Transcript La quantitat de substància

La quantitat de
substància
Física i Química 1r Batxillerat
IES Sant Vicent Ferrer - Algemesí
Perquè els químics necessiten una
magnitud “especial” ?
Un dels problemes bàsics de la Química és poder
determinar la FÓRMULA EMPÍRICA i la FÓRMULA
MOLECULAR d’una substància pura
D’altra banda, els càlculs de les quantitats de reactius
que intervenen en una reacció o dels productes que
s’obtenen requereixen poder COMPTAR ÀTOMS i/o
MOLÈCULES per tal que ni en sobren ni en falten
El problema es pot resoldre si emprem la QUANTITAT
DE SUBSTÀNCIA, magnitud fonamental del S.I. la
unitat de la qual és el MOL
Vegem un exemple:
Un compost està format per un 92,31 % de C en massa
i per un 7,69 % d’H en massa
D’altra banda sabem que les masses atòmiques
relatives són: Ar(C)=12 i Ar(H)=1
Podríem saber amb això la seua fórmula?
COM QUE IGNOREM LA SEUA MASSA MOLECULAR
RELATIVA, NOMÉS PODRÍEM TROBAR LA
PERÒ
Solució raonada:
Sabem la contribució de cada tipus d’àtom (C i H) a la
massa total del compost i sabem la massa relativa de
cada àtom, si dividim la massa de C en el compost
entre el que “pesen” els seus àtoms trobarem un
nombre que guarda relació amb la “quantitat
d’àtoms” de C i si fem el mateix amb l’H trobarem un
nombre que guarda relació amb la “quantitat
d’àtoms” d’hidrogen
Si dividim els dos nombres entre el menor d’ells
tindrem la relació mínima entre ells i si fem que siga
una relació de nombres enters ja tindrem la fórmula
empírica
càlculs…
Per al carboni C : 92,31/12 = 7,69
Per a l’hidrogen H : 7,69/1 = 7,69
Mínima proporció: 7,69/7,69 = 1
La relació entre quantitats d’àtoms és 1:1, és a dir, hi ha el
mateix nombre d’àtoms de cada element en el compost,
per tant la seua fórmula empírica serà:
CH
Concepte de quantitat
de substància
Per a poder comptar amb facilitat quants àtoms
intervenen en una reacció i en quina proporció es
combinen hem definit la QUANTITAT DE SUBSTÀNCIA
com la quantitat d’entitats químiques (àtoms,
molècules, ions, electrons, etc.) que intervenen en
una reacció química, però comptades de forma
col·lectiva mitjançant la mesura de masses i volums,
principalment (símbol: n)
Per això la unitat que emprem s’anomena MOL i és
una unitat fonamental del Sistema Internacional
d’unitats
Definició de mol
Un mol és la quantitat de substància que conté tantes
entitats químiques com àtoms hi ha en 0,012 kg de
l’isòtop 12 de C (12C)
S’ha definit així perquè coneguda la massa atòmica o
molecular relativa d’una substància resulta senzill
calcular quina massa de cada substància conté 1 mol
MASSA MOLAR : anomenem així la massa d’un mol
CONSTANT D’AVOGADRO : la determinació
experimental de les partícules que conté 1 mol dóna
com a resultat: NA = 6,022·1023 partícules/mol
Massa molar: M (g/mol)
De la definició de mol es deriva una manera directa
de calcular la massa molar a partir de la massa
molecular relativa, si entenem que:
Massa d’una molècula: Mr (no té unitats)
Massa d’un mol de molècules: M (g/mol)
Exemple: l’aigua té una Mr = 18 i la seua massa molar
val M = 18 g/mol
Relacions bàsiques: M = m/n ; n = m/M ; m = n·M
massa molar en g/mol; m massa en g; n quantitat
de substància en mol
Constant d’Avogadro
Hi ha diferents mètodes experimentals per a
determinar quantes entitats químiques conté 1 mol
Les dades actuals donen: NA = 6,022·1023 mol-1
Encara que Amedeo Avogadro mai no es va proposar
el càlcul d’aquesta constant, si que va suggerir en la
seua llei sobre la constitució dels gasos que mesurant
els volums de diferents gasos a la mateixa P i T per a
una mateix quantitat de gas, volums iguals contenen
el MATEIX NOMBRE DE PARTÍCULES
Relacions bàsiques: NA = N/n ; n = N/NA ; N = n·NA on N
representa el nombre de partícules
Un mol de diferents
substàncies
Volum molar d’un gas
Si tenim en compte la LLEI D’AVOGADRO segons la
qual volums iguals de gasos diferents a les mateixes
P i T contenen el mateix nombre de molècules...
...DEDUÏM QUE UN MOL DE TOTS ELS GASOS IDEALS
OCUPA EL MATEIX VOLUM, EN LES MATEIXES
CONDICIONS DE P I T, ja que un mol sempre conté el
mateix nombre de partícules
AQUEST VOLUM S’ANOMENA VOLUM MOLAR VM
En condicions normals (1 atm, 273 K), val 22,4 L/mol
Equació dels gasos ideals
Per als gasos ideals es compleix: P·V/T = k, per a una
quantitat constant de gas
Si triem un mol de gas, en C.N., tindrem:
1 atm·22,4 L/mol / 273 K = 0,082 atm·L/mol·K = R
Per a “n” mol de gas: P·V/T = n·R
La forma habitual de l’equació dels gasos ideals en
funció de la quantitat de substància és: PV = nRT
Concentració de les
dissolucions
Les dissolucions són mescles homogènies i uniformes la
composició de les quals s’expressa mitjançant la
magnitud CONCENTRACIÓ
En algunes formes d’expressar la concentració intervé la
quantitat de substància:
La MOLARITAT : [A] = nA/V (mol de solut/L dissolució)
La MOLALITAT : mA = nA/md (mol de solut/kg dissolvent)
La FRACCIÓ MOLAR : XA = nA/nTOT (mol de solut/mol total)
Altres formes d’expressar la
concentració
PERCENTATGE EN MASSA (%) O RIQUESA
Determinació de la molaritat a partir de la DENSITAT
(ρ, en g/mL) i la RIQUESA (%):
Agafem una mostra de referència: 1 L de dissolució, que
conté una massa total que equival a la densitat per
1000. Multipliquem per la riquesa (%) i dividim per 100
i tenim la massa de solut en 1 L. Passem a mol,
dividint per M, i ja tenim la resposta: [A] =
ρ·(%)·1000/M·100 = ρ·(%)·10/M
PERCENTATGE EN VOLUM (%) O GRADUACIÓ (°)
CONCENTRACIÓ MÀSSICA (g/L)
Dilucions
Diluir és disminuir la concentració d’una dissolució
tot afegint-hi més quantitat de DISSOLVENT, però
sense alterar la quantitat de SOLUT
Conseqüentment l’equació per a calcular la nova
concentració de la dissolució diluïda serà:
nSOLUT = constant = [S]·V = [S]’·V’
amb “prima” la diluïda, sense, la concentrada