Ciències de la Natura: Física, Química i Més

Les Ciències de la Natura

Els fenòmens que tenen lloc a l'univers es poden explicar de manera racional a partir de causes naturals.

La ciència és el conjunt de coneixements sobre allò que ens envolta i ens pot interessar.

Hem obtingut aquests coneixements mitjançant:

• L'observació.
• L'experimentació.
• El raonament.

La Física i la Química

La física és la ciència que estudia tots aquells canvis en un cos o sistema que no modifiquen la seva naturalesa.

Aquests canvis es denominen fenòmens físics.

La química és la ciència que s'ocupa de l'estudi de la identitat de la matèria i dels canvis que modifiquen la seva naturalesa. Aquests canvis es denominen fenòmens químics.

Què caracteritza la Física i la Química?

• Són ciències experimentals.
• Segueixen un mètode determinat.
• Utilitzen un llenguatge específic: el llenguatge científic.
• Proposen explicacions provisionals sobre els fets.

Formulació d'hipòtesis

Una hipòtesi és una explicació provisional d'un fet observat.

Extracció de conclusions

Una llei és una descripció detallada del fenomen que s'està estudiant.

Les lleis poden ser empíriques i teòriques.

Les lleis deduïdes pels científics es poden revisar sempre a la llum de noves dades o fets experimentals.

Les Magnituds Físiques i el seu Mesurament

Una magnitud física és qualsevol propietat observable dels cossos que podem quantificar de manera objectiva mitjançant el procés de mesurament.

Mesurar una magnitud física és comparar-ne el valor amb un altre de referència o patró que denominem unitat.

El Sistema Internacional d'Unitats (SI)

• Magnituds fonamentals.
• Magnituds derivades.

Factors de conversió

Un factor de conversió és una fracció que expressa l'equivalència entre dues unitats que corresponen a una mateixa magnitud.

Instruments de mesurament

Els instruments de mesurament han de tenir les qualitats següents:

• Sensibilitat.
• Fidelitat o reproductibilitat.
• Rapidesa.
• Precisió.

Elecció d'un instrument de mesurament

L'interval de mesurament és el conjunt de valors dins dels quals un instrument de mesurament és capaç de treballar de forma fiable.

Tipus d'errors

• Errors sistemàtics: Es cometen en el procés de mesurament. Es poden minimitzar i fins i tot corregir, encara que són difícils de detectar.
• Errors accidentals o aleatoris: Fortuïts i impredictibles, es desconeix la causa concreta que els produeix. Per tant, no es poden evitar.

Incertesa de la mesura

S'anomena error absolut la diferència entre el valor mesurat i el valor real o vertader.

L'error absolut té les unitats de la magnitud que estiguem mesurant.

S'anomena error relatiu el quocient entre l'error absolut d'una mesura, sense el seu signe, i el valor vertader de la mesura.

L'error relatiu no té unitats. Ens indica la qualitat d'una mesura.

La Matèria i les seves Propietats

Matèria és tot allò que ocupa un espai, té una durada en el temps i una propietat fonamental anomenada massa. Per tant, pesa.

Propietats generals i específiques

Hi ha propietats generals (massa, volum, temperatura) que no serveixen per a poder identificar una substància concreta, ja que són comunes per a totes aquestes.

Les propietats que sí que permeten identificar una substància s'anomenen propietats específiques.

Propietats intensives i extensives

Es denominen propietats intensives aquelles el valor de les quals no depèn de la quantitat de matèria que considerem; per contra, el valor de les propietats extensives sí que depèn de la quantitat de matèria.

La massa

La massa d'un cos (m) és la quantitat de matèria que conté.

El volum

El volum (V) és la quantitat d'espai que ocupa un sistema material.

La capacitat és el volum màxim que pot allotjar un recipient donat.

Un litre equival a la capacitat d'un cub d'1 dm d'aresta.

La temperatura

La temperatura indica el nivell tèrmic d'un cos; és a dir, la tendència a cedir calor a un altre cos que es trobi a menor temperatura o a rebre'n si la seva temperatura és major.

La densitat

La densitat (d) relaciona la massa d'una substància (m) amb el volum que té (V).

Els Estats de la Matèria

L'estat d'agregació d'una substància depèn de les condicions de pressió i temperatura a què es trobi.

Pressió d'un gas

La pressió d'un gas és la força que exerceixen les seves partícules en col·lidir sobre una unitat de superfície.

La descripció dels gasos

Les molècules que el formen ocupen un volum negligible enfront del recipient, i les forces d'atracció entre aquestes són nul·les.

Llei de Boyle i Mariotte

Per una mateixa massa de gas i mantenint-ne constant la temperatura, el volum que ocupa l'esmentat gas és inversament proporcional a la pressió a què estigui sotmès.

Primera llei de Charles i Gay-Lussac

Per a una mateixa massa de gas i de pressió constant, el volum que ocupa l'esmentat gas és directament proporcional a la seva temperatura.

Segona llei de Charles i Gay-Lussac

Per una mateixa massa de gas i a volum constant, la pressió que exerceix l'esmentat gas és directament proporcional a la seva temperatura.

Els canvis d'estat

Un canvi d'estat és el canvi físic que experimenta un sistema material en passar d'un estat d'agregació a un altre.

Substàncies Pures

Una substància pura és un tipus de matèria que no pot descompondre's en altres més simples per mètodes físics, però sí que ho pot fer per mètodes químics. Es caracteritza perquè la seva composició és fixa.

Elements i compostos

Un compost és un tipus de substància pura que pot descompondre's per mètodes químics en altres substàncies més senzilles.

Un element és un tipus de substància pura que no pot descompondre's en substàncies més senzilles per mètodes químics.

Mescles homogènies i heterogènies

Una mescla és un tipus de matèria formada per dues o més substàncies pures que no reaccionen entre si i que poden separar-se per mètodes físics. Les mescles es caracteritzen perquè la composició no és fixa.

Separació de Substàncies

Una tècnica de separació és un procediment per a separar les diferents substàncies pures que componen una mescla.

Fonaments físics dels mètodes de separació

Els mètodes físics de separació es basen en les diverses propietats físiques que tenen els components de la mescla.

Mescles heterogènies

• Filtració.
• Decantació.
• Centrifugació.

Mescles homogènies

• Cristal·lització.
• Destil·lació.

La Dissolució

Una dissolució és una mescla homogènia estable de dues o més substàncies pures la composició de la qual pot variar.

La solubilitat

La solubilitat d'una substància pura en aigua es defineix com la quantitat màxima de solut, expressada en grams, que es dissol en 100 g d'aigua a una temperatura donada.

La concentració

La concentració d'una dissolució és la quantitat de solut dissolta en la quantitat donada de dissolvent o de dissolució.

Concentració i densitat

En la concentració, la massa es refereix només al solut, mentre que en la densitat, la massa que es considera és la dissolució.

Densitat = ...

Dilució d'una dissolució

S'anomena dilució el procés d'afegir més dissolvent a la dissolució, per a així disminuir-ne la concentració.

La Química

La química és la ciència que estudia l'estructura, les propietats i les transformacions de la matèria a partir de la seva composició atòmica.

L'àtom

L'àtom és la unitat bàsica o quantitat mínima d'un element que pot intervenir en una reacció química.

La matèria conté càrregues elèctriques

La matèria té naturalesa elèctrica, que només es pot explicar si s'assumeix que l'àtom té a l'interior càrregues elèctriques. Per tant, l'àtom no és indivisible.

Els raigs catòdics

Estan constituïts per partícules materials molt més petites que l'àtom i amb càrrega elèctrica negativa.

Els raigs X i la radioactivitat

L'emissió espontània de radiació per part d'algunes substàncies, que es denominen radioactives.

Tipus:

• Emissió alfa.
• Emissió beta.
• Emissió gamma.

El model atòmic de Thomson

L'àtom és una esfera uniforme carregada positivament en què hi ha encastats els electrons en quantitat suficient com perquè el conjunt sigui elèctricament neutre.

Partícules subatòmiques

Una partícula és elemental si no està constituïda per altres de més senzilles.

Nombre atòmic

S'anomena nombre atòmic (Z) el nombre de protons que conté el nucli d'un àtom. És característic de cada element químic.

Nombre màssic

Es denomina nombre màssic (A) la suma del nombre de protons (Z) més el nombre de neutrons (N). És a dir: A = Z + N.

Isòtops

S'anomenen isòtops els àtoms d'un mateix element químic (el mateix valor de Z) amb diferent nombre de neutrons (distint valor de A).

Formació d'ions

Un ió és un àtom o una agrupació d'àtoms que té càrrega elèctrica neta. Es forma quan un àtom guanya electrons o en perd.

Un element químic

Un element químic és el conjunt de tots els àtoms que tenen el mateix valor de nombre atòmic, Z.

El sistema periòdic actual

Els elements apareixen col·locats en ordre creixent al seu nombre atòmic, Z.

Agrupacions d'àtoms

Anomenem unitat elemental de substància la part més petita que manté les propietats químiques d'aquesta substància.

Xarxa cristal·lina

Una xarxa cristal·lina és una estructura ordenada en l'espai d'unitats elementals de substància que es repeteixen de manera periòdica.

La molècula

Una molècula és una agrupació fixa i estable d'àtoms que poden pertànyer al mateix element químic o a diferents elements.

Una fórmula química

Expressa la composició qualitativa i quantitativa que té una substància pura mitjançant símbols químics i subíndexs numèrics.

L'enllaç químic

S'anomena enllaç químic la força d'atracció que manté units de manera estable dos o més àtoms.

L'enllaç iònic

És la unió de dos ions de càrrega elèctrica oposada. Es produeix quan es combinen un element metàl·lic i un de no metàl·lic.

L'enllaç covalent

És la unió de dos àtoms que comparteixen un o més parells d'electrons. Té lloc entre els elements no metàl·lics.

L'enllaç metàl·lic

És la unió que hi ha entre els ions metàl·lics positius i el núvol electrònic (negatiu) que els envolta.

El Canvi Físic

És una transformació de la matèria en què no en varia la naturalesa, només algunes de les seves propietats.

Una Reacció Química

És un procés mitjançant el qual una o més substàncies pures, denominades reactius, es transformen en altres substàncies diferents anomenades productes.

Què és l'energia?

La capacitat és un terme molt utilitzat que representa un concepte molt abstracte.

Tipus:

• Energia cinètica.
• Energia tèrmica.
• Energia química.

Reaccions de combustió

És aquella en què una substància, denominada combustible, reacciona amb oxigen i origina, a més de productes, un ràpid despreniment d'energia.

Un polímer

És una macromolècula formada per la unió de moltes molècules més simples que es repeteixen i que s'anomenen monòmers.

Massa atòmica

La massa que té un àtom.

Massa atòmica mitjana

És la mitjana ponderada de les masses atòmiques dels seus isòtops presents a l'escorça terrestre.

Massa molecular

És la massa de la seva molècula, que obtenim sumant les masses atòmiques dels àtoms que componen aquesta molècula.

El mol

És la quantitat de substància que conté tantes unitats elementals com a nombre d'àtoms hi ha en 0,012 kg de carboni-12 (C-12).

La massa molar

La massa molar d'una substància (M) és la massa d'1 mol d'aquesta substància expressada en grams. Per tant, la seva unitat és el g/mol.

Una equació química

És la representació simbòlica d'una reacció química en termes de fórmules químiques.