Propietats de la Matèria i Càlculs Químics

Propietats Físiques i Químiques

Propietat física: Aquella que mostren els cossos materials quan no s'altera la seva composició. ρ=m/V

Propietat química: Aquella que es posa de manifest quan les substàncies es transformen en altres.

Substància pura: Qualsevol classe de matèria que presenta una composició i unes propietats fixes en qualsevol proporció de la mateixa, amb independència de la seva procedència.

Substància simple/element: Qualsevol substància pura que no pot descompondre's en altres substàncies més senzilles, ni tan sols utilitzant mètodes químics habituals.

Compost: Substància pura formada per dos o més elements diferents combinats sempre en proporció fixa i separables per mètodes químics.

Mescla: Tots els àtoms d'un mateix element són iguals i, per tant, tenen la mateixa massa i propietats, mentre que els àtoms de diferents elements tenen diferent massa i propietats. Els compostos químics estan formats per la unió d'àtoms de diferents elements i aquests àtoms es combinen entre si en una relació de nombres enters senzills. Els àtoms no es creen ni es destrueixen en una reacció química, només es redistribueixen.

Volums, Fórmules i Masses

Volums iguals de gasos diferents, en les mateixes condicions de pressió i temperatura, contenen el mateix nombre de partícules.

La fórmula química d'una substància representa els elements que conté, així com la relació en la qual es troben els àtoms d'aquests elements (la seva composició química).

La massa atòmica d'un element és la massa que li correspon a un àtom d'aquest element quan se'l compara amb un àtom patró, l'isòtop C-12.

La massa molecular d'un compost és la suma de les masses atòmiques dels elements de la fórmula multiplicades cadascuna pel nombre de vegades en què està present l'element.

1 mol és la quantitat de substància que conté tantes partícules com les que hi ha en 12 g de C-12.

Massa molar: És la massa d'un mol de partícules. M, kg/mol, g/mol.

Fórmules i Composicions

Composició centesimal: % de massa de cada element que forma part d'un compost.

Fórmula empírica: La relació més senzilla, combinats els àtoms de cadascun dels elements.

Fórmula molecular: Nombre real d'àtoms de cada classe que forma la molècula d'un compost.

Canvis d'Estat i Energia

Calor latent de fusió (L_fus): Energia que cal subministrar a 1 kg de sòlid per passar a líquid. Q=mL_fus

Calor latent de vaporització (L_vap): Energia que cal subministrar a 1 kg de líquid per passar a vapor. Q=mL_vap

1 atm = 760 mmHg = 1,013·10⁵ Pa

Càlculs amb Reaccions Químiques

Ens donen una relació o unes dades sobre dos compostos. Fem la seva taula: m inicial, m reacciona, m formada, m excés. Fiquem els elements i fem la fórmula. Fiquem les dades que vol que calculem sota de cada element. Suposem que es gasta un dels dos per complet ficant la proporció inicial i igualant-la a la final. Si en tenim prou del segon element, continuem. Si no, suposem el mateix amb l'altre element. Fem la taula.

Conversió d'Unitats

• Per a l'energia (E): g → Ar → mol → NA → àtoms.
• Per a la concentració (C): g → Mr → mol → NA → molècules → fórmula → àtoms.

Fiquem la seva massa atòmica o molecular. Fem els factors de conversió escaients per passar d'unes unitats a altres.

Quan ens demana la quantitat de mol d'un element d'un compost, el que es fa: treure el nombre de mols del compost, passar a partícules l'element escaient i passar les partícules a mols.

Càlcul de la Composició Centesimal

Ens donen un compost i ens demanen la seva composició centesimal: fem la massa molecular, agrupant les xifres segons els elements. Per saber el percentatge d'un element X, dividim el nombre corresponent de la Mr, entre la Mr i multipliquem per 100.

% element = (m_element / m_compost) * 100

Càlcul de la Fórmula Empírica i Molecular

Per treure la fórmula empírica necessitem saber els percentatges de cadascun dels elements. I per saber la fórmula molecular necessitem saber, a banda dels percentatges, la seva massa molar.

• Tenim uns percentatges, passem a grams aquests percentatges.
• Passem a mols aquests grams.
• Dividim cada nombre de mols pel més petit de tots i ens ha de donar una xifra aproximadament sencera (si no dóna, multipliquem tots per una mateixa xifra fins que donin tots sencers).
• Fiquem segons aquests números la fórmula empírica.

Si volem calcular la fórmula molecular hem de calcular la Mr de l'empírica, dividir la massa molar entre la Mr empírica i segons el nombre sencer que ens doni, multiplicar la fórmula empírica. * (Si en sumar els percentatges, no dóna 100%, el que falti serà oxigen).

Càlcul de la Quantitat d'Energia en Canvis d'Estat

Per calcular la quantitat d'energia que hem d'utilitzar per passar d'un estat a un altre:

• Fem la gràfica.
• Determinem quantes fases té el canvi d'estat sent:
  • De sòlid a 0º: Q = m·Ce·Δt
  • De 0º a líquid: Q = m·L_fus
  • De líquid a 100º: Q = m·Ce·Δt
  • De 100º a gas: Q = m·L_vap
  • De gas a +T: Q = m·Ce·Δt
• *Unitats: Q = Joules | m = kg | Ce = J/Kg·ºC | L_fv = J/Kg | t = ºC
• Fem les equacions per treure la quantitat d'energia en cada tram.
• Sumem tots els trams. *(1 cal = 4'18 J)

Pressió

La pressió (p) és igual a la Força partit per la superfície. Es mesura en Pa. p = d·g·h

• 1 atm = 760 mmHg
• 1 atm = 1,013·10⁵ Pa
• 1 bar = 10⁵ Pa
• 1 atm = 1013 mbar

Determinació de Magnituds amb les Lleis dels Gasos

Per determinar qualsevol magnitud:

• Fiquem una de les 4 fórmules.
• Busquem la incògnita.
• CN: 1 atm, 0ºC

Quan tenim una Equació General dels Gasos Ideals (EGGI):

• Esbrinem la incògnita: si és en el cas d'un altre distint de n, n serà el nombre de mols que conté.
• Esbrinem aquesta incògnita.

Pressions Parcials

En les pressions parcials:

• Es fiquen les incògnites, havent calculat abans la quantitat de mols per a cadascuna.
• Es treu la incògnita.

Exemple de Problema amb Reaccions Químiques

3,53 g de V₂O_x + H₂ → 2,91 V₂O_y + H₂O

2,91 g de V₂O_y → 1,98 g V

a) Fórmula empírica (FE) dels dos òxids.

• Esbrinem la massa d'O del primer òxid, per a això, restem de l'òxid el V, i obtenim la massa d'O (3,53 - 1,98 = 1,55).
• Passem aquest O i aquest V a mols. 1,55/16 = 0,097 i 1,98/50,9 = 0,039 respectivament.
• Esbrinem la proporció. 0,097/0,039 = 2,5 i 1. Multipliquem fins a obtenir dos números sencers. 1·2 = 2; 2,5·2 = 5.
• Fiquem: V₂O₅.
• Ara fem el mateix en el segon òxid: V₂O₃.

b) Quantitat d'aigua formada en les dues reaccions.

• Si sabem la massa d'O que hi ha en el primer òxid de vanadi, sabem que tot aquest oxigen forma part de l'aigua, si sabem la massa d'O podem esbrinar la massa d'H₂O fent:
• mO → mols O → àtoms O → molècules H₂O → mols H₂O → grams H₂O