GES Materials d'estudi MC2 Física i química 1

Transcripción

1 GES Materials d'estudi MC2 Física i química 1 CANVIS QUE EXPERIMENTA LA MATÈRIA Què treballaràs? En acabar la feina d'aquesta quinzena has de ser capaç de: Descriure la taula periòdica actual dels elements Distingir les reaccions químiques d'altres fenòmens. Identificar diferents classes de reaccions químiques. La taula periòdica Al llarg del segle XIX es van descobrir un nombre important d elements químics, alguns dels quals tenien propietats semblants. El 1896, el químic rus D. Mendeleiev i l alemany J. L. Meyer, van classificar els elements químics en ordre creixent de les seves masses atòmiques. La taula periòdica o sistema periòdic actual conté tots els elements químics coneguts ordenats en ordre creixent de nombre atòmic. La posició de cada element depèn del seu número de protons. Taula periòdica actual de la Societat Catalana de Química Com s ordenen els elements químics? 1

2 Els elements es disposen en files horitzontals anomenats períodes i en columnes que s'anomenen grups o famílies. Tots als elements d'un mateix grup tenen un comportament químic semblant. Actualment es coneixen 109 elements diferents, dels quals només 92 es troben en la natura, la resta s han obtingut al laboratori. A la taula periòdica cada element es representa mitjançant el seu símbol, el nombre atòmic i la massa atòmica. ACTIVITAT Podries dir per què anomenem periòdica a la taula on tenim ordenats els elements químics? Solució El nom de taula periòdica ve del fet que les propietats dels elements de la taula (densitat, temperatura d ebullició, temperatura de fusió, reactivitat, etc.) varien de manera periòdica quan aquests són ordenats en funció del seu nombre atòmic. Classificació dels elements La situació a la taula periòdica permet fer una classificació dels elements: Metalls, no metalls i semimetalls Els metalls són el grup majoritari. Ocupen la banda esquerra i el mig. A temperatura ambient són sòlids (menys el mercuri, que és líquid). Són brillants, bons conductors de la calor i de l electricitat. Els no metalls estan situats a la regió superior dreta de la taula periòdica. Són mals conductors de la calor i de l electricitat. Els semimetalls estan situats entre els metalls i els no metalls. Són semimetalls el bor (B), el silici (Si), el germani (Ge) i l arseni (As). A temperatura ambient són sòlids. Com s ordenen els elements químics? 2

3 Elements de la matèria viva De tots els elements que hi ha a la taula periòdica alguns es troben en la matèria viva. Els elements químics que componen la matèria viva s'anomenen bioelements. Bioelements principals són oxigen, carboni, hidrogen, nitrogen, fosfor i sofre. El carboni C està a la major part de les molècules que componen els éssers vius. Bioelements secundaris són el calci, sodi, potassi, clor, iode, magnesi i ferro. Segur que has sentit parlar de persones que prenen ferro, d'altres que necessiten calci per el millor desenvolupament dels ossos. Quan a la cuina poses sal al teus aliments estàs afegint clor i sodi. Oligoelements són alguns metalls que estan en petites proporcions però que són imprescindibles per a la vida, coure, manganesi, cobalt, niquel... (Fitxa't en productes que anuncien i parlen de que a la seva composició hi ha oligoelements. Només volen dir que tenen en la seva composició alguns metalls) Els compostos químics Alguns elements químics com l oxigen i el nitrogen de l aire, els metalls nobles: l or, la plata i el platí... es troben lliures en la naturalesa. Però la majoria d elements químics els trobem combinats els uns amb els altres formant els anomenats compostos químics. Un compost químic és una substància pura que s ha format a partir de la combinació de dos o més elements químics. La part més petita d un compost químic que continua mantenint les propietats del compost és una molècula de compost. Una molècula està formada per la unió de dos o més àtoms dels diferents elements que formen el compost. Els compostos químics es representen mitjançant fórmules químiques. En la imatge hi veuràs representades molècules diferents. NH 3 És la fórmula del compost químic anomenat amoníac. La fórmula ens diu que l amoníac s ha format a partir de la unió de dos elements químics que són el nitrogen (N) i l hidrogen (H). La molècula d amoníac està formada per un e àtom, de nitrogen i tres d hidrogen. Com s ordenen els elements químics? 3

4 És important que recordis el següent: En les fórmules químiques, hi trobem els símbols dels elements que formen el compost. Els nombres que acompanyen els símbols (subíndexs) ens indiquen el nombre d àtoms de cada element que forma cada molècula de compost. Quan el nombre d àtoms és un, no es posa cap nombre com a subíndex. CH 3 CH 2 OH És la fórmula química del alcohol que utilitza en medicina i que químicament s'anomena alcohol etílic. La fórmula ens diu que cada molècula d alcohol està formada per dos àtoms de carboni, sis àtoms d hidrogen i un àtom d oxigen. Les transformacions de cada dia Cada moment, al nostre entorn podem observar com es transforma la matèria. Canvi físic És un procés que canvia la forma en què es presenten les substàncies però no altera la seva composició. En un canvi físic les substàncies inicials i finals són les mateixes. Què passa si deixem un pot amb aigua al foc? Al cap d'una estona l'aigua que estava en estat líquid s'ha evaporat. S'ha convertit en vapor d'aigua. Ja saps que l'aigua és un compost format per molècules de dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. En el cas de l'aigua líquida aquestes molècules es troben juntes, canviant de posició sense separar-se. En el cas del vapor d'aigua seguim tenint les mateixes molècules, amb dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen. El que ha canviat és que ara les molècules estan separades, movent-se de manera contínua, xocant entre elles i amb les parets del recipient que les conté. Si refredem el vapor d'aigua tornarem a tenir l'aigua en el seu estat líquid, com al principi. Aquests tipus de canvis són canvis físics. Canvi químic o reacció química És una transformació que modifiquen l estructura interna de la matèria. Fixem-nos ara què passa quan cremem un paper. Passat un temps el paper ha quedat reduïa a fum i cendres. Arribats en aquest punt ja no podem tornar endarrere. Què ha passat? Les molècules que formen el paper s'han combinat amb les molècules d'oxigen de l'aire transformant-se en un tipus diferent de molècules (les cendres i els gasos). S'ha produït un canvi químic. Canvis químics o reaccions químiques són els canvis en què una o més substàncies es transformen en una o unes altres de diferents a les inicials. Són canvis químics: la combustió, la síntesi. Com s ordenen els elements químics? 4

5 Les reaccions químiques no només tenen lloc als laboratoris; a la natura, a la cuina de casa... tenen lloc moltes reaccions químiques. Fer un ou ferrat és fer una reacció química perquè l ou ferrat té característiques molt diferents de l ou fresc. Un clau rovellat ha patit una reacció química: l oxigen de l aire ha reaccionat amb el ferro del clau i s ha format òxid. Per tant, podem dir que una reacció química s esdevé quan a partir d una o més substàncies es produeixen altres substàncies amb característiques diferents de les inicials. Un exemple de reacció química és la descomposició de la molècula d'aigua Tipus de reaccions Reaccions d'àcids i bases Els àcids i les basses són dos tipus de substàncies que es caracteritzen per la seva composició química i per les propietats que mostren. Àcids són substàncies de gust agre són irritants o corrosives reaccionen amb els metalls desprenen hidrogen Alguns àcids són molt perjudicials per la salut, d altres es troben en la nostra alimentació i alguns ens són d utilitat en la conservació dels aliments. Són exemples de substàncies que contenen àcids: el vinagre,(conté àcid acètic), el suc de llimona,(conté àcid cítric), el iogurt,(conté àcid làctic), etc. Bases són substàncies de gust amarg Tenen un tacte sabonós Algunes bases són substàncies perilloses. Algunes bases ens són d utilitat a l hora Com s ordenen els elements químics? 5

6 d eliminar la grassa. Són exemples de bases: el lleixiu, l'amoníac i la sosa càustica (hidròxid sòdic), el bicarbonat, etc. No tots els àcids ni totes les bases són igualment forts. El ph és una escala que serveix per indicar l'acidesa o la basicitat d'una substància. Els seus valors oscil len entre el 0 que és el més àcid i el 14 que és el més bàsic. Els àcids tenen un ph més petit que 7. Les bases tenen un ph més gran que 7. Les substàncies neutres tenen un ph igual a 7. (Les substàncies neutres són aquelles que no són ni àcides ni bàsiques). Els indicadors són substàncies que canvien de color segons si es troben en presència d'un àcid o d'una base. Saps que pots aconseguir un indicador a la cuina de casa? Les cols llombardes són de color violeta i tenen a les seves fulles una substància orgànica que és un indicador natural. Talla unes fulles de col llombarda i les bulls amb aigua durant 10 minuts. Quan estigui freda la coles i l'aigua que has obtingut de bullir la col és l'indicador. Ja està!!! Si tires uns gotes d'aquest indicador: en un medi àcid agafarà color vermell. en un medi neutre el color serà blau en un medi bàsic el color serà verd Com s ordenen els elements químics? 6

7 El ph i la conservació els aliments Els peixos, carns, fruites, vegetals són lleugerament àcids. Són pocs els aliments que són bàsics. Des d'èpoques molt antigues s'augmenta l'acidesa dels aliments per evitar la seva descomposició. Reaccions d'oxidació Una oxidació és la reacció d una substància amb l oxigen. Deixa un tros de metall a l aire lliure. Observa l passat un temps. Hi veus algun canvi? Si el metall és el ferro s ha oxidat. Ha reaccionat amb l oxigen de l aire formant òxid de ferro o rovell. - Pela una patata. Observa-la al cap d un temps. Veuràs que la seva superfície s ha enfosquit. Pots explicar aquest fet? La patata ha reaccionat amb l oxigen de l aire i s ha oxidat. Molts aliments tenen components que reaccionen amb l oxigen de l aire i s oxiden. - Podem evitar les oxidacions? Tot i que l oxigen és un element molt reactiu, podem evitar les oxidacions del ferro i d altres metalls recobrint la seva superfície amb pintura antioxidant, amb una pel lícula de plàstic o bé amb un altre metall. L oxidació dels aliments manufacturats es pot retardar afegint-los un tipus d additius anomenats antioxidants. Reaccions nuclears Fissió nuclear És la ruptura del nucli d'un àtom per transformar-se en nuclis més petits En els reactors nuclears es pot controlar la fissió i l'energia que es desprèn en la reacció. Fusió nuclear S'uneixen dos o més nuclis d'àtoms originant un nucli nou més gran. En aquest procés es desprèn gran quantitat d'energia. Els residus radioactius són els restos que queden després de les reaccions Com s ordenen els elements químics? 7

8 nuclears. Acostumen a tenir nuclis radioactius. El seu emmagatzematge planteja problemes greus perquè la radioactivitat dels nuclis dura milers d'anys i les capes protectores dels recipients on te'ls guarden poden deteriorar-se i deixar passar la radiació que emeten els residus- Per emmagatzemar el residus radioactius es guarden en recipients folrats de capes de substàncies que impedeixen que surtin les radiacions. Les etiquetes dels productes químics Alguns dels productes químics que tens a casa porten símbols de perillositat. Aquests símbols són universals i serveixen per indicar el comportament de les substàncies. La substància... és corrosiva? És verinosa? És inflamable? ACTIVITAT Mira etiquetes de substàncies químiques que tinguis a casa, per exemple lleixiu, alcohol, detergents... Alguna d elles portarà algun dels símbols de la imatge. A partir dels símbols raona quines mesures de seguretat has de seguir quan facis servir els productes. És molt important que t acostumis a mirar els símbols de perillositat de les etiquetes a fi d evitar-te sorpreses quan facis servir els productes. Com s ordenen els elements químics? 8