Reaccions químiques

QUÈ PASSA AL MEU
VOLTANT?
TEMA: REACCIONS QUÍMIQUES
REACCIONS QUÍMIQUES
QUÈ SÓN?
Canvis químics vs. canvis físics
Un canvi és la transformació d’un sistema al llarg del temps.
Un procés, fenomen o canvi és químic quan
la matèria es transforma o modifica. Les
substàncies inicials i finals són diferents.
Un procés, fenomen o canvi és físic quan la
transformació no implica modificació de la
matèria. No es produeixen substàncies diferents a
les inicials.
La reacció química
Els canvis químics són el resultat d’un procés anomenat reacció química.
En una reacció química es trenquen enllaços en les molècules inicials (reactius) i es formen
enllaços nous en les molècules resultants (productes).
Teories de les reaccions químiques
1. Teoria de les col·lisions
Per tal que es puguin trencar els enllaços
inicials, entre les molècules dels reactius
s’han de produir col·lisions efectives. Depèn
de dos factors:
1. Correcta orientació espacial.
2. Prou energia. (Energia xoc > Energia
activació)
https://www.youtube.com/watch?v=OttRV5ykP7A
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/kinetics/Molecular_collision_Ea.html
Teories de les reaccions químiques
2. Teoria de l’estat de transició
Els reactius xoquen entre si, i abans de donar lloc als
productes, en el punt de màxima energia, es forma
un agregat d'àtoms d’energia elevada i de vida curta
(estat de transició).
L’estat de transició representa la configuració de
més
alta energia potencial dels àtoms durant la reacció.
Energia
Diagrama d’energia
El trencament d’enllaços
(reactius) i la formació d’enllaços
nous (productes) va
acompanyada d’un intercanvi
d’energia (variació d'entalpia de
la reacció, ∆H).
Els diagrames d’energia
representen com evoluciona
l’estat energètic de les
substàncies durant el transcurs de
la reacció.
https://www.youtube.com/watch?v=8m6RtOpqvtU
Reacció endotèrmica
Reacció exotèrmica
http://www.educaplus.org/play-41-Variaci%C3%B3n-de-laEntalp%C3%ADa.html
REACCIONS QUÍMIQUES
COM ES REPRESENTEN?
Representació de les reaccions
químiques
CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2H2O(g)
Equacions químiques
Una equació química ens permet descriure de
manera senzilla i clara els canvis que es
produeixen durant les reaccions químiques.
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)
Igualació d’equacions químiques
Una equació química està igualada quan en els reactius i en els productes hi ha el mateix
nombre d'àtoms de cada un dels elements.
Abans de realitzar cap càlcul amb una equació, ens hem d’assegurar que els coeficients
estequiomètrics estan ajustats.
Exemples:
◦ P4 + 5 O2 → 2 P2O5 (encendre llumí)
◦ 4 Fe + 3 O2 + 3 H2O → 2 Fe2O3 + 3 H2O
(oxidació metalls)
http://www.educaplus.org/play-69-Ajuste-de-reacciones.html
https://phet.colorado.edu/sims/html/balancing-chemical-equations/latest/balancing-chemical-equations_es_ES.html
Classificació de les reaccions segons la
transformació de les molècules
Segons l'estructura de l’equació química tenim quatre tipus.
REACCIONS QUÍMIQUES
LLEIS
Llei de conservació de la massa
(Lavoisier)
“En qualsevol reacció química la massa dels
productes finals és igual a la massa dels reactius
inicials, és a dir, la massa es conserva.”
2 H2 + O2 → 2 H2O
4g
32 g
36g
36 g
36g
https://www.youtube.com/watch?v=2S6e11NBwiw
Antonie Lavoisier
(1743-1794)
Llei de les proporcions definides (Proust)
“Quan dos elements es combinen per donar
un compost, ho fan en una relació de massa
fixa.”
2 H2 + O2 → 2 H2O
4g
2g
8g
32 g
16 g
64 g
36 g
18 g
72 g
Relació H2 / O2 = 1/8
Louis Proust
(1754-1826)
Llei de les proporcions múltiples (Dalton)
“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.”
Relació
4/2 = 2
2 H2 + O2 → 2 H2O
4g
32 g
H2 + O2 → H2O2
2 g 32 g
John Dalton
(1766-1844)
La paraula daltonisme, defecte genètic que
ocasiona dificultats per distingir els colors, prové
del científic anglès J. Dalton que va patir i
investigar aquest trastorn.
Les aportacions
més destacades de J. Dalton a la
ciència són la teoria
atòmica, la llei de les
proporcions múltiples
i la llei de les
pressions parcials.
Test d’Ishiara
Llei dels volums de combinació (GayLussac)
“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.”
2 CO(g) + O2(g) → 2 CO2(g)
2L
1L
2L
Relació 2/1
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/structure/OneLiterH2O.html
J.L. Gay-Lussac
(1788-1850)
Hipòtesi d’Avogadro
“En les mateixes condicions de P i T, volums
iguals de diferents gasos contenen el mateix
nombre de molècules.”
Un mol de qualsevol gas conté el nombre d’Avogadro de
molècules.
NA = 6,023 · 1023
En condicions normals ( P= 1 atm; T= 273 K ) un mol de
qualsevol gas ocupa un volum de 22,4 litres.
Amedeo Avogadro
(1776-1856)
En 1L de gas O2 hi ha
el mateix nombre de
molècules que en 1L
de gas He (si es troben
a la mateixa P i T)
Un mol de qualsevol
gas ocupa un volum
de 22, 4 litres.
22,4L
22,4L
1 mol He
1 mol O2
4g
32g
REACCIONS QUÍMIQUES
CÀLCULS
Estequiometria
La estequiometria és la relació entre productes
i reactius en una reacció química.
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:
1.
Escriure i igualar l’equació química del procés.
2.
Identificar quin és el reactiu limitant.
3.
Tenir en compte, si escau, la puresa de les substàncies i el
rendiment de la reacció.
4.
Aplicar els factors de conversió necessaris per arribar als
resultats demanats (veure esquema de càlculs
estequiomètrics)
Reactiu limitant
La reacció química finalitza quan s’esgota un
dels reactius, o tots alhora.
S’anomena reactiu limitant el reactiu que
s’acaba primer i reactiu en excés el que no es
consumeix completament.
Per determinar quin és el reactiu limitant s’ha
de saber quants mols de cada reactiu hi ha
disponibles i tenir en compte els coeficients
estequiomètrics de l’equació química ajustada.
Els càlculs s’hauran de fer a partir de la
quantitat inicial del reactiu limitant.
https://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/St
oich/Stoichiometry-1.html
http://www.dlt.ncssm.edu/tiger/Flash/
Stoich/LimitingReactant.html
Rendiment
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 normalment 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
·
massa teòrica
100
Puresa
Els reactius químics solen contenir un
determinat percentatge d’impureses i
això s’ha de tenir en compte en el
moment de realitzar els càlculs
estequiomètrics.
En l’etiqueta dels productes químics
apareix informació sobre el %
d’impureses.
% puresa =
massa teòrica del reactiu
· 100
quantitat de reactiu impur
Càlculs estequiomètrics
Nombre de
molècules de X
Nombre de
molècules de Y
Nombre d’Avogadro
Massa de X
(g)
Mols de X
Coeficients
estequiomètrics
Massa molecular
de X
Massa de Y
(g)
Mols de Y
Massa molecular
de Y
22,4 mol/L (condicions normals)
P·V = n·R·T (P i T qualsevol)
Volum gas X
(L)
Volum gas Y
(L)
Composició centesimal
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 =
gram element en el compost
·
massa molar compost
100
Determinació de la composició centesimal
Exemple: determinació de la composició centesimal de l'àcid acètic (vinagre) - CH3COOH 24
% C = · 100 = 40,0 %
60
(C2H4O2) = 2·12 + 4·1 + 2·16 = 60 g/mol
Massa molar de l'àcid acètic: 60 g/mol
% element =
gram element en el compost
·
massa molar compost
100
%H=
4
· 100 = 6,7 %
60
%O=
32
· 100 = 53,3 %
60