1. 1. LES REACCIONSLES REACCIONS QUMIQUESQUMIQUES
2. 2. NDEX DE LA UNITAT DIDCTICANDEX DE LA UNITAT DIDCTICA
3. 3. CANVI FSIC/ CANVI QUMICCANVI FSIC/ CANVI QUMIC Els canvis fsics sn transformacions que no alteren la naturalesa de les substncies. s a dir, no produeixen substncies diferents de les inicials. Aix, els fenmens mecnics, elctrics, magntics, etc., sn fenmens fsics Els canvis qumics impliquen una modificaci o transformaci de la matria. Les substncies inicials i finals sn totalment diferents, encara que els toms que formaven les substncies inicials sn els mateixos que els que trobem al final de la reacci, s'han reagrupat de manera diferent.
4. 4. LA REACCI QUMICALA REACCI QUMICA Els canvis qumics sn transformacions que alteren la naturalesa qumica de les substncies i fan que apareguin substncies diferents de les inicials. Els canvis qumics sn el resultat d'un procs anomenat reacci qumica. En tota reacci qumica les substncies inicials que es transformen sanomenen reactius i les substncies noves que apareixen a causa de la transformaci sanomenen productes. En ser els reactius i els productes substncies diferents tenen propietats diferents: color, olor, sabor, densitat, viscositat, punt de fusi, etc.
5. 5. LA REACCI QUMICALA REACCI QUMICA Les reaccions qumiques tenen les segents caracterstiques: - les substncies presents inicialment, anomenades reactius, desapareixen ms o menys completament, - apareixen una o ms substncies noves, anomenades productes, a mesura que van desapareixent els reactius, - les propietats dels productes sn , en general, molt diferents de les dels reactius, - una reacci qumica implica un canvi d'energia (o calor) del sistema, en passar de reactius a productes. Aix que les reaccions qumiques van acompanyades normalment d'emissi o absorci d'energia, com per exemple calor, llum o electricitat. Una reacci s exotrmica si allibera energia, i endotrmica si cal aportar-li energia perqu tingui lloc -les reaccions qumiques es produeixen a una velocitat determinada, que depn de diversos factors(tipus de reacci, temperatura, i de si el sistema cont un catalitzador o enzim que acceleri la reacci.
6. 6. LA REACCI QUMICALA REACCI QUMICA En una reacci qumica els toms dels reactius es reorganitzen d'una altra manera, formant nous enllaos qumics de manera que apareixen nous compostos
7. 7. LA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUESLA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUES La velocitat de reacci es defineix com la quantitat de reactiu que es transforma per unitat de temps, o b la quantitat de producte que es forma per unitat de temps. TEORIA DE LES COLLISIONS La velocitat duna reacci est relacionada amb diferents factors. Per comprendre com hi influeixen aquests factors, cal partir de la idea que perqu dues substncies reaccionin s necessari que les seves partcules entrin en contacte. En realitat el que fan les partcules s xocar entre si. Si el xoc es produeix amb una determinada orientaci i les partcules tenen una energia mnima necessria, anomenada energia dactivaci, es pot produir la reacci. Aix s el que proposa la teoria de les collisions.
8. 8. LA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUESLA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUES TEORIA DE LES COLLISIONS
9. 9. LA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUESLA VELOCITAT DE LES REACCIONS QUMIQUES Factors que influeixen en la velocitat de reacci: Si augmenta la concentraci dels reactius augmenta la velocitat. Com que hi ha ms quantitat de partcules hi haur ms xocs i tamb augmentar la probabilitat de xocs que tinguin lorientaci adequada. Si augmenta la temperatura augmenta la velocitat. Aix augmenta lenergia cintica de les partcules i hi haur ms partcules que tinguin un valor denergia igual o superior a lenergia dactivaci. Tamb hi haur ms mobilitat en les partcules, la qual cosa far augmentar el nombre de xocs. Si augmenta el grau de divisi dels reactius augmenta la velocitat. Daquesta manera hi ha ms superfcie de contacte i aix sincrementa el nombre de xocs. Afegint un catalitzador al sistema augmenta la velocitat. Un catalitzador s una substncia que modifica la velocitat de reacci per no interv en la reacci. Actua disminuint lenergia que necessiten les partcules per poder reaccionar. Vdeo: pastilles efervescents i velocitat de reacci (1'23")
10. 10. L'EQUACI QUMICAL'EQUACI QUMICA Les reaccions qumiques se simbolitzen mitjanant equacions qumiques. Les equacions qumiques sn expressions matemtiques abreujades que s'utilitzen per descriure el que succeeix en una reacci qumica en els seus estats inicial i final. Hi figuren dos membres; en el primer, els smbols o frmules dels reactius i en el segon els smbols o frmules dels productes. Per separar els dos membres s'utilitza una fletxa que generalment es dirigeix cap a la dreta, indicant el sentit de la reacci. Ex: Reacci de combusti: el met pot reaccionar amb oxigen per formar dixid de carboni i aigua CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O PRODUCTESREACTIUS
11. 11. L'EQUACI QUMICAL'EQUACI QUMICA Generalment s'ha d'indicar lestat fsic en qu es troba cada substncia utilitzant unes abreviatures especfiques que sescriuen com a subndexs entre parntesis al costat de cada frmula: s (slid), l (lquid), g (gas) i aq (dissoluci aquosa). Lestat fsic dels reactius i dels productes s independent, s a dir, poden reaccionar substncies en qualsevol estat fsic i sobtenen productes tamb en qualsevol dels estats. Reacci d'electrlisi de l'aigua: A vegades veiem equacions en qu els reactius i els productes no porten cap mena dindicaci, ja que no es considera rellevant lestat de les substncies que hi intervenen.
12. 12. L'EQUACI QUMICAL'EQUACI QUMICA
13. 13. L'EQUACI QUMICA: exemplesL'EQUACI QUMICA: exemples
14. 14. LLEI DE CONSERVACI DE LA MATRIALLEI DE CONSERVACI DE LA MATRIA Aquest principi va ser enunciat el 1875 per Antoine Lavoisier, qumic francs considerat el pare de la qumica moderna. LLEI DE LA CONSERVACI DE LA MASSA O LLEI DE LAVOISIER: "La massa dels productes d'una reacci qumica s igual a la massa dels reactius de la reacci." massa reactius qumics = massa productes de la reacci La llei de la conservaci de la massa s conseqncia del fet que en una reacci qumica no es formen toms nous, sin que noms es recombinen per formar els reactius. El nombre dtoms de cada element no varia durant el procs; per tant, no es crea ni es destrueix massa.
15. 15. AArr: LA MASSA ATMICA RELATIVA O PES ATMIC: LA MASSA ATMICA RELATIVA O PES ATMIC Una unitat de massa atmica (u) correspon a una dotzena part de la massa de l'istop 12 del carboni. Ar : El pes atmic o massa atmica relativa s el quocient entre la massa mitjana dun tom de lelement i la unitat de massa atmica u . Tamb es defineix com la mitjana de la massa atmica relativa dels seus istops ponderada amb la corresponent abundncia natural a la Terra. No t unitats. El valor de la massa atmica relativa de cada element apareix a la Taula Peridica. Masses atmiques relatives d'alguns elements (valors arrodonits) H = 1 Na = 23 Cl = 35,5 S = 32 O = 16 Fe = 55.8 Ca = 40 Mg = 24.3 C = 12 P = 31 K = 39 Zn = 65.4
16. 16. MMrr: LA MASSA MOLECULAR RELATIVA O PES MOLECULAR: LA MASSA MOLECULAR RELATIVA O PES MOLECULAR Podem definir la massa molecular relativa (Mr) com la relaci entre la massa duna molcula determinada i la unitat de massa atmica. Com ja coneixem els pesos atmics dels elements, per calcular les masses moleculars sumarem les masses atmiques dels toms que formen cada molcula. Exemple: Calcula el pes molecular o massa molecular relativa de laigua. Ar H = 1 Ar O = 16 Mr H2O = 21 + 16 = 18
17. 17. CLCULS DE MASSA EN LES REACCIONS QUMIQUESCLCULS DE MASSA EN LES REACCIONS QUMIQUES Als qumics els interessa conixer la massa de reactius que necessiten per obtenir una quantitat de producte determinada en una reacci qumica, o la quantitat de producte que poden obtenir a partir d'una determinada quantitat de reactius. Per realitzar els clculs cal disposar de l'equaci qumica ajustada de la reacci. Llavors podem conixer la quantitat de molcules d'un producte que es pot obtenir a partir d'una certa quantitat de molcules dels reactius. Per exemple amb 2 molcules d'hidrogen (H2) i 1 molcula d'oxigen (O2) es poden obtenir 2 molcules d'aigua (H2O). Per quan es realitza una experincia al laboratori, no es poden comptar aquestes partcules individualment, sin que es treballa amb unes quantitats mesurables amb balana. Aix que cal trobar un patr per poder relacionar de manera senzilla la quantitat de partcules (toms, molcules) i la massa, que s el que es mesura a la balana. Aix va sorgir el mol. 2H2 + O2 2 H2O
18. 18. EL MOLEL MOL EL MOL: - El mol s la unitat de quantitat de matria (substncia) en el Sistema Internacional. - La massa dun mol de qualsevol substncia coincideix amb el seu pes atmic o la seva massa molecular relativa expressada en grams. - Un mol de qualsevol substncia cont el mateix nombre de partcules (nombre d'Avogadro) 1mol = NA = 6,0221023 partcules (toms, molcules, ions, ...) Element Ar 1 mol cont... Massa molar (M) Hidrogen (H) 1.0079 1 6,021023 toms d'H 1 g/mol Oxigen (O) 15.99 16 6,021023 toms d'O 16 g/mol Alumini (Al) 26,98 27 6,021023 toms d'Al 27 g/mol Ferro (Fe) 55.845 56 6,021023 toms de Fe 56 g/mol
19. 19. EL MOLEL MOL EL MOL I LES MASSES ATMIQUES La massa en grams dun mol dtoms dun element s numricament igual al pes atmic de lelement. EL MOL I LES MASSES MOLECULARS La massa molecular duna substancia s la suma de les masses atmiques dels elements que la formen. La massa en grams dun mol de molcules es numricament igual a la massa molecular. Exemples:
20. 20. EL MOLEL MOL Si es pensa en el concepte de dotzena, es podria dir, que una dotzena de cotxes t una dotzena de volants i quatre dotzenes de rodes (4 12 = 48 rodes). El que pesa una dotzena no es pot saber, ja que depn de qu s la dotzena (no pesa el mateix una dotzena d'ous que una dotzena de llibres); el que s que sabem, per, s que cont dotze elements. El mol cont aquest nombre tan elevat de partcules (6,022141291023 ) perqu justament aquest nombre d'toms t una massa (en g) que coincideix amb el pes atmic de cada element. El concepte de mol s fcil dentendre si es pensa que s similar al de dotzena. Una dotzena s la quantitat de substncia que cont dotze partcules, un nombre til en situacions de la vida quotidiana per molt petit per referir-se a toms.
21. 21. EL MOLEL MOL Grfic sobre la conversi a mols
22. 22. ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA Estequiometria vol dir estudi quantitatiu de les reaccions qumiques, o, expressat duna altra forma, clculs numrics aplicats a les reaccions per tal de resoldre qestions com ara la quantitat duna substncia que es combina amb una altra. Als qumics els interessa conixer la massa de reactius que necessiten per obtenir una quantitat de producte determinada en una reacci qumica, o la quantitat de producte que poden obtenir a partir d'una determinada quantitat de reactius. Els clculs que cal fer per resoldre aquestes qestions es diuen clculs estequiomtrics. Per realitzar els clculs estequiomtrics cal disposar de l'equaci qumica ajustada de la reacci. Llavors podem conixer la quantitat de molcules d'un producte que es pot obtenir a partir d'una certa quantitat de molcules dels reactius.
23. 23. ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA Ats que la massa no es crea ni es destrueix, sin que noms es transforma (Llei de conservaci de la massa), han d'haver-hi els mateixos toms de cadascun dels elements que intervenen en la reacci qumica, a un costat i a l'altre de l'equaci qumica, s a dir, en els reactius i en els productes.
24. 24. ESTEQUIOMETRIAESTEQUIOMETRIA Exemple de reacci qumica ajustada (permet realitzar clculs estequiomtrics): TOMS REACTIUS PRODUCTES C 1 1 H 4 4 O 4 4
25. 25. AJUSTAR UNA REACCI QUMICAAJUSTAR UNA REACCI QUMICA Ajustar o igualar una equaci qumica vol dir que el nombre dtoms de cada element ha de ser igual en els dos membres de lequaci (reactius i productes). No es poden modificar els subndexs, ja que estarem canviant una substncia per una altra. Bsicament, es tracta de trobar uns nombres, anomenats coeficients estequiomtrics, que posarem davant de cada espcie qumica que intervingui en la reacci amb la finalitat de qu hi hagi el mateix nombre d'toms de cada element tant en els reactius com en els productes. Els coeficients estequiomtrics defineixen una proporci de molcules o toms i per tant una proporci en mols.
26. 26. COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA?COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA? Per tal d'ajustar podem seguir 2 mtodes principals: el del tempteig i l'algebraic. Per ajustar equacions senzilles n'hi ha prou amb el mtode del tempteig: 1. Igualar els toms dels metalls i dels nometalls, excepte l'hidrogen i l'oxigen. Tamb podem entendre-ho com igualar els toms dels elements que es trobin en el menor nombre d'espcies. 2. Igualar desprs els toms d'hidrogen. 3. Igualar, finalment, els toms d'oxigen. 4. Repassar si cal modificar el pas 1. Ex. aquesta reacci de combusti del prop no est igualada:
27. 27. COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA?COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA? Pas 1. Comencem igualant els tom de metall (no n'hi ha) i no-metall (el C) Pas 2. Ajustem els toms d'hidrogen: Pas 3. Finalment ajustem els toms d'oxigen:
28. 28. COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA?COM S'AJUSTA UNA REACCI QUMICA? Comprovem que la reacci ha quedat realment igualada (ajustada): TOMS REACTIUS PRODUCTES C 3 3 H 8 8 O 10 10
29. 29. INTERPRETACI MOLECULARINTERPRETACI MOLECULAR 2 CO(s) + O2 (g) 2 CO2(g) Aquesta equaci indica que dues molcules de CO reaccionen amb una molcula doxigen per produir dues molcules de CO2 Els coeficients de lequaci indiquen la proporci en molcules o mols, no en grams. 2 mol CO(s) + 1 mol O2 (g) 2 mol CO2(g) Per ho podem traduir en grams (sabem el valor de la massa molar): 56 g CO(s) + 32 g O2 (g) 88 g CO2(g)
30. 30. vdeosvdeos Vdeo: Les reaccions qumiques (videoteca de la UPC)