Conceptes Clau de Química: Reaccions, Velocitat i Estequiometria

Conceptes Fonamentals de Química

Canvis Físics

Els canvis físics no produeixen substàncies diferents de les inicials (fenòmens mecànics, elèctrics, magnètics, etc.).

Canvis Químics

Els canvis químics impliquen una modificació o transformació de la matèria. Els àtoms que formaven les substàncies inicials són els mateixos que els que trobem al final de la reacció; simplement s'han reagrupat de manera diferent.

Reacció Química

Una reacció química implica un canvi d'energia (o calor) del sistema. Les substàncies inicials s'anomenen reactius (desapareixen), i les substàncies noves s'anomenen productes (apareixen). Les reaccions químiques van acompanyades d'emissió o absorció d'energia (calor, llum o electricitat).

Ajustament d'Equacions Químiques

En l'ajustament d'equacions químiques, s'utilitzen els coeficients estequiomètrics. La major part de les equacions químiques s'ajusten segons el mètode de tempteig.

Llei de Lavoisier: Conservació de la Massa

La Llei de Lavoisier indica que, en tota reacció química, la massa de les substàncies que reaccionen és igual a la massa de les substàncies resultants.

Aquesta llei s'explica fàcilment a partir de la teoria de les col·lisions. Així es va iniciar l'estudi de les lleis ponderals, que indiquen quines són les masses de les substàncies que intervenen en cada reacció química.

(En una reacció química, els àtoms ni es creen ni es destrueixen, simplement canvien la forma d'organitzar-se. Com que el nombre de cada tipus d'àtoms continua sent el mateix en els reactius i en els productes, la massa total es conserva.)

Velocitat de Reacció

La velocitat de reacció és la quantitat de substància que es forma o que desapareix durant una reacció química en la unitat de temps.

Factors que Afecten la Velocitat de Reacció

• Naturalesa dels Reactius

  Les substàncies que intervenen en la reacció química determinen la velocitat. Si augmenta la concentració dels reactius, augmenta la velocitat (més quantitat de partícules, més xocs i, per tant, augmentarà la probabilitat de xocs que tinguin l'orientació adequada).

• Superfície en Contacte

  Com més superfície de contacte hi ha entre els reactius, més elevada és la velocitat de reacció. Així, les reaccions s'acceleren si es polvoritzen els reactius o si es dissolen entre si.

• Concentració dels Reactius

  La velocitat d'una reacció és superior quan augmenta la concentració dels reactius, ja que el nombre de xocs moleculars és més elevat.

• Temperatura

  La velocitat de reacció creix amb la temperatura. S'estima que, en general, un augment de 10 ºC duplica la velocitat de reacció.

• Utilització de Catalitzadors

  Els catalitzadors són substàncies que augmenten la velocitat d'una reacció química sense consumir-se en el procés. Permeten que la reacció es produeixi per un camí alternatiu amb una energia d'activació més baixa.

Tipus de Reaccions Químiques

• Reacció de Síntesi

  Una reacció en què dos elements o compostos s'uneixen entre si per tal de formar un nou compost.

• Reacció de Descomposició

  És la reacció en què, a partir d'un únic compost, es formen altres substàncies més simples (per exemple, la descomposició de l'aigua oxigenada).

• Reacció Exotèrmica

  Una reacció que allibera energia en forma de calor o llum.

• Reacció Endotèrmica

  Una reacció que requereix l'aportació d'energia (generalment calor) perquè tingui lloc.

El Mol: Unitat de Quantitat de Matèria

El mol és la unitat de quantitat de matèria (substància) en el Sistema Internacional (SI).

Massa molar = Massa atòmica / Massa molecular (en grams)

1 mol = N_A = 6,022·10²³ partícules (àtoms, molècules, ions, etc.). Aquest valor és conegut com el nombre d'Avogadro.

Exemple: Hidrogen (pes atòmic = 1) = 1 g/mol. Per tant, 1 mol d'hidrogen conté 6,02·10²³ àtoms d'hidrogen.

Massa Molecular

La massa molecular d'una substància és la suma de les masses atòmiques dels elements que la formen.

Exemple: Aigua (H₂O)

• Massa atòmica de H = 1
• Massa atòmica de O = 16

Càlcul: (1·2) + 16 = 18. Això pot ser 18 uma (unitats de massa atòmica) o 18 g/mol.

1 mol de H₂O conté:

• 6,02·10²³ molècules de H₂O
• 6,02·10²³ àtoms d'oxigen
• 2 x 6,02·10²³ = 12,04·10²³ àtoms d'hidrogen

Estequiometria: Càlculs en Reaccions Químiques

L'estequiometria són els càlculs numèrics aplicats a les reaccions químiques per tal de resoldre qüestions com ara la quantitat d'una substància que es combina amb una altra, o la quantitat de producte que es pot obtenir.