2. La física i la química són ciències experimentals que estudien la matèria La matèria és tot allò que té massa i ocupa un volum La física estudia els canvis que experimenta la matèria sense que s ’ alteri la seva naturalesa La química estudia la composició de la matèria i els canvis quan s ’ altera la naturalesa. 0. Conceptes fonamentals

3. 1. Propietats i classificació de la matèria

4. matèria mescles homogènies heterogènies Substància pura substància simple ( o element) compost es poden descomposar en substàncies simples per processos químics Els components d ’ una mescla es poden separar per processos físics : filtració, decantació, sedimentació,destil·lació, extracció...

5. substàncies pures: -composicio fixa -propietats carcaterístiques (p.f, p.eb, densitat...) element compost -no es poden descompondre en substàncies més senzilles -ordenats a la taula periòdica - es poden descompndre en substàncies més senzilles (processos químics) -es representen per fórmules químiques

6. S XVIII, es tenia coneixement de processos en els quals la matèria guanyava o perdia massa. (combustió, calcinació) Llei de conservació de la massa ( o de Lavoisier) Lavoisier, a partir dels resultats obtinguts en la seva recerca en les reaccions químiques establir La llei de conservció de la massa en les RQ Reacció química En una reacció química la massa dels reactius és la mateixa que la dels productes ( la matèria no es crea ni es destrueix, es transforma) 2. Evolució històrica de les lleis ponderals:

7. Exemple: S + Fe FeS

8. Llei de les proporcions definides ( o llei de Proust) Sempre que dos elements o més es combinen per formar un mateix compost, ho fan en una proporció de masses constant

9. Llei de les proporcions múltiples( o llei de Dalton) Quan dos elements es combinen per formar més d ’ un compost, les quantitats d ’ un dels elements que es combinen amb una quantitat fixa de l ’ altre guarden entre sí una relació de nombres enters senzills

10. Llei dels volums de combinació.(Llei de Gay-Lusssac) 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 .

11. John Dalton, anglès, publicà entre 1808 i 1810 una teoria que intentava explicar totes les lleis de les Rx químiques descobertes fins el moment. Hipòtesis de la teoria atòmica de Dalton 1.La matèria està formada per àtoms indivisibles i inalterables. 2.Les substàncies compostes estan formades per àtoms compostos (que avui anomenem molècules). 3.Tots els àtoms d ’ una substància són idèntics i, per tant, tenen la mateixa massa i les mateixes propietats. 4.Els àtoms de substàncies diferents tenen masses diferents i també les altres propietats. 5. Quan es produeix una RQ, els àtoms, com són inalterables, ni es creen ni es destrueixen, tan sols s ’ agrupen d ’ una altra manera. 3. Teoria atòmica de Dalton

12. Aquesta interpretació, a més, posa de manifest la llei de conservació de la massa i la relació en què es combinen les seves masses. És a dir, la teoria de Dalton dóna una explicació a les dues lleis experimentals més importants de les reaccions químiques, la llei de Lavoisier i la llei de Proust Malgrat els avenços de la teoria, ara sabem que algunes de les seves hipòtesi no eren correctes. A més, Dalton tenia algunes concepcions de la matèria que no li van permetre trobar explicacions satisfactòries a alguns fenòmens. a. Dalton suposava que els gasos estaven formats per àtoms en contacte, no admetia l ’ existència del buit entre els àtoms, i estaven en repòs. Això implicava que el volum dels gasos depenia de la grandària dels àtoms o molècules. Aquesta creença tenia sèries dificultats per explicar la compressió i/o expansió dels gasos.

13. b. La regla de la màxima simplicitat sempre que dos elements es combinen per a donar un únic compost aquesta serà sempre la més simple. Si hi ha la possibilitat que donin més d ’ un compost, llavors les combinacions possibles seran la binària i la ternària. Aquesta segona idea feia que Dalton imagines molècules que no eren correctes. L ’ estudi dels gasos, per part de Gay-Lussac va posar de manifest alguns d ’ aquests errors. Això ho podem veure en la reacció de formació de l ’ aigua: Dalton ho imaginava així: H + O -> HO Gay-Lussac trobà experimentalment que

14. El volum que ocupa un gas depèn fonamentalment de la distància entre les molècules i no de la grandària d ’ elles, que és irrellevant pel que fa al volum ocupat per el gas. Hipòesti d ’ Avogadro (1811) En les mateixes condicions de pressió i temperatura, els volums iguals de gasos diferents tenen el mateix nombre de molècules Això implica que si, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, un gas té el doble de volum que un altre el primer tindrà el doble de molècules que el segon. Això és el que passa en la reacció de formació de l ’ aigua : Això no és possible! 4. Hipòtesi d ’ Avogadro

15. Avogadro soluciona el problema introduint el concepte de molècula, el que dur a diferenciar entre molècula i àtom, encara que es tractés de substàncies simples. Així és dóna cabuda a molècules del tipus Cl 2 , H 2 , O 2 . Interpretació d ’ Avogadro de la formació de l ’ aigua a partir d ’ hidrogen i oxigen. D ’ aquesta manera, es satisfan la Llei de la conservació de la massa i la llei dels volums de combinació de Gay-Lussac. La hipòtesi d ’ Avogadro també explica el per què tots els gasos es dilaten de la mateixa manera (Llei de Gay-Lussac de la dilatació de gasos).

16. Segons Dalton Actualment sabem Hidrogen H H 2 Oxigen O O 2 Clor Cl Cl 2 Aigua HO H 2 O Amoníac NH NH 3 Òxid (N) NO NO Òxid (N) NO 2 NO 2

17. Dalton proposà el concepte de massa atòmica relativa: Massa atòmica relativa : número de vegades que la massa d ’ un àtom d ’ un element és més gran que la massa (no té unitats) Per fer-ho és suficient donar un valor arbitrari a la massa de l ’ àtom d ’ hidrogen, el més fàcil és la unitat, i utilitzar la Llei de Proust de les proporcions constant a la qual la teoria atòmica de Dalton justifica. Per exemple: • Segons Dalton la reacció d ’ obtenció del clorur d ’ hidrogen seria: H + Cl = HCl 5.Masssa atòmica relativa

18. • Segons la regla de màxima simplicitat de el nombre d ’ àtoms d ’ hidrogen ha de ser igual al nombre d ’ àtoms de clor: N Cl = N H . • Les masses de clor i hidrogen que reaccionarien vindrien donades per: - massa de clor = nombre d ’ àtoms de clor x la massa d ’ un àtom de clor. - Massa d ’ hidrogen = nombre d ’ àtoms hidrog. x massa d ’ un àtom d ’ H. La relació entre les masses seria: D ’ aquest resultat podem concloure dos coses: a .Dalton justifica la Llei de Proust. b . Si coneixem la relació entre les masses de dos substàncies simples amb què reaccionen per a donar un determinat compost, podem saber la massa relativa de les dos substàncies que reaccionen. Això és així sempre que sigui vàlida la regla de màxima simplicitat.

19. Problema 1: a)Si la massa relativa del clor és A r (Cl)= 35,5, què significa aquest número?. b.)Quantes vegades més gran serà la massa de 10 àtoms de clor que 10 àtoms d ’ hidrogen?. c)Quantes vegades més gran serà la massa de 1000 àtoms de clor que 1000 àtoms d ’ hidrogen?. d)Quantes vegades més gran serà la massa de 10 6 àtoms de clor que 10 6 àtoms d ’ hidrogen?. e.)Quantes vegades més gran serà la massa de N A àtoms de clor que N A àtoms d ’ hidrogen?.

20. Tenim com unitat arbitrària per mesurar les masses del àtoms la “ Unitat Atòmica de Massa ” . A més, sabem que la relació d ’ aquesta unitat amb la unitat internacional de massa és: 1 u = 1,66x10 -27 kg= 1,66x10 -24 g. Si volem controlar les masses de les diverses substàncies que intervenen en una reacció química és impossible fer-ho a nivell de molècules, és a dir, en un laboratori normal amb una balança és impossible mesurar la massa d ’ una molècula. Però, podria ser molt útil utilitzar un número molt gran de partícules , molècules en aquest cas, de manera que la seva massa fos de l ’ ordre dels grams. És a dir, una massa fàcilment mesurable en un laboratori qualsevol. Aquesta és una gran idea, però cal posar-nos d ’ acord en quin ha de ser aquest enorme número de molècules. 6.El mol

21. Exemple 1 : Si la massa d ’ un àtom d ’ hidrogen és 1 u quina quantitat d ’ àtoms hem de tenir per aconseguir que la seva massa sigui de 1 g? . És un càlcul que no és difícil ja que sabem la relació entre u i els grams. La massa d ’ un àtom d ’ hidrogen = 1 u = 1,66·10 -24 g

22. Exemple 2 : Sabem que la massa atòmica relativa del clor és A r (Cl)=35,5. quants àtoms de clor hem de tenir per aconseguir una massa de 35,5 gram de clor?. Per fer-ho, cal repetir exactament el que hem fet amb l ’ hidrogen: La massa d ’ un àtom de clor és = 35,5 u = 35,5 · 1,66·10 -24 g torna a donar N A =6,022·10 23 àtoms de clor

23. Exemple 3 : El mateix podem fer amb molècules , per exemple les de la reacció anterior: La massa d ’ una molècula d ’ hidrogen, H 2 , = 2 u = 2 x 1,66·10 -24 g d ’ hidrogen N A = 6,022·10 23 molècules d ’ hidrogen, H 2 Exemple 4 : realitza els càlculs en el cas de l ’ amoníac,NH 3

24. En tots els casos ens trobem que sempre necessitem el mateix nombre de molècules o àtoms per a tenir una massa en grams numèricament igual a la massa de la molècula o àtom expressada en u. Això ens permet fer una doble interpretació de la reacció de formació del clorur d ’ hidrogen H 2 + Cl 2 -> 2 HCl - una molècula d ’ hidrogen, H 2 , reacciona amb una molècula de clor, Cl 2 , per donar dos molècules de clorur d ’ hidrogen, HCl. - N A molècules d ’ hidrogen reaccionen amb N A molècules de clor per donar 2xN A molècules de clorur d ’ hidrogen.

25. Mol : és la quantitat de matèria que conté el nombre d ’ Avogadro de partícules ( ja siguin molècules, àtoms, ions) Per tant: - En un mol d ’ hidrogen, H, hi ha 6,022x10 23 àtoms d ’ hidrogen i la seva massa és de 1 gram. - En un mol de molècules d ’ hidrogen, H 2 , hi ha 6,022x10 23 molècules d ’ hidrogen i la seva massa és de 2 grams. - En un mol de carboni, C, hi ha 6,022x10 23 àtoms carboni i la seva massa és de 12 grams. - En un mol de molècules d ’ oxigen, O 2 , hi ha 6,022x10 23 molècules d ’ oxigen i la seva massa és de 32 grams. - En un mol de metà, CH 4 , hi ha 6,022x10 23 molècules de metà i tenen una massa 16 grams.

26. Així, podem interpretar les reaccions químiques en termes de mols, i realitzar càlculs de les masses dels reactius i productes Resum: Ara podem fer les següents interpretacions d ’ una reacció química, totes elles vàlides: 1. 1 molècula de H 2 + 1 molècula de Cl 2 -> 2 molècules de clorur d ’ hidrogen. 2. 1 mol de H 2 + 1 mol de Cl 2 -> 2 mols de clorur d ’ hidrogen. 3. 2,0 g H 2 + 71,0 g Cl 2 -> 2 x 36,5 g HCl