Reaccions Químiques

Reaccions químiques :: Saltar intro

• Reaccions i equacions químiques • Lleis fonamentals de la química • Tipus de reaccions • Càlculs estequiomètrics • Fòrmules empíriques i moleculars

Reaccions i equacions químiques Canvis físics i reaccions químiques Un canvi és la transformació d’un sistema al llarg del temps. Un procés, fenomen o canvi és físic quan la transformació no implica modificació de la matèria.

Reaccions i equacions químiques Un procés, fenomen o canvi és químic quan la matèria es transforma, és a dir, apareixen substàncies noves . Precipitació Combustió Oxidació

Reaccions i equacions químiques En una reacció química es trenquen enllaços i s’en formen de nous. 4 NH 3 + 3 O 2 2 N 2 + 6 H 2 O

Reaccions i equacions químiques Una reacció química també implica un intercanvi d’energia ( reaccions exotèrmiques i reaccions endotèrmiques )

Reaccions i equacions químiques Una equació química és la representació d’una reacció química : Na (s) + H 2 O ( l ) NaOH (aq) + 1/2 H 2 (g) Reactius Productes

Una equació química ens informa de:

Substàncies inicials ( reactius ) i finals ( productes )

Estat físic de les substàncies: s, l, g , aq

Nombre d’àtoms o molècules que intervenen en la reacció ( coeficients estequiomètrics )

Reaccions i equacions químiques Na (s) + H 2 O ( l ) NaOH (aq) + 1/2 H 2 (g)

Reaccions i equacions químiques Igualació d’equacions químiques Una equació química està igualada quan en els reactius hi ha el mateix nombre d’àtoms de cada un dels elements que en els productes. Abans de realitzar cap càlcul amb una equació, ens hem d’assegurar que els coeficients estequiomètrics estan convenient ajustats. ...... HCl + ..... Fe ...... FeCl 2 + ....... H 2 Exemples: 2 ...... Fe + ..... O 2 ...... Fe 2 O 3 4 3 2

Reaccions i equacions químiques Una reacció química que salva vides...

Lleis fonamentals de la química La química moderna va nèixer entre finals del segle XVIII i inicis del segle XIX, quan els científics de l’època van començar a realitzar experiments on es mesuraven les masses i els volums de les substàncies amb molta precisió. A partir d’aquestes dades experimentals els científics van poder establir relacions que van portar a l’establiment de les lleis fonamentals de la química i a l’aparició de la teoria atòmica de Dalton. A. Lavoisier

Lleis fonamentals de la química Llei de conservació de la massa “ En qualsevol reacció química la massa dels productes finals és igual a la massa dels reactius inicials, és a dir, la massa es conserva” Marie i Antoine Lavoisier (1788) Exemple: 2 H 2 + O 2  2 H 2 O 4 g 32 g 36 g

Lleis fonamentals de la química Llei de les proporcions definides “ Quan dos elements es combinen per donar un compost, ho fan en una relació de massa fixa” Louis Proust (1801) 2 H 2 + O 2  2 H 2 O 4 g 32 g 36 g 2 g 16 g 18 g 8 g 64 g 72 g H 2 /O 2 = 1/8

Lleis fonamentals de la química Llei de les proporcions múltiples “ Si una o més substàncies químiques reaccionen amb una massa fixa d’una altra per formar substàncies diferents , ho fan en una relació de masses de nombres enters senzills” John Dalton (1803) Exemple: 2 H 2 + O 2  2 H 2 O 4 g 32 g H 2 + O 2  H 2 O 2 2 g 32 g Relació 4/2 = 2

Lleis fonamentals de la química

Lleis fonamentals de la química Llei dels volums de combinació “ Els volums dels gasos que intervenen en una reacció química ( mesurats en les mateixes condicions de P i T ) estan en una relació de nombres enters senzills” J.L. Gay-Lussac (1808) Exemple (en condicions normals de P i T ) 2 H 2 (g) + O 2 (g)  2 H 2 O 44,8 L 22,4 L Relació 1/2

Lleis fonamentals de la química Hipòtesi d’Avogadro “ En les mateixes condicions de P i T, volums iguals de diferents gasos tenen el mateix nombre de molècules” Amedeo Avogadro (1776-1856) Un mol de qualsevol gas conté el nombre d’Avogadro de molècules ( N A = 6,023 · 10 23 ). En condicions normals ( P = 1 atm; T = 273 K ) un mol de qualsevol gas ocupa un volum de 22, 4 litres .

Tipus de reaccions Les reaccions químiques poden classificar-se segons diferents criteris: 1. Segons l’estructura de l’ equació química : - Síntesi A + B  A B - Descomposició A B  A + B - Substitució A B + C  A C + B - Doble substitució A B + C D  A C + B D CuCO 3 (s) ---> CuO (s) + CO 2 (g) CuCO 3 CuO CO 2

Tipus de reaccions Na (s) + ½ Cl 2 (g)  NaCl (s)

Tipus de reaccions 2. Segons l’ intercanvi de calor amb el medi: - Exotèrmiques ( despreniment de calor ) - Endotèrmiques ( absorció de calor, refredament ) Reacció del sodi amb aigua

Reaccions i equacions químiques Deshidratació del sucre ( sacarosa ): C 12 H 22 O 11 (s) C (s) + 11 H 2 O (l) Hidratació de l’àcid sulfúric: H 2 SO 4 (aq) + n H 2 O (l) H 2 SO 4 · n H 2 O + Calor Un exemple de reacció exotèrmica

Reaccions i equacions químiques

Tipus de reaccions

Reaccions d’oxidació-reducció ( redox )

Un element perd electrons ( s’oxida ) i un altre els guanya ( es redueix ). Les combustions també són reaccions redox.

Oxidació: Fe  Fe 2+ + 2 e - Reducció: ½ O 2 + 2 e -  O 2-

Tipus de reaccions

Reaccions àcid-base

Els àcids cedeixen protons ( H + ) i les bases els accepten.

Reacció de neutralització :

ÀCID + BASE  SAL + AIGUA

HCl + NaOH  NaCl + H 2 O

HCl + NH 4 OH ----> NH 4 Cl + H 2 O NH 4 Cl

Tipus de reaccions

Tipus de reaccions pH-metre Paper indicador Mesura del pH

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 Tipus de reaccions

Tipus de reaccions

Reaccions de precipitació

En combinar-se els ions provinents de dues dissolucions, apareix un producte sòlid insoluble ( precipitat ).

Ag + (aq) + Cl – (aq)  AgCl ( s ) 

Tipus de reaccions Ag + (aq) + Cl - (aq)  AgCl ( s )  Ag + (aq) + I - (aq)  Ag l ( s ) 

Càlculs estequiomètrics L’ estequiometria és la part de la Química que s’encarrega de l’estudi quantitatiu de les reaccions químiques. Es tracta de realitzar càlculs numèrics per determinar les quantitats ( masses, volums ) de substàncies implicades en una reacció.

Mètode general de resolució de problemes:

Llegir atentament l’ enunciat del problema i identificar les dades que ens donen i quines qüestions ens demanen.

Escriure i ajustar l’ equació química del procés.

Partint de les dades, aplicar els factors de conversió necessaris per arribar als resultats demanats ( veure esquema de càlculs estequiomètrics )

Càlculs estequiomètrics Reactiu limitant A + B  C + D La reacció química s’acaba quan s’exhaureix un dels reactius A o B, o els dos alhora. S’anomena reactiu limitant el reactiu que s’acaba primer i reactiu en excés el que no es consumeix completament. Els càlculs estequiomètrics s’han de fer a partir de la quantitat inicial del reactiu limitant.

Càlculs estequiomètrics Reactiu limitant

Càlculs estequiomètrics Puresa dels reactius Les substàncies químiques comercials que s’utilitzen al laboratori no són el 100 % pures i això s’ha de tenir en compte en el moment de realitzar els càlculs estequiomètrics. El percentatge de substància pura s’anomena riquesa de la mostra i s’acostuma a expressar en % en massa.

Càlculs estequiomètrics Rendiment de la reacció Normalment, les quantitats de producte que s’obtenen en una reacció química són menors que les esperades teòricament. Aquesta diferència es produeix perquè el rendiment de les reaccions no és del 100 %. Els principals motius d’aquesta transformació parcial són les reaccions secundàries , les impureses en els reactius o que la reacció sigui d’ equilibri . Rendiment (  ) = massa obtinguda . 100 massa teòrica

Tipus de fórmules C H fórmula empírica C 2 H 2 condensada fórmula molecular HC  CH semidesenvolupada H-C  C-H desenvolupada (estructural) Exemple: etí Fórmules empíriques i moleculars Indica la relació més senzilla entre el nombre d’àtoms de la molècula Indica el nombre real d’àtoms de cada element que formen la molècula La fórmula molecular és igual o múltiple de l’empírica.

Fórmules empíriques i moleculars Determinació de la fórmula d’un compost Per obtenir la fórmula d’un compost s’ha de sotmetre la substància a diferents reaccions químiques que ens proporcionen informació sobre quins elements la componen i en quina proporció es troben. D’aquesta manera es pot determinar la composició centesimal del compost, o sigui els grams de cada element per cada 100 grams del compost. % element = grams element en el compost . 100 massa molar compost

Fórmules empíriques i moleculars C x H y O z ? La composició centesimal i la fórmula empírica d’un compost orgànic es poden determinar cremant la mostra en un forn amb excès d’oxigen i mesurant les quantitats de H 2 O i CO 2 produïdes.

Fórmules empíriques i moleculars Mètode general per determinar la fórmula molecular d’un compost: 1. A partir de les dades experimentals ( %, masses de productes, etc. ) calcular el nombre de mols de cada element en la substància problema. 2. Dividir pel nº de mols més petit per obtenir la relació numèrica mínima que hi ha entre els diferents elements que formen la substància ( fórmula empírica ). 3. Amb ajuda de la massa molecular , establir quina relació hi ha entre la fórmula empírica i la fórmula molecular ( són la mateixa o un múltiple ).

• Autor: José Ángel Hernández Santadaría Departament de Ciències Experimentals IES Badalona VII