REACCIONS QUÍMIQUES REALS

Per a acabar el curs el plantejaré el repte de resoldre un exercici ja amb dades molt reals de química i que et servirá per a entreveure la forma en la que continuarà evolucionant l' assignatura en primer de batxillerat. L' exercici es basarà en la reacció química que es mostra i s' escriu en els dos vídeos que he afegit en aquesta última entrada: la del zinc amb àcid clorhídric.

 

Exercici: per a determinar la riquesa d' una partida de zinc es van prendre 50 grams d' una mostra homogènia i es van tractar amb àcid clorhídric comercial del 37 % en pes y densitat 1,18 g/mL, consumint-se 126 mL de l' àcid.

1. Calcula la molaritat de la dissolució d' àcid clorhídric.
2. Calcula el percentatge de zinc de la mostra o partida mencionada.
3. Si el volum d' hidrogen alliberat és de 15 litres en condicions normals, calcula el rendiment de la reacció.

Què hauràs de consultar per a poder fer aquest exercici, recorrent a la unitat 10 del llibre online:

• formes d' expressar la concentració d' una dissolució (3r subapartat de l' apartat 3). Les que més ens interessaran serán:
• % en massa.
• molaritat.
• volum molar d'  un gas ideal (4rt subapartat de l' apartat 4; Llei dels gasos ideals).
• puresa o riquesa d' un reacctiu (4rt subapartat del quart apartat).
• rendiment d' una reacció (5è subapartat del quart apartat).

Entrega aquesta tasca per AULES abans del dimecres a les 18:00.

Pots veure que li passa a l 'hidrogen alliberat si li apromem una flama...

 

NOTA: al final no farem l' últim exercici d' estequiometria del butlletí, amb aquest i la tasca de formulació ja és més que suficient. Si de cara a l' inici del proper curs, i després d' un merescut descans, volgueres mirar més exercicis d' estequiometria propis de 4rt d' ESO i molt adequats per a preparar l' inici de l' assignatura en primer de batxillerat pots consultar-ho aquí.

TASCA DE FORMULACIÓ INORGÀNICA: fes els exercicis 15 i 16 dedicats a oxoàcids i entrega'ls per AULES abans del dijous a les 18:00.

EL REACTIU LIMITANT

Quan mesclem dos reactius que sabem que reaccionen en una determinada proporció molar (segons els seus coeficients estequiomètrics en la reacció química ajustada), depenent de la massa inicial de l' un i de l' altre, lo comú i habitual és que un s' acabe primer i de l' altre en sobre una part. Al que s' acaba primer se'l coneix com el reactiu limitant. Al que sobre com a reactiu en excés o excedent.

 

En el primer vídeo d' aquesta entrada s' explica molt bé aquesta idea recorrent a una analogía i després una reacció química d' exemple. Està bé per a entendre però els càlculs els fa algo massa ràpid pel meu gust.

 

En el segon vídeo que et facilite del canal UNICOOS s' explica molt bé el procés de càlcul, el qual es completa utilitzant factors de conversió.

 

 

El tercer i últim vídeo que et pose per a que el mires el procés de càlcul es realitza utilitzant factors de conversió. És la metodología que a mi em convenç més.

 

 

En principi, això seria suficient per a que entengues lo que és el reactiu limitant i la seua importancia per a fer càlculs estequiomètrics. De totes maneres, si vols mirar-ho del subapartat que porta per títol aquest punt en l' últim apartat de la unitat 10 del llibre online dedicada a les transformacions químiques.

ESTEQUIOMETRIA

 

Estequiometria és el nom que utilitzem per a referir-nos a càlculs en reaccions químiques. En el vídeo podrás veure una de les típiques reaccions químiques que es comencen a estudiar: la combustió del metà. Per cert, aquesta és la reacció que té lloc a casa teua si utilitzes gas natural en la cuina o per a escalfar l' aigua de la dutxa.

 

És molt important que et mires aquest vídeo detingudament perquè en ell aprendràs com es fan els càlculs estequiomètrics utilitzant factors de conversió per a passar de grams a mols i viceversa i, com per a relacionar els mols entre les diverses substàncies involucrades a partir dels coeficients estequiomètrics respectius que tenen en la reacció química després d' ajustar-la.

 

En aquest primer vídeo concretament, veuràs el procés que has de seguir, com deia, utilitzant factors de conversió, que és el que et recomane de cara a l' any que ve, per a calcular els grams d' un reactiu que son necessaris per a consumir totalment els grams inicials que tens d' un segon reactiu, els quals et diuen.

 

En el vídeo de baix podrás veure com calcular de forma análoga els grams d' un dels productes a partir dels grams que tens d' un dels reactius (i suposant que l' altre reactiu no s' acaba abans, però bé...d' això en parlarem més endavant).

 

 

TASCA SETMANAL: fer els exercicis 0, 1, 2 i 3 del butlletí de CÀLCULS ESTEQUIOMÈTRICS que he pujat a AULES i l' exercici 11 i 12 de FORMULACIÓ INORGÀNICA (SALS BINÀRIES). les dates d' entrega estan en cada una de les dos tasques en AULES.

 

Ànim!! 

COM AJUSTAR REACCIONS QUÍMIQUES

Mira't aquest vídeo per a aprendre com ho has de fer per a ajustar una reacció química i per què és necessari fer-ho. En el vídeo hi ha 3 exemples, els quals t' aprofitaran o et serviran de guia pels que et demanaré fer en la següent entrada del blog. Ànim!

EL CONCEPTE DE MOL

Mira't aquest vídeo de YouTube per a entendre d' on ve la necessitat de crear un concepte com el de mol. Els exemples que han triat per fer la comparativa amb el nostre món quotidià no són del tot del meu agrad però pense que són útils. És important que després de mirar el vídeo et lliges en la descripció el text que s' ha posat. És més, et recomanaria copiar-lo a la llibreta.

 

A continuació, mira't aquest altre vídeo per a entendre la connexió entre el concepte de mol, el nombre d' Avogadro i la massa molar.

 

 

Ara, pots consultar el segon subapartat del tercer apartat de la unitat número 10 del llibre online per a reforçar el concepte de mol. En aquest cas, no em resulta massa clar com funciona la part de la dreta, la que sol ser interactiva, per a que tú pugues practicar experimentant online. El que sí que veig que val la pena és la calculadora de masses atòmiques i molèculars.

 

TASCA: M' agradaria que utilitzares aquesta calculadora per a calcular la massa molar de les següents substàncies: aigua, diòxid de carboni, amoníac, oxigen molecular, nitrogen molecular, hidrogen molecular, àcid clorhídric, àcid sulfúric, àcid nítric i hidròxid de sodi. Si encara no coneixes la fórmula química d' alguna d' aquestes substàncies (no et falta quasi res per a aprendre-les) pots buscar-les per Internet. És important que expresses aquestes masses molars en les unitats adequades: g/mol. Envia'm aquesta tasca a l' activitat que trobaràs en AULES titolada CÀLCUL DE MASSES MOLARS abans del dimecres 20 de maig a les 18:00.

 

De fet, per a autocorregir l' exercici i comprovar si estàs entenent el concepte de mol t' aconselle accedir a la següent página del llibre online i llegir-la prenen-te el teu temps i pensant molt conscientment què vol dir el que estàs llegint: mol.

 

Mola o no mola?

 

Ànim!!

FORMULACIÓ INORGÀNICA: HIDRURS i HIDRÀCIDS

 

En AULES he pujat uns apunts de FORMULACIÓ INORGÀNICA del COLEGIO LOS SAUCES. Ara, hauries de llegir-te les els apartats dedicats a HIDRURS METÀL·.LICS (5), HIDRÀCIDS (6) i HIDRURS VOLÀTILS (4). Et recomene estudiar-ho a consciència, segurament llegir-ho més d' una vegada, i utilitzar un rotulador fluorescent per a subratllar amb els codis de colors que acostumes el que siga important i/o hages de memoritzar. Estudiar això bé t' ajudarà a entrar amb bon peu a primer de batxillerat científic.

En la página 8 del document mencionat podràs practicar completant la taula que apareix amb cel·les buides i tú mateix/a comprovar si ho has fet bé mirant les solucions en la página 21.

Després, per a que pugues fer alguns exercicis sense saber la solució he pujat un segon document a AULES que veuràs que s' anomena "FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA QUÍMICA ORGÁNICA" i només conté exercicis. Fes els exercicis del 7 al 10 (tots de la secció COMPOSTOS BINARIS DE L' HIDROGEN) i me'ls envíes per AULES en la tasca que es titula EXERCICIS DE COMPOSTOS BINARIS DE L' HIDROGEN abans del dijous 21 de maig a les 18:00.

 

Ànim!

ESCRIURE I AJUSTAR REACCIONS QUÍMIQUES

  

Una reacció química és un procés de transformació en el que unes substàncies originals, denominades reactius, es converteixen en unes altres substàncies, anomenades productes. Per a que una reacció química puga tenir lloc certs enllaços dels reactius han de trencar-se i enllaços nous han de formar-se entre els àtoms involucrats, de tal manera que, el número d' àtoms de cada element químic abans i després de la reacció ha de ser exactament el mateix, ja que durant aquest procés ni es crea ni es destrueix matèria, simplement la materia es recombina d' una forma diferent a l' inicial.

 

Donat que cada ennlaç químic té una energia associada, en cada reacció química s' absorbeix o s' allibera energia segons el balanç que resulta entre els enllaços que es trenquen i els que es formen.

 

En l' imatge de dalt s' aprecia com s' escriu una reacció química a partir d' un exemple que és una de les reaccions químiques més important per a la vida: la síntesis de la glucosa que té lloc en les plantes per mig de la fotosíntesis. 

  

 

Mira com és la molècula de glucosa i pensa quants enllaços s' hauran de formar per a que siga creada en les plantes (en blanc tens els àtoms d' hidrogen, en negre els de carboni i en roig els de oxigen).

 

Si vols recordar com son les molècules d' aigua i diòxid de carboni, que actúen com a reactius en aquesta reacció química, i els seus enllaços, així com la d' oxigen (dioxigen) que es forma com a segon producte, pots consultar-ho en l' entrada dedicada a l' enllaç covalent.

 

Per a aprendre com diferenciar un canvi químic d' un canvi físic ves a la unitat 10 del llibre online, primer subapartat del primer apartat (Iniciació a les reaccions químiques). Què és el que diferencia fonamentalment aquests dos tipus de procesos?

 

En el segon subapartat pot aprendre a diferenciar entre els reactius i els productes. I en el tercer com s' escriu i com s' ajusta una reacció química. Això últim és molt important. Practica jugant a adivinar els coeficients que s' hauran de posar en els exemples que apareixen en la il·lustració de la dreta.

 

Quan la reacció química té lloc entre gasos aquests coeficients coincideixen amb la proporció amb la que es combinen els volums dels reactius i el que ocupen els productes que es formen.

 

 

En tots els casos es satisfà la llei de la conservació de la massa, sobre la que pots aprendre si consultes el subapartat 4 del primer apartat de la unitat 10 del llibre online.

FORMULACIÓ INORGÀNICA COMPOSTOS BINARIS

Ara que ja has estudiat i entés què són i on pots trobar els números d' oxidació pots començar a aprendre les regles de la formulació inorgánica. Alguns punts d' aquestes regles van canviar l' any 2005. I en aquest vídeo de UNICOOS això està molt ben explicat. Així que mira-te'l amb molta atenció. També per a veure com formular òxids i hidrurs a partir d' alguns exemples, entre els quals els de compostos binaris que es formen amb nitrogen i manganès (són dos dels tres elements, junt amb el crom, que tenen més posibles números d' oxidació).

En AULES he pujat uns apunts de FORMULACIÓ INORGÀNICA del COLEGIO LOS SAUCES. De moment, hauries de llegir-te les NORMES GENERALS, SÍMBOLS i VALÈNCIES, i els apartats dedicats a SUBSTÀNCIES SIMPLES (1), IONS (2), ÒXIDS (3) i PERÒXIDS (4). Et recomene estudiar-ho a consciència, segurament llegir-ho més d' una vegada, i utilitzar un rotulador fluorescent per a subratllar amb els codis de colors que acostumes el que siga important i/o hages de memoritzar. Estudiar això bé t' ajudarà a entrar amb bon peu a primer de batxillerat científic.

En la página 6 del document mencionat podràs practicar completant la taula que apareix amb cel·les buides i tú mateix/a comprovar si ho has fet bé mirant les solucions en la página 20.

Després, per a que pugues fer alguns exercicis sense saber la solució he pujat un segon document a AULES que veuràs que s' anomena "FORMULACIÓN Y NOMENCLATURA QUÍMICA ORGÁNICA" i només conté exercicis. Fes els 6 primers exercicis (2 de substàncies simples i 4 de compostos binaris de l' oxigen) i me'ls envíes per AULES en la tasca que es titula EXERCICIS DE SUBSTÀNCIES SIMPLES i COMPOSTOS BINARIS DE L' OXIGEN abans de la data i hora indicada.

Ànim!

ENLLAÇ COVALENT

 

L' enllaç covalent és el que té lloc quan els elements químics lo que fan és compartir electrons per a satisfer la regla de l' octet. Això depèn del número d' electrons que tenen en l' última capa. Per exemple, el carboni en té 4 i l' hidrogen en té 1. De manera que comparting electrons tal i com es veu en la imatge superior poden formar un compost covalent, el metà, de fórmula química CH4.

 

Per a representar de forma molt sencilla aquest tipus d' enllaç segons el número d' electrons de la capa de valència de cada element químic se sol utilitzar un tipus de notació que es coneix com estructura de Lewis.

 

Ves al subapartat dedicat a l' enllaç covalent dins de l' apartat 4 dedicat a l' enllaç químic de la unitat 8 del llibre online, i aprèn a dibuixar molècules segons l' estructura de Lewis. Prem el botó amb el símbol del llapis per a accedir a l' ampliació sobre aquest punt. Després, accedeix a la part de la dreta prement sobre la il·lustració que és igual a la que hem posat en aquesta entrada i juga sel·leccionant els diversos elements químics que pots triar a veure la seua configuració electrónica i intentar adivinar la seua notació de Lewis. Avança per a veure com es representen les molècules principals amb aquesta notació.

 

Adona-te'n que aquest tipus d' enllaç sempre es dóna entre elements no metalls.

 

Ara, mira't aquest vídeo per a reforçar el concepte i també per a aprendre què és un enllaç simple, uno de doble i uno de triple, com es formen, com es representen segons l' estructura de Lewis i els casos més importants en els que això passa.

 

 

Ara, hauries de ser capaç ja d' entendre com es formen les següents molècules tant importants: hidrogen (H2), oxigen (O2), nitrogen (N2),  aigua (H2O), amoníac (NH3), metà (CH4) i diòxid de carboni (CO2).

 

   

 

 

 

 

    

 

Si vols veure més exemples de molècules fes click aquí.

 

En la següent entrada pensarem per què el diòxid de carboni a temperatura ambient és un gas mentre que l 'aigua és un líquid. De fet, t' he deixat una pista i també pots consultar-ho en el subapartat dedicat a les forces intermoleculars dins de l' apartat 4 dedicat a l' enllaç químic de la unitat 8 del llibre online.

 

Si tens la resposta posa-la en un comentari i obtindràs un positiu si és satisfactòria. Ànim!

ENLLAÇ IÒNIC

 

Mira quina és la configuració electrònica del sodi (Na) i la del (Clor) i els seus possibles números d' oxidació en la pestanya d' Orbitals de la ptable. Què és lo més fácil que poden fer aquests dos elements químics per a satisfer la regla de l' octet?

 

Al sodi li convé cedir un electró. És un metall i com a tal té una gran tendència a cedir-lo. De totes maneres, necesita rebre algo d' energía (no hi ha res gratis) per a poder-lo cedir. Normalment, li pot arrancar un electró algún tipus de radiació (com pot ser la llum visible) que tinga la suficient energía (no ho hem estudiat encara).

 

Al clor li convé guanyar un electró. Si ho aconsegueix, la major estabilitat que li confereix adquirir la configuració electrónica d' un gas noble (en aquest cas, l' argó) fa que puga assolir un estat de menor energía (major estabilitat comporta menor energía), alliberant l' energía sobrant (ara ja saps que l' energía es conserva).

 

Al cedir un electró el sodi es converteix en un catió, ió positiu Na+. Al guanyar un electró el clor, es converteix en un anió, ió negatiu Cl-. Les càrregues de signe contrari s' atrauen i això és el que passa entre cations i anions. Però vigila. Això no passarà només entre un àtom de clor i un de sodi, sino entre una enorme quantitat d' àtoms d' aquests dos elements. De manera que al atraure's els de càrrega contraria buscaran envoltar-se d' ells, formant una estructura cristalina, la geometría de la qual dependrà dels radis respectius dels dos ions (ja ho sé, això ha sonat una mica tècnic). En l' exemple mencionat es formarà NaCl, clorur de sodi.

 

 

 

En l' imatge (en 3 dimensions) de l' esquerra els ions de sodi s' han pintat (simbòlicament) de color violeta i els de clor de color verd. L' imatge de la dreta (en 2 dimensions) mostra els símbols dels ions respectius.

 

Veiem com resulta l' estructura cristalina de l' òxid fèrric, del qual haviem mostrat el procés esquemàtic de transferència d' electrons en l' entrada dedicada als números d' oxidació.

 

 

En ocasions, no és fácil imaginar-se com és l' estructura interna d' un cristall iònic. Hi ha diverses topologies (cúbica, hexagonal, ...) i tota una branca de la física-química (la cristalografía) dedicada al seu estudi. Aquí no pretenem que hages d' aprendre aquests detalls; només que sigues conscient de com es forma l' enllaç iònic i que dóna lloc a estructura cristalines.

 

 

Revisa ara el subapartat dedicat a l' enllaç iònic en l' apartat dedicat a l' enllaç químic en la unitat 8 del llibre online. Avança en les diverses opcions de la part animada de la dreta de la página i intenta constestar els exercicis interactius per a consolidar un autoaprenentatge.

De totes manera, aquesta entrada no té una tasca associada que hages d' entregar.

NÚMEROS D' OXIDACIÓ

 

Busca l' oxigen en la pestanya d' orbitals de la ptable i sel·lecciona'l per a observar la configuració electrònica que té i com es distribueixen (ho veus en el diagrama de caixes que està en la part central dalt de la taula periòdica) en el orbitals de l' última capa (coneguda com capa de valència).

 

Què és lo més fácil (lo que li costa menys energia) que pot fer un àtom d' oxigen per a satisfer la regla de l' octet? Guanyar dos electrons. Si guanya 2 electrons aconsegueix tenir-ne 8 en l' última capa (en aquest cas la corresponent a n = 2) i això fa que siga més estable. Si guanya dos electrons, quina será la càrrega "neta" de l' ió en el que es convertirá? -2.

 

Observa el número que hi ha baix del símbol de l' oxigen en la pestanya indicada de la ptable: -2. Aquest és el seu número d' oxidació. Te n' adones que:

• si necessita guanyar electrons: el seu número d' oxidació será negatiu.
• si necessita cedir electrons: el seu número d' oxidació será positiu.

Fes-li una ullada als números d' oxidació dels elements químics de la taula periòdica. La majoria d' ells només en tenen un posible. Però alguns en poden tenir varis. Posem, per exemple, el ferro. Veiem que pot tenir 2 possibles números d' oxidació: +2 i +3. Per què?

 

Lo que dota de major estabilitat a un element químic és tenir l' última capa plena amb tots els electrons que hi caben (8). Però això, en ocasions, "costa" massa energía, perquè serien masses els electrons que s' haurien de guanyar o de perdre. A vegades, hi ha situacions "intermitjes" que fan que l' àtom d' un element químic puga ser més estable que en el seu estat neutre, tot i que no tant com seria si satisfera la regla de l' octet. Aquestes situacions intermitjes poden ser:

• tenir tota l' última capa semiplena; és a dir, amb un únic electró en cada orbital.
• tenir una subcapa en l' última capa semiplena.
• tenir una subcapa en l' última capa totalment buida.

Observa la configuració electrónica del ferro i com es distribuiexen els seus electrons. Quines opcions té:

• per a quedar amb la tercera capa totalment plena hauria de guanyar 4 electrons. Però això li costaría molta energía. Pensa que una vegada haguera guanyat algún electró, guanyar-ne més li costarà més perquè serà un anió, un ió negatiu, i les càrregues elèctriques del mateix signe es repel·len. Per tant, en la pràctica, això no passarà.
• podria optar per a cedir els 6 electrons dels orbitals 3d. Però per a arrancar 6 electrons fa falta molta energia també. De manera, que en la pràctica, això tampoc passarà.
• podria cedir un electró de l' orbital 3d que en té dos i un de l' orbital 4s. Així es quedaria amb dos orbitals semiplens i només li costaria dos electrons. Això sí que pot passar i justifica el número d' oxidació +2.
• podria també cedir un electró de l' orbital 3d que en té dos i els dos de l' orbital 4s. Així no quedaria cap electró en la quarta capa i l' orbital 3d semiple. És un preu raonable, algo "més car que cedir-ne 2 d' electrons", però li confereix un carácter més estable. Així també passa i justifica el número d' oxidació +3.

Quan es combinen l' oxigen (amb número d' oxidació -2) i el ferro (amb número d' oxidació +3) formen el compost del que en veiem la fórmula en la part superior de l' entrada: Fe2O3. el qual s' anomena:

• triòxid de diferro (en la nomenclatura sistemática)
• òxid de ferro (III) (en la nomenclatura d' Stock)
• òxid fèrric (en la nomenclatura tradicional)

Per tant, per a justificar tots els possibles números d' oxidació hem de veure que li passa a nivel de distribució d' electrons en capes i subcapes del/s últim/s nivel/s a l' element químic considerat.

 

Per exemple, els principals números d' oxidació del nitrogen son -3, +3 i +5. Però, tot i que son menys probables (tant menys que ni tan sols apareixen en la ptable, però sí en altres taules periòdiques) també pot tenir números d' oxidació +1, +2 i +4 . Si volguera justificar tots els seus possibles números d' oxidació ho faria de la següent manera.

TASCA: seguint un procediment semblant que el que es mostra pel nitrogen justifica els possibles números d' oxidació dels següents elements químics: sodi, magnesi, sofre i  clor. Envia'm fotos de la tasca abans de la data i hora indicades. Ànims!



REGLA DE L' OCTET

Els elements químics de la taula periòdica tendeixen a combinar-se entre sí perquè al fer-ho aconsegueixen una configuración electrónica més estable. S' ha comprovat que els únics elements que pràcticament no es combinen per a formar compostos son els gasos. Això ha servit per a entendre que els gasos nobles son especialmente estables i que quan els elements químics formen enllaços és per a obtindre la configuració electrònica equivalent a la d' un gas noble.

 

Mini tasca: Ves a la ptable.com pestanya d' Orbitals i comprova quina és la configuració electrònica dels gasos nobles (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Quants electrons coincideix que tenen tots ells en l' última capa? Fixa't bé quina és l' última capa en cada una d' ells veient com s' han omplert les caixetes que representen la distribució dels electrons en funció del valor del número quàntic principal n i el tipus d' orbital (s, p, d, f).

 

Ara et recomane que et llisgues el subapartat dedicat a la regla de l' octet de l' apartat 4 dedicat a l' enllaç químic de la unitat 8 del llibre online. Juga a adivinar per a diversos elements (prem el botó 'Nuevo elemento' vàries vegades) si aquests tendiran a guanyar, cedir o compartir electrons (i quants) per a satisfer la regla de l' octet.

LA TAULA PERIÒDICA DELS ELEMENTS

Mira't aquest vídeo i després ves-te llegint tots els subapartats de l' apartat 3 de la unitat 8 del llibre online. Pren-te el teu temps, navega i observa quina informació apareix quan canvies l' element químic en la taula periòdica actual o en el menú de grups i períodes. Utilitza els botons del llibre online per a ampliar la informació. Per últim, revisa quines son les principals propietats periòdiques dels elements de la taula periòdica. Pots ampliar el teu coneixement sobre les propietats periòdiques a partir de la ptable.com, pestanya de 'Propiedades', en la que pots sel·leccionar tant l' element químic com la propietat de la que vols saber-ne el valor.

 

TASCA. crea una taula en la que aniràs omplint la següent informació pels següents 10 elements químics: liti, carboni, nitrogen, oxigen, sodi, potassi, alumini, fòsfor, coure i i clor.

• Símbol
• Número atòmic (Z)
• Descobridor i any que va ser descobert
• Grup (número i nom del grup)
• Període
• Configuració electrónica
• Diagrama de caixes amb fletxes en el que es veu la distribució d' electrons en la capa de valència segons el seu spin (posant-les al mateix nivel, en horitzontal). Exemple pel carboni:

 

• Si es metall/no metall/semimetal
• Radi atòmic (amb les corresponents unitats; investiga si és precís per a saber què és 1 pm)
• Densitat (amb les corresponents unitats)
• Primera energía d' ionització (amb les corresponents unitats; veurem més avant què és 1 mol)

Pots fer l' activitat en l' ordinador o en la llibreta. Sigues detallista. Tin molt en compte quins números s' han d' escriure grans i quins com a superíndexos (com si foren exponents d' una potència) i que en els símbols dels elements químics importa (i molt) quines lletres van en majúscules i quines en minúscules.

 

Envia'm la tascas per AULES en la secció que he afegit a tal efecte abans de la data i hora especificada.

 

Si tens algún dubte o pregunta posa un comentari.

NIVELLS D' ENERGIA I ORBITALS

  

Els orbitals electrònics son la conseqüència immediata del model mecanoquàntic, el qual és tan complex matemàticament parlant que fins a 2n de batxillerat no podem justificar-lo una miqueta. El que sí podem fer és intentar veure com interpretar-los.

 

Tècnicament parlant "els orbitals atòmics son la regió de l' espai en la que hi ha una determinada probabilitat (posem el 90 %) de trovar l' electró). 

 

Cada orbital atòmic té una grandària, una energia, una forma i una orientació. I tot això depèn del valor que prenent una números quàntics que només poden prendre valors sencers, coneguts com:

• n: número quàntic principal, pot valer 1, 2, 3, 4, ... Del seu valor depèn el radi  de l' orbital (aquest és proporcional a n al quadrat, tal com es pot demostrar en 2n bx) i també la seua energia (la qual és inversament proporcional a n al quadrat i és negativa).
• l: número quàntic secundari o azimutal, només pot prendre valors sencers entre 0 i n-1 i del qual depèn la forma de l' orbtital.
• m: número quàntic magnètic, només pot prendre valores sencers entre -l i +l i del qual depèn l' orientació de l' orbital Per tant:
• si n = 1: l' única possibilitat és
• l = 0 (aquest és un orbital de forma esférica que rep el nom de s).
• si n = 2: hi ha dos possibilitats:
• l = 0 (orbital s, però unes 4 vegades més gran que el correponent a n = 1)
• l = 1 (orbital amb dos lòbuls frontals, com el símbols de l' infinit però en 3 dimensions, que rep el nom de p) i el qual pot orientar-se de 3 formes diferents segons:
• m = -1 (el seu eix coincideix amb l' eix x; de fet, se'l pot anomenar px o p-1)
• m  = 0 (el seu eix coincideix amb l' eix y; de fet, se'l pot anomenar py o p0)
• m = +1 (el seu eix coincideix amb l' eix x; de fet, se'l pot anomenar pz o p+1)
• si n = 3: hi ha tres possibilitats:
• l = 0 (orbital s, però unes 9 vegades més gran que el corresponent a n = 1)
• l = 1 (3 possibles orbitals p, segons les 3 posisbles orientacions perpendiculars entre sí descrites per l = 1, només que més grans (en realitat 9/4 vegades més grans, potser ho estaves ja intuïnt...)
• l = 2 (5 possibles orbitals de formes més extranyes però molt belles, els quals s' anomenen d)
• Etc (per n = 4 i l = 3 als 7 posibles orbitals se'ls anomena f).

Els noms dels orbitals (s, p, d, f) responen a motius històrics en el quals no entrarem. Per a referir-nos a un orbital concret li posarem davant el valor de n al qual està associat. Parlarem, per exemple, d' orbitals 1s, 2s, 2s, 3s, 3p, 3d, 4s, 4d,...

 

Cada uns d' aquests orbitals té una energia associada. No és obvi trobar com ordenar aquests orbital de menor a major energia, però aprendrem una regla per a fer-ho. De moment, pots anar al subapartat 'Nivells d' energia i orbitals' de l' apartat 2 de la unitat 8 del llibre online (Models atòmics) i comprovar si ets capaç d' entendre el que representa la il·lustració de la dreta i per què cada nivell d' energia associat al número quàntic n (distingible per diferents colors) es desdobla en subnivells i com aquests s' ordenen.

 

Ara pensa, en cada suborbital (és a dir, el que identifiquen pel valor concret de 3 números quàntics, n, l i m; és a dir, associat a cada una de les línies del diagrama de la página del llibre a la que ens hem referit en el pàrraf anterior, en la part de més a la dreta) només pot haver 2 electrons amb spins contraris (recorda l' spin respon al quart número quàntic s i només pot valor +1/2 o -1/2). Normalment es representa l' spin s = +1/2 com una fletxa amunt i s = -1/2 com una fletxa avall. Aquesta restricció es conneix com Principi d' exclusió de Pauli.

 

Tenint això últim en compte, pensa en lo següent...

Quants electrons, com a màxim, podran cabre entre tots els orbitals associats a n = 1?

Quants electrons, com a màxim, podran cabre entre tots els orbitals associats a n = 2?

Quants electrons, com a màxim, podran cabre entre tots els orbitals associats a n = 3?

Quina relació tenen els valors associats amb les respostes anteriors amb la taula periòdica?

Contesta'm amb un comentari.

 

Ara, ves a la pestanya d' Orbitals de la ptable.com. Observa com es distribueixen els electrons per orbitals per ordre creixent l' energia col·locant el cursos sobre qualsevol dels elements de les 4 primeres files i com s' escriu la configuración electrónica dels mateixos. Per últim, revisa el subapartat 'Configuració electrònica' de l' apartat 2 de la unitat 8 del llibre online.

MODEL ATÒMIC MECANOQUÀNTIC

Mireu-vos aquest vídeo del canal de YouTube QuantumFracture. A mi em sembla que no té desperdici. Estàs preparat/da per aquest...salt quàntic! perquè segurament se't trencaran tots els esquemes. Després ves llegint lo que està escrit a continuació. I si necessites veure el vídeo més d' una vegada fes-ho. I si tens preguntes al respecte, fes-me-les arribar publicant-les en comentaris.

Això que escric a continuació pots considerar-ho d' ampliació...

La idea és que el model atòmic de Bohr era molt bo perquè aconseguia explicar les línies espectrals discontinues que s' obserbaven al fer passar la llum emesa per un gas monoatòmic (al ser escalfat) per un prisma.

El problema va ser que en qüestió de molt pocs anys van anar aconsenseguir millorar la precisió dels instruments òptics que utitlizaven per a veure les línies espectrals i van començar a veure'n més de les que podien ser justificades (exactament) segons el model atòmic de Bohr (que s' estudia detalladament a segon de batxillat). Aquest fet es coneix com desdoblament de les línies espectrals.

El model atòmic de Bohr, de fet, utilitzava ja el primer número quàntic: n (o número quàntic principal). Segons el valor d' aquest número, que només podia ser sencer (1, 2, 3, 4, 5, etc) se sabia el radi de l' òrbita de cada electró (era proporcional a n al quadrat) i la seua energía.

Per a explicar el desdoblament de les línies espectrals Sommerfield va imaginar que les òrbites podrien ser el·liptiques i que l' excentricitat d' aquestes el·lipses (lo més o menys rodones o aplanades que son) dependria del valor d' un segon número quàntic, l (o número quàntic secundari o orbital).

 

Això no és fácil de demostrar i en segon de batxillerat només s' anomena de forma molt pel damunt.

L' any 1923, el científic francés Louis De Broglie, al entendre que els electrons alhora que giren oscil·len al voltant del nucli, va anar un pas més enllà, i es va imaginar que l' òrbita dels electrons al voltant del nucli havia de ser algo així com:

Finalment, Schrödinger va integrar en una (complicadísima) equació matemática (que és veu testimonialment en Química de 2n de bat i es demostra en Física de 2n de bat) totes les consideracions anteriors: que només certes òrbites podien ser permeses (com en el model atòmic de Bohr), que l' energía mecánica total dels electrons s' havia de conservar i que els electrons eran alhora partícules i ones. Al resoldre aquesta equació per l' àtom d' hidrogen (el més sencill possible) es van trobar amb la gran sorpresa: els electrons estaven en determinades regions de l' espai de les que només en podiem saber la probabilitat de trobar-lo i que depenien dels valors de 3 números quàntics (relacionats entre sí) dels que depenia:

• n: 0, 1, 2, 3, ..., la grandària i l' energía d' aquestes regions (orbitals). 
• l = 0,..., n-1, la forma d' aquestes regions (orbitals).
• m = -l, ..., +l, l' orientació d' aquestes regions (orbitals).

Un quart número quàntic definia el sentit d' autogir de l' electró, horari o antihorari (spin), al aplicar-li un camp magnètic exterior respecte al qual s' orientaría:

• s = +1/2 o -1/2, se sol representar com una fletxa amunt o una fletxa avall.

Ara, ves al subapartat 'Modelo de Schrödinger' de l' apartat 2, 'Modelos atómicos' de la unitat 8 del llibre online (pàgines 223 i 224 del llibre en format pdf). Llix amb atenció l' explicació i estudia't la página a la que s' accedeix a partir de link vinculat al text 'Orbitales atòmicos'. I després...

TASCA: Observa la forma i la grandària dels orbitals electrònics que s' obtenen segons els valors del 4 números quàntics. Juga i observa quins valors no son possibles i pensa si entens per què...Fes click sobre A1, A2 i A3 per a entendre lo que significa el valor de cada número quàntic. Retalla i enganxa en un document tots els possibles orbitals que poden donar-se per n = 1 i per n = 2 (per simplificar-ho, només considerant s = +1/2 = +0,5). Envia'm el document per AULES abans de la data i hora indicades.

Pots contrastat les imatges que has obtingut i ampliar-es accedint al enllaç que, en el vídeo de dalt, facilita l' autor del canal de YouTube Quantum Fracture: http://www.falstad.com/qmatom/.

Condorden els dibuixos que has obtingut amb les següents il·lustracions sobre la grandària, forma i orientació dels possibles orbitals atòmics? Fixa't com s' anomenen.

NÚMERO ATÒMIC I NÚMERO MÀSSIC

 

 

 

Llix-te el subapartat titolat 'Identificación de átomos' de l' apartat 2 ('Modelos atómicos') de la unitat 8 del llibre online (unitat 9 del llibre en format pdf, página 222). En la pantalla animada de la dreta tens fins a 5 pàgines amb les que pots 'jugar', simplement canviant el símbol de l' element químic que sel·lecciones, a tal de visualitzar:

1. com a partir del número atòmic (Z) es determina en número de protons d' un element químic.
2. com a partir del número màssic (A) es determina el número de neutrons d' un element químic.
3. com podem saber el número d' electrons d' un element químic (si és neutre) a partir de Z.
4. què és un catió i com l' escrivim simbòlicament.
5. què és un anió i com l' escrivim simbòlicament.

A continuació, obri l' exercici interactiu i 'juga' camviant l' espècia atómica, a encertar el número de protons, neutrons i electrons que tindrà i observa com es representarien els seu àtoms segons el model atòmic de Bohr.

 

TASCA: dibuixa en la llibreta o retalla de l' exercici interactiu anterior la representació dels següents 6 àtoms o ions:

 

Els dos últims proposats, els dos d' hidrogen, tenen un nom propi. Quin? Investiga i averigua-ho. Escriu la resposta en la mateixa fulla en la que has fet o enganxat els dibuixos, a continuación. De fet, si te'n va a la taula periòdica, en la pestanya d' isòtops, si fas click damunt de l' hidrogen, podràs trobar l' abundància relativa amb la que existeixen aquests isòtops. Aìxí que, per a acabar, escriu lo que és un isòtop i busca quins isòtops hi ha de liti i anota amb quina abundància relativa es troben en l' Univers. També pots jugar a veure, per curiositat, el nombre d' isòtops que hi ha per altres elements químics: mira el ferro, el carboni, el mercuri (Hg), etc.

 

I si tens algún dubte afegeix un comentari.

 

Ànim!!

MODEL ATÒMIC DE BOHR

Estudia el model atòmic de Bohr del tema 8 del llibre online, apartat 2 (Models atòmics), subapartat que porta el nom de ‘Model de Bohr’ (página 221 del llibre en format pdf. Segueix els següents passos:

1. Llix atentament els dos paràgrafs de la pàgina principal.
2. Llix atentament la finestra emergent vinculada a la paraula ‘descubrimientos’.
3. Llix atentament la finestra que s’ obri en una nova pestanya al pulsar el botó associat al text ‘Ampliación: espectros atómicos’.
4. Ara, observa la forma en què podem representar els primers 12 elements químics de la taula periòdica segons el model de Bohr i com s’ escriu la configuració electrònica corresponent, simplement canviant l’ element químic seleccionat en el desplegable que hi ha al costat de la paraula àtom.
5. És el moment de visualitzar el vídeo que acompanya a aquesta entrada.

Tasca: dibuixa en la llibreta els àtoms corresponents als següents 6 elements de la taula periòdica a partir del valor del seu número atòmic i segons el model de Bohr: liti, carboni, nitrogen, oxigen, alumini i fósfor. Dibuixa'ls en la llibreta utilitzant el color blau per pintar el nucli, negre per dibuixar les òrbites circulars i roig per a pintar els electrons. Intenta que capiguen els 6 dibuixos en una página. Escriu el símbol associat a cada un d' aquests elements químics al costat del seu dibuix. Li fas una foto a la página amb tots els dibuixos i al fitxer generat l' anomenes 'Àtoms dels elements químics segons model atòmic de Bohr - <el teu nom>'.

MODEL ATÒMIC DE RUTHERFORD

Accedeix al tema 8 del llibre online, apartat 2 (Models atòmics), subapartat 'Model de Rutherford'. Observa com es poden imaginar els àtoms dels 5 primers elements químics a partir del model atòmic de Rutherford. Si no pots accedir al llibre online pots revisar aquest apartat de la página 220 del llibre en format pdf.

Després mira't aquest vídeo amb atenció i intenta contestar a les següents quatre preguntes publicant un comentari en aquesta entrada si vols guanyar-te un positiu (pel primer alumne/a que done la resposta 100 % correcte):

• Què són les partícules alfa?
• Per què la majoria travessen la làmina d' or sense desviar-se o desviant-se molt poc?
• Quina és proporció de les que 'reboten'?
• Per què 'reboten' algunes?

Pot ser aquest segon vídeo ajude a imaginar-te lo que està succeïnt...

MODEL ATÒMIC DE THOMSON

Thomson va idear el segon model atòmic de la historia (el que ve després del model de Dalton, el primer), després que ell mateix haguera descobert l' electró i amb forts indicis sobre la necessitat que existira el protó, lo qual no s' havia confirmat encara experimentalment, però sí que es tenien forts indicis sobre el mateix pel comportament dels rajos canal.

Accedeix al tema 8 del llibre online, apartat 2 (Models atòmics), subapartat 'Model de Thomson'. Modifica la càrrega eléctrica de l' àtom de 1 a 6 i observa com canvia el nom de cada un dels 6 primers elements químics i el número d' electrons que té cada un. Amb l' eina de 'Recortes' de l ' ordinador o una equivalent retalla una imatge de cada una d' aquests 6 àtoms segons el model de Thomson en un document de Word o equivalent.

En la següent página de l' animació canvia, no només el valor de la càrrega dels àtoms (d' 1 a 6) sino també el número d' electrons que poden guanyar o perdre per a convertir-se en ions. Retalla els següents ions i afegeix les imatges al mateix document (segurament en la següent página):

• Ió que es forma a partir d' un àtom d' hidrogen que perd guanya un electró.
• Ió que es forma a partir d' un àtom d' heli que perd 2 electrons (a aquest ió se'l coneix també com partícula alfa).
• Ió que es forma a partir d' un àtom de liti que perd un electró.
• Ió que es forma a partir d' un àtom de carboni que perd 2 electrons.
• Ió que es forma a partir d' un àtom de bor que perd 1 electró.
• Ió que es forma a partir d' un àtom de carboni que guanya 2 electrons.

Passes el document a pdf i me'l fas arribar.

Si no pots accedir al llibre online pots revisar aquest apartat de les pàgines 218 i 219 del llibre en format pdf, dibuixar les respostes, fer una o vàries fotos i me les fas arribar.

EL DESCOBRIMENT DELS NEUTRONS

Mira't aquest vídeo i intenta contestar a la següent pregunta publicant un comentari: quin fet o evidència experimental feia pensar que deuria d' existir una partícula sense càrrega neutre en el nucli dels àtoms d' heli? 

Desrprés pots llegir-te la pàgina 218 del llibre de l' assignatura en format pdf o en format online anar al tema 8, primer apartat (Estructura atòmica), subapartat 'El neutrón'.

Ja no crearé més entrades en el blog fins la setmana que ve.

PROPIETATS DELS RAJOS CANALS

Mira't aquest vídeo i planteja't les següents preguntes. Com es va saber que els rajos canals eren deguts a partícules de càrrega positiva? Si apliquem el mateix alt voltatge per a desviar els rajos canals a un tub en el que queda un gas residual d' hidrogen i un altre en el que queda la mateixa quantitat d' un gas residual d' oxigen, es desviaran igual? Contesta publicant un comentari i justificant les respostes. Ara només les acceptaré per a valorar-les amb un positiu si són al 100 % correctes.

DESCOBRIMENT DEL PROTÓ

Mira't el vídeo i contesta a les següents preguntes en la teua llibreta. Quina pressió ens diu que hi ha dins del tub de descàrrega? Què se li ha fet al càtode en aquest experiment? Per què? El/la primer/a que conteste a aquestes tres preguntes de forma correcte en un comentari associat a aquesta entrada tindrà un positiu.

Després estudiat la pàgina 217 del llibre en format pdf que seguim i/o del tema 8 del llibre online (apartat 1 - Estructura atòmica, subapartat 'El protón').

PROPIETATS DELS RAJOS CATÒDICS

Mira atentement aquest vídeo i pren nota en la llibreta quines son les propietats dels rajos catòdics que es mostren en aquest vídeo i quins són els fets experimentals de les que es deriven. Per cert, la creu que s' observa s' anomena creu de Malta. I el comentari que veus en el vídeo sobre l' ombra que deixen els rajos a posar-la en el seu camí s' hauria de millorar dient que l' ombre que crea la creu la Malta manté les proporcions de l 'objecte, no està deformada, motiu pel quan es pot afirmar que aquests rajos viatgen en línea recta (del segon 37 al 44).

DESCOBRIMENT DE L' ELECTRÓ

Mira' t aquest vídeo i planteja't les següents preguntes. Com s' anomena l' aparell de mesura que apareix baix a l' esquerra entre el segon 20 i el 40 aproximadament? Quina magnituts mesura? En quines unitats en el Sistema Internacional? El/la primer/a que conteste bé a aquestes 3 preguntes en un comentari enviat a aquesta entrada tindrà un positiu ;-).

Després estudia la página 216 del llibre versió pdf i/o accedeix al tema 8 de la seua versió online (apartat 1, secció 'El electrón').

TEORIA ATÒMICA DE DALTON: POSTULATS

Estudia els postulats del model atòmic de Dalton a partir d' aquest vídeo de YouTube, el capítol 8 del llibre online de l' assignatura (Antecedents històrics) i/o les pàgines 214 i 215 del pdf associat. Afegeix-los a boli en la llibreta.

MODEL ATÒMIC DE DALTON: ÀTOMS I MOLÈCULES

Dalton, a partir d' observacions experimentals, va enunciar la seua famosa llei de les proporcions múltiples, la qual li va portar a imaginar-se que les susbstàncies deurien d' estar formades per agregats (molècules) d' uns components primordials (àtoms) que es combinarien en unes proporcions definides, donades per la combinació de números sencers senzills associats a la seua llei empírica.

A partir d' aquesta idea va començar a asignar símbols distintius per a cada element químic, els quals combinava per a representar símbolicament les molècules associada a cada substància pura específica. Mira els dibuixos que va començar a fer i que apareixien en les seues publicacions científiques. Veus com classificava les substàncies en binàries, terciàries, quaternàries, etc., segons el número d' elements que es combinaven en elles?

Preguntes per a contestar a partir de l' il·lustració mostrada i potser algo de búsqueda per Internet (fes click damunt l' imatge i accediràs a la página de la Wikipedia on està l' informació que necessites):

1. Quants elements químics es coneixien en l' época de Dalton?
2. Quin d' ells es correspon a l' hidrogen (digues només el número associat)?
3. Quin d' ells es correspon a l' oxigen (digues només el número associat)?
4. Quin d' ells es correspon al carboni (digues només el número associat)?
5. Quin d' ells es correspon al nitrogen (digues només el número associat)?
6. Quina seria la fórmula química de l' aigua segons Dalton?
7. Quin és l' element amb un menor pes relatiu (al qual se li assigna el valor 1)?
8. Quin és el pes relatiu de l 'oxigen respecte a l' element referit en la pregunta 7 (en l' época de Dalton)?
9. Quin és el pes relatiu del ferro (en l' época de Dalton)?
10. Quin és el pes relatiu de l' or i del mercuri (en l' época de Dalton)?

LLEI DE LAS PROPORCIONS MÚLTIPLES DE DALTON

Repassa la llei de les proporcions múltiples de Dalton del vídeo de YouTube del canal UNICOOS. Després intenta contestar les 2 preguntes que es plantegen en AULES.