Estudi de les reaccions quimiques

Estudi de les reaccions químiques

• Energia de les reaccions químiques • Velocitat de les reaccions • Reaccions reversibles. Equilibri químic • Reaccions àcid-base • Reaccions d’oxidació-reducció • Reaccions de precipitació

Energia de les reaccions Les molècules que formen les substàncies químiques emmagatzemen energia en els seus enllaços . Energia de les reaccions químiques Model molecular de la glucosa Una reacció química consisteix en el trencament d’enllaços en les molècules dels reactius i la formació de nous enllaços en les molècules dels productes.

Entalpia d’enllaç Energia de les reaccions químiques És l’energia necessària per trencar l’enllaç entre dos àtoms (kJ/mol). Quan més gran és l’entalpia d’enllaç, més fort és l’enllaç químic.

Diagrama d’energia d’una reacció Energia de les reaccions químiques Depenent de la diferència d’energia entre els reactius i els productes, les reaccions poden anar acompanyades d’un alliberament o d’una absorció d’energia .

Diagrama d’energia d’una reacció Energia de les reaccions químiques http://www.educaplus.org/play-41-Variaci%C3%B3n-de-la-Entalp%C3%ADa.html

Diagrama d’energia d’una reacció Energia de les reaccions químiques

Variació d’entalpia (  H ) És la calor intercanviada en una reacció que tingui lloc a pressió constant (  H = Q p ). Es mesura en kJ/mol . La majoria de reaccions que observem tenen lloc a pressió atmosfèrica (aprox. constant). Reaccions endotèrmiques (absorbeixen calor)  H > 0 Reaccions exotèrmiques (desprenen calor)  H < 0 Energia de les reaccions químiques

Reaccions exotèrmiques Fe 2 O 3 (aq) + 2 Al (s) -> 2 Fe (s) + Al 2 O 3 (aq) Energia de les reaccions químiques (  H < 0) http://www.youtube.com/watch?v=cjPRMx0JE0o

Reaccions endotèrmiques Reacció entre el tiocianat d’amoni i l’hidròxid de bari http://www.youtube.com/watch?v=tDuaw7W9vSc&feature=related Dissolució aquosa del nitrat d’amoni http://www.youtube.com/watch?v=D8roOSDrBYg&feature=related (  H > 0) Energia de les reaccions químiques

Velocitat de les reaccions La velocitat d’una reacció química indica com varia amb el temps la concentració dels reactius o dels productes. Les unitats de la velocitat de reacció són mol · L -1 · s -1 Cinètica química Estudia els factors que afecten a la velocitat de les reaccions.

Equació de velocitat o llei de velocitat és una expressió que relaciona la velocitat de la reacció amb les concentracions dels reactius presents en aquell moment. v = k · [ A ] α · [ B ] β v = velocitat de reacció (mol · L -1 · s -1 ) k = constant de velocitat [ A ], [ B ] = concentracions dels reactius (mol · L -1 ) α , β = ordres parcials L’ ordre global de la reacció és la suma dels ordres parcials. Velocitat de les reaccions

Teoria de col·lisions Per tal que es puguin trencar els enllaços inicials, les molècules dels reactius han de xocar de manera “efiçaç” i això depèn de dos factors: 1. Xoc amb orientació espacial adient 2. Xoc amb prou energia ( E xoc > E activació ) Velocitat de les reaccions http://www.educarchile.cl/Userfiles/P0001/File/quimica_teoria_colisiones.swf

Teoria de col·lisions Energia d’activació Velocitat de les reaccions http://www.youtube.com/watch?v=VbIaK6PLrRM

Teoria del complex activat Quan les molècules dels reactius s’apropen i xoquen, s’origina un estat intermedi d’energia elevada i vida curta anomenat complex activat. Complex activat Velocitat de les reaccions

Diagrames d’energia Energia d’activació Energia potencial Avanç de la reacció Complex activat Reactius  H < 0 Reactius  H > 0 Energia potencial Reacció exotèrmica Reacció endotèrmica Productes Productes Complex activat Avanç de la reacció Energía d’activació Velocitat de les reaccions

Temperatura
Concentració dels reactius
Estat físic dels reactius
Naturalesa dels reactius
Energia d’activació ( Ea)
Catalitzadors
Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ? Velocitat de les reaccions

Temperatura Un augment de la temperatura produeix un augment de la velocitat de reacció ( augmenta l’ energia cinètica de les molècules dels reactius, augmenta l’energia dels xocs ). Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Concentració dels reactius Un augment de la concentració implica un augment de la velocitat de reacció ( augment de la probabilitat de xocs entre les molècules dels reactius ). Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Concentració dels reactius L’equació de velocitat relaciona les concentracions dels reactius amb la velocitat de reacció: En principi, si augmenten les concentracions de reactius, augmenta la velocitat de la reacció. v = k · [ A ] α · [ B ] β Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Estat físic dels reactius Com més gran sigui el contacte entre les partícules, més ràpida serà la reacció. v (gas) > v ( líquid, dissolució ) > v ( sòlid ) Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Naturalesa dels reactius Com més enllaços tinguin les molècules de reactius i més forts siguin aquests enllaços, més gran serà l’ energia d’activació i més lenta serà la reacció. Si els reactius són ions en dissolució normalment no cal trencar enllaços i les reaccions acostumen a ser ràpides. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Energia d’activació És l’energia addicional que han d’absorbir les molècules dels reactius perquè, en xocar, formin el complex activat. Quan més gran sigui Ea, més lenta serà la reacció. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Catalitzadors Són substàncies que modifiquen la velocitat sense que es consumeixin en el transcurs de la reacció. Els inhibidors són catalitzadors negatius, fan més lenta la reacció. Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Catalitzadors Els catalitzadors positius subministren nous camins pels quals es pot produir la reacció amb una energia d’activació menor ( augmenten la velocitat ) Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Catalitzadors Modifiquen el valor de l’ energia d’activació però no el de la variació d’entalpia , ΔH Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

Enzims o biocatalitzadors, són proteïnes que catalitzen moltísimes reaccions bioquímiques. Són molt específics ; cada enzim actua sobre un substrat concret i en unes condicions determinades de temperatura, acidesa i concentració. Acció de l’enzim sacarasa sobre la sacarosa ( trencament en glucosa i fructosa ) Velocitat de les reaccions Quins factors influeixen en la velocitat d’una reacció ?

A + B  C + D Una reacció és irreversible si es produeix en un únic sentit i té lloc fins que s’exhaureix un dels reactius ( reactiu limitant). Reaccions reversibles. Equilibri químic Reaccions ir reversibles

Són aquelles en què la reacció es produeix en els dos sentits simultàniament . El reactius formen productes (reacció directa) i els productes també poden reaccionar entre si i formar reactius (reacció inversa). A + B ⇄ C + D 2 SO 3 (g) ⇄ O 2 (g) + 2 SO 2 (g) Reaccions reversibles. Equilibri químic Reaccions reversibles

E quilibri químic En un recipient tancat (si les substàncies reaccionants són gasos) o en dissolució, després d’un temps les reaccions reversibles arriben a una situació d’equilibri en què: · Tenim una barreja de productes i reactius en el recipient. · La velocitat de la reacció directa (R -> P ) és igual a la de la reacció inversa (R<- P) : la reacció no s’atura, sino que part dels productes es transformen continuament en reactius i part dels reactius es converteixen en productes ( equilibri dinàmic ). Reaccions reversibles. Equilibri químic

Una vegada assolit l’ equilibri químic les concentracions de totes les substàncies es mantenen constants , no varien amb el temps. I 2 + H 2 ⇄ 2 HI Reaccions reversibles. Equilibri químic E quilibri químic

E quilibri químic http://www.youtube.com/watch?v=yxmZwl26wiY&NR=1 Reaccions reversibles. Equilibri químic

E quilibri químic Reaccions reversibles. Equilibri químic http://phet.colorado.edu/en/simulation/reversible-reactions

Tipus d’equilibri
Homogeni : totes les espècies presents són a la mateixa fase.
Heterogeni : les espècies químiques es troben en fases diferents
Reaccions reversibles. Equilibri químic

Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases
Àcids
Gust agre
Corrosius
Dissolucions amb poder dissolvent
Canvien el color de colorants naturals
Perden les seves propietats en reaccionar amb una base (neutralització)

Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases
Bases
Gust amarg
Corrosives
Dissolucions amb poder desengreixador
Canvien el color de colorants naturals a un color diferent als àcids
Perden les seves propietats en reaccionar amb un àcid

Reaccions àcid-base Propietats empíriques dels àcids i les bases http://www.youtube.com/user/euyinTube#p/u/39/1frKz0iEYJQ

Teoria d’Arrhenius • Un àcid és tot electròlit que, en dissoldre’s en aigua, es dissocia i allibera ions hidrogen ( H + ) HCl (aq ) Àcid clorhídric H + (aq) + Cl - (aq) • Una base és tot electròlit que, en dissoldre’s en aigua, es dissocia i allibera ions hidròxid ( OH - ) NaOH (aq ) hidròxid de sodi Na + (aq) + OH - (aq) Svante August Arrhenius (1859–1927) Reaccions àcid-base

Força relativa d’àcids i bases Un àcid o una base són forts quan en una dissolució aquosa es troben totalment dissociats en ions , i són febles quan experimenten una dissociació parcial . Àcid fort: HA (aq)  H + (aq) + A - (aq) Exemples: HCl, HClO 4 , HBr, H 2 SO 4 , HNO 3 Base forta: BOH (aq)  B - (aq) + OH - (aq) Exemples: NaOH, KOH, Ca(OH) 2 Àcid feble: HA (aq) ⇄ H + (aq) + A - (aq) Exemples: àcid acètic, àcid acetilsalicílic, fenols Base feble: BOH (aq) ⇄ B - (aq) + OH - (aq) Exemples: amoníac, amines Reaccions àcid-base

http://www.youtube.com/watch?v=pcBM2hsuxU0 Reaccions àcid-base

http://www.youtube.com/watch?v=jncstBHsgZk Reaccions àcid-base

Reaccions àcid-base Els àcids i les bases són electròlits, és a dir, en dissolució aquosa se separen ens ions que condueixen el corrent elèctric. Si augmenta la concentració d’ions, augmenta la conductivitat elèctrica de la dissolució. http://phet.colorado.edu/en/simulation/acid-base-solutions Electròlits

Escala de pH (en aigua a 25 ºC) Bàsic Neutre Àcid Reaccions àcid-base

Concepte de pH El pH permet quantificar el grau d’acidesa o basicitat d’una dissolució aquosa. Es pot calcular a partir de la concentració d’ions hidroni presents en la dissolució: pH = - log [ H 3 O + ] pOH = - log [ OH - ] Es compleix que pH + pOH = 14 ( dissolucions aquoses a 25 ºC) Reaccions àcid-base

Càlcul del pH Reaccions àcid-base

pH-metre Paper indicador Mesura del pH Reaccions àcid-base

El pH de les substàncies Àcid clorhídric Sucs gàstrics Llimona Vinagre Cervesa Orina Llet Aigua destil·lada Sang Aigua de mar Llevat Llet de magnesia Amoníac Lleixiu Netejador de forns Hidròxid de sodi Reaccions àcid-base

Reacció de neutralització Quan un àcid i una base reaccionen, perden les seves propietats, es neutralitzen. ÀCID + BASE  SAL + AIGUA HCl + NaOH  NaCl + H 2 O Reaccions àcid-base

Valoracions àcid-base ( volumetries ) Permeten determinar la concentració d’un àcid ( o d’una base ) que conté una dissolució determinada. El seu fonament químic és la reacció de neutralització. Per conèixer el punt final de la reacció s’hi afegeix un indicador . Els indicadors són substàncies que posseeixen la propietat de canviar de color segons el pH del medi. Reaccions àcid-base

Muntatge experimental volumetria suport bureta matràs erlenmeyer + indicador Reaccions àcid-base pinces

Procediment experimental volumetria Reaccions àcid-base http://www.youtube.com/watch?v=olw7oL4LDoM

Càlculs volumetries àcid-base Quan s’arriba al punt d’equivalència ( indicat pel punt final o canvi de color de l’indicador ) es verifica que : nº mols àcid = nº mols base V A ·C A ·a = V B · C B · b V A = volum àcid (litres) C A = concentració àcid (mol /L ) a = nº d’H + que conté l’àcid V B = volum base (litres) C B = concentració base (mol /L) b = nº d’OH - que conté la base

Reaccions de precipitació Les reaccions de precipitació són aquelles en què en mesclar-se dissolucions de sals solubles formen un producte insoluble anomenat precipitat . Pb(NO 3 ) 2 (aq) + 2 KI (aq)  PbI 2 (s)  + 2 KNO 3 (aq)

http://www.youtube.com/watch?v=XcLD7K-WKDk Reaccions de precipitació

Dissolució insaturada És aquella que admet més solut en dissolució Dissolució saturada És aquella que no admet més solut en dissolució. Per tant, també ho és aquella que està en equilibri amb el solut sòlid. Reaccions de precipitació

Dissolució sobresaturada Si s’escalfa una solució saturada se li pot afegir més solut. Són dissolucions inestables i qualsevol perturbació pot provocar que el sòlid precipiti i quedi la dissolució saturada. Solució sobresaturada d’acetat de sodi Reaccions de precipitació

Solubilitat La solubilitat d’un solut és la quantitat màxima que es pot dissoldre en una quantitat determinada de dissolvent a una temperatura donada. S’expressa habitualment en g/L o en mol/L La solubilitat coincideix amb el valor de la concentració del solut en una dissolució saturada . Reaccions de precipitació

Gràfics de solubilitat La solubilitat dels compostos iònics en aigua depèn de la temperatura. Reaccions de precipitació

Compostos solubles i insolubles Solubilitat > 0,1 mol/L Solubilitat < 0,01 mol/L Reaccions de precipitació

Duresa de l’aigua
Està relacionada amb la concentració de sals de calci i magnesi que conté l’aigua.
Es mesura en mg de CaCO 3 per litre d’aigua ( o ppm)
Duresa temporal
Presència de carbonats de Ca i Mg
Pot ser eliminada fent bullir l’aigua (precipita el carbonat de calci que és menys soluble en aigua calenta que en aigua freda)
Duresa permanent
- Presència de sulfat i/o clorur de Ca i Mg
- No es pot eliminar bullint l’aigua
Reaccions de precipitació

Duresa de l’aigua
Problemes
Mal gust de l’aigua.
Dipòsit de carbonats en rentadores, calderes, planxes, canonades, etc.

Duresa de l’aigua
Eliminació de la duresa
Productes antical ( Calgon )
Reacció amb àcids (acètic, cítric)
Resines intercanviadores d’ions

Oxidació procés en el qual una substància perd electrons Reducció procés en el qual una substància guanya electrons Tots dos processos, s’han de produir de manera simultània; per això s’anomenen reaccions d’oxidació-reducció (REDOX) o reaccions de transferència d’electrons. Reaccions redox

http://www.youtube.com/watch?v=r1qeV7dO43U http://www.youtube.com/watch?v=wVYyCEfGrGA Reaccions redox

Cadascun dels processos que formen la reacció redox s’anomenen semireaccions: Oxidació : Zn (s)  Zn 2+ (aq) + 2 e - Reducció: Cu 2+ (aq) + 2 e -  Cu (s) Redox global: Zn (s) + Cu 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Cu (s) Reaccions redox

Oxidant Substància que “oxida” ( arrenca electrons a una altra substància ). Els oxidants es redueixen perquè guanyen electrons. Reductor Substància que “redueix” ( cedeix electrons a una altra substància ). Els reductors s’oxiden perquè perden electrons. Oxidant ( es redueix) Reductor (s’oxida) Zn (s) + Cu 2+ (aq)  Zn 2+ (aq) + Cu (s) Reaccions redox

Agents oxidants més habituals Agents reductors més habituals
O 2 i O 3
Halògens: F 2 , Cl 2 , Br 2 i I 2
Lleixiu ( NaClO (aq)) i clorats (ClO 3 - )
Àcid nítric (HNO 3 ) i àcid sulfúric (H 2 SO 4 )
Crom hexavalent (Cr 6+ )
Permanganat de potassi ( KMnO 4 )
Aigua oxigenada (H 2 O 2 )
Carbó
Monòxid de carboni ( CO)
Sofre i fòsfor
Metalls com l’alumini, magnesi, sodi i potassi
Reaccions redox

http://www.youtube.com/watch?v=D3CZEh5UWtw Deshidratació del sucre Agents oxidants més habituals http://www.youtube.com/watch?v=eeuISq5KhI4 Acció oxidant de l’àcid sulfúric Reaccions redox

Nombre d’oxidació d’un àtom és la seva càrrega elèctrica, real o teòrica. Nº d’oxidació Cu 0 Ag + +1 Cu 2+ +2 Cl - -1 Cl 2 0 Nº d’oxidació H 2 O H =+1 ; O =-2 H Cl O H =+1 ; O =-2 ; Cl =+1 H Cl O 3 H =+1 ; O =-2 ; Cl =+5 N O 3 - O =-2 ; N =+5 K Mn O 4 O =-2 ; K =+1; Mn = +7 Reaccions redox

En una oxidació el nombre d’oxidació augmenta: Zn (s)  Zn 2+ (aq) + 2 e - En una reducció el nombre d’oxidació disminueix: Cu 2+ (aq) + 2 e -  Cu (s) Reaccions redox Nombre d’oxidació

Les combustions són reaccions redox C (s) + O 2 (g)  CO 2 (g) 0 0 +4 / -2 <-- estats d’oxidació Nombre d’oxidació Reaccions redox

Reaccions redox Nombre d’oxidació

Aplicacions de les reaccions redox Piles Electròlisi Obtenció de metalls Recobriments galvànics Reaccions redox

Referències de les imatges http://www.sciencephoto.com/ Autor José Ángel Hernández Santadaría Institut Badalona VII [email_address] “ Estudi de les reaccions químiques” de José Ángel Hernández Santadaría està subjecta a una llicència de Reconeixement-NoComercial 3.0 No adaptada de Creative Commons

http://agora.xtec.cat	2152
http://cursos.inslaferreria.com	516
http://agora.educat1x1.cat	211
http://www.bellera.cat	205
http://cursos.inslaferreria.net	93
http://www.slideshare.net	39
http://blocs.xtec.cat	22
http://www.ies-dauro.cat	12
http://gestor.ieslaferreria.net	10
http://homeostasi.wordpress.com	4
http://moodle.cfasinguerlin.xeill.net	1

Estudi de les reaccions quimiques

by José Ángel Hernández Santadaría on Feb 05, 2009

Accessibility

Categories

Tags

Upload Details

Usage Rights

11 Embeds 3,265

Statistics

Estudi de les reaccions quimiques — Presentation Transcript