Conceptes bàsics de química: dissolucions, reaccions i termodinàmica

Dissolucions i dispersions col·loïdals

Tipus de mescles

• Suspensió: Partícules grans que se separen per decantació.
• Dissolució: Mescla homogènia on no es distingeixen els components.
• Suspensió col·loïdal: Formada per partícules no apreciables a primera vista, però més grans que les molècules.

Efecte Tyndall

Permet distingir una dispersió col·loïdal d'una dissolució. En una dispersió col·loïdal, un feix de llum es difon; en una dissolució, no.

Canvis físics i químics

En un canvi físic, la composició de la matèria es manté invariable. En un canvi químic, la matèria es transforma i hi ha canvis energètics associats.

Estats de la matèria

• (s) Sòlid
• (l) Líquid
• (g) Gas

Lleis fonamentals de la química

• Llei de conservació de la massa (Lavoisier): En qualsevol canvi químic, la massa es conserva.
• Llei de les proporcions definides (Proust): Quan dues substàncies es combinen per donar-ne altres, ho fan sempre en una proporció de masses fixa.
• Llei de les proporcions múltiples (Dalton): Si una substància química o més reaccionen amb una massa fixa d'una altra per formar substàncies diferents, ho fan en una relació de nombres enters senzills.
• Llei dels volums de combinació (Gay-Lussac): Els volums de les substàncies gasoses que intervenen en una transformació química (P i T constants) estan en una relació de nombres enters senzills.
• Hipòtesi d'Avogadro: En les mateixes condicions de pressió i temperatura, volums iguals de diferents gasos tenen el mateix nombre de molècules.

Tipus de reaccions

• Reacció de síntesi: Combinació de diversos reactius per donar lloc a un producte més complex.
• Reacció de descomposició: Un reactiu es transforma en dues o més substàncies més simples.
• Reacció de desplaçament: Reacció entre un compost i un element, on l'element s'integra al compost i s'allibera un altre element.
• Reacció de doble descomposició: Reacció entre dos compostos que intercanvien cations i anions.
• Reacció de combustió: Una substància reacciona amb oxigen i es desprèn energia en forma de calor i llum.

Estequiometria

L'estequiometria és l'estudi quantitatiu de les reaccions químiques.

• Reactiu limitant: Substància reaccionant que s'acaba primer i determina la fi de la reacció.
• Impureses: Productes barrejats amb la substància principal.
• Mena: Mineral que s'utilitza com a primera matèria per extreure'n algun metall.
• Rendiment: (Massa obtinguda) / (Massa teòrica) · 100
• Fórmula empírica: Indica la relació més senzilla entre el nombre d'àtoms d'una molècula.
• Fórmula molecular: Indica el nombre real d'àtoms que formen la molècula d'un compost molecular.
• Composició centesimal: 100 g de compost ⋅ (massa molecular d'un cert element) / (massa molecular del compost)

Termodinàmica i termoquímica

La termodinàmica estudia els canvis d'energia en processos físics i químics. La termoquímica estudia les variacions d'energia en reaccions químiques.

Sistemes termodinàmics

• Sistema: Part de l'Univers que s'estudia.
• Medi o entorn: Part de l'Univers que envolta el sistema i hi pot interaccionar.
• Sistema obert: Intercanvia matèria i energia amb el medi.
• Sistema tancat: Intercanvia només energia amb l'entorn.
• Sistema aïllat: No intercanvia ni matèria ni energia amb l'entorn.

Variables i processos termodinàmics

Les variables termodinàmiques (T, P, V...) caracteritzen l'estat d'un sistema. Els processos termodinàmics són transformacions del sistema amb intercanvi d'energia amb l'entorn.

• Isotèrmics: Temperatura constant (∆T = 0)
• Isocors: Volum constant (∆V = 0)
• Isobàrics: Pressió constant (∆P = 0)
• Adiabàtics: Sense intercanvi de calor (Q = 0)
• Exotèrmics: Desprenen calor (∆H
• Endotèrmics: Absorbeixen calor (∆H > 0)

Funcions d'estat

Les funcions d'estat són variables termodinàmiques que depenen només de l'estat del sistema, independentment del procés seguit.

Energia interna (U)

L'energia interna (U) és la suma de totes les energies de les partícules del sistema. És una funció d'estat.

Primer principi de la termodinàmica

L'energia no es crea ni es destrueix, la quantitat total d'energia es manté constant.

U = Q + W, on U = Uf - Uo

• Procés isobàric: W = -P ∙ ∆V
• Procés isocor: W = 0
• Procés isotèrmic: Q = W
• Procés adiabàtic: Q = 0

Equivalent mecànic de la calor

4,18 J de treball eleven la temperatura d'1 g d'aigua en 1 ºC (1 cal = 4,18 J // 1 J = 0,24 cal).

Variació de temperatura i canvi d'estat

• Variació de temperatura: Q = m · c · ∆T
• Canvi d'estat: Q = m · L