u02 l.natfq.3eso.and v6 - edebe.com · substància com, per exemple, l’aigua, segons les...

La matèria

2CONTINGUTS1. Estats d’agregació de la matèria

1.1. Model cineticomolecular de la matèria1.2. Lleis dels gasos1.3. Canvis d’estat

2. Classificació de la matèria2.1. Tècniques de separació de mescles

3. Solucions3.1. Classes de solucions3.2. El procés de dissolució3.3. Comportament de la solució

4. Elements i compostos4.1. La teoria atòmica de Dalton4.2. Els elements químics4.3. Elements químics bàsics

dels éssers vius4.4. Els símbols dels elements

26

U02 L.NatFQ.3Eso.AND_v6 2/2/11 15:56 Página 26

27

PREPARACIÓ DE LA UNITAT• Busca en el diccionari la paraula matèria i escriu-ne el significat.

• Què és la pressió? Quina és la seva unitat fonamental en el Sis-tema Internacional? Coneixes altres unitats?

• Assenyala substàncies del teu entorn que es trobin en algundels diferents estats: sòlid, líquid o gasós.

• Indica quina magnitud i quina unitat fas servir habitualmentper a indicar: el pes d’una barra de pa, la quantitat d’un refresc,la mida d’un camp de futbol, la sensació de calor o de fred, lacapacitat d’una piscina.

• Indica quins dels següents processos són físics i quins són quí-mics. Raona la teva resposta.

fregir un ou - tallar un paper amb unes tisoresinflar un pneumàtic - respirar - clavar un clau

• Indica quina diferència hi ha entre un element i un compost. Enu-mera els elements químics que recordis i fes una llista de com-postos que puguis trobar en el teu entorn.

• Indica la diferència entre un àtom i una molècula.

• Posa alguns exemples d’abreviatures que normalment facis ser-vir i explica per a què les utilitzes.

Competència en el coneixement i la interacció amb el mónfísic

• Descriure les propietats de la matèria en els seus diferents estatsd’agregació i utilitzar el model cinètic per a interpretar-les, totdiferenciant la descripció macroscòpica de la interpretació ambmodels.

• Identificar els criteris de classificació de materials i dels proces-sos de transformació que tenen lloc en la indústria i en la natura.

• Dissenyar i elaborar petites experiències per a distingir substàn-cies simples, substàncies compostes, solucions i mescles hete-rogènies, com també per a separar els components d’una mescla.

Competència en comunicació lingüística

• Utilitzar el llenguatge científic per a rebre i transmetre informaciósobre la matèria i els seus canvis.

Autonomia i iniciativa personal

• Valorar el caràcter dinàmic de la ciència i desenvolupar un pen-sament crític.

COMPETÈNCIES BÀSIQUES

En la natura hi ha molts materials diferents. Per la sevabanda, l’ésser humà n’ha sintetitzat uns altres queno existeixen en la natura.

Aquests materials que ens envolten es troben, fona-mentalment, en tres estats: sòlid, líquid i gasós.

No obstant això, el 99 % de la matèria coneguda del’univers es troba en un altre estat: el plasma. Buscainformació i esmenta alguna característica d’aquestestat.


Quan observem el nostre entorn, apreciem la gran diversitat de cossos materialsque constitueixen el món en què vivim. Tots ells estan formats de matèria, tenenmassa, ocupen un volum i es presenten en algun d’aquests estats d’agregació:sòlid, líquid i gasós.

Una propietat de la matèria és la seva capacitat per canviar d’estat. Així, una mateixasubstància com, per exemple, l’aigua, segons les condicions ambientals, apareix enla natura en estat sòlid, líquid o gasós.

1. Estats d’agregació de la matèria

Els sòlids són rígids i és difícil compri-mir-los, tenen volum constant.

La seva forma és constant: no variaen canviar-los de recipient.

La seva densitat acostuma a ser gran.

No es mesclen amb altres sòlids quanes posen en contacte.

Malgrat que els líquids no són rígids,no és fàcil comprimir-los, tenen volumconstant.

Tenen forma variable: adopten la for-ma del recipient que els conté.

La seva densitat acostuma a ser gran.

S’acostumen a mesclar fàcilment unslíquids amb uns altres.

Els gasos s’expandeixen i es compri-meixen fàcilment, tenen volum va-riable.

Tenen forma variable: adopten la formai el volum del recipient que els conté.

La seva densitat és molt petita.

Es mesclen fàcilment uns gasos amb unsaltres.

Gel Aigua líquida Vapor d’aigua

Estat sòlid Estat líquid Estat gasós

L’experiència demostra que cada estat té les seves propietats característiques fà-cilment observables. No obstant això, per a comprendre la raó d’aquestes cal ima-ginar com és la matèria en el seu interior i com es comporten les seves partícules.

1. Indica l’estat d’agregació, a temperatura i pressió ambientals, de cadascun dels materials següents. Justifica’n les propietatssegons l’estat en què es trobin. Segueix el model.

Una làmina d’estany. Estat sòlid. Forma i volum constants. Si hi apliquem una força, la podem deformar.a) El mercuri d’un termòmetre; b) l’oxigen de l’aire; c) l’alcohol d’ús sanitari; d) una biga d’acer; e) l’heli d’un globus aerostà-tic; f ) una tassa de porcellana; g) la gasolina.

2. Consulta en el diccionari o a internet el significat de les propietats següents: duresa, fluïdesa, ductilitat, difusió. Assenyala dequin estat són característiques aquestes propietats.

ACTI

VITA

TS

28 Unitat 2


3. Explica els fets següents a partir del model cineticomolecular de la matèria.

ACTIVITATS1.1. Model cineticomolecular de la matèriaDes de finals del segle XVII diversos científics van emprendre l’estudi experimentaldels gasos i van observar que tots ells, tot i que eren diferents, presentaven certespropietats similars i que el seu comportament obeïa unes lleis físiques comunes.Van atribuir aquests fets al fet que els gasos tenen una estructura interna similar i,en conseqüència, van elaborar un model cineticomolecular que justifiqués elsfenòmens observats i les lleis proposades.

Ara bé, com que la matèria pot canviar d’estat, és lògic suposar que el model do-nat per a les substàncies en estat gasós era extensible als sòlids i els líquids. Aixíva sorgir el model cineticomolecular de la matèria. Aquest justifica les propietatsobservables de sòlids, líquids i gasos, com també els seus canvis d’estat.

Els postulats fonamentals d’aquest model són:

• La matèria és discontínua, és a dir, està formada per un gran nombre de peti-tes partícules materials separades entre si.

• Aquestes partícules es troben en constant moviment, que augmenta si s’ele-va la temperatura.

• Entre les partícules hi ha forces atractives o de cohesió la intensitat de lesquals disminueix a mesura que augmenta la distància entre elles.

La intensitat de les forces de cohesió, la diferent disposició de les partícules i laseva mobilitat estableixen les diferències entre els tres estats.

Les forces d’atracció entre les partícu-les són molt intenses.

Les partícules estan molt properes en-tre si i ocupen posicions fixes.

Les partícules només tenen movimentde vibració al voltant de la seva posi-ció d’equilibri.

Les forces d’atracció entre les partí-cules són intenses.

Les partícules estan molt properes en-tre si, però no ocupen posicions fixes.

Les partícules tenen llibertat per a des-plaçar-se, sense allunyar-se les unes deles altres.

Les forces d’atracció entre les partícu-les són menyspreables.

Les partícules estan molt allunyades lesunes de les altres, en desordre total.

Les partícules tenen total llibertat per adesplaçar-se i xoquen elàsticament en-tre elles i amb les parets del recipient.

Model cineticomolecularde l’estat sòlid

Model cineticomolecularde l’estat líquid

Model cineticomolecularde l’estat gasós

RECORDA

Un model científic no és una fotogra-fia de la realitat sinó una aproximacióteòrica a aquesta.

Per a elaborar un model, els científicshan de disposar d’observacions i dadesexperimentals suficients.

El model ha de proporcionar una ex-plicació dels fenòmens observats i ésmés acceptable com millor expliquiaquests fenòmens i permeti predir-ned’altres.

29La matèria

a) Els sòlids i els líquids són pràcticament incomprensi-bles.

b) Els gasos es poden comprimir i expandir amb facili-tat.

c) Els líquids i els gasos poden fluir, però els sòlids no.

d) Quan dos líquids es mesclen, les seves partícules es di-fonen les unes entre les altres.

e) La densitat dels gasos és molt inferior a la dels líquids iels sòlids.

f ) Els gasos s’han de conservar en recipients hermètics.


Llei de Boyle i Mariotte

A temperatura constant, el producte de la pressió que s’exerceix sobre una quan-titat de gas pel volum que aquest ocupa és constant.

p1 V1 = p2 V2 = ... = constant

Quan la temperatura es manté constant,la velocitat mitjana de les partícules delgas es manté constant i els xocs sónigual d’energètics.

Augmentar el volum significa aug-mentar la distància que ha de recórrerla partícula del gas entre dos xocs con-tra les parets del recipient, amb la qualcosa es produeixen menys xocs per uni-tat de temps. Com que es produeixenmenys xocs i són igual d’energètics, lapressió disminueix.

1.2. Lleis dels gasosEl comportament dels gasos davant variacions de pressió i temperatura va serobjecte d’estudi de diversos científics des del segle XVII. Així, van sorgir les lleisdels gasos.

La justificació d’aquestes lleis mitjançant el model cineticomolecular va contribuiral coneixement de l’estructura corpuscular de la matèria.

FIXA-T’HI

La unitat de pressió en el Sistema In-ternacional és el pascal (Pa).

Hi ha altres unitats que són d’ús fre-qüent: atmosfera (atm), mil·límetrede mercuri (mm Hg) i mil·libar (mbar).

1 atm = 1,013 · 105 Pa == 760 mm Hg = 1013 mbar 2,5 5 7,5

6

5

4

3

2

1

10 12,2 15

P(atm)

V(L)

A pressió constant, el volum que ocupa una quantitat de gas és directament proporcio-nal a la seva temperatura absoluta.

D’una banda, en augmentar la temperatura els xocs són més energètics. De l’altra, enaugmentar el volum es produeixen menys xocs per unitat de temps. Si tots dos efectes escompensen, la pressió es mantindrà constant.

V

T

V

Tconstant1

1

2

2

= = ... =

275 280 285

3,30

3,20

3,10

3,00

2,90

290 295 300

V(L)

V(K)

Un recipient conté 0,6 m3 d’un gas a 5 atm. Calcula el volum que ocuparà el gas sis’augmenta la pressió a 6 atm, sense variar la temperatura.

— Dades: V1 = 0,6 m3; p1 = 5 atm; p2 = 6 atm; T = constant

— Apliquem la llei de Boyle-Mariotte:

El volum que ocuparà serà de 0,5 m3.

p · V p · V ; Vp · V

p5 atm · 0, 6 m

6 atm0, 5 m1 1 2 2 2

1 1

2

3

= = = = 33

EXEM

PLE

1

La pressió en els gasos

La pressió que un gas exerceix sobreel recipient que el conté es deu al xocde les seves partícules contra lesparets d’aquest.

Com més elevada sigui la tempera-tura, més de pressa es mouran lespartícules del gas i més energèticsseran els xocs contra les parets delrecipient.

Llei de Charles i Gay-Lussac

4. En una experiència que es desenvolupa a pressió constant, un gas a 275 K ocupa 6 L. Construeix la gràfica del volum ocupatpel gas en funció de la temperatura per a valors compresos entre 200 i 400 K.

ACTI

VITA

TS

30 Unitat 2


1.3. Canvis d’estatL’estat d’agregació d’un material pot canviar si es modifiquen les condicions am-bientals en què es troba, és a dir, la pressió i la temperatura. Així, un material potpassar de l’estat sòlid al líquid o al gasós i viceversa.

Les característiques de cadascun dels canvis d’estat es poden interpretar teninten compte el model cineticomolecular de la matèria.

Fusió i solidificació

FIXA-T’HI

Els sòlids cristal·lins són els que tenenuna estructura interna amb les partí-cules ordenades.

La major part dels sòlids són cristal·lins.

Els sòlids amorfs no tenen una estruc-tura interna ordenada regularment. Lafusió d’un sòlid amorf es produeix dinsd’un interval ampli de temperatures,durant el qual el cos passa per un estatpastós intermedi.

El vidre i els plàstics són exemples desòlids amorfs.

La fusió és el pas de l’estat sòlid al líquid.

La solidificació és el pas de l’estat líquid al sòlid.

La pressió atmosfèrica

La capa d’aire que envolta la Terra, l’atmosfera, exerceix una força per unitat de superfície sobre elscossos que es troben en el seu interior. És la pressió atmosfèrica.

Per a mesurar la pressió atmosfèrica es fa servir el baròmetre. Aquest instrument es basa en l’expe-riència que va dur a terme el físic italià E. Torricelli (1608-1647) el 1643: va agafar un tub d’1 m ple demercuri, el va introduir de cap per avall en una cubeta que també contenia mercuri i va comprovarque el tub no es va buidar del tot sinó que en el seu interior van quedar 760 mm de mercuri.

El mercuri del tub no baixa en la seva totalitat perquè la pressió de l’aire sobre el mercuri de la cubetaho impedeix. L’alçada de la columna del tub equival a la pressió atmosfèrica.

El valor de la pressió atmosfèrica a nivell del mar és 1 atm o, expressat d’una altra manera, 1013 mbar,1,013 · 105 Pa o 760 mm Hg.

A pressió atmosfèrica, el gel es fon a 0 °C.Sòlid

Líquid Gasós

Fusi

ó

Vaporització

Condensació

Solid

ifica

ció

Condensació

a sòlidSublim

ació

Pressióatmosfèrica 760 mm

Per a aconseguir-la, cal augmentar la temperatura del sòlid.

— Quan s’escalfa un cos sòlid, augmenta el moviment de les partícules.

— Les forces de cohesió ja no són suficients pera mantenir les partícules fixes i aquestes co-mencen a relliscar les unes sobre les altres.Aleshores es produeix la fusió.

És el cas, per exemple, del pas de gel a aigua lí-quida.

En els sòlids cristal·lins la fusió es produeix a una temperatura constant, denomi-nada temperatura de fusió, que pot variar segons la pressió.

Per a aconseguir-la, cal disminuir la temperatura del cos. És el cas, per exemple, delpas d’aigua a gel.

Les característiques d’aquest canvi d’estat són idèntiques a les de la fusió, però ensentit invers.

31La matèria


Vaporització i condensació

La vaporització és el pas de l’estat líquid al gasós.

Es pot aconseguir augmentant la temperatura del líquid o bé disminuint la pressiósobre aquest.

— Quan s’escalfa un líquid, augmenta la velocitat de desplaçament de les partícu-les i, amb aquesta, la seva energia.

— Aquesta energia és suficient perquè les par-tícules vencin les forces de cohesió i se separenles unes de les altres. Aleshores es produeixla vaporització.

El procés de vaporització té lloc de dues mane-res fonamentals: l’evaporació i l’ebullició.

L’evaporació és un fenomen que esprodueix exclusivament en la su-perfície del líquid i augmenta en ele-var-se la temperatura.

Quan es disminueix la pressió sobreel líquid, l’evaporació també aug-menta.

En el cas de l’ebullició, el fenomen afec-ta tota la massa del líquid. Té lloc a unatemperatura determinada, anomenadatemperatura d’ebullició, que també depènde la pressió.

Així, l’aigua bull a 100 °C a pressió atmos-fèrica.

La condensació és el pas de l’estat gasós al líquid.

Com que es tracta d’un procés invers a l’anterior, es pot aconseguir disminuint la tem-peratura del gas o bé augmentant la pressió sobre aquest.

A mesura que disminueix l’energia de les partícules gasoses, són capturades perles forces de cohesió i passen a l’estat líquid.

Sublimació i condensació a sòlid

Perquè es produeixin, cal que els cossos es trobin en unes determinades condicionsde pressió i temperatura, que varien segons la substància de què es tracti.

La sublimació és el pas directe de l’estat sòlid al gasós, mentre que la con-densació a sòlid és el pas invers.

5. Explica per què cal escalfar prou un sòlid per a transfor-mar-lo en líquid.

— Explica també per què la solidificació es produeix per re-fredament.

6. Descriu les diferències i similituds de l’evaporació i l’ebu-llició.

7. Explica el procés de sublimació utilitzant el model cineti-comolecular de la matèria.AC

TIVI

TATS

La naftalina passa directament de l’estat sòlid al gasós.Es fa servir per a protegir la roba de les arnes.

32 Unitat 2


8. Justifica, des del punt de vista de la teoria cineticomo-lecular, que la temperatura durant els canvis d’estat esmanté constant.

9. Amb les precaucions necessàries, duu a terme l’expe-riència que s’explica en aquesta pàgina, determina els puntsde canvi d’estat i confecciona la teva pròpia gràfica d’es-calfament de l’aigua.

ACTIVITATSEn els processos de fusió, vaporització i sublimació, les substàncies absorbeixencalor; són canvis progressius. En la condensació, la solidificació i la condensació asòlid, les substàncies desprenen calor; són canvis regressius.

Si analitzem la gràfica d’escalfament o de refredament d’una substància, podem in-terpretar els canvis d’estat que tenen lloc segons el model cineticomolecular.

Observa la següent gràfica d’escalfament. Representa l’evolució de la temperatu-ra d’1 kg de gel al qual se subministra la calor necessària perquè es transformi, enprimer lloc, en aigua líquida i, més endavant, en vapor d’aigua.

• Tram AB. Al principi, el gel es troba a −20 °C i la seva temperatura augmentauniformement fins arribar a la temperatura de fusió, 0 °C.

Les partícules del gel, en rebre calor, vibren més i, en conseqüència, n’augmentala temperatura.

• Tram BC. En el punt B s’inicia la fusió. L’aigua continua absorbint calor, però la sevatemperatura no augmenta, sinó que es manté constant fins que el gel es fon com-pletament. Hi ha un equilibri sòlid-líquid.

Tota l’energia que les partícules del gel reben s’inverteix en vèncer les intensesforces d’atracció que hi ha entre elles.

• Tram CD. Només hi ha aigua. La temperatura continua augmentant fins que enel punt D arriba a la temperatura d’ebullició, 100 °C.

La calor rebuda fa que augmenti la vibració de les partícules de líquid i, amb això,la seva temperatura.

• Tram DE. En el punt D l’aigua comença a bullir. Mentre aquesta passa a vapor,no se’n modifica la temperatura. Hi ha un equilibri líquid-vapor.

La calor rebuda s’inverteix en superar les forces d’atracció entre les partícules dellíquid.

• Tram EF. Quan tota l’aigua s’ha convertit en vapor, la temperatura torna a aug-mentar. Només hi ha aigua en estat gasós.

En rebre energia, les partícules del gas augmenten la seva velocitat i, amb això,la seva temperatura.

5

120

100

80

60

40

20

0

–2010 15

T(°C)

t(min)20

D

A

E

FVaporAigua

+Vapor

Aigua

Gel

Gel+Aigua

B C

FIXA-T’HI

Mentre es produeix el canvi d’estat (desòlid a líquid i de líquid a gasós), la tem-peratura es manté constant.

FIXA-T’HI

Tant la densitat com les temperatu-res de fusió i d’ebullició són propietatscaracterístiques de cada substància.

Per aquest motiu, aquestes propietatses fan servir com a criteri de puresad’una substància.

33La matèria


En el granit s’observen parts diferents: no és un mate-rial uniforme. Es pot descompondre en substàncies méssimples.

La composició del cafè és variable. No s’observen partsdiferents i es pot descompondre en substàncies méssimples.

La composició de l’or és fixa. No s’hi observen partsdiferents. No es pot descompondre en substàncies méssimples.

Sabem que matèria és tot allò que ocupa un lloc en l’espai i que es pot detectar omesurar.

La gran diversitat de matèria present en la natura ens obliga a establir una classifi-cació per a poder estudiar-la més fàcilment. La classificació es pot realitzar segonsdiferents criteris: aspecte, estat d’agregació, composició...

Si la característica que observem és la uniformitat, podem establir una primera clas-sificació segons si la matèria és uniforme o no. Amb aquest criteri, la matèria potser homogènia o heterogènia.

— Matèria o mescla heterogènia: matèria en què a simple vista o amb un mi-croscopi òptic es distingeixen parts diferents. És el cas, per exemple, del gra-nit o de la sorra de la platja.

La seva composició i les seves propietats varien d’uns punts a altres. Es poden se-parar en substàncies més simples mitjançant processos físics.

— Matèria homogènia: matèria en què a simple vista o amb un microscopi òpticno es distingeixen parts diferents.

La seva composició i les seves propietats són les mateixes en tots els seuspunts. Per exemple, l’alumini, el lleixiu, l’oxigen i la farina.

La matèria homogènia, segons si la seva composició és fixa o variable, es classi-fica en solucions o substàncies pures.

— Solució o mescla homogènia: matèria homogènia de composició variable. Perexemple, el cafè i la gasolina.

— Substància pura: matèria homogènia de composició fixa. Per exemple, l’amo-níac, el coure i la sal comuna.

Al seu torn, les substàncies pures poden ser compostos o elements.

— Compost: substància pura que es pot descompondre en altres de més simplesper mètodes químics. Per exemple, l’aigua i el metà.

— Element: substància pura que no es pot descompondre en altres de més simples.Per exemple, l’or, el sofre i el mercuri.

2. Classificació de la matèria

La matèria

Matèriaheterogènia

Solucions

segons si la seva composició

és variable o fixa

segons si es poden descompondre o no

segons la sevauniformitat

Matèria homogènia Compostos

Elements

Substànciespures

10. Classifica els materials següents segons si es tracta de mescles homogènies, mescles heterogènies o substàncies pures: mar-bre, gasoil, sofre, aigua de mar, butà, aire, fum, sorra de platja, tinta xinesa, llet, diamant, oli pur d’oliva, vi, aigua de l’aixeta,fusta, pintura, bronze, alumini, acer.

ACTI

VITA

TS

34 Unitat 2


2.1. Tècniques de separació de mesclesEls components d’una mescla, ja sigui homogènia o heterogènia, es poden se-parar fent servir tècniques físiques.

Aquestes tècniques depenen del tipus de mescla:

• Per a separar mescles heterogènies s’acostumen a fer servir la filtració i la de-cantació.

• Per a separar mescles homogènies es poden fer servir la destil·lació i la cristal·lit-zació.

A continuació analitzarem les característiques de cadascuna d’aquestes.

FiltracióEs fa servir per a separar els components d’una suspensió fina (mescla d’un líquidi un sòlid en què les partícules d’aquest últim es troben disperses en el si d’un lí-quid). Per exemple, sorra fina i aigua.

El procediment consisteix a separar les partícules sòlides de les del líquid per mitjà d’un filtre, aprofitant la diferència de mida entre totes dues.

— Es col·loca la suspensió en un vas de precipitats.

— Es prepara el muntatge que apareix a la imatge, tot procurant que el paperde filtre no sobresurti de la vora superior de l’embut.

— S‘aboca lentament la suspensió perquè rellisqui per la vareta de vidre cap alpaper de filtre. Les partícules sòlides queden retingudes i el líquid passa a tra-vés del filtre i omple el vas de precipitats que es troba sota aquest.

DecantacióEs fa servir per a separar dos tipus de mescles: les emulsions (mescles de dos lí-quids immiscibles que, amb el temps, tendeixen a separar-se espontàniament endues fases) i les suspensions gruixudes, en què les partícules del sòlid tendeixen adipositar-se al fons o a sobrenedar en el líquid.

El procediment consisteix a separar totes dues fases (les dues fases líquides o lafase líquida i la sòlida) aprofitant la diferència de densitat entre totes dues. Aquestprocés depèn del tipus de mescla.

Muntatge de laboratori per a dur a terme una filtra-ció.

35La matèria

Suspensió

Embut

Vareta

Pinça

Suport

Sòlid

Líquid

Paper de filtre

Per a separar les dues fases líquides d’unaemulsió, per exemple, aigua i oli, es fa servirun embut de decantació.

Per a separar la fase líquida de la sòlida quequeda al fons, per exemple, aigua i sorra grui-xuda, s’inclina el vas de precipitats i s’abocael líquid.

Per a separar la fase sòlida que sobrenedaun líquid, per exemple, algues i aigua, es faservir una espàtula.

Embut de decantació

Vas de precipitats

Espàtula


Destil·lacióEs fa servir per a separar els components d’una solució (mescla homogèniad’un líquid i un sòlid o de dos líquids).

El procediment consisteix a separar tots dos components aprofitant la diferència depunt d’ebullició entre tots dos.

— Es prepara el muntatge de laboratori que apareix a l’esquerra:un bec de Bunsen amb trípode i reixeta, un matràs, un refrigerantsubjectat amb un suport i una pinça i unit al matràs, i un vasde precipitats.

— Es col·loca la solució a l’interior del matràs i s’escalfa fins que esprodueix l’ebullició de la mescla.

— El vapor desprès és ric en el component amb el punt d’ebu-llició més baix. Quan passa a través del refrigerant, es condensai es pot recollir en el vas de precipitats.

El procés és diferent segons el tipus de solució.

— Si es tracta d’una solució de dos líquids, el component amb elpunt d’ebullició més baix es recull en el vas de precipitats. Lamescla que conté el matràs és cada vegada més rica en el com-ponent amb el punt d’ebullició més elevat. És el cas, per exem-ple, d’una mescla d’aigua i etanol.

— Si es tracta d’una solució d’un sòlid en un líquid, l’ebullició continua mentre hi halíquid al matràs. Al final, tot el líquid ha passat al vas de precipitats i en elmatràs roman el sòlid. Així es podria destil·lar, per exemple, l’aigua de mar.

Cristal·litzacióEs fa servir per a separar els components d’una solució formada per un sòlid i unlíquid, per exemple, aigua i sulfat de coure (II).

El procediment consisteix a separar tots dos components aprofitant la volatilitatmés elevada del líquid, és a dir, la facilitat d’aquest per passar a estat gasós.

Es pot efectuar de dues maneres:

36 Unitat 2

Matràs

Termòmetre

Trípodei reixeta

Vas de precipitats

Refrigerant

Suport

Pinça

Bec deBunsen

Muntatge de laboratori per a dur a terme una destil·la-ció.

Es diposita la solució en un cristal·litzador perquè el líquid s’evaporilentament: el sòlid apareix al fons en forma de cristalls.

Es col·loca el cristal·litzador a l’interior d’un dessecador amb una substàn-cia capaç d’absorbir els vapors per a accelerar la cristal·lització.

Cristal·litzador

Solució

Cristalls de sòlid

Cristal·litzador

Dessecador

Substància absorbent dels vapors


11. Explica en què consisteixen una suspensió, una emulsió i una solució. Indica, en cada cas, si es tracta de mescles homogènieso heterogènies.

12. Indica en quines tècniques de separació de mescles es fa servir cadascun dels estris de laboratori següents:

cristal·litzador – dessecador – embut de decantació – embut ordinari – espàtula

bec de Bunsen – paper de filtre – pinça – refrigerant – reixeta – suport – vas de precipitats

13. Indica quins mètodes faries servir per a separar els components de les mescles següents i justifica la resposta. Segueix elmodel.

14. Raona per què no és possible fer servir la filtració i la decantació amb mescles homogènies.

15. Raona per què no cal utilitzar la destil·lació i la cristal·lització amb mescles heterogènies.

ACTIVITATS

37

ALTRES TÈCNIQUES DE SEPARACIÓ

Extracció amb dissolvent Cromatografia

Es fa servir per a separar els components d’una mescla hete-rogènia de sòlids.

El procediment consisteix a separar tots dos sòlids aprofitantque un d’aquests és soluble en un dissolvent determinat il’altre no.

— S’afegeix a la mescla un dissolvent que només sigui ca-paç de dissoldre una de les substàncies que la compo-nen.

— Un cop dissolta, la que queda en fase sòlida se separa perfiltració o decantació.

— Si es vol separar la substància dissolta del dissolvent uti-litzat, es pot efectuar una destil·lació o una cristal·lització.

Es fa servir per a detectar l’existència de diferents componentsen una solució. Per aquest motiu, es pot fer servir aquesta tèc-nica com a criteri de puresa.

El procediment consisteix a aprofitar la velocitat de difusió di-ferent de cada component en un suport estàtic (una tira depaper de filtre).

— Es col·loca una mostra de la solució sobre la tira de pa-per de filtre i s’introdueix la part inferior d’aquesta en eldissolvent.

— Aquest puja per capil·laritat a través del paper i arrosse-ga els components de la mescla.

— L’alçada que assoleix cada component en la tira de paper,per la seva velocitat de difusió diferent, permet identifi-car-los.

Dissolvent

Mescla

Component dissolt

Component insoluble

Dissolvent

Tira de paper de filtre

Mostra

Traces delscomponents

A

AM

PLI

ACIÓ

La matèria

a) Serradures i sorra.

Decantació. S’aboca aigua sobre la mescla: la sorra se n’aniràal fons i les serradures sobrenedaran al líquid. Les serradu-res se separen amb una espàtula i la sorra, per decantació dellíquid.

b) Aigua i gasolina.

c) Sal comuna i aigua.

d) Llimadures de ferro i oli.

e) Alcohol i èter.


Un grup de materials molt freqüents en la nostra vida quotidiana el constituei-xen les solucions. Per a adonar-nos-en, només cal pensar en l’aire que respirem,l’aigua dels rius i mars, la sang que circula pel nostre organisme, la saba dels ar-bres, els productes de neteja o les eines (constituïdes per aliatges), per posar al-guns exemples.

També són molt importants en la indústria i en la recerca, ja que moltes de les reac-cions que es duen a terme en aquests camps es fan amb solucions.

Vegem les principals similituds i diferències de les solucions amb les mescles hete-rogènies i amb les substàncies pures.

D’acord amb això, podem donar la definició següent de mescla homogènia osolució.

Com que la composició d’una solució és variable, també ho seran les seves pro-pietats. Per exemple, la densitat d’una solució de sucre en aigua és més elevada commés gran sigui la proporció de sucre que conté.

En canvi, les propietats de les substàncies pures en unes condicions determinadessón sempre les mateixes, ja que la composició sempre és igual. Així, propietatscom la temperatura de fusió i la densitat ens poden servir per a identificar de qui-na substància es tracta.

Vegem, a continuació, les diferents classes de solucions, com es produeix el pro-cés de la dissolució i com es comporten les solucions.

3. Solucions

38 Unitat 2

Una solució o mescla homogènia és matèria homogènia de composició va-riable.

Sorra i aigua

Es tracta de matèria heterogènia, ja ques’hi distingeixen parts diferents.Per tant, la seva composició i les se-ves propietats varien d’un punt a unaltre. La part en què es troba la sorraté una composició i unes propietatsdiferents de la part en què es trobal’aigua.La composició és variable, ja que po-dem mesclar aigua i sorra en qualse-vol proporció.

Sucre i aigua

La solució és matèria homogènia, jaque no s’hi distingeixen parts diferents.Així, la seva composició i les seves pro-pietats no varien d’un punt a un al-tre. Tots els punts de la solució tenenla mateixa composició i, per tant, lesmateixes propietats.La composició és variable: podem po-sar més o menys sucre en una quan-titat determinada d’aigua.

Sal (clorur de sodi)

Es tracta de matèria homogènia: no s’hidistingeixen parts diferents.Per tant, la seva composició i les se-ves propietats no varien d’un punt aun altre. Tots els punts de la substànciapura tenen la mateixa composició i, pertant, les mateixes propietats.La composició és fixa: en la sal comu-na, clorur de sodi, la proporció de clori sodi sempre és la mateixa.

Mescla heterogènia Solució Substància pura


16. Enumera tres exemples de solucions de sòlids en líquidsque es puguin preparar.

17. Quin tipus de solució és el vinagre? I el bronze?

18. La sorra mesclada amb aigua es pot separar fàcilment perfiltració o decantació. Coneixes algun procediment per aseparar la sal, un cop s’ha dissolt en aigua? Descriu-lo.

ACTIVITATS3.1. Classes de solucionsEn tota solució intervenen, almenys, dos components, que reben el nom de solut idissolvent.

Components d’una solució.

39La matèria

El solut és la substància que es dissol i és el component que es troba en me-nor quantitat.

El dissolvent és la substància que dissol el solut i és el component que estroba en major quantitat.

En la solució de sal comuna en aigua, la sal comuna és el solut i l’aigua és el dis-solvent.

Un dissolvent pot admetre més d’un solut en una mateixa solució. Per exemple: po-dem dissoldre una certa quantitat de sucre i de sal en aigua en una mateixa solu-ció.

Tant el solut com el dissolvent es poden presentar en estat sòlid, líquid o gasós,la qual cosa dóna lloc a nou tipus de solucions segons l’estat físic dels seus compo-nents. Així, segons l’estat d’agregació de la solució tindrem:

Observa que l’estat de la solució és l’estat físic del dissolvent.

De totes les solucions, les més habituals al laboratori de química són les solu-cions de sòlids en líquids. Les analitzarem amb més detall a continuació.

Solut

Dissolvent

L’aire

La composició en volum de l’aire que respirem és, aproximadament: 78,03 % de nitrogen, 20,99 % d’oxi-gen, 0,9 % d’argó, 0,03 % de diòxidde carboni, vapor d’aigua en percen-tatge variable i altres gasos (hidro-gen, neó, metà...).

La contaminació de l’aire causadapels vehicles i les indústries pot pro-vocar danys importants en la nos-tra salut, les plantes i els edificis.

Alguns d’aquests contaminants són:monòxid de carboni, diòxid de sofre,òxids de nitrogen, hidrocarburs imacropartícules sòlides.

Soluciósòlida

Sòlid en sòlid Aliatges

Líquid en sòlid Argila humida

Gas en sòlid Hidrogen en pal·ladi

Soluciólíquida

Sòlid en líquid Sucre en aigua

Líquid en líquid Alcohol en aigua

Gas en líquid Begudes gasoses

Soluciógasosa

Sòlid en gas Partícules de pols en aire

Líquid en gas Aerosols

Gas en gas Aire


3.2. El procés de dissolucióHi ha solucions en què la proporció dels components pot ser qualsevol i s’anome-nen ideals. És el cas, per exemple, de l’aigua i l’etanol.

En el cas de sòlids dissolts en líquids no succeeix d’aquesta manera, ja que hi haun límit en la quantitat de sòlid que es pot dissoldre en certa quantitat de líquid.

Així, quan afegim una mica de sal comuna a l’aigua observem que es dissol ambfacilitat, només cal que agitem la mescla. Si hi afegim més sal a poc a poc, aquestaes continua dissolent fins que arriba un moment en què la sal afegida es queda alfons del got i no es dissol per més que agitem. Aleshores, diem que la solució estàsaturada.

40 Unitat 2

Vegem el mecanisme de la solució d’un solut sòlid en un líquid.

La quantitat màxima de solut que hi ha en la solució saturada s’anomena solubi-litat i depèn de la temperatura.

Cada substància té una solubilitat característica en un dissolvent, ja que, com aca-bem de veure, depèn de la temperatura. També hi ha altres factors que influei-xen en els processos de dissolució. A continuació estudiarem aquests factors.

Una solució saturada és aquella que, a una temperatura determinada, ja no ad-met més solut.

La solubilitat d’una substància en un dissolvent, a una temperatura deter-minada, és la quantitat màxima de solut que es pot dissoldre en una quantitatfixa de dissolvent a aquesta temperatura.

Les partícules del sòlid es van disper-sant entre les del dissolvent de mane-ra que van passant a la solució.

La velocitat de dissolució es pot consi-derar constant.

Al seu torn, les partícules del solut queestan dissoltes es poden tornar a uniral sòlid.

Es produeixen dos processos: pas deles partícules del sòlid a la solució i pasde les partícules del solut en dissolu-ció al sòlid.

S’arriba a una situació d’equilibri dinà-mic: les velocitats de tots dos processoss’igualen.

La quantitat de sòlid i la concentraciódel solut en la dissolució es mantenenconstants.

La solució està saturada.


19. La solubilitat del clorur de sodi (NaCl) en 100 g d’aigua atemperatura ambient és 36 g. Explica què significa aques-ta dada.

20. Raona si a temperatura ambient serà possible dissoldre 144 gde NaCl en 500 mL d’aigua.

21. Les afirmacions següents són incorrectes. Escriu-les co-rrectament.

a) La solubilitat dels gasos en els líquids augmenta ambla temperatura.

b) L’agitació augmenta la solubilitat d’un solut.

ACTIVITATS3.3. Comportament de la solucióEls processos de dissolució en un dissolvent líquid depenen de diversos factorsque afecten tant la solubilitat del solut com la velocitat de dissolució.

Factors que influeixen en la solubilitatEn aquest grup destaquen la pressió i la temperatura.

41La matèria

Factors que influeixen en la velocitat de dissolució d’un sòlidEls principals són la superfície de contacte i l’agitació.

Quan obrim una ampolla de cava es produeixun alliberament de gas, a causa de la dismi-nució de pressió que es produeix en treureel tap de l’ampolla.

Quan es destapa un refresc de beguda carbò-nica s’observa que l'alliberament de gas és mésgran com més calent està el recipient.

Quan s’escalfa una solució saturada i amb sò-lid al fons del recipient, s’observa que aquestes dissol totalment.

En general, la solubilitat dels gasos en líquidsdisminueix en disminuir la pressió.

En general, la solubilitat dels gasos en líquiddisminueix en augmentar la temperatura.

En general, la solubilitat dels sòlids en lí-quid augmenta en augmentar la tempe-ratura.

Un sòlid finament dividit es dissol més ràpidament que el mateixsòlid quan forma grans cristalls.

Un sòlid dipositat al fons d’un recipient es dissoldrà abans si s’agi-ta la mescla. En cas contrari, fins i tot pot arribar a no dissoldre’s.

En general, com més gran és la superfície de contacte, més ràpidaés la dissolució.

En general, com més gran és l’agitació, més ràpida és la dissolució.


Recorda que hem definit substància pura com la matèria homogènia de composi-ció fixa i que pot ser element o compost. Vegem com diferenciar l’un de l’altre.

Els procediments que hem vist per a separar els components d’una mescla no al-teren les propietats de la matèria ni provoquen la formació d’altres de noves. Es trac-ta, per tant, de processos físics.

No obstant això, quan una substància pura té diversos components, per a distin-gir-los cal recórrer a un altre tipus de processos en què sí que es canvia la natura-lesa de les substàncies o bé se’n formen unes altres de noves. Es tracta, per tant,de processos químics.

Observa l’experiència següent:

Afegim unes gotes d’àcid sulfúric, H2SO4, a un recipient que conté aigua i hi fem pas-sar a través el corrent elèctric.

S’observa la formació d’un gas en cada pol: hidrogen i oxigen.

4. Elements i compostos

42 Unitat 2

Els gasos obtinguts tenen propietats molt diferents de les de l’aigua i no es podendescompondre en altres matèries.

Si repetim l’experiència diverses vegades, comprovarem que el volum d’hidrogen ques’obté és sempre el doble del volum d’oxigen.

Mitjançant aquest procediment de descomposició podem arribar a una definiciód’element i compost.

Segons aquestes definicions, l’hidrogen i l’oxigen són elements, mentre que l’ai-gua és un compost.

El nombre d’elements coneguts actualment és de 117, dels quals 111 tenen nom ofi-cial. Els compostos que es poden obtenir a partir d’aquests, en canvi, són milions.

Els elements són substàncies pures que no es poden descompondre en unesaltres de més senzilles per mètodes químics.

Els compostos són substàncies pures que sí que es poden descompondre enunes altres de més senzilles per mètodes químics.

Font d’alimentació

Oxigen

+

Aigua

Hidrogen

−

FIXA-T’HI

Si col·loquem una mica de sofre enpols i algunes llimadures fines de fe-rro en una càpsula de porcellana iescalfem la mescla s’obté una substàn-cia de color grisós: sulfur de ferro (II).

Hem obtingut una substància a par-tir d’unes altres dues de més simples.

Un compost també es pot definir comuna substància pura que es pot obte-nir a partir de substàncies més simples.

Així, el sulfur de ferro (II) és un compost,ja que es pot sintetitzar a partir de fe-rro i sofre.


22. Els diagrames següents corresponen als processos de formació del metà i l’amoníac.

Interpreta’ls segons la teoria atòmica de Dalton. Segueix el model utilitzat en aquesta pàgina.

ACTIVITATS4.1. La teoria atòmica de DaltonAl segle XVIII es produeix el desenvolupament de la química moderna quan algunscientífics van enunciar les anomenades lleis clàssiques de les reaccions químiques. Apartir d’aquests fets experimentals es va poder conèixer de què estava feta lamatèria i com es comportava en alguns processos.

El 1808 el científic britànic John Dalton (1766-1844) va enunciar la seva cèlebre teo-ria atòmica que justifica aquestes lleis.

Els principis fonamentals d’aquesta teoria són els següents:

43La matèria

Tres anys més tard, el 1811, el químic italià Amedeo Avogadro (1776-1856) va deno-minar molècules els àtoms compostos de Dalton.

Observa com es pot interpretar la formació de l’aigua a partir de l’hidrogen i l’oxigensegons la teoria atòmica de Dalton.

• La matèria està formada per partícules petites, separades i indivisibles, anome-nades àtoms.

• La matèria que té tots els seus àtoms iguals és un element.

• Els àtoms dels diferents elements es distingeixen per la seva massa i les sevespropietats.

• Els àtoms d’elements diferents es poden unir en quantitats fixes per a originar com-postos.

• Els àtoms d’un compost determinat o àtoms compostos també són iguals en massai en propietats.

Molècules d’hidrogen formades per dosàtoms d’hidrogen iguals entre si.

Molècula d’oxigen formada per dos àtoms d’oxigen igualsentre si, però diferents dels d’hidrogen.

Els àtoms d’hidrogen i d’oxigen es combinenentre si en proporció 2:1 per a formar aigua.

Les molècules d’aigua sóntotes iguals entre si.

RECORDA

El primer que va fer servir el termeàtom, que en grec significa “indivisible”va ser el filòsof grec Demòcrit, al segle IV a. C.

Demòcrit pensava que tota la matè-ria estava constituïda per partículesmolt petites i indivisibles.

Segons ell, tota la matèria està for-mada per àtoms de quatre elements: foc, terra, aigua i aire.

La teoria de Demòcrit era intuïtiva i noes recolzava en l’experimentació, perla qual cosa no té validesa científica.Per contra, la teoria atòmica de Daltones recolza en fets experimentals i, peraixò, sí que té validesa científica.

Foc

Calent

Aire

Terra

Aigua

Mullat Fred

Sec

Formació del metà

Hidrogen Carboni Metà

Formació de l’amoníac

Hidrogen AmoníacNitrogen


Percentatge en massa dels elements de l’escorça te-rrestre.

4.2. Els elements químicsAlguns elements, com els metalls or, plata, ferro o coure, són coneguts des de l’An-tiguitat. Altres, en canvi, han estat produïts artificialment en els darrers anys i nitan sols es troben en la natura, com ara el plutoni.

La presència dels elements químics al nostre planeta és molt irregular: uns elementssón molt abundants, com l’oxigen o el silici; d’altres, en canvi, són molt escassos, comel cadmi o el zinc.

Els elements coneguts poden aparèixer de dues maneres:

• Combinats entre si en forma de compostos. És el cas de la major part dels ele-ments. Per exemple, el silici és el component fonamental de moltes roques iminerals, com el gres; o el carboni, present en nombrosos compostos que formenpart dels éssers vius, com la glucosa.

• No combinats. Alguns elements, menys abundants, es presenten en estat lliu-re. Per exemple, l’oxigen i el nitrogen, que són els components bàsics de l’aire querespirem.

Hi ha una gran diversitat de substàncies, tant naturals com artificials, però totestenen en comú que estan constituïdes per uns pocs elements químics.

Algunes d’aquestes substàncies o materials tenen gran importància en la nostravida quotidiana. Per exemple, l’oxigen que respirem o l’aigua, tan important enmolts aspectes.

És difícil mirar al nostre voltant i no trobar objectes de ferro, alumini, vidre o plàs-tic. De la mateixa manera, l’alimentació i la salut depenen molt d’elements tan di-ferents com el nitrogen, el calci, el sodi o el potassi.

4.3. Elements químics bàsics dels éssers vius

Si analitzem la composició de la matèria viva, descobrirem que està formada per unsquants elements que es poden agrupar en dues grans categories: els fonamentalsi els secundaris.

44 Unitat 2

Oxigen 49,3 %Alumini 7,6 %

Magnesi 1,9 %

Altres 2,2 %Potassi 2,4 %

Ferro4,7 %

Calci3,4 %

Sodi2,7 %

Silici 25,8 %

• Els elements fonamentals són quatre: car-boni, hidrogen, oxigen i nitrogen.

• Entre els elements secundaris es troben el so-fre, el fòsfor, el potassi, el calci, el magnesi, el fe-rro, el sodi, el clor, el iode, etc.

Aquests elements es troben en els anomenatsprincipis immediats, que, al seu torn, poden serinorgànics o orgànics.

• Els principis immediats inorgànics són l’ai-gua i les sals minerals: clorurs, fosfats, sulfats,carbonats, etc.

• Els principis immediats orgànics són els glú-cids, els lípids, les proteïnes i els àcids nu-cleics.

A partir d’aquests, els éssers vius sintetitzen tots elscompostos necessaris per als processos vitals.

Principisimmediats

Elementsfonamentals

Elementssecundaris

Inorgànics Orgànics

AiguaSals minerals

GlúcidsLípids

CarboniHidrogen

OxigenNitrogen

Sofre Fòsfor FerroCalci Magnesi ClorSodi Potassi Iode

proporcionen els

ProteïnesÀcids nucleics

El iode i la salut

El iode es troba de manera natural enpeixos, algues marines i mariscos.

La seva presència en l’organisme ésimprescindible per a la vida, ja queés necessari per a la síntesi de les hor-mones tiroïdals.

Per això, és aconsellable el consumde sal iodada, sal de taula enriqui-da amb iode.


23. Consulta el Sistema Periòdic i escriu:

a) El símbol dels elements següents: ruteni, ceri, tuli, es-candi i tori.

b) El nom dels elements els símbols dels quals són: Nb,Tb, Re, Rn i Tc.

24. Busca la data del descobriment, el descobridor i l’origen delnom dels elements químics següents: a) iterbi, b) bari, c) argó,d) berkeli, e) plutoni i f ) rodi.

25. Busca en el diccionari la paraula wolframi. Quin altre nomté aquest element?

ACTIVITATS4.4. Els símbols dels elementsEls elements químics es representen mitjançant abreviatures que consten d’una odues lletres, la primera sempre majúscula, que reben el nom de símbols.

Vegem l’origen dels noms d’alguns elements. Això ens ajudarà a recordar el sím-bol i a conèixer-ne alguna característica.

• Del nom en llatí: S, sofre (sulphur); Cu, coure (cuprum); Fe, ferro (ferrum); Ag,plata (argentum); Au, or (aurum)...

• Del color de l’element: Cl, clor (del grec chloros, verd; gas groguenc verdós); Rb,rubidi (del llatí rubidus, vermell fosc; el seu color en la flama); Rh, rodi (del grecrhodon, rosa)...

• D’alguna propietat de l’element: H, hidrogen (del grec hidro- i -gen, generadord’aigua); Br, brom (del grec bromos, mala olor); Kr, criptó (del grec kryptos,amagat)...

• Del nom d’algun científic: Fm, fermi (Fermi); Md, mendelevi (Mendeleiev); Es,einsteni (Einstein); Cm, curi (matrimoni Curie); No, nobeli (Nobel)...

• De personatges mitològics: V, vanadi (Vanadis, deessa escandinava); Pm, prometi(Prometeu, mitologia grega); Nb, niobi (Níobe, filla de Tàntal)...

• De llocs geogràfics: Eu, europi (Europa); Fr, franci (França); Ge, germani (Alemanya);Cf, californi (Califòrnia); Po, poloni (Polònia)...

En la taula següent tens els noms i els símbols d’alguns dels elements que tro-baràs més sovint. En el Sistema Periòdic trobaràs informació de tots els elements.

45La matèria

Metalls i monedes

En l’actualitat, les monedes d’1, 2 i5 cèntims d’euro estan fabricadesamb acer (aliatge de ferro i carboni)i recobertes de coure.

Les peces de 10, 20 i 50 cèntims sónd’or nòrdic, un aliatge de coure, alu-mini, zinc i estany.

Les monedes d’1 i 2 euros estan fe-tes amb un aliatge de coure, zinc i ní-quel en la zona daurada i de cupro-níquel (aliatge de coure i níquel) enla platejada.

Símbol Nom Símbol Nom Símbol Nom Símbol Nom Símbol Nom

Ag Argent Cd Cadmi He Heli Ne Neó Sb Antimoni

Al Alumini Cl Clor Hg Mercuri Ni Níquel Se Seleni

Ar Argó Co Cobalt I Iode O Oxigen Si Silici

As Arsènic Cr Crom Ir Iridi P Fòsfor Sn Estany

Au Or Cs Cesi K Potassi Pb Plom Sr Estronci

B Bor Cm Curi Kr Criptó Pd Pal·ladi Te Tel·luri

Ba Bari Cu Coure La Lantani Pt Platí Ti Titani

Be Beril·li F Fluor Li Liti Pu Plutoni U Urani

Bi Bismut Fe Ferro Mg Magnesi Ra Radi V Vanadi

Br Brom Ga Gal·li Mn Manganès Rb Rubidi W Tungstè

C Carboni Ge Germani N Nitrogen Rh Rodi Xe Xenó

Ca Calci H Hidrogen Na Sodi S Sofre Zn Zinc

FIXA-T’HI

Hi ha dos elements químics descobertsper espanyols: el platí, Pt, i el tungstè,W.

El platí va ser descobert el 1735 per An-tonio de Ulloa i el tungstè, el 1783 pelsgermans Elhuyar.


EXPE

RIÈN

CIA

Material

Qüestions

a) Quin producte s’ha recollit en el paper de filtre?b) Quin aspecte té l’aigua recollida al vas de precipitats? Què indica això?c) Per què l’aigua passa a través del paper de filtre i el guix no?

Qüestions

d) Quin aspecte tenia l’emulsió inicialment?e) Què ha passat a l’embut de decantació quan s’ha deixat en repòs? Per què?f ) Quin líquid ha quedat a l’embut en obrir la vàlvula? Per què?

Tècniques de separacióDurem a terme quatre experiències senzilles de separació de components d’una mescla. En cadascuna farem servir una tècnica de sepa-ració diferent.

• En la primera, separarem un sòlid no soluble en un líquid per filtració.

• En la segona, separarem dos líquids no miscibles per decantació.

• En la tercera i en la quarta, separarem els components d’una solució, primer, per destil·lació i, després, per cristal·lització.

46 Unitat 2

— Suport metàl·lic i pinces— Vasos de precipitats— Vareta de vidre— Embut de vidre— Paper de filtre

— Embut de decantació— Bec de Bunsen, trípode i reixeta— Matràs de destil·lació— Refrigerant— Taps perforats

— Cristal·litzador— Aigua— Guix— Oli— Sulfat de coure (II)

Primera part: filtració— Omple d’aigua un vas de precipitats fins a la meitat i afe-

geix-hi un grapat de guix. Remena la mescla fins queadquireixi un aspecte homogeni.

— Fixa l’embut fent servir el suport metàl·lic i la pinça, col·-loca-hi el paper de filtre a l’interior i, sota aquest, unaltre vas de precipitats.

— Aboca amb compte la mescla d’aigua i guix, i obser-va què passa.

Guix � Aigua

Paper de filtre

Embut

Aigua

Guix

— Omple d’aigua un embut de decantació fins a un terç dela seva capacitat i afegeix-hi una quantitat equivalentd’oli. Remena la mescla fins a aconseguir una emulsió.

— Fixa l’embut en posició vertical i deixa’l reposar fins ques’hagin separat les dues fases líquides.

— Col·loca un vas de precipitats sota l’embut de decantació,obre la vàlvula i recull el líquid que hi ha a la part inferiord’aquest.

Embutde

decantació

Oli

Aigua

Segona part: decantació


— Col·loca al fons d’un matràs de destil·lació una pe-tita quantitat de sulfat de coure (II). Afegeix-hi aiguai remena fins que la dissolució sigui completa. Ano-ta el color que adquireix.

— Munta el dispositiu de destil·lació que apareix enla imatge.

— Col·loca el matràs sobre la reixeta, encén el bec deBunsen i mantén el procés fins que la solució co-menci a bullir.

— Fes circular aigua freda pel refrigerant i observa elcolor del líquid que es recull al vas de precipitats.

Tercera part: destil·lació

Qüestions

g) S’observa algun canvi en la solució durant el procés d’escalfament?h) Quin aspecte té el líquid que hem obtingut al vas de precipitats? Quina substància ha de ser?i) Si continuem el procés fins que desaparegui tot el líquid del matràs, quina substància hi quedarà?

Qüestions

j) Què hem aconseguit en filtrar la solució amb excés de sulfat de coure (II)?k) Què s’observa al fons del cristal·litzador al cap del temps? De quina substància es tracta?l) Què ha passat amb l’aigua de la solució durant el procés de cristal·lització?

Quarta part: cristal·lització

47La matèria

Reixeta

Bec deBunsen

Trípode

Matràs

Refrigerant

Termòmetre

Sulfatde coure (II)

Aigua pura

— Col·loca al fons d’un vas de precipitats una quantitat de sulfatde coure (II) més gran que la que has fet servir en l’experièn-cia anterior. Afegeix-hi aigua i remena. Si la dissolució és com-pleta, continua afegint sulfat de coure fins que no es dissolguimés.

— Filtra l’excés de sulfat de coure (II) amb un embut i paper defiltre.

— Col·loca una petita quantitat de la dissolució filtrada al cris-tal·litzador, de manera que cobreixi el fons i que la capa delíquid no tingui més d’1 o 2 mm de gruix.

— Deixa reposar el cristal·litzador en un lloc ventilat. L’endemà,observa què ha passat.

Aigua � Sulfat de coure (II)

Cristal·litzador

Cristalls de sulfat

de coure (II)


ACTI

VITA

TS Estats d’agregació de la matèria26. Completa les característiques dels estats d’agregació de la

matèria amb les paraules adequades.

Estat sòlid:— Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i volum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

— Si s’aplica una força a un cos sòlid, podem. . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . o fins i tot . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Estat líquid:— Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i volum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

— Els líquids són pràcticament . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Estat gasós:— Forma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i volum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

— Si s’aplica una força a un gas, podem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . o . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . amb facilitat.

27. Explica el procés de fusió d’un sòlid quan se li aplica unafont de calor, segons el model cineticomolecular de la matè-ria.

28. Raona segons el model cineticomolecular per què, si man-tenim constant el volum d’un gas, en augmentar la tem-peratura augmenta la pressió.

29. Durant l’hivern és freqüent queels vidres de les finestres d’unhabitatge s’entelin per la part in-terior.

Indica amb quin canvi d’estat térelació aquest fet i per què esprodueix.

30. En la figura següent apareixen diversos productes que nor-malment trobem a casa. Assigna a cada producte el nomde la substància química que conté.

31. Quin volum ocuparà un gas a 298 K si a 250 K ocupava3 L i la pressió s’ha mantingut constant?

Sol.: 3,576 L

Classificació de la matèria32. Enumera dos materials que siguin substàncies pures, dos que

siguin mescles homogènies i uns altres dos que siguin mes-cles heterogènies.

Els materials han de ser diferents dels que apareixen en la uni-tat.

33. El llautó és un aliatge de coure i zinc i constitueix una mescla ho-mogènia. La sal comuna està formada per clor i sodi i consti-tueix un compost.

Si totes dues substàncies tenen composició uniforme, indicaquina diferència hi ha entre elles.

34. Relaciona cada tècnica de separació amb el tipus de mescla alqual s’aplica.

35. A les salines s’omplen basses poc profundes amb aigua delmar per a extreure’n la sal.

Explica amb quina tècnica de separació té relació aquestprocediment i com es produeix l’extracció de la sal.

36. Indica si les afirmacions següents són correctes o incorrec-tes. Justifica les que siguin certes i corregeix les falses.

a) Els components d’una mescla homogènia es poden sepa-rar per filtració.

b) La decantació només s’aplica a mescles de líquids no mis-cibles que formen una emulsió.

c) La destil·lació permet separar els components d’una solu-ció.

d) La cristal·lització aprofita la diferència de volatilitat dels lí-quids i els sòlids.

Solucions37. Indica quin és el dissolvent i quin és el solut en cadascuna

de les solucions següents.

a) Soda (aigua i diòxid de carboni).

b) Mescla combustible (gasolina i oli).

c) Fundició (ferro i carboni).

38. La solubilitat del nitrat de potassi en 100 g d’aigua és de32 g a 20 °C. Raona què passarà si augmenta la temperatura.I si disminueix?

Cristal·lització •Cromatografia •Decantació •Destil·lació •Filtració •Separacióamb dissolvent•

• Suspensions gruixudes

• Suspensions fines

• Solucions

• Emulsions

• Mescles de sòlids

R

48 Unitat 2

Hipoclorit de sodi

Clorur de sodi

Alcohol etílic

Àcid acètic

Fòsfor

Sacarosa

R

A

R

R

R


39. Les aigües dures contenen abundància de sals en dissolució,fonamentalment de calci i magnesi, per la qual cosa, quanens rentem les mans amb sabó, és difícil formar escuma.

Comprova la duresa en diferents mostres d’aigua.

— Col·loca en tres tubs d’assaig 5 mL de diferents mostresd’aigua (aigua de l’aixeta, aigua bullida i aigua de riu).

— Dissol 0,5 g de sabó blanc en una mescla de 50 mL d’aiguadestil·lada i 50 mL d’alcohol etílic.

— Amb un comptagotes i remenant després de l’addició,afegeix a cada tub les gotes de solució sabonosa ne-cessàries per a formar una escuma persistent almenys du-rant mig minut. Compta les gotes que has abocat en cadatub i anota-les.

— Quina conclusió en treus?

Elements i compostos40. En la seva teoria atòmica, Dalton afirmava que la matèria

està formada per petites partícules, separades i indivisibles,anomenades àtoms.

Indica en quins punts estàs d’acord amb aquesta afirmaciói en quins no ho estàs. Justifica la teva resposta.

41. Escriu el símbol dels elements següents: calci, clor, ferro,zinc, brom, sodi i nitrogen.

— Indica el nom dels elements següents: Li, C, P, Al, H, Sr i S.

42. La tinta negra està formada per una única substància purao és una mescla complexa constituïda per diverses substàn-cies?

Per a comprovar la composició de la tinta negra fes servir lacromatografia en paper com a tècnica per a separar-ne elspossibles components. Actua de la manera següent:

— Talla una tira de paper de filtre de prou longitud perquè,suspesa sobre un vas de precipitats, gairebé toqui elfons d’aquest.

— Amb un comptagotes, col·loca una gota de tinta negra a2 cm de l’extrem inferior del paper i deixa-la assecar.

— Prepara com a dissolvent una mescla d’acetona i alcoholetílic amb unes gotes de solució d’amoníac. Aboca la mes-cla al vas de manera que no superi 1 cm d’alçada delfons.

— Suspèn la tira de paper de filtre fent que el seu extreminferior s’introdueixi en el dissolvent.

— Després d’uns 15 minuts, observa els resultats obtingutsi descriu-los.

— Com interpretes aquests resultats?

Amb l'ajut de l’ordinador43. Consulta la pàgina www.institutobiologico.com/seminarios/

amalgama.htm i contesta les qüestions següents.

a) Quins són els components d’u-na amalgama odontològica?

b) Quin tipus de solució són lesamalgames?

c) Quins riscos per a la salut com-porta fer-les servir?

d) Quines alternatives hi ha aaquestes amalgames?

44. Visita la pàgina http://thales.cica.es/rd/Recursos/ rd99/ed99-0280-01/ejem3-lib2.html on trobaràs una breu bio-grafia de J. Dalton i un resum de les seves publicacions cien-tífiques.

a) Resumeix les dades biogràfiques que et semblen més in-teressants.

b) Segons Dalton, si dos elements A i B formen un sol compostquímic, quina fórmula ha de tenir aquest?

c) El 1808 va publicar una obra en què proposava la seva teo-ria atòmica. Com es titulava aquesta obra?

45. En la pàgina http://personal.telefonica.terra.es/web/matmo/animaedu/modelocinetico/ pots veure unes animacionsque t’ajudaran a comprendre millor alguns aspectes dels es-tats de la matèria.

a) Descriu com es troben les partícules en cada estat de lamatèria.

b) Com es pot comprovar experimentalment que els ga-sos tenen massa? Com es comprova que són compressi-bles?

c) Fes un esquema dels canvis d’estat progressius i un delsregressius a mesura que varia la temperatura.

46. Busca a internet informació sobre l’aigua.

a) Composició i propietats.

b) Què caracteritza l’aigua potable?

c) Què és una aigua mineral?

d) Contaminants de l’aigua.

47. Amb l'ajut del processador de textos de l’ordinador, fes:

a) Un esquema de la classificació de la matèria. El pots fer enforma de taula, arbre...

b) Una taula de 10 3 10 elements i confecciona una sopa de lle-tres amb set conceptes que has après en la unitat.

@

49La matèria

A

R

R

A

A


El químic francès C. L. Berthollet (1748-1822) va des-cobrir el 1789 el lleixiu, com també el seu ús per a blan-quejar fibres tèxtils.

El lleixiu s’obté per reacció del clor amb una solucióaquosa d’hidròxid de sodi de la qual resulta la solu-ció d’hipoclorit de sodi, NaClO.

El lleixiu ens proporciona una primerabarrera de defensa contra els mi-croorganismes. Amb l’addició delleixiu a l’aigua se n’aconsegueixla potabilització. Aquesta accióes va fer per primera vegada aAnglaterra el 1897 durant unaepidèmia de tifus.

De la mateixa manera, el llei-xiu es fa servir per a esterilitzarla roba bruta, els terres, els và-ters, els lavabos, etc.

Altres aplicacions són el blanqueigdel paper, l’eliminació de la tintadel paper reciclat o el manteniment del’aigua de les piscines.

En l’àmbit domèstic, el lleixiu presenta alguns riscos:té una olor penetrant i irritant; pot ocasionar, invo-luntàriament, decoloració de peces de roba; si esmescla amb un àcid com el salfumant, es produeix clorlliure, un gas perillós si es respira.

EL NOSTRE PROTECTOR DOMÈSTIC: EL LLEIXIU

Per a controlar la qualitat de productes d’ús diari, com araaliments, aigües, olis, fibres, combustibles, detergents, me-dicaments, metalls, plàstics, insecticides, etc., es fan anàli-sis dels seus components. Així es pot detectar qualsevolcomponent nociu per a la salut humana o per al mediambient.

L’anàlisi química també permet controlar els additius ques’afegeixen als aliments o comprovar si un esportista haingerit substàncies no permeses amb l’objectiu d’augmentarel seu rendiment.

Actualment, les anàlisis es fan per mètodes instrumentalsque utilitzen aparells cada vegada més sofisticats. Entreaquests mètodes es troben la cromatografia de gasos, quepermet separar i identificar compostos fins i tot en mesclesmolt complexes, i l’espectrofotometria, basada en la inte-racció de diferents radiacions electromagnètiques amb lamatèria.

IDENTIFICACIÓ DE SUBSTÀNCIES

CIÈN

CIA

I SO

CIET

AT

50 Unitat 2

COMPOSTOS DEL CARBONI

En l’actualitat, el nombre de compostos que contenen car-boni és de diversos milions i aquest nombre creix dia a dia.El seu estudi és objecte de la química orgànica.

Alguns d’aquests compostos tenen gran importància biolò-gica: els glúcids o hidrats de carboni, els lípids o greixos, lesproteïnes i els àcids nucleics.

Substàncies com el metà, el butà, l’alcohol, les gasolines,els lubrificants, el quitrà, el benzè, la glicerina o l’àcidacètic estan presents en les nostres vides.

Un grup important de compostos del carboni és el delsplàstics. És difícil imaginar una societat sense ells. Desdels primers objectes de baquelita o niló fins als actuals depolietilè, PVC, tefló o plexiglàs, molts objectes quotidianssón de plàstic: bosses, ampolles, embalatges, teixits, aïllants,canonades, joguines, elements de construcció, resines,vidres orgànics, pneumàtics...


1. Enumera dues propietats que siguin tant de l’estat líquidcom de l’estat gasós.

2. Descriu l’estat líquid segons el model cineticomolecu-lar.

3. Fes un esquema en què apareguin els noms de totsels canvis d’estat possibles.

4. Corregeix les frases que siguin falses.

a) En les mateixes condicions de pressió, la tempera-tura de fusió d’una substància pura és una micamés elevada que la temperatura de solidificació.

b) Hi ha substàncies que, en augmentar la temperatu-ra, passen de l’estat sòlid al gas directament.

5. Defineix vaporització i descriu les dues formes de va-porització que existeixen.

6. Explica les diferències entre solució i substància pura.

7. Classifica els materials següents en mescla heterogènia,solució, compost o element:

aigua de l’aixeta, ferro, aire, oxigen, amoníac

8. Descriu el procediment que faries servir per a separaruna mescla composta per aigua, sal comuna i sorra.

9. Per a l’elaboració d’un xarop, hem de preparar una so-lució saturada de sucre en aigua. Quina quantitat desobres de 10 g de sucre necessitarem per a saturar 500 mLd’aigua?

La solubilitat del sucre en aigua a temperatura am-bient és de 203 g en 100 g d’aigua. La densitat de l’aiguaés d’1 g/mL.

10. Completa amb el símbol o el nom.

a) Alumini: ........... d) Fe: .................................

b) Carboni: ........... e) Pb: .................................

c) Sofre: ........... f ) Na: .................................

• Els principals estats d’agregació de la matèria són tres: sò-lid, líquid i gasós.

— Els sòlids tenen forma i volum constants.

— Els líquids es caracteritzen per tenir volum constant i for-ma variable.

— Els gasos tenen forma i volum variables.

• El model cineticomolecular de la matèria es basa en el fet quela matèria és discontínua, les seves partícules estan en mo-viment i es mantenen unides per forces de cohesió.

Mitjançant aquest model es poden justificar les lleis de Boylei Mariotte i de Charles i Gay-Lussac.

• Els canvis d’estat s’anomenen: fusió (pas de sòlid a líquid),solidificació (de líquid a sòlid), vaporització (de líquid a gas),condensació (de gas a líquid), sublimació (de sòlid a gas) icondensació a sòlid (de gas a sòlid).

• La matèria es pot classificar segons si és uniforme o no.

— Matèria o mescla heterogènia: a simple vista o amb mi-croscopi òptic es distingeixen parts diferents. La seva com-posició i les seves propietats varien d’uns punts a altres.

— Matèria homogènia: a simple vista o amb microscopiòptic no es distingeixen parts diferents. La seva compo-sició i les seves propietats són les mateixes en tots els punts.Es classifica en:

— Solució o mescla homogènia, de composició variable.

— Substàncies pures,de composició fixa. Poden ser elementso compostos, segons si es poden descompondre ensubstàncies més senzilles per mètodes químics o no.

• Les tècniques de separació de mescles més conegudessón: filtració i decantació (per a mescles heterogènies) i des-til·lació i cristal·lització (per a mescles homogènies).

• Una solució o mescla homogènia és matèria homogènia decomposició variable.

• Els components d’una solució reben els noms de solut (substàn-cia o substàncies que es dissolen i que es troben en menysquantitat) i dissolvent (substància que dissol el solut i quees troba en més quantitat).

• Una solució saturada és aquella que, a una temperatura de-terminada, ja no admet més solut.

• La solubilitat d’una substància en un dissolvent a una tem-peratura determinada és la màxima quantitat de solut quees pot dissoldre en una quantitat fixa de dissolvent a aques-ta temperatura.

• Els factors que influeixen en la solubilitat de les substànciessón la pressió i la temperatura. La superfície de contacte i l’agi-tació influeixen en la velocitat de dissolució.

• Segons la teoria atòmica de Dalton, la matèria està formadaper petites partícules, separades i indivisibles, anomenadesàtoms.

— La substància que té tots els seus àtoms iguals és un ele-ment.

— La que té àtoms diferents és un compost.

• Els elements químics es representen mitjançant abrevia-tures d’una o dues lletres que reben el nom de símbols.

SÍNTESIAVA

LUACIÓ

51La matèria


u02 l.natfq.3eso.and v6 - edebe.com · substància com, per exemple, l’aigua, segons les...

Documents