Supòsit cinètic: el contingut energètic de la matèria és el sumatori de tota l energia mecànica de cada unitat elemental.

Transcripción

1 . LA EORIA CINÈICO-MOLECULAR La teoria cinètico-molecular es basa en dos supòsits: Supòsit molecular: la matèria es troba constituïda per unitats elementals (àtoms, ions o molècules) a les quals es poden aplicar les lleis físiques de la mecànica. Supòsit cinètic: el contingut energètic de la matèria és el sumatori de tota l energia mecànica de cada unitat elemental. En aquest crèdit s estudiarà l aplicació de la teoria cinètico-molecular en aspectes com, per exemple, la interpretació de les propietats generals dels gasos o en la descripció dels diferents estats de la matèria i els seus possibles canvis de fase.

2 . L ESA GASÓS I LES LLEIS QUE REGEIXEN ELS GASOS IDEALS Els gasos es difonen, és a dir, tendeixen a ocupar tot el recipient que ocupen. Definició dels gasos ideals ➊ El volum de les unitats elementals és negligible. ➋ Les unitats elementals es mouen en línia recta i tota la seva energia és cinètica. ➌ Les unitats elementals xoquen entre elles i amb les parets del recipient, els xocs són elàstics, l energia es manté constant. Aquests xocs amb les parets són els responsables de la pressió que exerceix el gas. Com més elevada sigui la temperatura d un gas, major serà l energia cinètica mitjana de les seves molècules i major la velocitat mitjana amb què es mouen. Primera llei de Gay-Lussac Quan augmenta la temperatura, les unitats elementals d un gas tenen més energia cinètica, es mouen més de pressa, hi ha més xocs amb les parets del recipient i, com a conseqüència, la pressió és més gran. La pressió és directament proporcional a la temperatura. p constant p p... Segona llei de Gay-Lussac Quan augmenta la temperatura d un gas, les unitats elementals tenen més energia cinètica, s expandeixen, augmentant el seu volum. El volum és directament proporcional a la temperatura. V constant V V... Llei de Boyle i de Mariotte En reduir el volum d un gas es produeixen més xocs amb les parets del recipient i, per això, augmenta la pressió. La pressió i el volum són inversament proporcionals. Llei dels gasos ideals p V constant p V p V... p V constant p V p V...

3 Construïu les gràfiques següents: pressió-volum, pressió-temperatura i volum-temperatura. Analitzeu el concepte d isoterma. Equació d estat dels gasos ideals A l equació d estat dels gasos ideals apareix el concepte de mol, conseqüència de la teoria cinètico-molecular. RECORDAORI DEL CONCEPE DE MOL (i) Un mol de qualsevol substància té una massa, en grams, igual al seu pes molecular o atòmic. (ii) Un mol de qualsevol substància conté el nombre d Avogadro (N A 6,0 0 3 ) de molècules o àtoms. (iii) Un mol de qualsevol gas, en condicions normals de pressió i temperatura ( atm i 0ºC), ocupa un volum de,4 litres. L equació d estat dels gasos ideals s expressa com: P V n R On R és la constant dels gasos ideals, R 0,08 atm l K - mol - R 8,3 J K - mol - (en el Sistema Internacional)

4 Mescla de gasos ideals. Llei de Dalton En una mescla de gasos ideals, la pressió total és el sumatori de les pressions parcials de tots els gasos components: p Σ p i on p és la pressió total i p i és la pressió parcial del gas component i. Es considera la pressió parcial com l exercida per un gas d una mescla, equivalent a la pressió que exerciria aquest gas si ocupés ell tot sol el recipient, i és directament proporcional al nombre de mols. La pressió parcial de cada component de la mescla gasosa és, per tant, una fracció de la pressió total: p i x i p on x i és la fracció molar del component gasós i en la mescla. La fracció molar és una mesura de la concentració. Aplicada a la mescla de gasos, es pot expressar com: n i x i n on n i és el nombre de mols del gas component i i n és el nombre de mols totals de la mescla gasosa. La fracció molar és, per tant, una mesura adimensional i, en tot cas, els valors que pot prendre es troben compresos entre 0 i. Òbviament, el sumatori de totes les fraccions ha de ser igual a la unitat: Σ x i ELS GASOS REALS El comportament dels gasos reals només és aproximat al dels gasos ideals quan són a baixes pressions i a elevades temperatures. En qualsevol altre cas, cal tenir en compte el volum de les molècules i la força de cohesió entre elles. Consulteu bibliogràficament les característiques dels gasos reals i el concepte de pressió de vapor.

5 .3 CARACERÍSIQUES I PROPIEAS DELS LÍQUIDS Els líquids són incompressibles, és a dir, no es poden comprimir. Els líquids es dilaten en augmentar la temperatura i es contrauen en disminuir-la. Les forces de cohesió (forces d interacció entre les molècules) s anul len en les molècules de l interior dels líquids, però no s anul len a la superfície lliure. Aquest fenomen es coneix com a tensió superficial. Feu una recerca en la bibliografia dels següents aspectes relacionats amb les característiques i propietats dels líquids: - formació dels meniscs, - tipus de menisc: menisc còncau i menisc convex, - lectura de meniscs, - líquids que mullen i líquids que no mullen, - capil laritat.

6 .4 L ESA SÒLID. XARXES CRISAL LINES Les unitats elementals d un sòlid no es mouen, únicament vibren al voltant d una posició d equilibri: moviments de vibració. Els sòlids es dilaten en augmentar la temperatura i es contrauen en disminuir-la. Els sòlids formen xarxes cristal lines amb estructures geomètriques determinades. No obstant això, existeixen certs tipus de materials que són amorfs i, per tant, no tenen estructura cristal lina (científicament se ls considera com a líquids de molt elevada viscositat). Els sòlids tenen les propietats físiques i químiques segons el tipus de xarxes cristal lines que formin: Cristalls iònics Unitat elemental: ions positius i negatius en les quantitats adequades perquè la càrrega elèctrica total sigui nul la. Exemples: sulfat de calci cristal litzat, CaSO 4 H O (guix); silicat de coure (II) cristal litzat, CuSiO 3 H O (dioptasa); sulfat de coure (II) cristal litzat, CuSO 4 5H O. Propietats: gran duresa, elevada temperatura de fusió, solubles en aigua i dissolvents aquosos, i les seves dissolucions són bones conductores del corrent elèctric (electròlits). Quan, en cristal litzar una sal, molècules d aigua queden atrapades, la quantitat relativa s anomena aigua de cristal lització i s indica al costat de la fórmula de la sal. Cristalls atòmics Unitat elemental: àtoms que s uneixen mitjançant enllaços covalents. Exemples: diamant i grafit (estructures cristal litzades del carboni). Propietats: elevada duresa, alt punt de fusió i insolubles en aigua. El diamant és el material més dur que es coneix, se li assigna el valor 0 de l escala de dureses de Mohs. Cristalls moleculars Unitat elemental: molècules que han de ser molt polars per a mantenir-se juntes les unes a les altres a temperatura ambient. Exemples: compostos orgànics sòlids. Propietats: baixes temperatures de fusió, insolubles en aigua, solubles en dissolvents orgànics. Cristalls metàl lics Unitat elemental: ions positius (cations) del metall; els electrons es deslocalitzen i es mouen lliurement i aleatòriament, formant el núvol electrònic, enmig de la xarxa cristal lina de cations. Exemples: bismut, magnesi, mercuri, etc. Propietats: duresa i temperatura de fusió relativament altes (a excepció dels metalls alcalins i alcalinoterris), bons conductors de l electricitat i la calor, lluentor metàl lica, dúctils i mal leables.

7 .5 EL QUAR ESA DE LA MAÈRIA: EL PLASMA El plasma s obté en escalfar la matèria fins a temperatures de milions de graus. En aquesta situació, els electrons tenen prou energia per separar-se completament dels nuclis i tenir, uns i altres, elevadíssimes energies cinètiques. El plasma té, conseqüentment, tres components: electrons lliures, ions positius i, en menor proporció, àtoms sense ionitzar. APLICACIÓ: la fusió nuclear utilitza hidrogen en estat de plasma perquè es puguin fusionar els nuclis i té lloc un gran alliberament d energia. Una major comprensió i coneixement del plasma permetrà millorar el control de la immensa quantitat d energia, possiblement neta i renovable, que es pot obtenir de la fusió nuclear.

8 .6 LES MACROMOLÈCULES Les macromolècules, també anomenades polímers o alts polímers, són unes substàncies formades per centenars o milers d àtoms units entre si pel mateix tipus d enllaç. Per aquest motiu, la seva massa molecular és molt gran (entre i alguns milions). Els enllaços, generalment, són covalents i, puntualment, poden ser iònics, i donen lloc a cadenes allargades que poden tenir estructura lineal, ramificada o en forma de xarxa. Les substàncies formades per macromolècules es poden classificar, segons l origen que tenen en: substàncies macromoleculars naturals, substàncies macromoleculars artificials i substàncies macromoleculars sintètiques. Macromolècules naturals. Poden ser d origen orgànic (són els hidrats de carboni, els lípids, les proteïnes i els àcids nucleics) o d origen mineral (destaquen el diamant, els silicats, els borats, els aluminosilicats i els sulfurs de molibdè i de zinc. Macromolècules artificials. S obtenen per modificació química de les substàncies macromoleculars naturals, com ara els derivats del cautxú natural i els èsters de la cel lulosa. Són exemples d aquestes substàncies el cautxú vulcanitzat, el cel luloide o la galalita. Macromolècules sintètiques. Comprenen tots els polímers obtinguts per reaccions de polimerització o per modificació química d altres polímers sintètics. Com a polímers destaquen les fibres i els elastòmers sintètics i els diferents polímers sintètics emprats en la indústria dels plàstics i de les pintures. La SÍNESI és una operació química que consisteix a reunir substàncies senzilles per formar-ne de més complexes. Amplieu els coneixements de les més significatives macromolècules naturals i sintètiques, com ara la cel lulosa, el midó i els plàstics. És important reconèixer el paper d aquestes macromolècules en materials de la vida quotidiana.