La Matèria, Canvis d'Estat i Mescles: Guia Completa de Química Bàsica

La Matèria: Definició i Propietats Bàsiques

La matèria és tot allò que té massa i volum.

La Teoria Cinètica-Mol·lecular

La teoria cinètica-mol·lecular estableix que la matèria està formada per àtoms. Els àtoms s'uneixen entre ells a causa de l'atracció mútua que senten. A més, aquests àtoms vibren i augmenten el seu moviment quan la substància s'escalfa.

Canvis d'Estat de la Matèria

Els canvis d'estat són processos físics en els quals la matèria passa d'un estat a un altre. Aquests inclouen:

• De sòlid a líquid: Fusió
• De líquid a sòlid: Solidificació
• De líquid a gas: Vaporització
• De gas a líquid: Condensació
• De sòlid a gas: Sublimació
• De gas a sòlid: Sublimació inversa

A continuació, es detallen les definicions dels conceptes clau:

• Sòlid: Cos amb forma pròpia i resistent.
• Fusió: Canvi d'estat de sòlid a líquid. Exemple: gel fos.
• Solidificació: Canvi d'estat de líquid a sòlid. Exemple: aigua al congelador per fer glaçons.
• Líquid: Cos que no té forma pròpia; la seva forma depèn del recipient que el conté.
• Vaporització: Canvi d'estat de líquid a gasós. Exemple: aigua bullint.
• Condensació: Canvi d'estat de gasós a líquid. Exemple: la boira.
• Gas: Cos sense forma pròpia.
• Sublimació: Canvi d'estat de sòlid a gasós. Exemple: la naftalina.
• Sublimació inversa: Canvi d'estat de gasós a sòlid.

Tipus de Vaporització

La vaporització es pot produir de dues maneres:

• Ebullició: Procés que ocorre a una temperatura determinada (punt d'ebullició) i en tota la massa del líquid.
• Evaporació: Procés que ocorre a qualsevol temperatura per sota del punt d'ebullició i només a la superfície del líquid.

Punt d'Ebullició

El punt d'ebullició és la temperatura a la qual un líquid entra en ebullició, és a dir, passa de l'estat líquid a l'estat gasós.

Punt de Fusió

El punt de fusió és la temperatura a la qual un sòlid passa a l'estat líquid.

Durant el canvi d'estat, la temperatura es manté constant en les substàncies pures. Quan subministrem energia a una substància, les partícules augmenten la seva energia cinètica i es mouen més ràpidament, fet que provoca un augment de la temperatura. No obstant això, quan s'arriba al canvi d'estat, l'energia subministrada es destina a trencar els enllaços entre les partícules, permetent-los canviar de fase. Durant aquest procés, la temperatura es manté constant, ja que l'energia s'utilitza per al canvi de fase i no per augmentar l'energia cinètica de les partícules.

Efecte de la Pressió sobre els Punts d'Ebullició i Fusió

• Punt d'ebullició: Quan la pressió augmenta, el punt d'ebullició puja. Per contra, quan la pressió disminueix, el punt d'ebullició baixa.
• Punt de fusió: Quan la pressió augmenta, el punt de fusió baixa. Per contra, quan la pressió disminueix, el punt de fusió augmenta.

Mescles i Dissolucions

Substàncies Pures

Una substància pura està constituïda per la mateixa agrupació d'àtoms i posseeix propietats característiques definides, com la densitat o el punt d'ebullició.

Les substàncies pures es classifiquen en dos grups:

• Compostos: Substàncies constituïdes per més d'un tipus d'àtom. Es poden descompondre en substàncies més senzilles mitjançant mètodes químics.
• Elements: Substàncies constituïdes per un sol tipus d'àtom. Exemples: oxigen, nitrogen. (Nota: el diòxid de carboni és un compost).

Mescles

Una mescla és una barreja de substàncies pures que es poden separar mitjançant mètodes físics. Hi ha dos tipus principals de mescles:

• Homogènies (Dissolucions): Mescles homogènies amb partícules de mida inferior a 10^-9 m. No se sedimenten ni es poden filtrar. Exemples: aigua de mar, aire, benzina, llautó.
• Heterogènies: Es divideixen en dos tipus:
  • Suspensions: Mescles heterogènies amb partícules de mida superior a 10^-7 m. Se sedimenten i es poden filtrar. Exemples: suc, Cola-Cao, llet, medicaments.
  • Col·loides: Mescles heterogènies amb partícules de mida entre 10^-9 m i 10^-7 m. No se sedimenten (excepte si se centrifuguen) i no es poden filtrar. Exemples: sang, maionesa, gelatina, boira.

Concentració d'una Dissolució

La concentració d'una dissolució és la quantitat de solut present en una determinada quantitat de dissolució.

• Solut: Component minoritari de la dissolució.
• Dissolvent: Component majoritari de la dissolució.
• Dissolució: La mescla resultant de solut i dissolvent.

Les formes més comunes d'expressar la concentració són:

• Tant per cent en massa (% m/m): (Massa del solut / Massa de la dissolució) × 100.
• Tant per cent en volum (% v/v): (Volum del solut / Volum de la dissolució) × 100.
• Concentració en massa (g/L o kg/m³): Massa del solut / Volum de la dissolució.

La Solubilitat

La solubilitat és la concentració màxima de solut que es pot dissoldre en una quantitat determinada de dissolvent (sovint expressada en grams de solut per 100 g de dissolvent) a una temperatura i pressió donades.

Si el solut és un sòlid, la solubilitat generalment augmenta a mesura que augmentem la temperatura. En canvi, si el solut és un gas, la solubilitat disminueix amb l'augment de la temperatura i augmenta amb l'augment de la pressió.