Reacions químiques

1

Reaccions químiques

1. Reaccions químiques:

2. Teoria de les reaccions químiques

2.1 Teoria de col·lisions

2.2 Teoria de l’estat de transició

3. Equacions químiques

4. Càlculs estequiomètrics

4.1 reactiu limitant i en excés

4.2 rendiment de la reacció

5. Tipus de reaccions

2

1.Reacció química:

Una reacció química és la transformació, mitjançant una reordenació dels enllaços, de reactius en productes.

En una reacció química:

-es rompen els enllaços dels reactius (generalment implica un aport d’energia)

- es reordenen els àtoms

-es formen nous enllaços per donar els prodctes (generlament implica l’alliberament d’energia)

3

En aquest cas, veiem com l’enllaç en la molècula de clor i la molècula d’hidrògen es trenca (ambdòs són els reactius) i es forma un enllaç entre clor i hidrògen ( producte)

4

2. Teoria de les reaccions químiques:

Per tal que es produeixi una reacció química és necessari que el xoc entre les molècules sigui eficaç, per això és necessari que:

1. Les molècules reaccionants tenguin suficient energia ( cinètica)2. Les molècules col·lisionin amb la orinetació adequada.

2.1 Teoria de col·lisions

5

2.2 Teoria de l’estat de transició:

Aquesta teoria admet que la reacció té lloc mitjançant unpas previ de formació d’un complex molecular, en el qual es comencen a rompre els enllaços dels reactius i s’inicia la f o r m a c i ó d e l s e n l l a ç o s d e l s productes. Aquest estat és l’estat de transició i l’agregat molecular el complex activat

6

3. Equacions químiques:

Una equació química representa una reacció química. En aquesta apareixen els reactius i els productes, amb els respectius coeficients estequiomètrics i l’estat en que estroben entre parèntesi.

2 Mg(s) + O2(g) → 2 MgO(s)

- El símbol més (+) s’empra per separar reactius i productes i s’interpreta com “i”.

-Reactius i productes es separen mitjançant una fletxa que indica el procés químic. lLa fletxa significa “reacciona/en per donar”.

7

En una reacció química, sempre s’ha de complir al llei de Lavoisier (llei de Conservació de la massa), segons la qual, el nombre d’àtoms de cada element ha de romandre constant.

Per això, utilitzem els coeficients estequiomètrics (nombres que es col·loquen davant dels compostos o elements que intervenen en la reacció).

H2(g) + O2(g) → H2O(g)

Exemple:

Mai s’han de modificar els subíndexs que indiquen la composició química d’un reactiu o producte

L’ajust de l’equació es pot fer per:-tampteig-sistema d’equacions

8

Mg# CO2# MgO# C#8# 4# 8# 4#+#+

Mg# CO2# MgO# C#24# 12# 24# 12#+#+

La reacció es pot ajustar de vàries maneres, però fixau-vos que un cas és el “triple” de l’altre. Es preferible escriure la reacció ajustada amb la relació més senzilla

9

Interpretació de l’equació química:

Nivell microscòpic

2 molècules d’hidrogen

1 molècula d’oxigen

2 molècules d’aigua

nivell macroscòpic

2 mols d’hidrogen

1 mol d’oxigen 2 mols daigua

massa 4 grams d’hidrogen

32 grams d’oxigen 36 grams d’aigua

Es compleix la llei de conservació de la

massa

10

11

4. Càlculs estequiomètrics:Estequio=element

metria=mesura

L’estequiometria es la part de la química que s’ocupa d’establir relacions ponderals en les transformacions químiques.

És una eina bàsica per determinar per exemple el calci present en una mostra d’aigua, colesterol en la sang, òxids de nitrògen en l’atmosfera...

Quan disposem de l’equació química ajustada, podem realitzar càlculs que relacionen les quantitats (mols,grams,litres ) de reactius entre si, productes entre si o de reactius i productes. Aquests càlculs poden ser de:-massa-massa-massa-volum-volum-volum

12

Exemple càlcul massa-massa:

Es fan reaccionar 10 g d’hidrogen gas amb la quantitat necessària d’oxigen molecular per tal de sintetitzar aigua. Calculeu estequiomètricament:a) la quantitat d’oxigen necessària,b) la quantitat d’aigua obtinguda.Dades: M (H) = 1; M (O) = 16

1. Ajustar l’equació

2. Realitzar els càlculs a pratir de la relació estequiomètrica:

13

Exemple càlcul massa-massa:Quina quantitat de nitrit d’amoni caldrà descompondre, escalfant, per tal d’obtenir 5,0dm3 de nitrogen, mesurat en condicions normals de pressió i temperatura?I si es varien les condicions a 20 ºC i 750 mmHg de pressió?Dades: M (H) = 1; M (O) = 16; M (N) = 14, R = 0,082 atm·l·K-1·mol-1

14

4.1 Reactiu limitant i en excés

Generalment, les reaccions finalitzen en acabar-se almenys un dels reactius.- Exceptuant algunes reaccions (reversibles) que s’estudiaran més endavant.

Per exemple, en la reacció de combustió de la gasolina d’un cotxe:

la reacció s’acaba quan ja no queda gasolina, ja que l’oxigen està en abundància en l’atmosfera i no limita cap reacció de combustió si es realitza a l’aire lliure.

15

Així doncs, quan les reaccions químiques tenen més d’un reactiu, la substància reaccionant que s’acaba primer és el reactiu limitant perquè determina la fi de la reacció. L’altra o les altres substàncies reaccionants, que no s’esgoten en el transcurs de la reacció, són els reactius en excés.El mètode general utilitzat per resoldre els exercicis teòrics o pràctics és igual al que s’ha fet servir fins ara. Únicament caldrà tenir en compte, en l’inici dels càlculs estequiomètrics, quina és la substància que s’exhaureix abans –reactiu limitant–.

16

Es fan reaccionar 100 g d’hidròxid de sodi amb 150 g d’àcid clorhídric.Calculeu la quantitat de clorur de sodi que s’obté.Dades: M (H) = 1; M (O) = 16; M (Na) = 23; M (Cl) = 35,5

Exemple

17

4.1 Rendiment d’una reaccióQuan es planeja una experimentació en un laboratori o en una indústria es realitzen, en primer lloc, uns càlculs teòrics respecte a la quantitat de producte que s’espera produir o respecte a la quantitat de reactiu que es preveu necessitar; tot seguit, es passa a l’experimentació pròpiament dita.

Difícilment la pràctica coincideix amb la teoria i el que succeeix habitualment és que s’obté menys producte o es necessita més reactiu del que s’havia previst inicialment en les càlculs teòrics. Això és degut al fet que no existeix una conversió total dels reactius en els productes desitjats. Els motius més importants d’aquesta transformació parcial són:

-que es produeixen reaccions secundàries per donar altres productes no desitjats,-que hi hagi impureses als reactius,-que la reacció sigui d’equilibri,-que es donin pèrdues en el procés de separació del producte de la mescla de lareacció.

18

L’eficiència d’una reacció química es mesura calculant el seu rendiment,, que es pot definir com:

on: la massa real és la que s’obté al final de l’experimentació,la massa teòrica és la que surt d’aplicar els càlculs estequiomètrics a la reacció,

El N2O, anomenat gas hilarant, causa histèria i inconsciència quan s’inhala. S’utilitza, en algunes ocasions, per anestèsies de curta durada. Aquest gas s’obté a partir de la reacció de descomposició:NH4NO3 →2H2O+N2OCalculeu la massa d’òxid de dinitrogen produïda a partir de 10 g de nitratd’amoni si el rendiment màssic de la reacció és del 98 %.

Exemple:

19

→ Normalment la puresa del reactiu queda reflectida en l’etiqueta del compost en forma de tant per cent en pes. Per exemple, carbur de calci 75 %.

Un altre cas es troba en les menes, que són minerals que s’utilitzen com a primera matèria per tal d’extreure’n algun metall.→ Per exemple, la galena és una mena del plom on el mineral que s’usa és el sulfur de plom (II), PbS, d’una puresa aproximada del 80 %. Altres exemples són la pirita (mena del ferro) i la bauxita (mena de l’alumini).

Els problemes en què els reactius no són purs no tenen més complicació que la de tenir cura de convertir la quantitat inicial impura en pura, perquè l’única part que reacciona és aquesta. Això es realitza aplicant el tant per cent en pes en el corresponent factor de conversió.

La majoria dels reactius comercials no són purs, és a dir, no són del 100 % en el compost. Les anomenades impureses, productes barrejats amb la substància principal, són presents habitualment en aquests reactius i cal tenir-les en compte a l’hora de planificar un exercici o una pràctica de laboratori.

20

L’acetilè (etí) és un gas que s’obté deixant gotejar aigua sobre carbur de calci (CaC2). Quin volum d’acetilè, a 740 mmHg i 30 oC, s’ha obtingut en reaccionar amb aigua mig quilo de carbur de calci de puresa del 90 %?

Exemple:

21