Transcript Primeres lleis de la Química

Col·legi Sagrada Família (Gavà)
Tema 1. La teoria cineticomolecular de la matèria
PRIMERES LLEIS CIENTÍFIQUES DE LA
QUÍMICA
Introducció
 Estudiarem les primeres lleis relatives a les reaccions
químiques estudiades utilitzant el mètode científic.
 Per aquesta raó es diu que aquestes lleis estableixen la
transició entre la Alquímia i la Química.
 La majoria d’aquestes lleis han estat desenvolupades al
segle XVIII
 Hi a lleis referents a la massa a les reaccions químiques
(lleis ponderals) i lleis referents al comportament del
volum en reaccions entre gasos (lleis volumètriques)
Química 1r Batxillerat
Esquema general
Química 1r Batxillerat
Lleis Ponderals
 Són aquelles que tenen a veure amb la massa de
substància i la manera en que evoluciona a les
reaccions químiques.
 Llei de la conservació de la massa (Lavoisier)
 Llei de les proporcions definides (Proust)
 Llei de les proporcions múltiples (Dalton)
Química 1r Batxillerat
Llei de conservació de la Massa
Lavoisier
 La massa no pot variar en cap procés físic o químic produït
a la matèria.
 La massa de reactius en una reacció química ha de ser igual
a la massa productes.
 En general la matèria ni es crea ni es destrueix, només es
transforma.
 Qüestions:
1.
En la combustió d’una fusta, es conserva realment la massa?
2.
En realitat, la massa es pot convertir en alguna altre cosa?
Química 1r Batxillerat
Llei de conservació de la Massa
Exemple pràctic.
C
INICIAL
+
12 g
O2
―›
CO2
32 g
44 g
FINAL
ÉS POSSIBLE!!!
Química 1r Batxillerat
•Inicialment la massa total és 44 g
•Al final la massa total és 44 g
Llei de conservació de la Massa
Exemple pràctic.
C
INICIAL
+
10 g
O2
―›
CO2
32 g
44 g
FINAL
ÉS IMPOSSIBLE!!!
Química 1r Batxillerat
•Inicialment la massa total és 42 g
•Al final la massa total és 44 g
Llei de les proporcions definides
Proust
 Sempre que dos o més elements es combinen per
formar un mateix compost ho fan en una proporció en
massa constant.
 Berthollet va dubtar d’aquesta llei ja que amb les seves
experiències va constatar que:
 en ocasions dos elements es poden combinar en
proporcions diverses (segons quin sigui el mètode
experimental utilitzat)
 Qüestió:
1.
Què creus que passava amb aquesta aparent contradicció?
Química 1r Batxillerat
Llei de les Proporcions definides
Exemple pràctic.
C
INICIAL
+
12 g
O2
―›
CO2
32 g
44 g
FINAL
La proporció en que es combinen és:
12g C = 32 g O2
3g C = 8 g O2
Química 1r Batxillerat
Llei de les proporcions definides
Exemple pràctic.
C
INICIAL
FINAL
+
18 g
O2
―›
CO2
32 g
6g
44 g
La proporció en que es combinen és:
12g C = 32 g O2
HAN DE SOBRAR 6 g de C !!!
Química 1r Batxillerat
Llei de les proporcions múltiples
Dalton
 Quan dos elements es combinen per formar més d’un
compost, les quantitats d’un dels elements que es
combinen amb una quantitat fixa de l’altre mantenen
entre si una relació de nombres enters senzills.
(2/1; 3/1; 3/2;..)
Llei de les proporcions múltiples
Exemple pràctic.
INICIAL
C + O2 ―› CO2
C + O2 ―› CO
12 g
12 g
32 g
16 g
44 g
FINAL
32 g O21
16 g O22
Química 1r Batxillerat
28 g
2
=
1
Teoria atòmica de Dalton
 Les lleis ponderals van suggerir a Dalton un comportament determinat
de la matèria. Va recuperar la idea atomística de la matèria de Demòcrit
i va enunciar la TEORIA ATÒMICA basada en els següents principis:
 Tots els elements estan formats per àtoms petitíssims, que són
partícules indivisibles i indestructibles.
 Tots els àtoms d’un element són iguals pel que fa a la massa i a altres
propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.
 Un compost químic no elemental està format per àtoms de compost,
tots iguals entre ells. Cada àtom de compost està format per àtoms de
diferents elements que es combinen en una relació de nombres enters
senzills.
 En una reacció química, els àtoms es recombinen, i així, unes
substàncies es transformen en altres.
Quines errades té la teoria atòmica de Dalton amb els
coneixements del segle XXI?
Química 1r Batxillerat, tots iguals entre ells
Explicació de la llei de conservació de la massa
per la Teoria Atòmica de Dalton
 A les reaccions químiques els àtoms no es creen ni es
destrueixen, només es recombinen.
 Per tant la massa total del sistema no canvia al llarg
d’un procés químic.
Explicació de la llei de les proporcions definides
per la Teoria Atòmica de Dalton
C
INICIAL
+
12 g
O2
―›
CO2
32 g
44 g
FINAL
Sempre que el carboni i l’oxigen es combinen per
formar diòxid de carboni ho fan en una proporció
definida i constant.
Química 1r Batxillerat
Explicació de la llei de les proporcions múltiples
per la Teoria Atòmica de Dalton
INICIAL
C + O2 ―› CO2
C + O2 ―› CO
12 g
12 g
32 g
16 g
44 g
FINAL
El carboni es combina amb l’oxigen per formar dos compostos
diferents.
És normal que per una mateixa quantitat de carboni les
quantitats d’oxigen mantinguin una relació de nombres
enters sezills.
Química 1r Batxillerat
28 g
Lleis volumètriques
 Tènen a veure amb el volum de combinació de gasos en
les mateixes condicions de pressió i temperatura.
 Llei dels volums de combinació (Gay-Lussac)
 Llei d’Avogadro
Llei dels volums de Combinació
Gay-Lussac
 En les reaccions entre gasos, els volums de les
substàncies que reaccionen i els volums dels
productes, mesurats en les mateixes condicions de
pressió i de temperatura, mantenen una relació de
nombres enters senzills.
Llei dels volums de combinació
Exemple pràctic 1.
Cl
INICIAL
+
1L
H
―›
HCl
1L
2L
FINAL
La proporció en que es combinen és:
1 L Cl2 = 1 L H2 = 2 L HCl
A més a més sembla que el volum es conserva !!!
Química 1r Batxillerat
Llei dels volums de combinació
Exemple pràctic 2.
O
INICIAL
+
1L
H
―›
HO
2L
2L
FINAL
La proporció en que es combinen és:
1 L O2 = 2 L H2 = 2 L H2O
Doncs sembla que el volum no es conserva !!!
Química 1r Batxillerat
Llei dels volums de combinació
Exemple pràctic 3.
N
INICIAL
+
1L
H
―›
NH
3L
2L
FINAL
La proporció en que es combinen és:
1 L N2 = 3 L H2 = 2 L NH3
DEFINITIVAMENT el volum no es conserva !!!
Química 1r Batxillerat
Llei d’Avogadro
 En iguals condicions de pressió i de temperatura,
volums iguals de gasos diferents contenen el mateix
nombre de partícules.
Interpretació Avogadro
Exemple pràctic 1.
Cl2
Cl
INICIAL
++
1L
H
H2
―› 2 HCl
HCl
1L
2L
FINAL
Si el volum de clorur d’hidrogen és el doble que el d’hidrogen i el de clor,
han de formar-se el doble de partícules. Això vol di que a la reacció, el
clorur d’hidrogen ha de tenir in coeficient 2
Si la molècula de clorur d’hidrogen està formada per 1 àtom
d’hidrogen i 1 àtom de clor , és necessari que el clor i l’hidrogen
siguin diatòmics per tal que es conservi la matèria.
Química 1r Batxillerat
Interpretació Avogadro
Exemple pràctic 2.
O2
INICIAL
+
1L
2 H2
―› 2 HO
HO
H
2O
2L
2L
FINAL
Suposem de partida que els elements no metàl·lics en estat gasós formen
sempre molècules diatòmiques.
Com que hi ha doble volum d’hidrogen i d’aigua que d’oxigen, hi haurà el
doble de partícules. Posarem un coeficient 2 al Hidrogen i a l’aigua.
Finalment, per mantenir invariable la quantitat de matèria és necessari que l’aigua
tingui dos àtoms d’hidrogen
Química 1r Batxillerat
Interpretació Avogadro
Exemple pràctic 3.
INICIAL
N2
+ 3 H2
1L
3L
―› 2 NH
NH3
2L
FINAL
Tornem a suposar molècules diatòmiques pel nitrogen i per l’hidrogen
Com seguirà el raonament?
Coeficient 3 a l’hidrogen i 2 a l'amoníac per tal de respectar la llei
d’Avogadro.
Finalment, l’amoníac ha de contenir 3 Hidrogens per tal de respectar
la conservació de la matèria
Química 1r Batxillerat
Teoria atòmicomolecular
 La llei de Gay-Lussac, conjuntament amb l llei
d’Avogadro, van completar la teoria atòmica de Dalton.
 A més de reconèixer que els elements químics els
formen àtoms, també sabem que alguns formen
molècules.
Química 1r Batxillerat
Postulats de la
Teoria atomicomolecular
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Tota la matèria està formada per àtoms molt petits, que són partícules
indivisibles i indestructibles.
Tots els àtoms d’un element són exactament iguals pel que fa la massa i
a la resta de propietats, i diferents dels àtoms de qualsevol altre element.
Totes les substàncies no elementals estan formades per molècules, que
provenen de la unió d’àtoms en una determinada proporció.
Totes les molècules d’una mateixa substància són iguals entre elles i
diferents de les molècules d’altre substància.
Les substàncies elementals poden estar formades per àtoms aillats o per
molècules diatòmiques o poliatòmiques.
En una reacció química, els àtoms es recombinen i, així, unes substàncies
es transformen en altres diferents.
Química 1r Batxillerat
Química 1r Batxillerat