Fonaments de la química: Reaccions, lleis i estequiometria

1. Canvi Físic i Químic

Canvi Físic

Un canvi físic és quan la transformació no implica modificació de la matèria (per exemple, l'evaporació de l'aigua).

Canvi Químic

Un canvi químic és quan la matèria es transforma, és a dir, apareixen substàncies noves. Alguns exemples són la precipitació, l'oxidació-reducció i les reaccions àcid-base.

2. Llei de Conservació de la Massa

En qualsevol reacció química, la massa dels productes finals és igual a la massa dels reactius inicials. La massa es conserva (2 + 2 = 4).

3. Llei de les Proporcions Definides

Quan dos elements es combinen per donar un compost, ho fan en una relació de massa fixa. Si 2 + 2 és 4, 8 + 8 és 16.

4. Llei de les Proporcions Múltiples

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. Per exemple, 4 + 4 = 8 i 4 + 2 = 6.

5. Llei dels Volums en Combinació

Els volums dels gasos que intervenen en una reacció química (mesurats en les mateixes condicions de pressió i temperatura) estan en una relació de nombres enters senzills. Per exemple, 2L / 1L = 2.

6. Puresa dels Reactius

Puresa

100% - % d'impureses

Riquesa

Massa de substància pura / Massa de substància total x 100

Equació dels Gasos Ideals

P · V = n · R · T, on R = 0.082 atm/L o 8.3 Pa/m³

7. Rendiment de la Reacció

Rendiment = Massa obtinguda / Massa teòrica · 100

8. Fórmula Empírica

1. Determinar la quantitat de cada element (x).
2. Dividir x entre la massa atòmica.
3. Dividir els resultats pel més petit (arrodonir a enter).
4. Analitzar els resultats.

Exemple

Mn_xO_y, 63.2% de Mn. Quina és la fórmula empírica?

100% - 63.2% = 36.8% de O

Mn: 63.2g Mn / 54.94 (g/mol) = 1.15

O: 36.8g O / 16 (g/mol) = 2.3

1.15 és el més petit

Mn: 1.15 / 1.15 = 1

O: 2.3 / 1.15 = 2

La fórmula és MnO₂

9. Composició Centesimal

Grams d'element en un compost / Massa molar del compost · 100 = % de l'element en el compost

10. Fórmula Molecular d'un Compost

1. Calcular la massa de la fórmula empírica, que és la massa atòmica de cada element per el nombre d'àtoms que tingui (per exemple, CH₄: 1 · 12 + 4 · 1 = 16).
2. Mc / Me, on Mc es calcula amb la fórmula P · V = m / Mc · R · T.

11. Reacció Endotèrmica i Exotèrmica

La reacció endotèrmica necessita energia externa, en canvi, la reacció exotèrmica allibera energia durant la seva reacció.

12. Velocitat de Reacció

La velocitat de reacció acostuma a créixer en augmentar la concentració, la temperatura, la superfície de contacte o amb l'ús d'un catalitzador, ja que disminueix l'energia d'activació (Ea).

13. Àcid

És qualsevol substància que en dissolució aquosa és capaç de donar protons (H⁺). Per exemple: HCl --> H⁺ + Cl^-

14. Base

És qualsevol substància que en dissolució aquosa és capaç d'alliberar ions hidroxil (OH^-). Per exemple: NaOH --> Na⁺ + OH^-

15. Concepte de pH

pH = -log(H⁺)

pOH = -log(OH^-)

pH + pOH = 14

16. Àcid Fort

En dissolució aquosa es dissocia totalment. Té un pH entre 0 i 3.

17. Base Forta

En dissolució aquosa es dissocia totalment. Té un pH entre 11 i 14.

18. Valoracions Àcid-Base

Permeten determinar la concentració desconeguda d'un àcid o una base per una reacció de neutralització.

Àcid + Base = Aigua + Sal

S'utilitza una substància que canvia de color quan la solució aquosa és a un rang de pH específic (viratge de l'indicador).

Quan s'arriba al punt d'equivalència:

Mols Àcid = Mols Base

L'indicador canvia de color.

V_a · C_a · a = V_b · C_b · b, on V = litres, C = concentració (mol/L) i a/b = nombre de H⁺ o OH^- que conté l'àcid o la base.

19. Reaccions de Reducció-Oxidació (REDOX)

En les Reaccions REDOX té lloc una transferència d'electrons.

Concepte

Cadascun dels processos que formen una reacció REDOX s'anomenen semireaccions:

Reducció: La substància que es redueix accepta electrons d'una altra substància.

Oxidació: La substància que s'oxida dona electrons a una altra substància.

Exemple

1. Trobar els agents oxidant i reductor

Per saber quines substàncies es redueixen o s'oxiden, es mira el canvi en els nombres d'oxidació. Per exemple:

K₂SO_{3 (aq)} --> K₂SO_{4 (aq)}

En el primer compost, la S té un nombre d'oxidació de +4 i en el segon de +6.

2. Igualar els Oxígens amb H₂O i els Hidrògens amb H⁺

K₂SO_{3 (aq)} + KMnO_{4 (aq)} + HCl_(aq) --> K₂SO_{4 (aq)} + MnCl_{2 (aq)} + KCl + H₂O

Oxidació: ₍₊₄₎SO₃^2-_(aq) --> ₍₊₆₎SO₄^2-_(aq) + 2e^-

Reducció: ₍₊₇₎MnO₄^-_(aq) + 5e^- --> ₍₊₂₎Mn²⁺_(aq)

Oxidació: 5 · (SO₃^2-_(aq) + H₂O --> SO₄^2-_(aq) + 2H⁺_(aq) + 2e^-)

Reducció: 2 · (MnO₄^-_(aq) + 8H⁺_(aq) + 5e^- --> Mn²⁺_(aq) + 4H₂O)

5 SO₃^2-_(aq) + 2 MnO₄^-_(aq) + 6 H⁺_(aq) + 5 H₂O --> 5 SO₄^2-_(aq) + 2 Mn²⁺_(aq) + 8 H₂O + 10H⁺

5 SO₃^2-_(aq) + 2 MnO₄^-_(aq) + 6 H⁺_(aq) --> 5 SO₄^2-_(aq) + 2 Mn²⁺_(aq) + 3 H₂O

5 K₂SO_{3 (aq)} + 2 KMnO_{4 (aq)} + 6HCl_(aq) --> 5 K₂SO_{4 (aq)} + 2 MnCl_{2 (aq)} + 3 H₂O + 2 KCl (Comprovar que està ben ajustada)

Nombres d'Oxidació

+1: H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

+2: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, Zn, Cd

+3: Sc, Al, Ga, In

+4: Ti, V, Cr, Mn, Pd, Pt, C, Si, Ge, Sn, Pb

+5: V, N, P, As, Sb, Bi

+6: Cr, Mn, S, Se, Te

+7: Mn, Cl, Br, I

-1: F, Cl, Br, I

-2: O, S, Se, Te

-3: B, N, P, As, Sb

-4: C, Si

Nomenclatura dels Oxoàcids

Cl, Br, I: hipo-x-ós (+1) HXO, x-ós (+3) HXO₂, x-ic (+5) HXO₃, per-x-ic (+7) HXO₄

S, Se, Te: x-ós (+4) H₂XO₃, x-ic (+6) H₂XO₄

N: x-ós (+3) HXO₂, x-ic (+5) HXO₃

P, As: x-ós (+3) H₃XO₃, x-ic (+5) H₃XO₄

C: x-ós (+2) H₂XO₂, x-ic (+4) H₂XO₃

Si: x-ic (+4) H₄XO₄

B: x-ic (+3) H₃XO₃

Cr: per-x-ic (+7) HMnO₄, x-ic (+6) H₂XO₄

Cr: x-ic (+6) H₂CrO₄, di-x-ic (+6) H₂Cr₂O₇