una xeringa al més gran possible. Es tapa el recipient i ens assegurem que queda hermètic; per exemple, segellant amb silicona la zona on el tub de vidre entra al recipient i la connexió amb la xeringa, que en principi tindrà el màxim volum d'aire que hi càpiga.

Empenyem l'èmbol i veurem com el volum disminueix quan augmenta la pressió.

5. a) Els sòlids tenen forma constant.

b) Els líquids tenen volum constant.

6. La matèria està formada per partícules diferenciades i separades entre si, els àtoms.

7. En els líquids, les forces d'atracció entre les molècules són moderades; de manera que unes partícules es poden desplaçar respecte de les altres tot i romandre juntes. Això fa que no tinguin una forma variable. Com que les partícules estan bastant juntes entre si, ocupen un volum determinat que no es pot disminuir de manera apreciable perquè els fluids són pràcticament incompressibles.

8. a) Sòlid; b) líquid; c) gas.

9. En els gasos, les forces d'atracció són molt febles i, per tant, les partícules es mouen amb total llibertat; de manera que poden allunyar-se entre elles com més va més, segons ho permeti el recipient que conté el gas.

10. Tant en els gasos com en els líquids, les molècules no estan unides per forces d'atracció intenses, i això fa que no ocupin un lloc fix, sinó que es puguin anar movent les unes respecte de les altres. Com que el moviment és continu, si el recipient no és ben tancat o les molècules troben un petit forat, poden fluir per allà.

11. En els sòlids i els líquids, les molècules estan molt properes entre elles, per la qual cosa queda molt poc espai lliure. En canvi, en els gasos les molècules estan molt separades entre si perquè les seves forces d'atracció són gairebé nul·les; això fa que l'espai entre

les molècules sigui molt gran i, per tant, una massa petita de substància ocupa molt espai.

12. a) C; b) C; c) En els líquids i en els sòlids, les partícules estan juntes.

13. La fusió és el canvi des de l'estat sòlid a l'estat líquid i s'aconsegueix mitjançant un augment de la temperatura.

14. Quan la temperatura augmenta, també augmenta l'energia cinètica de les molècules; aquestes vibren més cada vegada fins que trenquen els enllaços que les mantenen en posicions fixes i comencen a moure's de manera desordenada pel líquid.

15. La solidificació és el pas de l'estat líquid a l'estat sòlid i té lloc mitjançant una disminució de la temperatura.

16. Les dues temperatures són idèntiques.

17. Evaporació: es produeix a qualsevol temperatura; te lloc a la superfície del líquid i augmenta amb la temperatura.

Ebullició: es produeix a la temperatura d'ebullició que és constant durant tot el procés; té lloc en tota la massa del líquid.

18. Temperatura de fusió: 0 ºC o 273 K.

Temperatura d'ebullició: 100 ºC o 373 K.

19. S’anomena sublimació; algunes substàncies que sublimen són el diòxid de carboni, la naftalina, i el iode.

20.

Canvi d'estat

Augment de temp..

Disminució de temp..

Fusió X

Condensació X

Vaporització X

Sublimació X

Solidificació X

21. No, simplement es trenquen els enllaços entre les molècules, però no els enllaços que les formen. Algunes propietats canvien, com, per exemple, la densitat.

22. El vapor d'aigua es refreda bruscament en contacte amb la superfície del mirall, fet que en provoca la condensació.

23. a) C

b) La temperatura de fusió d'una substància no depèn de la quantitat de massa de la substància.

c) Quan un líquid es refreda, la mobilitat de les seves molècules disminueix i el líquid arriba a convertir-se en sòlid.

d) L'ebullició d'un líquid només té lloc a una temperatura determinada per a una pressió concreta.

3

24. L’aigua dels tolls s’evapora lentament sigui quina sigui la temperatura. En la superficíe del líquid, algunes molècules absorbeixen

l’energia cinètica suficient de la calor ambiental com per a passar a vapor.

25. Condensació o liquació; s'aconsegueix refredant el gas per sota de la temperatura d'ebullició.

26. Matèria ! formada per: matèria heterogènia

matèria homogènia ! que pot ser: barreja

substàncies pures ! que poden ser: elements

compostos

27. Mescles heterogènies:

Dissolucions: aire, vinagre, aigua del mar.

Compostos: butà, gel.

Elements: plata, oxigen.

28. Una mescla, sigui homogènia o heterogènia, és de composició variable, mentre que una substància pura és de composició fixa. Les mescles poden separar-se per mètodes físics; no obstant això, una substància pura, si és un compost, únicament es pot separar en els seus elements si utilitzem reaccions químiques.

29. En les mescles heterogènies es distingeixen diferents parts, i les seves propietats varien d'un punt a un altre. En les mescles homogènies no es distingeixen diferents parts, i les seves propietats són les mateixes a tots els punts.

30. El compost pot descompondre's en substàncies més simples mitjançant una reacció química, però l'element no.

Tots dos són substàncies pures.

Exemples de compostos: aigua, clorur de sodi, carbonat de calci,…

31. a) La filtració i la decantació permeten separar els components de les mescles heterogènies.

b) La filtració serveix per separar les partícules d'un sòlid de les d'un líquid aprofitant la seva diferència de grandària.

c) La decantació es realitza per separar dos líquids o un líquid i un sòlid basant-se en la seva diferència de densitat.

32.

33. Imatge 1. Per separar dos líquids immiscibles

de diferent densitat utilitzem un embut de decantació. Per subjectar l’embut farem servir un suport amb una pinça. Quan l'embut està ben subjecte introduïm la

mescla, assegurant-nos prèviament que hem tancat la clau de pas. Deixem que reposi i observem com els líquids se separen; el més dens a baix. Obrim la clau de pas, deixem sortir el líquid més dens i el recollim en un vas de precipitats. Quan la línia que els separa (la interfase) arriba a la clau, tanquem.

Imatge 2. Quan tenim una mescla d’un sòlid i un líquid, la deixem reposar dins el vas de precipitats. A poc a poc, per gravetat, el sòlid s'anirà dipositant al fons del vas. Quan estigui completament separat, decantem el líquid i el recollim en un altre vas de precipitats.

34. a) La destil·lació i la cristal·lització serveixen per separar els components de les solucions.

b) La destil·lació permet separar dos líquids d'una solució basant-se en la seva diferent temperatura d'ebullició.

c) La cristal·lització es realitza per separar un sòlid d’un líquid, i es basa en què el líquid s'evapora abans.

d) Podem separar els components de la gasolina mitjançant la destil·lació.

35.

36. a) Decantació.

b) Destil·lació.

c) Cristal·lització.

d) En primer lloc, la decantació i, després, la destil·lació.

37. Resposta oberta: l'osmosi inversa consisteix a fer passar l'aigua per una membrana per la qual tan sols hi pot passar aigua, però no les sals que hi ha dissoltes.

38. a) En les mescles heterogènies observarem, a simple vista o amb el microscopi òptic, els diferents compostos. En les mescles homogènies no podrem distingir cap dels compostos que les formen.

4

b) En les mescles homogènies, les propietats són les mateixes per a tota la mescla, mentre que en les mescles heterogènies, les propietats poden variar d'un punt a un altre.

39. a) Sal en l’aigua, sucre en l’aigua…

b) Alcohol en l’aigua, vinagre…

c) Diòxid de carboni en l’aigua (aigua carbonatada), oxigen en l’aigua…

40. a) El component que es troba en major proporció en una solució és el dissolvent. El que hi trobem en una proporció inferior, el solut.

b) Les solucions que es fan servir més al laboratori són les que contenen un sòlid en un líquid.

41. Quan s’agrega el sòlid al líquid, les molècules d'aquest van envoltant les del sòlid en un procés que s’anomena solvatació. A mesura que es va agregant sòlid, la dissolució es va saturant fins que ja no admet més solut; a partir d’aquest moment, tot el sòlid que hi agreguem precipita directament sense arribar a dissoldre's.

42. En 100 g d'aigua a 20 ºC podem dissoldre 23,8 g de clorur de potassi.

43. Per tant, no podem dissoldre 80 g perquè aquesta quantitat és superior als 71,4 g que es necessiten per preparar una solució saturada amb 300 g d'aigua.

Sobraran: 80 g – 71,4 g = 8,6 g.

44. Calculem la quantitat que es dissoldria

350gH2O !

36gNaCl

100gH2O

= 126g

La diferència serà: 130 g- 126 g = 4 g.

45. a) C

b) C

c) C

d) C

46. En una ampolla d'aigua amb gas, podem observar que mentre és buida, les parets del recipient es mantenen rígides al tacte. No

obstant això, si destapem l'ampolla, la pressió disminueix i això provoca que una part del gas dissolt torni sobtadament a l'atmosfera. Aquest fenomen es pot observar fàcilment a través de les bombolles que es produeixen quan obrim l'envàs.

Si realitzem l'experiment anterior amb una ampolla freda i una altra de més calenta, observarem que el gas s’escapa més de pressa si obrim l'ampolla que està a una temperatura més alta.

47. A 25 ºC la solubilitat és de 25 g de solut per cada 100 g de dissolvent.

48. a) 18 g / 100 g d'aigua.

b) En calent.

c) No es dissoldran: 30 g – 18 g = 12 g de solut.

d) Es podrà dissoldre tot, i encara no tindrem una solució saturada.

49. Físics: a i c.

Químics: b i d.

50. Els processos químics són les reaccions químiques en les quals una o diverses substàncies es transformen en altres diferents de les inicials.

51. El compost pot descompondre's en altres substàncies més simples mitjançant un procés químic.

52. a) C

b) C

c) C

d) La cristal·lització és un procés físic.

53. No.

Oxigen, silici, alumini, ferro i calci.

54. En la major part, existeixen combinats formant compost.

Lliures a la naturalesa hi podem trobar: oxigen, nitrogen, or,…

Elements que solen aparèixer combinats: carboni, silici, sodi,…

55. És una mescla d'elements i compostos. La formen principalment el nitrogen i l'oxigen; tot i que també hi ha, però en menys quantitat, gasos com ara el diòxid de carboni, el metà…

56. Carboni, hidrogen, oxigen i nitrogen.

57. Aigua, sals minerals, glúcids, lípids, proteïnes, aminoàcids i àcids nucleics.

Els éssers vius els utilitzen per sintetitzar els compostos que necessiten per al seu desenvolupament i com a font d'energia.

58. a) Partícules diminutes i indivisibles.

b) Cada element té un tipus característic d'àtoms amb propietats diferents a les dels àtoms d'altres elements.

c) Per la unió d'àtoms de diferents elements.

59. Agrupacions d'un nombre relativament petit d'àtoms units per un enllaç químic.

60. Quan el compost diòxid de sofre reacciona amb l'element oxigen, els àtoms d'oxigen es combinen amb el compost formant-ne un de nou, anomenat triòxid de sofre, que té un nombre diferent d'àtoms que l'anterior.

61. a) Químic i físic que va néixer a Gran Bretanya l’any 1766 i va morir el 1864. D'origen humil, a l'escola del barri el seu mestre li va proporcionar una bona base. Amb 12 anys ja va obrir la seva pròpia escola al seu poble natal. A l'edat de 26 anys va descobrir que no podia distingir els colors i va escriure el seu

5

primer article científic important sobre el daltonisme.

b) 1793: Meteorological Observations and Essays, en el qual defensava que l'aire era una barreja de gasos.

1802: llei de les pressions parcials.

L’any 1803 va establir la teoria atòmica i la llei de les proporcions múltiples.

62. Fòsfor: P; liti: Li; criptó: Kr; bari: Ba; carboni: C; hidrogen: H; oxigen: O; coure: Cu; germani: Ge; zinc: Zn.

63. Hg: mercuri; Sc: escandi; Tu: titani; W: tungstè; Au: or; Pd: pal·ladi; Ir: iridi; Bi: bismut; Co: cobalt; Ne: neó.

64.

Nom Símbol Nom Símb.

Estronci Sr Sofre S

Vanadi V Magnesi Mg

Plom Pb Rodi Rh

Crom Cr Argó Ar

Estany Sn Seleni Es

Tàntal Ta Cesi Cs

Iode I Cadmi Cd

Ferro Fe Manganès Mn

Arsènic As Platí Pt

Antimoni Sb Fluor F

UNITAT 2. Àtoms i molècules.

65. Avui dia sabem que els àtoms es poden dividir i que estan formats per partícules més petites (subatòmiques): el protó, el neutró i l’electró.

66. L'electró va ser la primera partícula descoberta per Thomson el 1897. La seva càrrega és de -1,6 · 10-19 C i la seva massa de 9,1 · 10-31 kg.

Un model atòmic és una representació de l'àtom: les partícules que el formen i com aquestes partícules se situen.

67. Segons Thomson, l'àtom és massís i manté la seva neutralitat degut a que té tants electrons com càrrega positiva. Aquests electrons estan incrustats en l'àtom sense cap possibilitat de moviment. Quan un cos és sotmès a una diferència de potencial, els electrons són arrencats de l'àtom produint d’aquesta manera la seva electrificació.

68. Segons Rutherford, l'àtom és buit. La massa es concentra al nucli, mentre que les càrregues negatives (electrons) se situen al voltant del nucli girant en òrbites circulars.

69. Bohr afirma que l'electró únicament pot girar al voltant del nucli en unes òrbites concretes; per tant, aquestes òrbites no poden tenir un radi qualsevol. El valor de l'energia de

l'electró està relacionat amb el radi de l'òrbita i, per això, tampoc pot tenir qualsevol valor. La qual cosa significa que l'energia està quantificada; és a dir, que pren valors discrets i no continus. En cada òrbita tan sols hi pot haver un nombre determinat d'electrons.

70. Els electrons tenen càrrega negativa. Els protons tenen càrrega positiva d'igual valor absolut de la dels electrons, però la seva massa és molt més gran. Els neutrons no tenen càrrega i la seva massa és similar a la dels protons.

La part central de l'àtom s’anomena nucli. La seva grandària és molt superior a la de l'àtom i és on es troben els protons i els neutrons.

Per això, la càrrega positiva i gairebé la totalitat de la massa de l'àtom es troben al nucli, per la qual cosa diem que l'àtom és buit.

L'escorça és la part exterior de l'àtom, i conté els electrons.

Els electrons no descriuen òrbites definides, sinó que ocupen orbitals que pertanyen a diferents nivells energètics.

L'energia dels electrons no pot tenir un valor qualsevol, sinó que presenta uns valors concrets. Diem que l'energia està quantificada.

71. El nombre atòmic és el nombre de protons d'un àtom. El nombre màssic és el nombre de protons més el de neutrons d'un àtom.

72. Tots els àtoms d'un element químic tenen el mateix nombre atòmic. És a dir, tenen al seu nucli la mateixa quantitat de protons, encara que el seu nombre de neutrons pugui variar.

73. a) C

b) El nombre màssic és la suma dels protons i els neutrons d'un àtom.

c) Tots els àtoms d'un element tenen el mateix nombre de protons.

d) Tots els àtoms d'un element tenen el mateix nombre atòmic.

e) El Sistema Periòdic actual classifica els elements químics seguint l'ordre creixent del seu nombre atòmic.

74. Els elements s'ordenen pel seu nombre atòmic (o nombre de protons).

Posseeixen una única massa atòmica: I, As, Co, Mn, Sc, P, Al, Na, F, Be.

El silici té 3 isòtops.

Isòtop Nombre atòmic

Nombre màssic

2814Si 14 28

2914Si 14 29

3014Si 14 30