Introducció a la Química i Física Bàsica: Teories i Lleis

El Treball Científic i la Resolució de Problemes

El treball científic tracta de resoldre incògnites i solucionar problemes urgents, com ara el desenvolupament d'una vacuna per controlar la SIDA.

Magnituds Físiques: Mesurant el Món

Propietats Mesurables dels Cossos

Les magnituds físiques són propietats dels cossos que es poden mesurar. A continuació, es presenten algunes de les més fonamentals amb les seves unitats del Sistema Internacional:

• Longitud (L): metre (m)
• Massa (m): quilogram (kg)
• Temps (t): segon (s)
• Temperatura (T): kelvin (K)
• Intensitat de corrent (I): ampere (A) (Nota: L'original posava Kelvin, que és incorrecte per a la intensitat de corrent)
• Quantitat de substància (n): mol (mol)
• Intensitat lluminosa (Iv): candela (cd)

Matèria i les Seves Propietats Generals

Massa i Volum: Definint la Matèria

La massa i el volum són dues propietats generals que s'utilitzen per definir la matèria i distingir-la del que no ho és. La massa és la quantitat de matèria que té un cos, i el volum és l'espai que ocupa un cos.

Teoria Cineticomolecular i el Moviment Brownià

Temperatura i Energia Cinètica

Segons la teoria cineticomolecular, les partícules de gas es mouen arreu en totes direccions amb una velocitat mitjana determinada. Qualsevol partícula que es mogui a qualsevol velocitat té energia cinètica. Com a resultat, les partícules adquireixen una energia que és proporcional a la temperatura absoluta.

Pressió dels Gasos: Col·lisions de Partícules

Segons la teoria cineticomolecular, la pressió d'un gas és el resultat de les col·lisions de les seves partícules contra les parets del recipient que les conté. En augmentar la temperatura, augmenta la pressió.

Lleis dels Gasos Ideals

• Llei de Gay-Lussac: Pressió i Temperatura

  A volum constant, si augmenta la temperatura, augmenta la pressió.

• Llei de Charles: Volum i Temperatura

  A pressió constant, si augmentem la temperatura, augmenta el volum.

• Llei de Boyle: Volum i Pressió

  A temperatura constant, si augmenta el volum, baixa la pressió.

Classificació de la Matèria: Mescles i Substàncies

Una mescla és una combinació de diverses substàncies.

Mescles Heterogènies i Homogènies

• Les mescles heterogènies es diferencien fàcilment els seus components a simple vista.
• En les mescles homogènies, els components no es distingeixen.

Substàncies Pures: Simples i Compostes

Les substàncies pures són un tipus de matèria que té una composició constant i unes propietats característiques.

• Substàncies simples: No es poden separar en altres més senzilles, com l'hidrogen pur o l'oxigen pur.
• Substàncies compostes: Es poden descompondre en altres més senzilles, com l'aigua, que conté oxigen i hidrogen.

Mètodes de Separació de Mescles

Tècniques Comunes de Separació

Alguns mètodes per separar components de mescles inclouen:

• Filtració: Per separar un sòlid d'un líquid.
• Decantació: Per separar un sòlid o un líquid més dens d'un líquid menys dens.
• Separació magnètica: Utilitza un imant per separar materials magnètics.
• Centrifugació: Tècnica per accelerar la decantació.
• Cristal·lització: S'utilitza per obtenir cristalls d'un solut sòlid.
• Destil·lació: Per separar per calor un líquid d'un sòlid o dos líquids amb diferents punts d'ebullició.

Aliatges: Mescles Metàl·liques Homogènies

Un aliatge és una mescla homogènia formada per dos o més metalls. Per exemple:

• Bronze: coure i estany
• Llautó: coure i zinc
• Acer: ferro i carboni

Solubilitat: Quantitat Màxima de Solut

La solubilitat és la màxima quantitat de solut que es pot dissoldre en 100g de dissolvent a una temperatura determinada.

Fórmula (implícita): Quantitat de solut / Quantitat de dissolvent (sovint aigua) * 100

Càlculs de Concentració: Percentatge Massa i Volum

• Percentatge en massa:

  Massa del solut (g) / Massa de la dissolució (g) * 100

• Percentatge en volum:

  Volum del solut (ml) / Volum de la dissolució (ml) * 100

Lleis Fonamentals de la Química

Llei de Conservació de la Massa

La massa total de les substàncies que intervenen en una mescla o reacció és constant.

Llei de les Proporcions Definides

Si la proporció entre els dos elements és sempre la mateixa, la composició del compost format serà constant.

Models Atòmics: L'Evolució de la Teoria Atòmica

Model Atòmic de Dalton: Partícules Indivisibles

La matèria està formada per partícules molt petites, esfèriques i invisibles anomenades àtoms.

Model Atòmic de Thomson: El Púding de Panses

Els àtoms es comporten com petites boles amb càrrega positiva dins les quals es troben els electrons amb càrrega negativa en posicions fixes.

Model Atòmic de Rutherford: El Nucli Atòmic

Rutherford va utilitzar una font de radiació que emetia partícules amb càrrega positiva. A la sortida, va col·locar una làmina molt fina d'or envoltada d'una pantalla per detectar la trajectòria de les partícules que travessaven la làmina.

Les seves conclusions van ser que la càrrega positiva dels àtoms i gairebé tota la seva massa estava concentrada en el nucli. El nucli té càrrega positiva a causa de partícules que s'anomenen protons. Si hi ha la mateixa quantitat de protons i electrons, la càrrega de l'àtom és neutra.

Estructura Atòmica: Nombre Màssic i Atòmic

Nombre Atòmic (Z) i Nombre Màssic (A)

• Nombre Atòmic (Z): És el nombre de protons que té un àtom en el nucli.
• Nombre Màssic (A): És la suma de protons (Z) i neutrons (n) del nucli (A = Z + n).

Isòtops: Variants d'un Mateix Element

Els isòtops són com versions d'un mateix element que tenen el mateix nombre atòmic (Z) però diferent nombre màssic (A), és a dir, diferent nombre de neutrons.

Fórmula (implícita per a massa atòmica mitjana): A = (A₁ * %₁ + A₂ * %₂) / 100

Model Atòmic de Bohr: Òrbites Estables dels Electrons

Segons Bohr, els electrons només poden girar en òrbites a determinades distàncies del nucli. En aquestes òrbites o capes, els electrons giren amb energia constant.

(Explicació del fenomen espectral): Si fem passar llum blanca a través d'un gas i després per un prisma transparent, apareixen uns colors determinats. Aquests colors depenen del gas que es posi abans del prisma, demostrant els nivells d'energia discrets dels electrons.