Conceptes Fonamentals d'Estequiometria i Reaccions Químiques

El Mol

El mol és la quantitat de substància que conté tantes entitats elementals com àtoms hi ha en 12 grams de carboni-12.

Un mol de qualsevol substància conté 6,02 × 10²³ entitats elementals. Aquest nombre s’anomena Constant d’Avogadro ($N_A$).

Massa Molar

La massa molar ($M$) és la massa d’un mol de substància expressada en grams per mol ($M = ext{g}/ ext{mol}$).

La massa molar de qualsevol element coincideix amb la massa atòmica de l’element que trobem a la taula periòdica.

Càlculs de la quantitat de substància (mols)

El resultat d'aquests càlculs sempre serà la quantitat de substància expressada en mols ($n$).

A partir de la massa

Es calcula dividint la massa ($m$) entre la massa molar ($M$):

$$n = \frac{m}{M} = \frac{\text{g de X}}{\text{g d’1 mol de X}}$$

A partir del volum i la densitat

Primer trobem la massa utilitzant la densitat ($D = m/V$). Un cop trobada la massa, ho resolem igual que en el cas anterior.

A partir del nombre de partícules

Es calcula sabent que en un mol sempre hi ha $N_A$ entitats elementals. La quantitat de substància ($n$) és el quocient entre el nombre de partícules ($P$) i la Constant d'Avogadro ($N_A$):

$$n = \frac{P}{N_A}$$

Càlcul del nombre de partícules

A partir de la quantitat de substància

Es calcula multiplicant la quantitat de substància ($n$) per la Constant d'Avogadro ($N_A$):

$$P = n \cdot N_A$$

A partir de la massa

Primer passem la massa a mols ($n$) i després apliquem la relació anterior ($P = n \cdot N_A$).

Càlcul de la massa a partir de partícules

Passem de molècules a mols ($n$) i després apliquem la massa molar per trobar la massa ($m = n \cdot M$).

Composició centesimal d'un compost

La composició centesimal és el percentatge de cada element que forma el compost.

La fórmula per a l'element X és:

$$\%\text{X} = \frac{\text{massa total de X}}{\text{massa del compost } (M)} \times 100$$

Reaccions Químiques

Canvi Físic

Una substància experimenta una transformació, però continua sent la mateixa substància (p. ex., canvis d'estat).

Canvi Químic

Una substància experimenta una transformació en la seva naturalesa química, donant lloc a noves substàncies. Les substàncies inicials s’anomenen reactius i les obtingudes productes. Sempre hi ha alliberament o absorció d’energia.

Interpretació d'una reacció química

En una reacció, es trenquen enllaços entre els àtoms i se’n formen de nous. Al principi i al final de la reacció sempre hi ha el mateix nombre d’àtoms de cada classe.

Llei de Lavoisier (Conservació de la Massa)

La massa total dels reactius és igual a la massa total dels productes.

Equació Química

És la representació simbòlica d’una reacció química. Per escriure-la correctament, seguim els següents passos:

1. Reconèixer els reactius i els productes.
2. Escriure totes les fórmules químiques.
3. Ajustar l’equació (igualar el nombre d'àtoms).
4. Escriure l’estat d’agregació dels elements o compostos.

Exemple: Reacció de combustió del metà

1. Metà + Oxigen → Diòxid de Carboni + Aigua
2. CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
3. CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
4. CH_{4 (g)} + 2O_{2 (g)} → CO_{2 (g)} + 2H₂O _(g)

Tipus de Reaccions Químiques

• Formació o síntesi

  Dos o més elements o compostos formen un únic producte.

• Descomposició

  Un compost es fragmenta en dues o més substàncies més senzilles. Per descompondre un compost es necessita energia (calor o electricitat).

• Desplaçament (o substitució simple)

  Un element desplaça un altre d’un compost.

• Doble desplaçament (o bescanvi)

  Dos elements o grups d'àtoms es desplacen mútuament entre dos compostos. Nota: Quan la sal resultant és un carbonat, s’obté CO₂ i H₂O.

• Combustió de producte orgànic

  Un compost orgànic es crema en presència d’O₂ i s’obté CO₂ i H₂O.

• Neutralització

  Un àcid reacciona amb una base i s’obté una sal i aigua.

  Àcids comuns:

  • Àcids Hidràcids
  • Oxoàcids

  Bases comunes:

  • Hidròxids
  • Òxids metàl·lics
  • Amoníac (NH₃)
  • Carbonats i Bicarbonats

Càlculs Estequiomètrics

Són els càlculs de les quantitats de substàncies (massa, mols, volum) que intervenen en una equació química.

Prèviament, cal escriure i ajustar l’equació de la reacció.

Càlcul Massa-Massa

1. Escriure i igualar l’equació química.
2. Passar la massa coneguda a mols per mitjà de la massa molar.
3. Determinar l’equivalència en mols entre reactius i productes (utilitzant els coeficients estequiomètrics).
4. Trobar la massa equivalent als mols calculats en el pas anterior.

Aquests passos s'apliquen de manera consecutiva per resoldre el problema estequiomètric.