F ISICA I QU IMICA - fisiquim.files.wordpress.com · 3.2 La teoria cinètica: sòlids i líquids ... FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO 9 1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats El Sistema

FISICA I QUIMICA3r ESOVolum I

Pep Forteza Ferrer

Versio: 1.00

Darrera actualitzacio: 07/09/2014

Imatge de portada iT@c

3

Índex 1 EL TREBALL CIENTÍFIC............................................................................................... 5

1.1 La ciència ....................................................................................................................... 5

1.1.1 La física i la química ............................................................................................... 6

1.1.2 Els canvis físics i els canvis químics ........................................................................ 6

1.2 El mètode científic ......................................................................................................... 7

1.3 La mesura ...................................................................................................................... 8

1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats ............................................................................ 9

1.3.2 Notació científica ................................................................................................. 10

1.3.3 Múltiples i submúltiples d’unitats ....................................................................... 11

1.3.4 Factors de conversió ............................................................................................ 11

1.3.5 El procés de mesura ............................................................................................ 15

1.3.6 Mesura del temps de reacció .............................................................................. 17

1.4 La matèria i les seves propietats ................................................................................. 18

1.4.1 Propietats generals i característiques ................................................................. 18

1.4.2 Densitat ............................................................................................................... 19

1.4.3 Càlcul de densitats al laboratori .......................................................................... 20

2 ESTRUCURA DE LA MATÈRIA .................................................................................. 21

2.1 Models atòmics ........................................................................................................... 21

2.1.1 Model atòmic de Dalton ...................................................................................... 21

2.1.2 Model atòmic de Thomson .................................................................................. 22

2.1.3 Model atòmic de Rutherford ............................................................................... 22

2.2 L’estructura de l’àtom ................................................................................................. 23

2.2.1 Ions ...................................................................................................................... 24

2.2.2 Isòtops ................................................................................................................. 25

2.2.3 La massa atòmica ................................................................................................ 26

2.3 Radioactivitat .............................................................................................................. 26

2.3.1 Radioactivitat natural i artificial .......................................................................... 26

2.3.2 Tipus de radiacions .............................................................................................. 26

2.3.3 Aplicacions de la radioactivitat ............................................................................ 27

2.3.4 Reaccions nuclears .............................................................................................. 27

2.4 Formes de presentació de la matèria.......................................................................... 28

2.4.1 Elements químics ................................................................................................. 28

2.4.2 Composts químics ................................................................................................ 29

2.5 La taula periòdica ........................................................................................................ 29

2.5.1 Grups i períodes ................................................................................................... 29

2.5.2 Caràcter metàl·lic ................................................................................................. 30

2.6 Enllaç químic ............................................................................................................... 31

2.6.1 Enllaç iònic ........................................................................................................... 31

2.6.2 Enllaç covalent ..................................................................................................... 32

2.6.3 Enllaç metàl·lic ..................................................................................................... 32

2.7 Massa molecular ......................................................................................................... 33

2.7.1 Massa molecular .................................................................................................. 33

4

2.8 Introducció a la formulació química ............................................................................ 33

2.8.1 València i nombre d’oxidació ............................................................................... 33

2.8.2 Formulació dels elements .................................................................................... 34

2.8.3 Nomenclatura dels elements ............................................................................... 34

2.8.4 Formulació dels composts binaris ....................................................................... 34

2.8.5 Nomenclatura dels composts binaris .................................................................. 35

3 ESTATS D’AGREGACIÓ ............................................................................................ 37

3.1 Els estats d’agregació .................................................................................................. 37

3.2 La teoria cinètica: sòlids i líquids ................................................................................. 38

3.2.1 La teoria cinètica per explicar els sòlids .............................................................. 38

3.2.2 La teoria cinètica per explicar els líquids ............................................................. 39

3.3 La teoria cinètica: gasos .............................................................................................. 39

3.3.1 La teoria cinètica per explicar els gasos ............................................................... 39

3.3.2 Magnituds pròpies d’un gas ................................................................................. 40

3.3.3 El plasma .............................................................................................................. 40

3.3.4 Jugam amb els gasos ............................................................................................ 41

3.4 Lleis dels gasos ............................................................................................................. 42

3.4.1 Llei de Boyle-Mariotte ......................................................................................... 42

3.4.2 Llei de Gay-Lussac ................................................................................................ 43

3.4.3 Llei de Charles ...................................................................................................... 44

3.4.4 Llei general dels gasos ......................................................................................... 45

3.5 Els canvis d’estat .......................................................................................................... 47

3.5.1 Corba d’escalfament de l’aigua ........................................................................... 47

3.5.2 Diferència entre evaporació i ebullició ................................................................ 50

4 LABORATORI .......................................................................................................... 53

4.1 Normes de seguretat ................................................................................................... 53

4.2 Pictogrames de seguretat ............................................................................................ 56

4.3 Equip de protecció en el laboratori ............................................................................. 58

4.4 Material de laboratori ................................................................................................. 59

4.5 L’informe de laboratori................................................................................................ 63

4.6 Maneig del peu de rei .................................................................................................. 64

4.7 Determinació de la temperatura d’ebullició ............................................................... 66

5

1 1 EL TREBALL CIENTÍFIC

1.1 La ciència La ciència engloba tota activitat destinada a adquirir nous coneixements mitjançant el

mètode científic. Dins la ciència podem distingir:

• Les ciències pures o formals estudien conceptes abstractes i serveixen com a eines a les

altres ciències. Exemples de ciències formals són les matemàtiques i la lògica.

• Les ciències naturals o experimentals encarregades de l’estudi de l’entorn natural. Les

ciències naturals són l’astronomia, la biologia, la física, la geologia i la química.

• Les ciències socials encarregades de l’estudi del comportament humà i de les societats.

Exemples: la història, la psicologia o la geografia.

Cal destacar que la ciència no produeix veritats absolutes, ja que tota llei o teoria científica

està subjecta a revisió i modificació d’acord amb noves observacions o dades.

Hem d’anar alerta amb les pseudociències (també conegudes com a falses ciències) que

són un conjunt de creences, afirmacions i pràctiques que intenten presentar-se com a

científiques però que no compleixen el mètode científic i, per tant, no poden ser provades de

forma fiable. Exemples d’aquestes pràctiques fraudulentes són l’astrologia, el tarot,

l’homeopatia, ...

1. LA CIÈNCIA

6

1.1.1 La física i la química

La física és la ciència que estudia les propietats i el comportament de l’energia, la matèria

(a més dels canvis que no n’alteren la seva naturalesa), l’espai i el temps i les interaccions

entre aquests quatre conceptes.

La química estudia la composició, estructura i propietats de la matèria a més dels canvis

que aquesta experimenta durant les reaccions químiques i la seva relació amb l’energia.

1.1.2 Els canvis físics i els canvis químics

De forma més simple podem definir-les a partir del tipus de fenòmens que estudien:

La física estudia els fenòmens que no produeixen un canvi de naturalesa de la matèria.

La química estudia els fenòmens que involucren un canvi de naturalesa de la matèria.

Tot i que aquesta visió simplista ens servirà durant aquest curs, cal tenir en compte que

existeixen fenòmens que requereixen d’ambdues ciències per a ser estudiats i que existeixen

fenòmens físics que produeixen un canvi de naturalesa de la matèria: les reaccions nuclears.

1) Observa les demostracions experimentals i contesta a les següents preguntes:

a. Creus que un canvi de color implica sempre un canvi químic?

Escalfar un metall i KMnO4 + NaOH + sacarosa b. Sempre que aplicam calor a una substància tenim un canvi físic?

Posar sobre plaques calefactores paper i gel c. Creus que un pas de substàncies sòlides a substàncies líquides és un canvi físic o

un canvi químic?

Fusió del gel i reacció entre Ba(OH)2 i NH4Cl

2) Classifica els següents fenòmens segons es tracti d’un canvi físic o un canvi químic.

FÍS QUI �

a. Evaporació d’un perfum

b. Combustió de benzina

c. Salt a la piscina des d’un trampolí

d. Descomposició de la llum al passar per un prisma

e. Oxidació d’una clau de ferro

f. Encendre la televisió

g. Afegir sucre a la llet

h. Putrefacció d’un cadàver

i. Obtenció del vi a partir de la fermentació del raïm

j. Digestió d’un caramel

FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO

7

1.2 El mètode científic El mètode científic es refereix a

un conjunt de tècniques per

investigar fenòmens, adquirir nous

coneixements, o corregir i integrar

coneixements previs. Normalment

es basa en la recol·lecció

d'evidència empírica, observable i

mesurable, emprant els principis

de raonament lògic.

El mètode científic es basa en

la reproductibilitat (capacitat de

repetir un experiment o tornar a

observar un fenomen) i la

falsabilitat (possibilitat de negació

de la hipòtesi mitjançant altres

experiments).

Les fases del mètode científic

són:

Observació: plantejar-se preguntes a partir de l’examinació d’un fenomen.

Documentació: consultar tota la informació disponible per si trobam la resposta.

Formulació d’hipòtesi: donar una o vàries possibles explicacions al problema plantejat.

Experimentació: estudi d'un fenomen reproduït en condicions controlades (laboratori). És

la fase en què investigam, recollim informació i pensam per veure si les hipòtesis són

correctes. Alguns fenòmens no es poden reproduir al laboratori i, per tant, únicament podem

recollir dades mitjançant l’observació quan es produeixen de forma espontània.

Anàlisi dels resultats: taules, representació gràfica, deducció de fórmules matemàtiques, ...

Obtenció de conclusions: si la hipòtesi de partida és refutada caldrà reformular-la o

modificar l’experiment. Si la hipòtesi resulta correcta, cal repetir l’experiment per assegurar-

nos i en cas que la poguem generalitzar ens conduirà a la formulació d’una llei o teoria.

Publicació dels resultats: de forma que la resta de la comunitat científica conegui i pugui

utilitzar els nostres resultats. És molt important compartir el coneixement per tal de fer

avançar la ciència (treball en equip). La divulgació és la comunicació a la resta de la societat

dels resultats, la qual s’ha de fer deixant de banda els tecnicismes per tal d’arribar a persones

que no tenen una formació específica del tema.

3) Tots hem vist com cauen els objectes. Realitza una hipòtesi i dissenya un experiment que ens permeti determinar de què depèn el temps de caiguda d’un objecte.

4) Ens comenten que les gallines ponen més ous quan escolten música clàssica i que, en canvi, escoltar pop no afecta a la producció. Dissenya un experiment per verificar-ho.

1. LA CIÈNCIA

8

1.3 La mesura Les qualitats dels objectes que podem mesurar de forma objectiva s’anomenen magnituds.

Aquestes es podem expressar amb un valor numèric acompanyat d’una unitat.

Per altra banda, hi ha altres qualitats que no poden ser mesurades de forma objectiva (com

ara la simpatia).

5) Indica quina de les següents característiques de la matèria són magnituds:

a. Bellesa b. Volum c. Temperatura d. Color

e. Preu en euros f. Sabor g. Massa h. Velocitat

Mesurar és comparar una magnitud amb un patró (quantitat de la mateixa naturalesa).

Aquest patró s’anomena unitat i la podem triar de forma arbitrària, sempre que tengui un

valor aproximat a l’objecte que volem mesurar. Per exemple, el pam no seria una bona unitat

per mesurar el diàmetre de la Via Làctia.

6) El cotxe de la foto va a 100 km/h. Està infrin-gint la llei?

Les característiques que ha de tenir una unitat per tal que sigui útil i adequada són:

1. Ha de ser constant, és a dir, ha de ser la mateixa a tots els llocs i en tot moment.

2. Ha de ser universal, és a dir, ha de poder ser utilitzada per qualsevol persona.

3. Ha de ser fàcil de reproduir, per tant, hem d’obtenir-ne mostres de forma senzilla.

7) Indica si consideres que les següents unitats són o no adequades i per quin motiu.

a. Pam

b. Metre

c. Milla


9

1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats

El Sistema Internacional d’Unitats (SI) és el sistema d’unitats més utilitzat al món, tant en

ciència com en la vida diària.

El SI es va desenvolupar a partir de l’antic sistema MKS i va ser adoptat a la 11a

Conferència General de Pesos i Mesures (París, 1960).

Una característica d’aquest sistema, que constitueix un gran avantatge, és que les unitats

es basen en fenòmens físics fonamentals (exceptuant la definició de la unitat de massa que es

defineix a partir d’un prototip).

Magnituds fonamentals

Les magnituds fonamentals són aquelles que es poden mesurar directament. En el SI n’hi

ha set, les quals apareixen a la taula següent juntament amb la seva unitat bàsica i la definició

d’aquesta.

Magnitud Unitat Símbol Definició

Longitud metre m Distància recorreguda per la llum en el buit en 1/299 792 458 segons.

Massa quilogram kg Massa d’un cilindre de platí-iridi que es troba a l’Oficina de Pesos i Mesures de Sèvres a París.

Temps segon s Durada de 9 192 631 770 períodes de la radiació corresponent a la transició entre els dos nivells hiperfins de l’estat fonamental del cesi-153.

Temperatura kelvin K Fracció 1/273,16 de la temperatura termodinàmica corresponent al punt triple de l’aigua.

Quantitat de substància

mol mol Quantitat de substància d’un sistema que conté tantes entitats elementals com àtoms hi ha en 0,012 kg de carboni-12.

Intensitat de corrent

ampere A Intensitat d’un corrent constant que circula per dos conductors paral·lels, rectilinis, de longitud infinita, situats a 1 m l’un de l’altre en el buit i que produeix una força entre aquests de 2 · 10�� N.

Intensitat lluminosa

candela cd Intensitat corresponent a una font que emet una radiació monocromàtica de freqüència 5,4·10

14 Hz, amb una intensitat

energètica en aquesta direcció d’1/683 W per estereoradiant.

1. LA CIÈNCIA

10

Magnituds derivades

Les magnituds derivades són totes aquelles que s’obtenen a partir de les magnituds

fonamentals.

A la taula següent apareixen alguns exemples de magnituds derivades acompanyades de la

unitat del Sistema Internacional. Cal destacar que moltes d’aquestes magnituds tenen altres

unitats que es segueixen emprant, com per exemple els litres, que són una unitat de volum

(1l = 1dm�). Aquestes unitats les veurem a mesura que s’introdueixin als temes

corresponents.

Magnitud Símbol Unitat SI Magnitud Símbol Unitat SI

Superfície S m Força F N (newton)

Volum V m� Pressió p Pa (pascal)

Densitat � kg/m� Energia E J (joule)

Velocitat v m/s Càrrega q C (coulomb)

1.3.2 Notació científica

És una manera ràpida de representar nombres utilitzant potències de base deu. Aquesta

notació serveix per a poder expressar fàcilment nombres molt grans o molt petits.

Els nombres s’escriuen com un producte � · 10� on a és un nombre decimal major o igual a

1 i menor a 10, que rep el nom de coeficient i n és un nombre enter, que rep el nom

d’exponent o ordre de magnitud.

8) Escriu les següents quantitats en notació científica:

a. 5 680 000 = b. 8 970 002 321 =

c. 0,000 045 67 = d. 0,000 000 000 034 =

e. 0,005 83 = f. 17 970 =

9) Escriu sense utilitzar la notació científica les següents quantitats:

a. La velocitat de la llum és de 3 · 10�m/s =

b. La càrrega d’un electró és de 1,6 · 10��C =

c. La massa de la Terra és de 5,98 · 10 �kg =

Ús de la calculadora

La tecla exponencial EXP o ×10x de les calculadores significa “per 10 elevat a“. Exemples:

Per fer: 5 · 10� Has de pitjar: 5 EXP 7 .

Per fer: 7 · 10�� Has de pitjar: 7 EXP - 1 2 .

Per fer: 10! Has de pitjar: 1 EXP 5 . o 1 0 ^ 5 .

10) Realitza els següents càlculs utilitzant la calculadora:

a.3,5 · 10�� + 7,4 · 10� = b.'2,3 · 10�(� +)8,9 · 10 � =

c. 7 · 10! · 3 · 10��2,1 · 10�! = d. 4,5 · 10�! · '3,2 · 10� + 6,56 · 10+(7,2 · 10�� + 0,13 =


11

1.3.3 Múltiples i submúltiples d’unitats

Per expressar quantitats molt grans o molt petites el SI defineix una sèrie de prefixes que

poden acompanyar a totes les unitats.

Factor Prefix Símbol Factor Prefix Símbol 10 � yotta Y 10�� deci d 10 � zeta Z 10� centi c 10�� exa E 10�� mil·li m 10�! peta P 10�+ micro µ 10� tera T 10�� nano n 10� giga G 10�� pico p 10+ mega M 10��! femto f 10� quilo k 10�� atto a 10 hecto h 10� � zepto z 10� deca da 10� � yocto y

D’on observam que 1 Tm equival 10� m o un picosegon és el mateix que 10�� s.

11) Escriu les mesures següents, amb múltiple o submúltiples de les unitats corresponents, utilitzant la notació científica:

a. 1,5 µm = m b. 0,2 km = cm

c. 0,5 Mg = mg d. 1 Eg = kg = g

12) Escriu les següents quantitats sense emprar múltiples o submúltiples de la unitat.

a. La distància entre la Terra i el Sol és de 150 Gm----------------- > m

b. La memòria RAM d’un ordinador és de 1024 GB (gigabytes)- > B

c. La mida d’un àtom d’hidrogen és de 10 nm----------------------- > m

d. La mida del nucli d’un àtom és de 2 fm---------------------------- > m

1.3.4 Factors de conversió

El factor de conversió ens permet realitzar conversions d’unitats. Es basa en la utilització

d’equivalències i igualtat (el numerador és empre equivalent al denominador). Per exemple,

sabem que 1 km = 1000 m, per tant, el factor de conversió corresponent serà �/// 0

� 10 o

� 10

�/// 0.

Si volem convertir 3,5 km a metres, començam indicant la dada de partida i ho multiplicam

pel factor (o factors) de conversió necessaris:

3,5 km ∙1000 m

1 km= 3500 m

Entre la dada de partida i el factor de

conversió, i entre els diferents factors de

conversió s’indica el signe de multipli-

cació (·) o es deixa sense signe.

La unitat que volem eliminar sempre s’ha

de col·locar a la part contrària de la dada

de partida. D’aquesta manera es podrà

simplificar. Tatxar-les es recomanable per

veure si ho estam fent bé.

1. LA CIÈNCIA

12

Si volem convertir magnituds compostes, com per exemple de km/h a m/s haurem

d’encadenar diferents factors de conversió:

120km h⁄ = 120 kmh ∙ 1000m1km ∙ 1h60min ∙ 1min60s = 33,3m s⁄

En el cas de conversió d’unitats d’àrees o volums, o en general quan tenim unitats elevades

a una potència, cal tenir en compte les indicacions següents:

Si volem passar de km2 a m2, per trobar l’equivalència entre elles, escriurem primer

l’equivalència entre les unitats sense elevar: 1 km = 103 m.

A continuació elevarem al quadrat els dos membres de la igualtat:

'1km( = '10�m( → 1km = '10�( m → 1km = 10+m

7,2km ∙ 10+m 1km = 7,2 · 10+m

En el cas del volum, una unitat molt emprada, a pesar de no ser del Sistema Internacional,

és el litre (l). Per tal de passar de l’escala dels m3 a l’escala dels litres és necessari tenir en

compte l’equivalència 1dm� = 1l. 0,3m� ∙ 10�dm�

1m� ∙ 1l1dm� = 300l Pel que fa a la temperatura, per passar de °C a K (kelvins) seguirem la següent expressió:

8'K( = 8'℃( + 273

Qualsevol quocient, com ara la densitat o la velocitat, pot ser emprat com a factor de

conversió, en l’ordre normal o invertit, de manera que les unitats coincideixen amb les de la

dada de partida. Per exemple, si tenim un cotxe que va a 120 km/h i que consumeix 6,3 litres

als 100 km, podem calcular el consum en litres per hora:

120kmh ∙ 6,3l100km = 7,56l/h

13) Utilitza el mètode de factors de conversió per a convertir les quantitats següents a la corresponent unitat fonamental del Sistema Internacional:

a. 780mm b. 3,5h c. 5kg/h d. 75g/min

e. 715mg f. 2setmanes g. 8547,3cm h. – 75°C

i. 252cm j. 72km/h k. 8l l. 1,8g/cm�

m. 47dm� n. 470nm o. 980μs p. 8 · 10��g/cm q. 1any r. 6,7mA s. 8,1 · 10�!ml t. 3,57hg/min

Pas de km a m com en l’exemple anterior. Com que en el cas de la longitud ja hem arribat a la unitat desitjada (m) passam al temps.

Com que no sabem passar d’hores a segons directament, farem un pas intermedi a minuts (1 h = 60 min i 1 min = 60 s). Fixau-vos en la posició de les hores en el factor de conversió.

Pas de minuts a segons (1 min = 60 s). Si hem anat tatxant totes les magnituds simplificables ens quedaran metres a la part de dalt i segons a la part de baix. .


13

14) Ordena de major a menor els següents períodes de tems. Escriu els factors de conversió necessaris.

a. 2400750s b. 7,5 · 10�min c. 10� seglesd. 0,5anys e. 3350h f. 3,04 · 10!s > > > > >

15) Un any llum és una unitat de distància utilitzada en astronomia que equival a la distància que recorr la llum en el buit en un any. Si la velocitat de la llum en el buit és

de 3 · 10� m/s, a quants metres equival un any llum?

16) El consum d’un cotxe és 8,3 l/100 km i el preu del combustible és 1,28 €/l. Determina el cost d’un viatge de 450 km.

17) La banda de rodolament d’un pneumàtic nou té un gruix de 9 mm. Després de recórrer 50 000 km es desgasta fins a arribar al límit legal permès, que és d’1,6 mm de profunditat. (a) Per què arribat a aquest límit s’han de substituir els pneumàtics? (b) Expressa en micròmetres el gruix que es desgasta el pneumàtic per cada quilòmetre recorregut.

18) Expressa en € (euros, eurozona) les següents quantitats:

a. 321,54 $ (dòlars, Estats Units)

b. 1976 ¥ (yens, Japó)

c. 36,20 £ (lliures, Regne Unit)

19) Cerca informació per tal de completar el següent gràfic en el que es mostra la mida de diferents objectes. Quan es tracti d’objectes que tenen forma circular o esfèrica empra el diàmetre. Teniu l’exemple de l’Everest (amb una altura de 8848 m) ja col·locat.

Objecte Mida Objecte Mida

Everest 9 · 10�m Àtom

Terra Via Làctia

Empire State Building Pista de bàsquet

Persona Òrbita de la Lluna

Moneda de 2 € Bacteri

Pilota de bàsquet Univers

Nucli d’un àtom Sistema Solar

1. LA CIÈNCIA

14

20) Llegeix la següent notícia apareguda a “El País” i contesta a les preguntes:

La Mars Climate se estrelló en Marte porque la NASA no tradujo kilómetros a millas

Los téc nicos olvidaron convertir datos de navegación del s istema métrico decimal al inglés

(FRAGMENTO DE “EL PAÍS” 2 OCTUBRE 1999 / JAVIER VALENZUELA)

Hace ya tiempo que los organismos públicos estadoun idenses, desde la CIA a la NASA, pasando por la Casa Blanca y el Pentágono, no son perfectos ni en las películas de Hollywood. Pero en ocasiones sus errores rozan el bochorno. És te es el caso de la nave Mars Climate Orbiter, que la pasada semana se estrelló en Marte. Según informó la NASA, el fallo estuvo en una confusión entre millas y kilómetros. Tan simple com o eso. La sonda, construida para navegar según el sistema ing lés, recibió antes del despegue las instrucciones de vuelo en el sistema métrico decimal.

El Jet Propulsion Laboratory de Pasadena, encargado de programar los sistemas de navegación de la sonda, u sa el sistema métrico decimal (milímetros, metros, kilómetros y k ilos) para realizar sus cálculos, mientras que otro laboratori o, el Lockheed Martin Astronautics de Denver, que diseñó y construyó la Mars Climate Observer, utiliza el sistema inglés (pulgadas, pie s y libras). Sin embargo, los datos de navegación n o fueron convertidos de un sistema a otro antes del lanzamie nto al espacio de la Mars Climate, llamada a ser el primer satélite interplanetario de estudio y seguimiento del clima. Consecuentemente, la nave sufrió un severa confusión, una especie de esquizofrenia que le llevó a alcanzar el planeta rojo en una posición de órbita equivocada, por lo que se estrelló. El pasado 23 de septiembre, el artefacto se perdió y d ebe ser ahora pura chatarra espacial. Una chatarra que costó a los contribuyentes norteamericanos la friolera de 125 m illones de dólares (unos 95 millones de euros ). El comunicado de la NASA, que reconoce con bochorno ese error de colegial, añ ade que durante el muchísimo tiempo que colaboraron en el diseño de la sonda los dos equipos no se dieron cuenta de que es taban trabajando con sistemas de medidas diferentes.

i. Indica les magnituds de longitud, massa i temperatura utilitzades pel Sistema Anglès d’Unitats i cerca les equivalències amb les utilitzades en el Sistema Internacional.

ii. Expressa les magnituds que s’indiquen en la unitat Sistema Internacional corresponent:

a. 180 lliures b. 6 peus c. 45 milles/h d. 100 °F

iii. És important i necessari acompanyar totes les magnituds de la seva unitat corresponent?

iv. Els senyals de trànsit a Espanya que limiten la velocitat, estan expressats en el Sistema Internacional?

v. En la fitxa de l’NBA del jugador de bàsquet espanyol Pau Gasol apareixen les dades de 7 peus i 227 lliures. Què signifiquen aquestes magnituds? Tradueix-les a unitats del Sistema Internacional.


15

1.3.5 El procés de mesura

Instruments de laboratori

Els instruments de mesura es caracteritzen per:

Cotes inferior i superior: són el valor més baix i més alt de la magnitud que calcula.

Sensibilitat: és la quantitat mínima que pot mesurar.

Precisió: ens indica la capacitat de donar el mateix valor per una mesura quan aquesta es

repeteix diverses vegades.

Exactitud: és la propietat dels objectes que donen resultats molt propers al valor real. Un

instrument pot ser molt precís però no ser exacte, això passaria amb un regle mal graduat.

Xifres significatives

Les xifres significatives són els dígits que coneixem amb exactitud quan realitzam una

mesura directa, utilitzant únicament un instrument de mesura.

Si empram un regla per mesurar la longitud d’un llapis, únicament podem conèixer amb

exactitud fins als mil·límetres, per tant, poden obtenir 13,2 cm o 14,0 cm. Per tant, la mesura

tendrà tres xifres significatives.

Cal tenir en compte que 14 cm no és el mateix que 14,0 cm. En el primer cas, la mesura

s’ha realitzat fent servir un regle amb una sensibibilitat d’1 cm, mentre que en el segon cas

hem utilitzat un regle amb una sensibilitat d’1 mm.

Quan obtenim un valor a partir de càlculs (mesura indirecta), el nombre de xifres

significatives del resultat no pot ser mai més gran que la dada que menys xifres significatives

té. Cal tenir en compte que sempre hem d’arrodonir el nombre obtingut.

5,1 · 7,82 = 39,882 = 40

21) Indica els errors que trobis en l’informe següent presentat per un alumne: “La massa d’una moneda, mesurada amb una balança d’1 mg de sensibilitat, és de 2,25 g. A més, la seva amplària, mesurada amb un regle graduat en mil·límetres, és d’1,15 cm”.

22) Realitza els següents càlculs i indica el resultat emprant el nombre de xifres significatives adequat.

a. 1396 · 7,5 = b. 7,3 + 0,009 =

c. 670/1479 = d. 8,1 · 876 · 0,975 =

Errors en el procés de mesura

Sempre que es realitza una mesura es cometen errors. Aquests errors poden ser:

Errors aleatoris o accidentals: són fortuïts i impredictibles. No coneixem la seva causa

concreta i no es poden evitar. La manera de reduir-ne la seva importància és realitzant vàries

mesures i fent la mitjana aritmètica.

Errors sistemàtics: són deguts a un equip de mesura en mal estat o una utilització

incorrecta d’aquests per part de la persona. A diferència dels aleatoris, l’error sistemàtic

sempre es troba en el mateix sentit (per excés o per defecte). Això fa que la mitjana de

1. LA CIÈNCIA

16

diferents mesures no el corregeixi. La manera de corregir-los és calibrant i utilitzant de forma

adequada els instruments de mesura.

23) Completa la taula següent amb la interpretació del Water Research

Centre de l’analogia del tirador i el blanc per descriure l’error analític.

Quantitat d’errors

Sistemàtics Aleatoris

a)

b)

c)

d)

Quina és la millor distribució d’errors per un instrument de mesura?

24) Indica en què consisteix l’error de paral·laxi i de quina forma s’ha d’utilitzar una proveta (o qualsevol altre instrument volumètric) per tal d’evitar-ho.

L’error de paral·laxia és un error sistemàtic / aleatori.

Expressió numèrica dels errors

L’error absolut (CD) d’una és la diferència entre el valor vertader i el valor calculat. Com

que en la majoria de casos és impossible conèixer el valor vertader, repetim la mesura

diverses vegades i agafam com a valor vertader el valor mitjà (E) de les mesures.

Expressarem les mesures com: E ± HI.

Per exemple, si tenim 12 ± 1cm, implica que el valor vertader d’aquesta magnitud es

troba entre 11 i 13 cm.

Si no realitzam vàries mesures es considera que l’error absolut coincideix amb la

sensibilitat de l’instrument utilitzat.

L’error relatiu (CJ) és el quocient entre l’error absolut i el valor calculat:

errorrelatiu = errorabsolutvalorcalculat


17

L’error relatiu no té unitats i es pot expressar utilitzant %. Dóna una idea de la precisió

d’una mesura o càlcul.

25) Quina mesura és més precisa: l’amplada d’un full, que és 210 ± 1 mm, o la distància entre dues ciutats, que és 385 ± 1 km?

26) T’han donat l’oportunitat de guanyar 5 € si eres capaç d’agafar el bitllet. Quin creus que és el motiu pel qual no ho has aconseguit? Creus que això té implicacions en altres àmbits? En quins?

El temps de reacció és el temps que passa entre l’estimulació d’un òrgan sensorial i l’inici

d’una resposta o reacció.

A continuació realitzarem la mesura del temps de reacció a classe, tot i que també ho

podeu fer a casa a la web http://goo.gl/IG1Tga.

1.3.6 Mesura del temps de reacció

Objectius

Mesurar el temps de reacció

Material

Regle de 30 cm o més

Procediment

1. Demana a un company que aguanti el regle tal com s’indica a la figura i que el deixi

caure sense avisar-te.

2. Col·loca els dits sobre el zero i quan vegis que amolla el regle, tanca els dits sobre ell.

3. Apunta el valor indicat per la divisió que es trobi davall dels teus dits.

4. Repeteix el procediment 10 vegades i calcula la mitjana.

5. Utilitza la fórmula següent per calcular el teu temps de reacció:

O = P2QR

Per obtenir el temps (t) en segons:

• d és la mitjana de la distància en metres

• g és l’acceleració de la gravetat (9,81 m/s2)

Dades

Q� Q Q� Q� Q! Q+ Q� Q� Q� Q�/ Q

1. LA CIÈNCIA

18

Resultats

O = P2QR =

El meu temps de reacció es de

El temps de reacció de la classe és de

27) El teu professor d’educació física cronometra el temps que tardes en fer els 100 metres llisos. Et diu que la teva marca és de 13,47 s. És correcte aquesta dada? Per altra banda, com és possible que els rècords dels 100 m llisos siguin 9,58 s pels homes (Usain Bolt) i 10,49 s per les dones (Florence Griffith-Joyner)?

1.4 La matèria i les seves propietats Definim matèria com tot allò que ocupa lloc a l’espai i té massa.

1.4.1 Propietats generals i característiques

Les propietats de la matèria són el conjunt de magnituds mesurables, les quals podem

classificar en generals i específiques.

Les propietats generals són totes aquelles el valor de les quals no ens serveix per

identificar de quina substància es tracta.

Són propietats generals:

Per altra banda, les propietats característiques o específiques tenen un valor propi i

característic per cada substància, independent de la quantitat d’aquesta. Això ens permet

utilitzar-les per identificar la naturalesa d’una substància desconeguda.

Són propietats característiques:


19

1.4.2 Densitat

La densitat (representada amb la lletra grega anomenada rho, �) és una propietat

característica de la matèria que relaciona la massa (m) per unitat de volum (V).

� = ST

28) Completa la taula següent:

Sistema material Massa Volum Densitat

Aigua 0,55 kg 1000 kg/m3

Granit 1000 g 360 cm3

Mercuri 0,11 l 13,6 kg/l

29) Com determinaries la densitat de la fusta si disposessis d’un paral·lelepípede de fusta, una balança i una cinta mètrica? Explica el procediment.

30) Es sap que 450 cm3 d’un líquid pesen 617 g. Quin volum ocuparà 1 kg?

31) Un litre d’oli val 4,5 €/litre. Si la seva densitat és 0,92 g/cm3, quant costa un quilogram d’oli?

32) Calcula la massa que té un bloc de ferro en forma de cub de 56 cm de costat sabent que la densitat del ferro és de 7,90 g/cm3. Quin volum d’aigua necessitaríem per igualar aquesta massa de ferro? Recorda que la massa de l’aigua és 1 g/cm3.

33) Per mesurar la densitat del granit hem mesurat la massa i el volum de tres mostres diferents, els resultats de les quals apareixen a la taula següent. Quina seria la densitat del granit?

Mostra 1 Mostra 2 Mostra 3

Massa (g) 1000 2000 2500

Volum (cm3) 360 710 890

34) Un dipòsit cilíndric de 4 m de diàmetre i 12 m d’altura conté benzina, de densitat 0,68 g/cm3. Si el preu de la benzina és 0,6 €/kg, quant val la benzina del dipòsit? (TUVWVXYZ[ = \] ℎ)

35) Volem instal·lar una piscina d’hidromassatge a la terrassa de casa nostra. Abans de realitzar la compra i la instal·lació cercam informació sobre l’estructura del nostre edifici per sabre quin pes pot suportar sense venir-se avall. L’arquitecte ens diu que l’estructura de la terrassa pot suportar 700 kg/m2.

La piscina que hem elegit pesa 100 kg (estructura i tot el sistema de bombeig i filtratge d’aigua) i les dimensions són les que apareixen al dibuix. Cal destacar que la piscina no es pot omplir completament i que el nivell de l’aigua queda sempre a 10 cm de la part superior de les parets laterals.

Volem sabre quantes persones es podran ficar a la vegada dins la piscina sense fer perillar l’estructura de l’edifici.

120 cm

60

cm

120 cm

1. LA CIÈNCIA

20

1.4.3 Càlcul de densitats al laboratori

Objectius

Determinar la composició d’un objecte a partir de la densitat.

Material

• Proveta

• Balança

• Bloc de material desconegut

Procediment

1. Determina la massa del bloc. Recorda que sempre és convenient realitzar un parell de

mesures i agafar la mitjana.

2. Determina el volum del bloc utilitzant la proveta.

4. Calcula la densitat.

5. Consulta la taula subministrada per identificar de quin material es tracta.

Dades

Mesura 1 Mesura 2 Mesura 3 Mitjana

m ( )

V ( )

Resultats

Calculam la densitat, �, del bloc a partir de la fórmula:

on m és la massa i V és el volum

La densitat del bloc és de:

Conclusions

El bloc està format de _________________________.

Metall _'`a/bc( defghó'j( dklfmmhnhó'j(

Alumini 2698,4 933,47 2792

Coure 8960 1357,77 2835

Estany 7365 505,08 2875

Ferro 7874 1808 3023

Plom 11 340 600,61 2022

Zinc 7140 692,68 1180

21

2 2 ESTRUCURA DE LA MATÈRIA

2.1 Models atòmics En ciència, un model és una representació d’un fenomen o procés obtinguda a partir del

mètode científic. Els models ens permeten realitzar prediccions de fenòmens.

Quan es descobreix algun fenomen que no pot ser explicat per un model, aquest es millora.

Per tant, cap model és una veritat absoluta, simplement ens permet una descripció de tots els

fenòmens coneguts.

La història de la descripció de l’estructura microscòpica de la matèria és un bon exemple

d’evolució del coneixement científic mitjançant una successió de models.

Les primeres idees relacionades amb l’estructura microscòpica provenen de l’antiga Grècia.

Concretament va ser Demòcrit qui va concebre que la matèria estava formada per partícules

molt petites i indivisibles anomenades àtoms.

Però aquesta hipòtesi no va ser acceptada pels filòsofs de l’època que majoritàriament

pensaven que la matèria podia ser dividida en troços infinitament petits.

2.1.1 Model atòmic de Dalton

El 1808, John Dalton (Anglaterra, 1766 – 1844), formula la primera teoria atòmica

fonamentada científicament.

La teoria atòmica de Dalton es basa en els següents postulats:

1. La matèria està formada per partícules molt petites i indivisibles anomenades àtoms.

2. Tots els àtoms d’un mateix element són iguals i diferents dels àtoms d’altres elements.

3. A les reaccions químiques, els àtoms no es creen ni es destrueixen, simplement canvien

la seva distribució.

4. Els composts químics estan formats per la unió de dos o més elements distints.

Per tant, a partir d’aquesta teoria podem definir els conceptes d’element i compost:

Un element químic és una substància formada per àtoms iguals.

Un compost químic és una substància formada per àtoms diferents.

1) Una bona representació de l’estructura dels àtoms segons el model de Dalton és representar-los com esferes. A les següents imatges tenim uns esquemes de l’estructura microscòpica de diferents substàncies. Indica si es tracta d’elements o composts.

2. ESTRUCTURA DE LA MATÈRIA

22

2.1.2 Model atòmic de Thomson

El 1897, Joseph John Thomson (Anglaterra, 1856 – 1940), realitzant experiment amb raigs

catòdics, demostra l’existència d’una càrrega negativa dins l’àtom, el qual es sabia que era

neutre. Havia descobert l’existència de l’electró.

El fet que els àtoms tenguessin en el seu interior electrons invalida el model atòmic de

Dalton de l’àtom massís i indivisible.

Amb tot això, Thomson va proposar un nou model atòmic que expliqués la presència dels

electrons.

Segons aquest nou model, l’àtom és una esfera de matèria amb càrrega positiva amb

electrons, de càrrega negativa, incrustats (el que es coneix com a púding de panses). Com que

l’àtom ha de ser neutre, la càrrega elèctrica dels electrons ha de neutralitzar la càrrega

positiva de l’àtom.

2) Fes un esquema d’un àtom segons el model de Thomson a partir de la descripció donada.

El que he interpretat

Representació del model de Thomson

2.1.3 Model atòmic de Rutherford

L’any 1911, Ernest Rutherford (Nova Zelanda

1871 – 1937) va dur a terme l’experiment de la

làmina d’or, els resultats del qual van canviar de

forma radical la concepció de l’àtom.

L’experiment de Rutherford consistí en

bombardejar una làmina molt fina amb partícules

alfa (nuclis d’heli) i situar una pantalla per detectar

la incidència d’aquestes partícules. S’observà com

la major part de les partícules travessaven la làmina


23

d’or sense desviar-se, cosa que implicava que l’àtom estava buit. També s’observa com

algunes partícules sofrien una desviació lleugera i molt poques partícules sofrien desviacions

considerables (algunes retornant cap a la font de partícules alfa).

Amb aquests resultats Rutherford va formular el seu model atòmic en el que la major part

de la massa i tota la càrrega positiva es trobaven concentrat en el centre de l’àtom: el nucli.

Per altra banda, els electrons es troben en òrbites al voltant d’aquest nucli en una zona

anomenada escorça.

En el nucli trobam els protons, partícules amb una càrrega positiva igual a la de l’electró, i

el neutrons, que no tenen càrrega. Ambdues partícules tenen una massa molt similar i

s’anomenen nucleons pel fet de constituir el nucli atòmic.

Electró (k�) Protó (op) Neutró (n)

Càrrega −1,6 · 10��C = −e +1,6 · 10��C = +e 0

Massa 9,109 · 10��kg 1,672 · 10� �kg ≈ 1u 1,674 · 10� �kg ≈ 1u

Com que l’àtom és neutre necessitam que hi hagi el mateix nombre de protons que

d’electrons.

Els electrons tenen una massa unes 2000 vegades més petita que un nucleó. És per això

que deim que la massa d’un àtom es troba concentrada en la major part en el nucli.

Tot i que el model atòmic de Rutherford contempla els protons i els neutrons, aquestes

partícules no van ser descoberts fins anys més tard (1919 i 1932, respectivament).

3) Dibuixa un àtom de Rutherford amb 3 protons (vermells) i 4 neutrons (negres).

Aquest model no és el model actual, però ens basta per explicar els fenòmens que veurem

aquest curs. Als propers cursos veuràs com aquest és insuficient i com s’arriba fins al model

que actualment es fa servir.

2.2 L’estructura de l’àtom El nombre de protons que té un àtom en el seu nucli és el que el caracteritza ja que ens

permet identificar-lo com un element o un altre. El nombre de protons es denomina nombre

atòmic i es simbolitza per la lletra Z.

Cal destacar que quan un àtom és neutre, el nombre d’electrons coincideix amb el nombre

de protons.

Com que la massa dels electrons és molt petita si la comparam amb les masses del protó i

el neutró, podem considerar que la massa de l’àtom es deguda exclusivament a la massa de

protons i neutrons. Com que la massa de protons i neutrons és aproximadament igual a 1 u,

consideram el nombre màssic com el nombre de partícules que hi ha al nucli d’un àtom

(protons + neutrons).


24

s'nombremàssic( = u'nombredeprotons( + w'nombredeneutrons( Representam els nombres atòmic i màssic a l’esquerra del símbol de l’element:

Xyz

4) Fes un esquema d’un àtom neutre amb Z = 6 i A = 12 seguint el model de Rutherford.

5) Completa la taula següent considerant que tots els àtoms són neutres. Cerca la informació necessària a la taula periòdica.

Nom Símbol Nombre de

protons Nombre

d’electrons Nombre de

neutrons Z A

18 22

Fluor 19

11 23

Cr �!

Plata 60

15 31

2.2.1 Ions

Els àtoms neutres tenen el mateix nombre d’electrons i de protons. No obstant, en alguns

casos un àtom pot guanyar o perdre electrons, amb el que finalitza adquirint una càrrega

elèctrica, el que fa que deixin de ser neutres.

Els àtoms que han guanyat o perdut electrons s’anomenen ions.

Un àtom que perd electrons adquireix una càrrega ........................... igual al nombre

d’electrons que ha perdut. Aquests ions s’anomenen cations.

Un àtom que guanya electrons adquireix una càrrega ............................. igual al nombre

d’electrons que ha guanyat. Aquests ions s’anomenen anions.

Exemples:

• El clor (Z = 17) té 17 electrons. Si guanya un electró passarà a tenir una càrrega

elèctrica de –1, el que simbolitzarem amb el símbol de l’element acompanyat de la

càrrega elèctrica: Cl�, anomenat ió clorur.

Tots els ions negatius s’anomenen amb el nom de l’element acabat en –ur

(exceptuant l’òxid: O �).

• El calci (Z = 20) té 20 electrons. Si perd dos electrons passarà a tenir una càrrega

neta de +2. L’ió calci es simbolitza: Ca p.

No es genera un ió per la pèrdua o guany de protons ja que al canviar el nombre atòmic

canviam el tipus d’element. A més, les forces que mantenen units els nucleons són tan fortes

que difícilment es produirà una variació del nombre d’aquests.

6) Completa les següents oracions:


25

a. El nombre atòmic del ferro és 26. Això significa que tots els àtoms de ferro tenen _______ protons i, si són elèctricament neutres, _______ electrons.

b. Quan un àtom de ferro cedeix 3 electrons, el nombre d’electrons que té és _______ i adquireix una càrrega _______.

c. Quan l’àtom de fluor es combina, ho fa captant un electró per quedar-se amb 10 electrons i una càrrega de _______. El nombre atòmic del fluor és _______.

d. Quan cedeix un electró, l’àtom de sodi es queda amb 10 electrons i una càrrega _______. El seu nombre atòmic és _______.

7) Completa la taula següent. Cerca la informació necessària a la taula periòdica.

Símbol Z A Nombre de

protons Nombre de

neutrons Nombre

d’electrons Càrrega

Al�� p

26 56 +2

3 4 3

63 29 28

13 14 13

16 16 0

11 2 +3

2.2.2 Isòtops

Existeixen àtoms d’un mateix element que presenten una massa diferent. Com que el

nombre de protons no pot variar i la massa dels electrons és menyspreable, l’única opció és

que hi hagi una variació en el nombre de neutrons.

Els isòtops són àtoms que tenen el mateix nombre atòmic i diferent nombre màssic, és a

dir, tenen el mateix nombre de protons i diferent nombre de neutrons.

Existeixen isòtops naturals (que es troben a la natura) i isòtops artificials (obtinguts a

processos nuclears).

Els isòtops naturals es troben mesclats en unes proporcions fixes que es coneixen amb el

nom d’abundància.

En el cas del clor existeixen dos isòtops naturals: el clor-35 i el clor-37:

Cl��! 75,77%

Cl�� 24,23%


26

8) Indica quins dels nuclis següents són isòtops del mateix element:

a. X�� b. X+�� c. X�� d. X+� e. X� � f. X��!

9) Revisa els postulats de la teòria atòmica de Dalton i indica quins són incorrectes i perquè.

2.2.3 La massa atòmica

La unitat de massa atòmica (u) és la unitat elegida per donar les masses atòmiques.

D’aquesta forma evitam haver d’emprar nombres molt petits i, de forma aproximada, la

massa atòmica d’un àtom coincideix amb el nombre de protons i neutrons.

La unitat de massa atòmica es defineix com la dotzena part de la massa d’un àtom de

carboni-12.

El problema és que la presència d’isòtops diferents ens obliga a donar la massa atòmica

d’un element a partir de la mitjana ponderada de les masses dels isòtops. En el cas del clor:

S'Cl( = %} Cl��! ~ · s} Cl��! ~ +%' Cl�� ( · s' Cl�� (100 = 75,77 · 35 + 24,33 · 37100 = 35,5u

La massa atòmica calculada d’aquesta forma és la massa que apareix a la taula periòdica.

10) Calcula la massa atòmica del silici sabent que presenta tres isòtops naturals: el silici-28, d’abundància 92,28 %; el silici-29, d’abundància 4,70 %; i el silici-30, d’abundància 3,02 %.

2.3 Radioactivitat Els nuclis de determinats isòtops poden sofrir canvis en la seva composició amb la pèrdua o

guany d’algunes partícules. Aquest fenomen es coneix amb el nom de radioactivitat.

Cal tenir en compte que un àtom que sofreix un procés radioactiu es convertirà en àtoms

d’un element diferent al variar el nombre de protons.

2.3.1 Radioactivitat natural i artificial

La radioactivitat natural és la produïda de forma espontània a partir d’isòtops radioactius

naturals. Va ser descoberta per Henry Becquerel (França, 1852 – 1908) l’any 1896. Exemples

d’isòtops radioactius naturals són el C�� , el K�/ i el U �! .

La radioactivitat artificial és la produïda per isòtops sintetitzats a partir del bombardeig de

nuclis amb altres partícules.

2.3.2 Tipus de radiacions

Els isòtops radioactius poden emetre tres tipus de radiacions:

Radiació alfa (α): partícules formades per dos protons i dos neutrons (nuclis d’heli). Té

molt poc poder de penetració .

Radiació beta (β): està formada per electrons que provenen de la desintegració d’un

neutró del nucli en un protó i un electró. Té més poder de penetració que les partícules alfa.


27

Radiació gamma (γ): és una radiació electromagnètica (com la llum o els raigs X), però molt

més energètica. És molt penetrant i molt nociva per a la salut: pot provocar tumors,

malformacions dels fetus i, fins i tot, la mort.

11) Tenim un àtom d’urani-235. Troba en quin element es converteix després d’emetre una partícula alfa.

12) Tenim un àtom de plom-214. Troba en quin element es converteix després d’emetre una partícula beta.

13) Els tècnics que realitzen les radiografies prenen una sèrie de precaucions com abandonar la sala i cobrir parts del pacient amb davantals de plom. De què es protegeixen?

2.3.3 Aplicacions de la radioactivitat

• Producció d’electricitat a les centrals nuclears.

• Molts radioisòtops són utilitzats en els camps mèdics del radiodiagnosi i la teràpia

contra el càncer.

• Eliminació de patògens dels aliments.

• Realització de radiografies d’estructures d’edificis i canalitzacions per trobar fissures o

errors a les soldadures.

• Datació de minerals i restes arqueològiques.

2.3.4 Reaccions nuclears

Fissió nuclear

És el procés de producció d’energia a partir de la divisió de nuclis molt grans en nuclis més

petits.

Aquest procés és el que s’utilitza en les centrals nuclears. L’avantatge d’aquestes centrals

és que no es produeix diòxid de carboni (responsable del canvi climàtic), però els residus

28

radioactius són molt perillosos i tenen vides molt llargues. Per aquest motiu s’enterren a

cementiris nuclears.

Fusió nuclear

La fusió nuclear és el procés pel qual s’uneixen nuclis atòmics petits per

d’àtoms més grans.

Aquest és el procés de producció d’energia als nuclis de les estrelles. Actualment s’està

investigant per poder realitzar fusió controla

14) Què vol dir que l’energia nuclear és una energia neta? És que no contaresidus nuclears?

15) Investiga quines han estat les majors catàstrofes que hi ha hagut al món relacionades amb l’energia nuclear. Pensa a apuntar l’any i el lloc on van passar.

2.4 Formes de presentació de la matèriaA continuació veurem que les substàn

mitjançant mètodes físics) es poden agrupar en:

Elements: són les substàncies pures que no es poden descompondre en altres substàncies

mitjançant mètodes químics. Els elements estan formats per un únic tipus d’à

Composts: són substàncies pures que es poden descompondre en altres substàncies més

senzilles mitjançant mètodes químics. Els composts estan formats per àtoms de diferents

elements.

2.4.1 Elements químics

Els elements químics es representen amb un símbol f

primera de les quals és sempre majúscula i la segona, en cas d’haver

pesar que els noms dels elements canvien segons l’idioma utilitzat, els símbols són universals,

així per exemple tenim:

Fe ferro

O oxigen

Au or

Com podeu observar, els símbols dels elements no sempre coincideixen amb les inicials del

nom de l’element.

16) Classifica les substàncies següents segons si creus que es tracta d’elements o de composts:

oxigen (O2)

aigua (H2O)

pirita (FeS2)

ferro (Fe)



La fusió nuclear és el procés pel qual s’uneixen nuclis atòmics petits per


investigant per poder realitzar fusió controlada a la Terra.

Què vol dir que l’energia nuclear és una energia neta? És que no conta

Investiga quines han estat les majors catàstrofes que hi ha hagut al món relacionades amb l’energia nuclear. Pensa a apuntar l’any i el lloc on van passar.

Formes de presentació de la matèria A continuació veurem que les substàncies pures (aquelles que no es poden separar

mitjançant mètodes físics) es poden agrupar en:

són les substàncies pures que no es poden descompondre en altres substàncies

mitjançant mètodes químics. Els elements estan formats per un únic tipus d’àtoms.

són substàncies pures que es poden descompondre en altres substàncies més


Els elements químics es representen amb un símbol format per una o dues lletres, la

primera de les quals és sempre majúscula i la segona, en cas d’haver-n’hi, és minúscula. A


hierro iron

oxígeno oxygen

oro gold


Classifica les substàncies següents segons si creus que es tracta d’elements o de

calci (Ca)

hidròxid de calci (Ca(OH)2)

glucosa (C6H12O6)

ozó (O3).



obtenir nuclis


Què vol dir que l’energia nuclear és una energia neta? És que no contaminen els

Investiga quines han estat les majors catàstrofes que hi ha hagut al món relacionades

cies pures (aquelles que no es poden separar

són les substàncies pures que no es poden descompondre en altres substàncies

toms.

són substàncies pures que es poden descompondre en altres substàncies més


ormat per una o dues lletres, la

n’hi, és minúscula. A



Classifica les substàncies següents segons si creus que es tracta d’elements o de


29

Abundàncies en massa

17) Quins són els elements més abundants a la galàxia, l’escorça terrestre i el cos humà? Quins tenen en comú?

2.4.2 Composts químics

Els composts químics s’obtenen per combinació d’elements. Aquests composts presenten

propietats molt diferents de les dels elements d’oxigen.

Les fórmules químiques dels composts es representen mitjançant símbols i subíndexs. Els

símbols corresponen als elements combinats i els subíndexs indiquen la quantitat de cada

element. Quan no hi ha cap subíndex, significa que hi ha un àtom. Si aquest subíndex va

després d’un parèntesi, afecta a tots els elements dins el parèntesi.

18) Indica els elements que es combina en cada un dels composts següents i quants àtoms de cada un fan falta:

a. Fe O� b. H O c. NH�Cl d. NaHCO�

e. HNO� f. CH�COOH g. Ca'OH( h. Al 'SO�(�

2.5 La taula periòdica A mesura que s’anaven descobrint elements, es feia necessari trobar una manera

d’ordenar-los. Inicialment es va començar a ordenar-los segons les seves propietats. Va ser

després de molts d’intents que es va arribar a dissenyar la taula periòdica actual en la que els

elements es troben ordenats en ordre creixent de nombre atòmic.

Tot i les diferents contribucions a la taula periòdica, la fundació d’aquesta s’atribueix a

Mendeléiev (Rússia, 1834 – 1907), el qual va ordenar els elements a partir de la massa

atòmica agrupant els elements amb propietats similars a la mateixa columna. A més, va deixar

lloc per tres elements que encara no s’havien descobert.

2.5.1 Grups i períodes

La taula periòdica actual compren 7 files o períodes i 18 columnes o grups, en la que es

distribueixen els 118 elements que es coneixen (cal tenir en compte que alguns d’aquests són

artificials).

Cal tenir en compte que les dues files d’elements que es troben a la part inferior de la taula

tocarien anar entre el lantani i el hafni i l’actini i rutherfordi. El problema és que la taula seria

massa llarga per representar-la en un full.


30

Tots els elements que es troben en un mateix grup tenen propietats químiques similars

degut a que tenen una estructura de l’escorça similar. Per aquest motiu tots els elements de la

primera columna, coneguts amb el nom d’alcalins, tenen tendència a perdre un electró i

formar ions del tipus X+. La segona columna són els alcalinoterris, que perden dos electrons i

formen ions del tipus X2+. Per altra banda, els elements del grup 17, els halògens, tendeixen a

guanyar un electró i formar ions del tipus X-.

19) Pinta de blau els elements que es troben en estat líquid, de groc els que es troben en estat gasós i deixa els sòlids sense pintar.

20) Indica quin element es troba al...

a. Quart període i al grup 8:

b. L’halogen que es troba al tercer període:

2.5.2 Caràcter metàl·lic

La classificació més senzilla dels elements químics consisteix a catalogar-los com a metalls,

no-metalls i gasos nobles:


31

Metalls

• Tenen una lluïssor característica

• Condueixen bé la calor i l’electricitat.

• Són dúctils (es poden estirar en fils) i mal·leables (es poden laminar).

• Són sòlids a temperatura ambient (exceptuant el ...................................). Tenen punts

de fusió alts.

• Tendeixen a perdre electrons i, per tant, formar ions positius.

No-metalls

• Són mals conductors de l’electricitat.

• A temperatura ambient poden ser sòlids (sofre), líquids (brom), gasos (oxigen).

• La majoria són tous.

• La temperatura de fusió dels sòlids és baixa.

• Solen captar electrons i, per tant, formar ions negatius.

Gasos nobles

• Es troben en forma d’àtoms aïllats.

• Són gasos a temperatura ambient.

• Són molt estables des del punt de vista químic. No guanyen ni perden electrons.

2.6 Enllaç químic La majoria dels elements no es troben en forma d’àtoms aïllats a la naturalesa. Únicament

els gasos nobles es presenten d’aquesta forma. La resta, s’enllacen per aconseguir una major

estabilitat.

Els gasos nobles tenen una gran estabilitat degut al nombre d’electrons a l’escorça.

Veurem en cursos posteriors com és aquesta estructura electrònica que els dóna tanta

estabilitat i fa que la resta d’elements modifiquin el seu nombre d’electrons per tal d’adoptar

configuracions con la del gas noble que tenen més a prop.

Fins i tot quan es tracta d’elements, com l’oxigen o el ferro, els àtoms es troben enllaçats.

2.6.1 Enllaç iònic

Aquest enllaç es produeix quan un element perd electrons i un altre element els guanya.

Això fa que es formin ions de signe diferent que es mantindran units per l’atracció

electrostàtica. Cal recordar que els metalls tenen tendència a perdre electrons (i els no metalls

a guanyar-los, és per això que l’enllaç iònic es dóna quan unim un metall i un no metall.

En un compost iònic s’uneixen tots els ions de signe oposat formant una xarxa cristal·lina,

la qual està formada per un nombre molt gran d’ions en una estructura ordenada

tridimensional.

Com que es tracta d’una xarxa cristal·lina, la

fórmula del compost serà una fórmula empírica, la

qual indicarà únicament la proporció que hi ha

entre els ions, però no el nombre exacte d’aquests.


32

Les xarxes cristal·lines es presenten en estat sòlid a temperatura ambient (únic estat en el

que les partícules estan organitzades).

2.6.2 Enllaç covalent

Es dóna entre elements no metàl·lics, els quals tenen la mateixa capacitat d’atreure els

electrons. Aconsegueixen completar la configuració de gas noble compartint electrons.

Existeixen fos tipus de substàncies molt diferents:

Substàncies covalents moleculars: formades per la unió d’un nombre petit i determinat

d’àtoms en una molècula. Exemples de molècules: aigua (H2O), glucosa (C6H12O6), oxigen (O2).

La fórmula molecular ens indica exactament quants àtoms formen la molècula. En el cas de

la glucosa la fórmula molecular és C6H12O6 i la formula empírica seria CH2O.

Segons les forces que hi ha entre les molècules, aquestes substàncies es trobaran en estat

sòlid, líquid o gasós.

Substàncies covalents atòmiques: la unió es produeix entre un nombre molt gran d’àtom

formant una xarxa cristal·lina. Exemples de xarxes covalents són el grafit i el diamant (formats

per àtoms de carboni) o el sílice (SiO2).

2.6.3 Enllaç metàl·lic

És l’enllaç que es dóna entre àtoms d’elements metàl·lics. En aquest enllaç els àtoms

perden electrons produint cations i formant una xarxa cristal·lina on els electrons actuen com

a ciment d’unió. Exemples: ferro (Fe) o sodi (Na).

21) Indica quin tipus d’enllaç (iònic [I], covalent [C], metàl·lic [M])es dóna entre les substàncies següents i si es troben en forma d’àtoms [A], molècules [M] o de xarxes cristal·lines [XC]:

Substància Enllaç Forma Substància Enllaç Forma

a. CaCl2 b. NH3

c. C2H6 d. He

e. H2 f. C (grafit)

g. KI h. Fe

i. Li j. CCl4

22) Defineix en les teves paraules cristall i molècula.


33

2.7 Massa molecular

2.7.1 Massa molecular

La massa molecular relativa és la quantitat de vegades que aquesta és més gran respecte a

la dotzena part de l’àtom de carboni-12 o unitat de massa atòmica.

Per trobar la massa molecular d’un compost basta sumar les masses atòmiques relatives de

cadascun dels àtoms que el componen.

23) Calcula la massa molecular de les següents molecules:

a. O� b. H O c. CH� d. NaHCO�

e. HNO� f. CH�COOH g. Fe'HCO�( h. Al 'SO�(�

2.8 Introducció a la formulació química Els procés d’assignació de nom i fórmula a un compost es coneix com a nomenclatura i

fórmules químiques, les regles de les quals venen regulades per la IUPAC (Unió Internacional

de Química Pura i Aplicada).

La química distingeix dos tipus de composts: els composts del carboni (o composts

orgànics) i la resta, coneguts amb el nom de composts inorgànics.

Aquí es presenta una introducció a la nomenclatura de les substàncies inorgàniques més

simples.

2.8.1 València i nombre d’oxidació

Anomenam valència a la capacitat que té un element per a combinar-se amb altres per

formar composts.

La valència es determina pel nombre d’electrons que un element pot cedir o guanyar en la

formació de composts iònics o pel nombre d’electrons que pot compartir en un enllaç

covalent.

Anomenam nombre d’oxidació a un nombre teòric que sintetitza els conceptes de valència

i electronegativitat (capacitat d’atraure electrons cap a ell) i és de molta utilitat per formular

composts.

A continuació s’expliquen les principals regles d’assignació dels nombres d’oxidació que

farem servir en aquest curs:

• El nombre d’oxidació dels àtoms aïllats és zero.

• El nombre d’oxidació del fluor és -1.

• El nombre d’oxidació de l’oxigen en tots els seus composts és -2, excepte quan es

combina amb el fluor que és +2.

• El nombre d’oxidació de l’hidrogen és +1 quan es combina amb els no metalls i -1 quan

es combina amb els metalls.

• Els nombres d’oxidació dels metalls són sempre positius.

• Si combinam un metall i un no metall (sal binària), el no metall utilitzarà el nombre

d’oxidació negatiu.


34

• La suma dels nombres d’oxidació de tots els àtoms d’una molècula neutra és sempre

zero.

2.8.2 Formulació dels elements

La fórmula d’un element coincideix amb el símbol si es tracta de substàncies que es

presenten en forma de cristalls (com el ferro) o d’àtoms aïllats (com l’heli).

Si es tracta de molècules s’acompanya al símbol del nombre d’àtoms que formen la

molècules.

Així per exemple O3 indica que és una molècula formada per tres àtoms d’oxigen.

2.8.3 Nomenclatura dels elements

Per anomenar els elements simplement afegirem el prefix numeral per indicar quants

àtoms formen la molècula.

Nombre d’àtoms Prefix Nombre d’àtoms Prefix

1 mono- 6 hexa-

2 di- 7 hepta-

3 tri- 8 octa-

4 tetra- 9 nona-

5 penta- 10 deca-

Exemples:

He heli Fe ferro

H2 dihidrogen O2 dioxigen (oxigen)

N2 dinitrogen O3 trioxigen (ozó)

S8 octasofre P4 tetrafòsfor (fòsfor blanc)

2.8.4 Formulació dels composts binaris

Els composts binaris són els que estan constituïts per combinació de dos elements químics

diferents.


35

Per formular un compost binari format per dos elements hem d’escriure junts els símbols

dels dos elements que el formen. Per determinar l’ordre, la norma donada per la IUPAC diu

que s’ha d’escriure primer l’element menys electronegatiu. A continuació és detalla l'ordre

decreixent d'electronegativitat començant del fluor (element més electronegatiu).

Un cop escrits els símbols en l’ordre adient cal determinar quants d’àtoms de cada tipus hi

ha a la unitat estructural.

En el cas dels composts binaris, es diu que s’intercanvien les valències i es simplifiquen.

D’aquesta manera el nombre total de valències de cadascun dels elements que es combinen

serà el mateix i s'obté el nombre d’àtoms de cada tipus.

El subíndex 1 no s’escriu mai, es sobreentén.

2.8.5 Nomenclatura dels composts binaris

Per anomenar un compost binari es pot fer servir la nomenclatura estequiomètrica usant

els prefixos multiplicadors (mono-, di-, tri-, ...) o mitjançant el nombre d’oxidació.

Amb els prefixos multiplicadors

Començarem de dreta a esquerra indicant en cada cas el nombre d’àtoms presents.

L’element que es troba més a la dreta s’anomena utilitzant el seu nom acabat en –ur,

exceptuant en el cas de l’oxigen que s’anomena com a òxid, amb el prefix que indica el

nombre d’àtoms presents. A continuació, i després de la preposició de, afegim el nom de

l’altre element amb el corresponent prefix multiplicador.

El prefix mono- únicament s’utilitza quan tenim un àtom de cada tipus i únicament davant

el primer element que anomenam.

Amb el nombre d’oxidació

Es comença amb el nom de l’element situat a la dreta acabat en –ur (o òxid en el cas de

l’oxigen) seguit de la preposició de i el nom de l’altre element. A continuació s’escriu entre

parèntesi i amb nombres romans el nombre d’oxidació que ha utilitzat el darrer element que

hem anomenat.

Si aquest element únicament té un nombre d’oxidació positiu possible, no s’indica.

+3Al −2O →+3Al −2O →Al O�

+2Ca−2S →+2Ca−2S →Ca S →CaS


36

Amb prefixos multiplicadors

Amb nombre d’oxidació Altres noms acceptats

H O → Òxid de dihidrogen Òxid d’hidrogen Aigua NH� → Trihidrur de nitrogen Hidrur de nitrogen(III) Amoníac HCl → Monoclorur d’hidrogen Clorur d’hidrogen Àcid clorhídric H S → Sulfur de dihidrogen Sulfur d’hidrogen Àcid sulfhídric K O → Òxid de dipotassi Òxid de potassi CO → Monòxid de carboni Òxid de carboni(II) NaCl → Monoclorur de sodi Clorur de sodi SO� → Triòxid de sofre Òxid de sofre(VI) AuH� → Trihidrur d’or Hidrur d’or(III) AlH� → Trihidrur d’alumini Hidrur d’alumini KI → Monoiodur de potassi Iodur de potassi Fe S� → Trisulfur de diferro Sulfur de triferro O!Cl → Diclorur de pentaoxigen ---

24) Anomena o formula les substàncies següents:

Amb prefixos multiplicadors

Amb nombre d’oxidació Altres noms acceptats

Fe O� → ---

→ Àcid iodhídric

→ Hidrur de sodi ---

→ Diòxid de pal·ladi --- I → ---

→ Òxid de mercuri(I) ---

→ Triclorur d’alumini ---

→ Àcid tel·lurhídric HBr → --- OF → --- ---

→ Nitrur d’alumini ---

→ Dibromur d’heptaoxigen --- CuH → ---

→ Fluorur de sofre(VI) ---

37

3 3 ESTATS D’AGREGACIÓ

3.1 Els estats d’agregació Quan demanam quins són els estats d’agregació de la matèria, la majoria de la població ens

contestarà el sòlid, el líquid i el gasós. Amb aquesta resposta s’estaran deixant el 99,9 % de la

matèria de l’Univers, la qual es troba en un quart estat de la matèria anomenat plasma.

Existeixen altres estats d’agregació que no es produeixen de forma natural i que no

estudiarem.

Abans de començar a estudiar els estats d’agregació dibuixa a cada un dels quadres de la

fila Què pensava com creus que és a nivell microscòpic un sòlid, un líquid i un gas. Deixa els

quadres de la fila Què sé per més endavant.

Sòlid Líquid Gas

Qu

è p

ensa

va

Qu

è sé

A continuació realitzarem una sèrie d’experiències que permetran completar la taula de

propietats dels estats d’agregació.

Indica davall de cada pregunta de quina forma ho hem comprovat.

1. La forma és constant o s’adapta per si mateix?

2. El volum és sempre el mateix o canvia?

3. ESTATS D’AGREGACIÓ

38

3. Es pot comprimir?

4. S’expandeix fins a ocupar tot l’espai disponible?

Propietats Sòlids Líquids Gasos

Forma

Volum

Compressibilitat

Expansibilitat

Disposició de les partícules

Graus de llibertat

3.2 La teoria cinètica: sòlids i líquids James Clerk Maxwell (Escòcia, 1831 – 1879) i Ludwing Edward Boltzmann (Àustria, 1844 –

1906) van proposar la teoria cinètica de la matèria per donar una explicació al comportament

del gasos. Teoria que, generalitzada, també permet explicar les propietats dels sòlids i dels

líquids.

La teoria cinètica es basa en tres postulats bàsics:

• La matèria està formada per partícules molt petites, invisibles. Entre aquestes partícules

no hi ha res, únicament el buit. Per aquest motiu la matèria és discontínua.

• Aquestes partícules estan en moviment continu. L’estat d’agregació determinarà la

llibertat de moviment d’aquestes.

• Sempre hi ha unes forces d’atracció entre les partícules que les mantenen més o menys

unides. La intensitat d’aquestes forces depèn de l’estat d’agregació.

3.2.1 La teoria cinètica per explicar els sòlids

La teoria cinètica considera que les partícules que formen un sòlid es troben unides per

forces intenses que donen lloc a una estructura ordenada i molt rígida. Les partícules no es

poden desplaçar de la seva posició (el sòlid no pot fluir), però aquestes no aturen de moure’s

ja que vibren contínuament. Això provoca que els sòlids tenguin forma fixa, volum constant i

que no es puguin comprimir o expandir-se.


39

Com que les partícules es troben molt properes les unes de les altres, la densitat dels sòlids

és molt elevada. Quan augmentam la temperatura, el volum augmenta lleugerament, procés

que es coneix amb el nom de dilatació.

1) Torna a l’inici del tema i pinta l’estructura microscòpica d’un sòlid a la fila “què sé”. Possiblement t’hauràs adonat que el dibuix que vas fer anteriorment no es correspon amb la realitat. Quines coses de les que sabies dels sòlids són compatibles amb la teoria cinètica i quines no?

2) De què serveixen les juntes de dilatació?

3.2.2 La teoria cinètica per explicar els líquids

En el cas dels líquids, les unions entre les partícules són més febles que en el cas de l’estat

sòlid. Això fa que les partícules puguin lliscar les unes damunt les altres (poden fluir). Aquestes

interaccions més febles permeten modificar la forma del líquid, tot i que són prou intenses

com per evitar que el líquid s’expandeixi.

La major llibertat de moviment de les partícules fa que l’estructura no sigui rígida i la major

separació entre elles permet que tengui un cert grau de compressibilitat i una menor densitat.

Com en el cas dels sòlids, els líquids també es dilaten.

3) Repeteix l’exercici 2 però substituint l’estat sòlid pel líquid.

4) Explica com funciona un termòmetre de mercuri o alcohol.

5) Explica si la fluïdesa augmentarà o disminuirà a mesura que augmenta la temperatura.

L’aigua és l’única substància que és menys densa en estat sòlid que en estat líquid. Per

aquest motiu els iceberg suren a la mar.

Al gel, les partícules s’ordenen en una estructura rígida i voluminosa de forma hexagonal.

En el moment en que el gel es fon, l’estructura s’esfondra, i algunes partícules ja

desordenades, es poden ajuntar i ocupar l’espai dels forats hexagonals que abans estava buit.

D’aquesta forma ocupen menys volum i augmenta la seva densitat. Aquesta anomalia només

passa entre els 0 i els 4 °C. A partir del 4 °C, les partícules tenen prou mobilitat per ocupar més

volum, per la qual cosa la densitat disminueix.

3.3 La teoria cinètica: gasos

3.3.1 La teoria cinètica per explicar els gasos

Les forces d’interacció entre les partícules que formen els gasos són molt febles, el que

confereix una gran llibertat de moviment a aquestes. Les partícules es mouen en línia recta

fins a xocar amb altres partícules o amb les parets del recipient, provocant l’expansió del gas.

La gran separació que hi ha entre les partícules permet que es pugui comprimir amb

facilitat i explica la baixa densitat dels gasos.

6) Repeteix l’exercici 2 però substituint l’estat sòlid pel gasós.

7) A què és degut el risc, per a la salut, que corren els fumadors passius?


40

3.3.2 Magnituds pròpies d’un gas

A diferència del que passa amb els sòlids i els líquids, la massa dels gasos és difícil de

mesurar. És molt més còmode treballar amb el volum, la temperatura i la pressió. Aquestes

tres magnituds combinades ens permeten determinar la quantitat de matèria.

Volum

El volum del gas equival al volum del recipient que el conté. Ja hem vist que en SI es

mesura en m3, tot i que és comú expressar-ho en litres.

Pressió

La pressió és la força que exerceix el gas sobre les parets del recipient. Aquesta força la

realitzen les partícules quan xoquen contra les parets del recipient.

La unitat de la pressió en el SI és el pascal (Pa). Altres unitats de mesura molt emprades

són l’atmosfera (atm) i els mil·límetres de mercuri (mmHg). 1 atm equival aproximadament a

la pressió exercida per l’atmosfera sobre la superfície de la Terra.

1atm = 760mmHg = 101300Pa

8) Ordena les següents mesures de pressió de més petita a més gran, passsant-les prèviament a pascals:

a. 3 atm b. 890 mmHg c. 1057 Pa d. 5,3 hPa

Temperatura

És una mesura que ens dóna una idea de la velocitat mitjana de les partícules que formen

el gas. Com més aviat es mouen les partícules d’un gas, més alta serà la seva temperatura.

Si anam baixant la temperatura, arribarà un moment que les partícules no es mouran.

Moment en el qual la temperatura no podrà baixar més.

Definim l’escala de temperatures absolutes o escala Kelvin a partir d’aquest punt al que

anomenam zero absolut. El zero absolut equival a –273,16 °C.

3.3.3 El plasma

El plasma és un estat similar a l’estat gasós però en el

que part de les seves partícules es troben carregades

elèctricament (àtoms que han perdut electrons). Això el fa

bon conductor de l’electricitat i la capacitat de veure’s

afectat per camps electromagnètics.

Els plasmes es troben a temperatures molt elevades.

Exemples de plasmes són les estrelles, les aurores, els

llamps, les nebuloses, l’interior dels tubs fluorescents, ...

Làmpara de plasma (CREDIT: Luc Viatour)


41

3.3.4 Jugam amb els gasos

Avui presenciaràs una de demostracions experimentals relacionades amb diferents gasos:

dihidrogen (H2), diòxid de carboni (CO2), oxigen (O2), nitrogen (N2) i aire. Això et servirà per

veure les diferències que hi ha entre ells i per entendre millor alguns dels pictogrames de

perillositat.

9) Contesta les preguntes que tens a continuació:

a. Per què s’apaga la vela quan la tapam amb un tassó?

b. Si el CO2 és un gas, i aquests s’expandeixen, perquè quan vessam el contingut del vas de precipitat marcat amb l’etiqueta CO2 la vela s’apaga?

c. Què passa quan acostam la vareta de fusta acabada d’apagar a l’oxigen? Veus cap relació amb els incendis?

d. Què és una substància comburent? Quin dels gasos emprats té aquesta propietat?

e. Què obtenim quan acostam una flama al globus d’hidrogen?

f. Per què el globus de dihidrogen sura i el de diòxid de carboni no?

g. És bona idea guardar els productes comburents prop dels inflamables i/o explosius?

10) Pinta de vermell el marc dels pictogrames que hauries d’emprar en una botella dels següents gasos:

H2

N2

O2

CO2


42

3.4 Lleis dels gasos Entre els segles XVII i XIX es van dur a terme distints estudis per tal d’entendre el

comportament dels gasos. Aquests experiments van donar lloc a les lleis dels gasos.

A l’hora de fer un estudi de com estan relacionades

les variables que descriuen els gasos (p, V i T), cal

començar mantenint una variable constant i veure com

estan relacionades les altres dues.

Farem servir un dispositiu com el de la figura. Es

tracta d’un recipient amb un èmbol mòbil que ens

permet regular el volum d’aquest. Comptam amb un

manòmetre i un termòmetre per mesurar la pressió i la

temperatura del gas.

3.4.1 Llei de Boyle-Mariotte

Robert Boyle (Anglaterra, 1627–1691) i Edmé Mariotte (França, 1620–1684) van estudiar

de forma independent la variació de la pressió d’un gas quan es modificava el volum a

temperatura constant (procés isoterm).

Explica el que has observat:

Dels resultats de l’experiment podem concloure que la pressió i el volum són variables

............................... proporcionals: quan la pressió augmenta, el volum ............................... i

quan la pressió disminueix, el volum ...............................

Ara que hem vist de forma qualitativa la relació entre la pressió i el volum a temperatura

constant, anem a fer una aplicació quantitativa. A la taula següent es mostren els valors de la

pressió i el volum d’un gas.

V (l) p (atm)

30 0,5

15 1,0

10 1,5

7,5 2,0

6,0 2,5

5,0 3,0

3,0 5,0

De l’experiment anterior deduïm la llei de Boyle-Mariotte: quan un gas experimenta una

transformació a temperatura constant, el producte de la pressió pel volum es manté constat.


43

�T = ct.→ ��T� = � T

La teoria cinètica per explicar la llei de Boyle-Mariotte

Durant l’experiència de Boyle-Mariotte, la

temperatura del gas es manté constant, el que

implica que les partícules d’aquest es mouen a la

mateixa velocitat mitjana.

Si reduïm el volum augmenta la pressió, ja que

les partícules tenen un espai menor per moure’s i,

per tant, el nombre de xocs serà més alt. Si

augmentam el volum, les partícules tardaran més a

xocar contra les parets i la pressió exercida pel gas

serà més baixa.

3.4.2 Llei de Gay-Lussac

Joseph-Louis Gay-Lussac (França, 1778–1850) va estudiar les variacions de la pressió d’un

gas quan es modificava la temperatura si es mantenia el volum del recipient constant (procés

isocor).


Dels resultats de l’experiment podem concloure que la pressió i la temperatura són

variables ............................... proporcionals: quan la temperatura augmenta, la pressió

............................... i quan la temperatura disminueix, la pressió ...............................

Ara que hem vist de forma qualitativa la relació entre la temperatura i la pressió a volum


temperatura absoluta i la pressió d’un gas.

T (K) p (atm)

200 0,5

320 0,8

400 1,0

520 1,3

600 1,5

720 1,8

800 2,0

De l’experiment anterior deduïm la llei de Gay-Lussac: quan un gas experimenta una

transformació a volum constant, el quocient entre la pressió i la temperatura absoluta es

manté constat.


44

�8 = ct.→ ��8� = � 8

La teoria cinètica per explicar la llei de Gay-Lussac

Segons la teoria cinètica un augment de la temperatura d’un s’explica amb l’augment de la

velocitat de les partícules que formen el gas.

Si mantenim el volum constant i augmentam la

velocitat de les partícules, les partícules arribaren

més aviat a les parets, cosa que provocarà un major

nombre de xocs i, en conseqüència, un increment

de la pressió.

Per altra banda, si es refreda el gas, les partícules

es mouran més lentament, tardaran més a arribar a

les parets i la pressió disminuirà.

3.4.3 Llei de Charles

Jacques Alexandre Charles (França, 1746–1823) va estudiar les variacions del volum d’un

gas quan es variava la seva temperatura a pressió constant (procés isobàric).


Dels resultats de l’experiment podem concloure que la pressió i la temperatura són

variables ............................... proporcionals: quan la temperatura augmenta, el volum

............................... i quan la temperatura disminueix, el volum ...............................

Ara que hem vist de forma qualitativa la relació entre la temperatura i el volum a pressió


temperatura absoluta i el volum d’un gas.

T (K) V (l)

100 2

150 3

200 4

250 5

300 6

350 7

400 8

De l’experiment anterior hem deduït la llei de Charles: quan un gas experimenta una

transformació a pressió constant, el quocient entre el volum i la temperatura absoluta es

manté constat.


45

T8 = ct.→ T�8� = T 8

La teoria cinètica per explicar la llei de Charles

Si volem mantenir la pressió del gas constant, necessitam que el nombre de xocs de les

partícules del gas amb les parets del recipient es mantengui constant durant tot l’experiment.

D’aquesta forma, la única forma de mantenir la

pressió constant quan augmentam la temperatua, i

en conseqüència la velocitat mitjana de les

partícules, és augmentar l’espai disponible per

evitar que augmenti el ritme de col·lisions.

Per altra banda, si refredam el gas, provocam

que les partícules vagin més poc a poc i, per tant, és

necessari reduir el volum per mantenir constant el

nombre de col·lisions.

3.4.4 Llei general dels gasos

Les tres lleis anteriors es poden combinar en la llei general dels gasos:

�T8 = ct.→ ��T�8� = � T 8

11) A un recipient de 5 l introduïm oxigen a una pressió de 4 atm. Quina serà la pressió exercida pel gas si duplicam el volum del recipient sense variar la temperatura?

12) Un gas ocupa un volum de 5 l a 0 °C. Quina temperatura tendrà si ha passat a ocupar un volum de 10 l sense variar la pressió?

13) Tenim un gas en un recipient tancat hermèticament a una pressió de 2,5 atm i una temperatura de 15 °C. Si encalentim el recipient fins a una temperatura de 30 °C, quina serà la pressió del gas?

14) Què li passa a la pressió dels pneumàtics del cotxe quan està en moviment? Quina llei dels gasos has fet servir per explicar-ho?

15) La llei de Charles estableix que a pressió constant la temperatura i el volum són directament proporcional. Per tant, quan un gas passa d’una temperatura de 10 °C a 20 °C el seu volum es duplicarà. És certa aquesta afirmació?

16) Determina la pressió a què està sotmèsa una bombona de dinitrogen quan es troba a una temperatura de 60 °C si sabem que a 0 °C, la pressió era de 760 mmHg i que el volum no ha variat en el procés.

17) Una massa de gas ocupa un volum de 4 l a una pressió de 780 mmHg i 20 °C de temperatura. Calcula el volum que ocuparà el gas si augmentam la pressió a 2 atmosferes, mantenint la temperatura constant.


46

18) Un recipient de volum variable conté inicialment diòxid de carboni que ocupa un volum de 2 l a una temperatura de 20 °C i una pressió d’1 atm. Si augmentam la temperatura del gas fins als 70 °C, quina serà la pressió final del gas si ara ocupa 5 l?

19) Un globus de 100 ml conté heli a una temperatura de 20 °C i una pressió d’1 atm. El globus només es pot expandir fins a un volum de 110 ml. Si augmentam la temperatura fins a 30 °C i la pressió es redueix fins a 0,9 atm, explotarà el globus?

20) Calcula quantes bombones de 200 l, a 2 atmosferes, es podran omplir amb el gas propà contingut en un dipòsit de 500 m3 a una pressió de 4 atm.

21) Comprova que, a volum constant, si es triplica la pressió d’un gas és perquè se n’ha triplicat la temperatura.

22) Explica, utilitzant la teoria cinètica, perquè si menjam sopa calenta amb una cullera metàl·lica, al cap d’una estona el mànec de la cullera també està calent, encara que no hagi tocat la sopa.

23) Disposam de dos dipòsits connectats per una vàlvula que es troba tancada. Al dipòsit de l’esquerra tenim un gas. Al dipòsit de la dreta hem practicat el buit. Com serà l’estat microscòpic un cop oberta la vàlvula?

24) Ara omplim els dos dipòsits anteriors amb dos gasos diferents. Què passarà passat un temps després d’obrir la vàlvula de pas entre els dos?

25) Disposam d’un kitasato que connectam a una bomba de buit durant un cert temps però no arribam a aconseguir un buit perfecte (cosa que no és possible). Quin dels cinc conjunts d’esquemes representa millor la situació abans i després d’haver fet funcionar la bomba de buit?


47

3.5 Els canvis d’estat Els canvis d’estat són canvis físics que experimenta un sistema material quan passa d’un

estat d’agregació a un altre ja sigui per absorció o per cessió de calor.

Els canvis que requereixen d’una aportació de calor al sistema provoquen que el sistema

passi a un estat més desordenat. Per altra banda, els canvis d’estat en els que es desprèn calor

produeixen una ordenació microscòpica del sistema.

3.5.1 Corba d’escalfament de l’aigua

Objectiu

Observar el compartament de l’aigua quan augmentam la temperatura i els seus canvis

d’estat.

Material

• Vas de precipitats

• Vareta de vidre

• Termòmetre

• Cronòmetre

• Placa calefactora o bec Bunsen i suport amb reixeta

• Gel

Procediment

1. Posau els glaçons de gel en un vas de precipitats i mesurau la temperatura amb el

termòmetre.

2. Encalentiu el vas de precipitats lentament, amb foc constant i remenant sense aturar.


48

3. Mesurau la temperatura cada 30 s remenant lleugerament amb el termòmetre.

4. Anotau totes les mesures de temperatura i elaborau un gràfic temperatura-temps.

Resultat

Elaborar el gràfic de temperatura en funció del temps de la pàgina següent.

Qüestions

1. Veient el gràfic, explicau com ha evolucionat la temperatura al llarg del temps.

2. Observau algun fet curiós en el gràfic? Si és així deis quin és i donau una explicació

científica.

3. Per què la temperatura en el canvi d’estat no varia a pesar de què anam donant calor?

Instruccions per fer gràfiques de dues variables

Sempre que s’hagin de fer gràfiques de dues variables, com la que necessitam en aquesta

pràctica (temps – temperatura), cal seguir les instruccions següent:

1. Si fas la gràfica a mà intenta utilitzar paper quadriculat.

2. Els fulls de càlcul són els programes informàtics adequats per representar dades.

3. Dibuixa un sistema d’eixos cartesians.

4. Tria un eix per cada variable. Recorda que l’eix x és la variable independent, que moltes

vegades és el temps. En altres casos elegirem la variable que controlam

5. Rotula cada eix amb la lletra corresponent a la variable i la unitat entre parèntesi. Per

exemple: t (min) o T (°C).

6. Fes l’escala a cada un dels eixos. Has de tenir present que l’escala ha de ser adequada

al conjunt de dades que has de representar per poder-los representar tots i que no

sobri massa espai.

7. L’escala de cada eix és independent. No tenen perquè coincidir. Per exemple, si a l’eix

del temps 1 cm equival a 5 minuts, a l’escala de les temperatures 1 cm pot equivaldre a

10 K.

8. Representa els punts de cada parell de dades.

9. Dibuixa la línia que millor s’ajusti als punts. Si es tracta de dades experimentals, la

presència d’errors farà que aquesta línia no passi pels punts, sinó aproximadament per

ells.


49


50

Contesta les següents preguntes, explicant com ho has comprovat:

1. Durant un canvi d’estat, es manté constant la massa?

2. Podem fer bullir aigua a 70 °C? Com?

Tots els canvis d’estat es caracteritzen per:

• La temperatura de canvi d’estat és la temperatura concreta a la que es produeix el

canvi d’estat és una propietat general / característica.

• La temperatura de canvi d’estat depèn / no depèn de la pressió.

• Són reversibles. Si invertim el procés, retornam a l’estat d’agregació original.

• Mentre es produeix el canvi d’estat, la temperatura varia / es manté constant.

26) A partir de la corba d’escalfament de l’àcid acètic, identifica la seva temperatura d’ebullició i la seva temperatura de fusió.

a. Punt de fusió:

b. Punt d’ebullició:

c. Divideix l’eix temporal per indicar en quin estat es troba l’àcid acètic en cada moment.

d. Quin estat d’agregació és més fàcil d’escalfar?

3.5.2 Diferència entre evaporació i ebullició

La vaporització, pas de líquid a gas, es pot produir de dues maneres: per evaporació o per

ebullició.

L’evaporació és el canvi d’estat de líquid a gas que té lloc únicament a la superfície del

líquid. Aquest pas de líquid a gas pot tenir lloc a qualsevol temperatura (no cal arribar a la

temperatura d’ebullició). Algunes partícules de la superfície del líquid poden tenir energia

suficient per escapar-se de les interaccions amb les altres partícules i passar a l’estat gasós.

Així és com s’eixuguen els bassiots després d’una pluja.


51

L’ebullició és el canvi d’estat de líquid a gas que té lloc a tot el líquid a la vegada i que

únicament té lloc quan s’assoleix la temperatura d’ebullició. Com hauràs vist a la cuina de casa

teva, durant l’ebullició s’observa la formació de bombolles.

27) A continuació es descriuen tres experiències relacionades amb l’evaporació.

Experiència 1: agafa dos recipients que tenguin superfícies molt diferents (per exemple un plat i un tassó). Posa la mateixa quantitat d’aigua als dos recipients.

Experiència 2: agafa tres recipients iguals. Introdueix aigua en el primer, oli en el segon i alcohol en el tercer. Procura que hi hagi la mateixa quantitat als tres.

Experiència 3: agafa dos recipients iguals i posa la mateixa quantitat d’aigua als dos marcant el nivell d’aigua. Tapa’n un dels dos (si no tenen tapadora, pots ficar-ne un dins una bossa de plàstic transparent.).

Un cop realitzats el muntatges deixa tots els recipients en un mateix lloc procurant que no pugui entrar-hi aigua si plou.

Ves revisant de forma periòdica el nivell de líquid en els recipients i anota tot el que vegis. Una opció per substituir les anotacions és realitzar fotografies.

Quin del dos recipients s’ha evaporat abans? Què pots deduir d’això?

S’han evaporat al mateix ritme els tres líquids?

Què vol dir volatilitat? Quin dels tres líquids és més volatil?

S’han evaporat igual el líquid del recipient obert i del tancat? Què creus que ha passat?

28) Explica per què l’olor dels perfums es nota més, però dura menys, a l’estiu que a l’hivern.

29) Creus que s’eixugarà més aviat un tassó si el col·locam davall de la campana extractora en funcionament?

30) Què és la boira?


52

31) Per què s’entela el mirall del bany mentre et dutxes?

32) Els vidres del cotxe s’entelen sovint a l’hivern. Per evitar-ho, s’abaixa una mica el vidre. Per què?

33) A l’hivern, alguns matins que no plou, es forma una capa blanca damunt el camp; d’aquest fenomen en deim gelada. Com es forma? Per què desapareix al migdia?

34) Per què els triatletes es tiren aigua a sobre per refrescar-se?

53

4 4 LABORATORI

4.1 Normes de seguretat La química i la física formen part de les ciències experimentals. Per aquest motiu, els

professionals i els estudiants d’aquestes ciències realitzen part de la seva tasca als laboratoris,

unes instal·lacions en les que trobam material fràgil i productes que poden ser perillosos.

Per tal de minimitzar els riscs per a les persones i les instal·lacions cal conèixer i seguir una

sèrie de normes de seguretat.

1) Observa les següents vinyetes i escriu 10 normes de seguretat que cal seguir al laboratori per evitar els accidents. Posa-les en comú amb la resta de la classe i completa la llista.

4. LABORATORI

54


55

NORMES DE SEGURETAT

1)

2)

3)

4)

5)

6)

7)

8)

9)

10)

11)

12)

13)

14)

15)

16)

17)

18)

19)

20)

21)

22)

23)

24)

25)

4. LABORATORI

56

4.2 Pictogrames de seguretat Els símbols de risc químic són uns pictogrames, estandarditzats i amb validesa a tota la

Unió Europea, que es troben estampats a les etiquetes dels productes químics i que serveixen

per poder predir instantàniament el tipus de perill que comporta el seu ús, manipulació,

transport i emmagatzematge.

La Unió Europea va modificar aquests símbols i els nous formen part del Reglament

Europeu (CE) 1272/2008, sobre classificació, etiquetatge i envasat de substàncies i mescles.

Aquest conjunt de símbols presenten variacions sobre els antics en l'aspecte (canvia el fons

taronja per un fons blanc), n'apareixen alguns de nous i se n'eliminen uns altres. Actualment

es poden trobar els dos conjunts, però els antics aniran desapareixent de forma paulatina.

Gas comprimit

Es tracta d'un envàs amb gas a pressió. Alguns poden explotar amb calor, com els gasos comprimits, liquats o dissolts. Els liquats refrigerats poden provocar cremades o ferides criogèniques, al estar a molt baixa temperatura.

Explosiu

Alerta de que el producte pot explotar al contacte amb una flama, guspira, electricitat estàtica, baix efecte de la calor, en contacte amb altres productes, per fricció, xocs, fregament, ...

Exemples: aerosols de tot tipus, com laques o desodorants, fins i tot quant estan acabats, són explosius per damunt dels 50 °C; petards, bengales, ...

Inflamable

El producte comença a cremar amb molta facilitat, fins i tot per davall dels 0 °C, al contacte amb una flama, espurna, electricitat estàtica, per calor o fricció, al contacte amb l'aire o l'aigua, o si s'alliberen gasos inflamables.

Exemples: alcohol, metanol, trementina, acetona, ...


57

Comburent

Són productes rics en oxigen que en contacte amb altres substàncies, sobretot inflamables, poden provocar, avivar o agreujar un incendi o una explosió.

Exemples: aigua oxigenada, aiguarràs, benzines, petroli, ...

Corrosiu

El producte pot atacar o destruir metalls i causar danys irreversibles a la pell, ulls o altres teixits vius, en cas de contacte o projecció.

Exemples: àcids i bases forts (salfumant, sossa càustica, ...), lleixiu, decapants, desincrustants, ...

Toxicitat aguda

Alerta de que el producte genera efectes adversos per a la salut, fins i tot en dosis petites, i amb conseqüències immediates. Al entrar en contacte amb el mateix es poden sentir nàusees, vòmits, mal de cap, pèrdua de coneixement. En un cas extrem, poden provocar la mort.

Exemples: metanol, etanol, desinfectants, insecticides, dissolvents, ...

Irritació cutània

És una advertència dels efectes adversos que el producte pot provocar en dosis elevades. Algunes d'aquestes conseqüències negatives són irritació d'ulls, gargamella, nas i pell, al·lèrgies cutànies, somnolència o vertigen.

Exemples: productes de neteja, lleixiu, aiguarràs, ...

Perillós per aspiració

Aquests productes poden arribar a l'organisme per inhalació i causes efectes negatius molt diversos, en especial, molt greus a llarg termini. Poden provocar efectes cancerígens, mutàgens (modifiquen l'ADN de les cèl·lules i danyen a la persona exposada o a la seva descendència), tòxics per a la reproducció, causar efectes nefasts en les funcions sexuals, la fertilitat, provocar la mort del fetus o malformacions, modificar el funcionament de certs òrgans, com el fetge o el sistema nerviós, efectes greus sobre els pulmons i provocar al·lèrgies respiratòries.

Exemples: dissolvents, productes de neteja, ...

Perillós per al medi aquàtic

Indica que el producte provoca efectes nefasts pels organismes del medi aquàtic (peixos, crustacis, algues, plantes aquàtiques, ...).

Exemples: piles de mercuri, pesticides, plaguicides, metalls pensants, ...

58

4.3 Equip de protecció en el laboratori

2) Indica la utilitat i la forma en que s’han d’emprar els equlaboratori de física i química.

Bata

Ulleres de seguretat

Guants

Màscara

Campana de gasos

4. LABORATORI

Equip de protecció en el laboratori

Indica la utilitat i la forma en que s’han d’emprar els equips de protecció presents al laboratori de física i química.

Bata White/lab coat

Gafas de seguridad Goggles or

Guantes Gloves

Mascarilla Mask

Campana de gases Fume hood

4. LABORATORI

ips de protecció presents al

lab coat

or safety glasses

Fume hood


4.4 Material de laboratoriA continuació es llista el material més comú de laboratori amb el seu nom en català,

castellà i anglès.

3) A mesura que els utilitzis a classe has d’escriure una petita descripció amb la seva finalitat i la forma d’ús.

Vas de precipitats

Proveta

Balança

Vidre de rellotge

Cullera amb espàtula

Material de laboratori A continuació es llista el material més comú de laboratori amb el seu nom en català,

A mesura que els utilitzis a classe has d’escriure una petita descripció amb la seva forma d’ús.

Vaso de precipitados Beacker

Probeta Graduated cylinder

Balanza Scale

Vidrio de reloj Watch glass

Cullera amb espàtula Cuchara con espátula Spoon s

59

A continuació es llista el material més comú de laboratori amb el seu nom en català,

A mesura que els utilitzis a classe has d’escriure una petita descripció amb la seva

Beacker

Graduated cylinder

Scale

Watch glass

Spoon spatula

60

Matràs d’Erlenmeyer

Placa calefactora

Comptagotes

O pipeta Pasteur.

Pipeta

Bec Bunsen

Embut

4. LABORATORI

Matraz Erlenmeyer Erlenmeyer flask

Placa calefactora Hot plate

Cuentagotas Droppers

O pipeta Pasteur.

Pipeta Pipette

Mechero Bunsen Bunsen burner

Embudo Funnel

4. LABORATORI

Erlenmeyer flask

burner


Flascó rentador

Tub d’assaig

Gradeta

Cristal·litzador

Matràs aforat

Vareta de vidre

Frasco lavador Wash bottle

Tubo de ensayo Test/

Gradilla Test tube rack

Cristalizador Crystallizing dish

Matraz aforado Volumetric flask

Varilla agitadora Stirring rod

61

Wash bottle

Test/sample tube

Test tube rack

Crystallizing dish

Volumetric flask

Stirring rod

62

Embut de decantació

Pinces

Suport

Doble nou

Morter

Matràs redó

4. LABORATORI

Embudo de decantación Separatory funnel

Pinzas Tweezers

Soporte Retort stand

Doble nuez Bossheads

Mortero Graduated cylinder

Matraz redondo Round-bottom flasks

4. LABORATORI

Separatory funnel

Retort stand

Bossheads

Graduated cylinder

bottom flasks


63

4.5 L’informe de laboratori Quan es realitza una activitat de laboratori, l’elaboració d’un informe resulta moltes

vegades tan important com l’experiment en sí mateix. Mitjançant l’elaboració de l’informe

s’ordenen i clarifiquen les idees i, sobretot, permet que qualsevol persona capacitada que ho

llegeixi sàpiga amb exactitud en quines condicions s’ha realitzat l’experiment i les conclusions

a les que s’ha arribat. D’aquesta forma es pot intentar reproduir o servirà de punt de partida

per noves investigacions.

Les parts que ha de tenir un informe de laboratori són:

Portada: ha d’incloure el nom de l’experiment (concís i que expressi únicament el propòsit

de l’experiment), nom, noms dels companys de laboratori, data de realització, curs i professor.

Introducció: breu descripció de l’objectiu de l’experiment seguit del resultat que s’espera

obtenir. Comença per proporcionar informació de fons sobre el tema, el procediment i

l’experiment que es realitza. També s’ha d’incloure una hipòtesi i explicar el que creus que

passarà.

Material: llistat de tots els equips que s’empraran acompanyats, si calm d’una taula on

s’enumerin tots els productes químics utilitzats, juntament amb les seves propietats rellevants

i els seus riscs potencials (concentració, densitat, frases H i P, ...).

Procediment: pas a pas de l’experiment. Ha de ser concís, però suficientment detallat com

perquè qualsevol persona pugui reproduir l’experiment fàcilment.

Dades experimentals: en aquesta secció s’inclouen totes les dades recollides i

observacions fetes durant el transcurs de l’experiment. Aquestes dades s’han d’ordenar en

forma de taules. No s’han d’incloure ni càlculs ni interpretacions de les dades en aquest

apartat.

Resultats: comença per proporcionar els càlculs emprats per interpretar les dades. Basta

un exemple de cada taula seguit d’una taula de resultats. Explica si les dades suporten la

hipòtesi de partida i, en cas contrari, teoritza perquè els resultats difereixen i com es podria

millorar l’experiment.

Conclusions: un paràgraf breu a mode de conclusió resumint els resultats obtinguts.

Preguntes: en cas que la pràctica de laboratori vengui acompanyada d’unes preguntes, es

contestarà a totes elles en aquest apartat.

Referències: s’han de citar totes les fonts de consultat que s’han utilitzat per realitzar

l’experiment.

Recordau que un informe de laboratori és un document utilitzat en un àmbit formal i, per

tant, s’ha de vigilar l’ortografia, l’expressió i el format emprat.

64

4.6 Maneig del peu de rei

Objectius

Aprendre a manejar el peu de rei (o calibre).

Realitzar mesures de longitud de forma directa (diàmetre i gruixa d’una moneda) i indirecta

(gruixa d’un full de paper).

Material

• Peu de rei

• Monedes d’1 i 0,01 €

• Fulls de paper

Ús del peu de rei (mm)

Observa com l’escala principal (4) està dividida en

mm mentre que l’escala del nònius (6) està dividida en

20 parts, cada una de les quals equival a 0,05 mm, que

és la sensibilitat del peu de rei.

Per realitzar la mesura:

1. Observa quantes línies de l’escala principal (4) hi

ha entre la línia 0 d’aquesta escala i la línia 0 del

nònius. Aquesta és la lectura en mm.

2. Observa quina línia de l’escala del nònius coincideix amb una línia de l’escala principa

compta quantes línies del nònius hi ha entre aquesta i la línia del 0.

3. Multiplica la quantitat obtinguda al pas 2 per 0,05 mm.

4. Suma els resultats del pas 1 i el pas 3 per obtenir la mesura.

A. Les monedes d’euro

Procediment

1. Agafa tres monedes d’un cèntim i tres monedes d’un euro.

2. Realitza dues mesures de diàmetre i de gruixa de cada una de les monedes (tendràs sis

mesures de cada magnitud) i calcula’n la mitjana.

3. Indica el valor de la gruixa i el diàmetre de les monedes d’euro i de cèntim d’eur

compara’ls amb els valors real.

Dades

0,01 € - gruixa

0,01 € - diàmetre

1 € - gruixa

1 € - diàmetre

Resultats

4. LABORATORI

Maneig del peu de rei

Aprendre a manejar el peu de rei (o calibre).


Observa com l’escala principal (4) està dividida en

mm mentre que l’escala del nònius (6) està dividida en

20 parts, cada una de les quals equival a 0,05 mm, que

1. Observa quantes línies de l’escala principal (4) hi

ha entre la línia 0 d’aquesta escala i la línia 0 del

nònius. Aquesta és la lectura en mm.

quina línia de l’escala del nònius coincideix amb una línia de l’escala principa

compta quantes línies del nònius hi ha entre aquesta i la línia del 0.

3. Multiplica la quantitat obtinguda al pas 2 per 0,05 mm.

4. Suma els resultats del pas 1 i el pas 3 per obtenir la mesura.

’un cèntim i tres monedes d’un euro.

Realitza dues mesures de diàmetre i de gruixa de cada una de les monedes (tendràs sis

mesures de cada magnitud) i calcula’n la mitjana.

Indica el valor de la gruixa i el diàmetre de les monedes d’euro i de cèntim d’eur

compara’ls amb els valors real.

Moneda 1 Moneda 2 Moneda 3

1. Mordasses per a mesures extern

2. Mordasses per a mesures internes.

3. Colis per a mesura de profunditats.

4. Escala amb divisions en centímetres i

mil·límetres.

5. Escala amb divisions en polzades i

fraccions de polzada.

6. Nònius per a la lectura de les fraccions

de mil·límetres en què estigui

7. Nònius per a la lectura de les fraccions

de polzada en què estigui dividit.

8. Botó de lliscament i fre.

4. LABORATORI


quina línia de l’escala del nònius coincideix amb una línia de l’escala principal i

Realitza dues mesures de diàmetre i de gruixa de cada una de les monedes (tendràs sis

Indica el valor de la gruixa i el diàmetre de les monedes d’euro i de cèntim d’euro i

Moneda 3

Mordasses per a mesures externes.

Mordasses per a mesures internes.

Colis per a mesura de profunditats.

Escala amb divisions en centímetres i

Escala amb divisions en polzades i

Nònius per a la lectura de les fraccions

de mil·límetres en què estigui dividit.

Nònius per a la lectura de les fraccions

de polzada en què estigui dividit.

Botó de lliscament i fre.


65

Valor obtingut Valor real

0,01 € - gruixa

0,01 € - diàmetre

1 € - gruixa

1 € - diàmetre

B. Fulls de paper

Dissenya un experiment que permeti calcular la gruixa d’un fol amb el peu de rei.

Procediment

1. ...

Dades

Resultats

C. Preguntes

C.1. Hem vist que el peu de rei és un instrument de mesura de longitud amb una

sensibilitat molt gran. Seria útil per mesurar les dimensions d’un camp de futbol?

C.2. A què pot ser deguda la diferència entre els valors de fàbrica i els valors obtinguts per

la gruixa i diàmetre de les monedes?

4. LABORATORI

66

4.7 Determinació de la temperatura d’ebullició

Objectius

Determinar la temperatura d’ebullició de l’etanol (alcohol etílic).

Emprar aquest procediment per determinar la naturalesa d’un líquid problema.

Materials

• Vas de precipitats de 250 ml

• Suport i pinces

• Tub d’assaig

• Termòmetre

• Fragments de porcellana

• Placa calefactora

Substàncies

• Etanol

• Líquid problema

Procediment

1. Posar a escalfar el vas de precipitats amb aigua i introduir el tub d’assaig que conté el

líquid el punt d’ebullició del qual volem mesurar dins el vas de precipitats, aguantant-ho

amb les pinces.

2. Col·locar el termòmetre dins el tub amb l’ajuda d’unes pinces. El bulb del termòmetre

ha de quedar per damunt del nivell del líquid sense tocar les parets.

3. A l’interior posarem uns fragments de porcellana per evitar projeccions per

sobreescalfament.

4. Quan el contingut del tub comenci a bullir s’observarà un augment de temperatura, fins

arribar a un punt en que es manté a una temperatura constant.

5. Aquesta temperatura és la d’ebullició del líquid.

6. Repetir el procediment amb el líquid problema facilitat i identificar-lo.

Nota: per controlar millor la temperatura és recomanable anar apuntant cada 30 segons

la temperatura. Quan aquesta dugui uns minuts estabilitzada, serà que hem assolit la

temperatura d’ebullició.

Qüestions

1. Indica la temperatura d’ebullició de l’etanol

i compara’l amb el valor teòric.

2. Quin és el punt d’ebullició de la substància

desconeguda? Quina substància és?

3. Quina diferència hi ha entre les propietats

general i les propietats característiques? Indica cinc exemples de propietats de cada

grup.

4. Variarà el punt d’ebullició amb la pressió atmosfèrica

defghó dklfmmhnhó

Acetona −95℃ 56℃

Àcid acètic 17℃ 118℃

Àcid nítric −42℃ 83℃

Àcid sulfúric 10℃ 337℃

Etanol −95℃ 78℃

Èter etílic −45℃ 170℃

Metanol −97℃ 65℃

Propanol −126℃ 97℃

Documents

F ISICA I QU IMICA - fisiquim.files.wordpress.com · 3.2 La teoria cinètica: sòlids i líquids ... FÍSICA I QUÍMICA 3r ESO 9 1.3.1 Sistema Internacional d’Unitats El Sistema