Lavoisier va pesar amb precisió els reactius i els productes dels seus experiments i va comprovar una cosa que avui sembla evident: la massa total no canvia. Cap àtom no apareix ni desapareix en una reacció química, només es reorganitza en substàncies diferents. Aquesta llei, la conservació de la massa, és la raó última per la qual ajustem equacions: un coeficient mal posat estaria afirmant que s'han creat o destruït àtoms del no-res.
La llei de conservació de la massa i el que no es pot tocar
Si cremes $10\ \text{g}$ de llana d'acer dins d'un matràs segellat sobre una balança, l'agulla no es mou durant la combustió; en canvi, si ho fas en un plat obert, el residu final pesa $14\ \text{g}$: ha aparegut matèria del no-res o com explica la química aquest canvi aparent?
Practica★☆☆Sense començar
Compta els àtoms de cada element a banda i banda de l'equació $\text{CH}4 + \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + \text{H}2\text{O}$, tal com està escrita. La figura la…
Compta els àtoms de cada element a banda i banda de l'equació $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, tal com està escrita. La figura la mostra amb el model de partícules:
Raona si està igualada o no. Si no ho està, indica quins elements fallen.
La fina capa que protegeix de l'aire les peces d'alumini d'un avió és òxid d'alumini. La figura mostra les partícules que hi intervenen: Comprova, comptant els àtoms de…
La fina capa que protegeix de l'aire les peces d'alumini d'un avió és òxid d'alumini. La figura mostra les partícules que hi intervenen:
Comprova, comptant els àtoms de cada element a banda i banda, si aquesta equació està igualada: $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
El mètode de tempteig: un algorisme, no un cop de sort
Ajustar «a ull» funciona en equacions molt simples, però tan bon punt hi ha tres o quatre substàncies convé seguir un procediment ordenat per no haver de tornar enrere una vegada i una altra.
El calci metàl·lic reacciona amb l'oxigen de l'aire i forma òxid de calci, la calç viva. Iguala l'equació: $\text{Ca} + \text{O}2 \rightarrow \text{CaO}$.
El calci metàl·lic reacciona amb l'oxigen de l'aire i forma òxid de calci, la calç viva. Iguala l'equació: $\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CaO}$.
Al laboratori es pot obtenir oxigen escalfant clorat de potassi, que es descompon en clorur de potassi i oxigen. Iguala l'equació:…
Al laboratori es pot obtenir oxigen escalfant clorat de potassi, que es descompon en clorur de potassi i oxigen. Iguala l'equació: $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
Equacions amb diverses substàncies: l'ordre evita retrocessos
Com més substàncies intervenen, més fàcil és descompensar alguna cosa que ja tenies ajustada en tocar una altra part de l'equació. Seguir estrictament l'ordre de l'apartat anterior (metalls, resta de no-metalls, H, O) minimitza aquests retrocessos.
Practica★★☆Sense començar
En tirar un tros d'alumini en un tub amb àcid clorhídric es formen clorur d'alumini dissolt i bombolles d'hidrogen. Iguala l'equació:…
En tirar un tros d'alumini en un tub amb àcid clorhídric es formen clorur d'alumini dissolt i bombolles d'hidrogen. Iguala l'equació: $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
En enfornar un pa de pessic, el bicarbonat de sodi del llevat es descompon amb l'escalfor en carbonat de sodi, aigua i el diòxid de carboni que esponja la massa. Iguala…
En enfornar un pa de pessic, el bicarbonat de sodi del llevat es descompon amb l'escalfor en carbonat de sodi, aigua i el diòxid de carboni que esponja la massa. Iguala l'equació: $\text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.
Per soldar els carrils del tren s'utilitza la reacció de la termita: pols d'alumini barrejada amb òxid de ferro(III) reacciona desprenent tanta calor que el ferro format…
Per soldar els carrils del tren s'utilitza la reacció de la termita: pols d'alumini barrejada amb òxid de ferro(III) reacciona desprenent tanta calor que el ferro format queda fos.
a) Iguala l'equació: $\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}$.
b) Explica per què convé igualar primer el ferro i l'alumini i deixar l'oxigen per al final.
Coeficients fraccionaris i el criteri del mínim enter
Practica★★★Sense començar
L'età, $\text{C}2\text{H}6$, acompanya el metà en el gas natural. a) Iguala la seva combustió,…
L'età, $\text{C}_2\text{H}_6$, acompanya el metà en el gas natural.
a) Iguala la seva combustió, $\text{C}_2\text{H}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, mantenint de moment el coeficient de l'età igual a $1$: comprovaràs que el coeficient de l'oxigen surt fraccionari.
b) Multiplica després tots els coeficients pel nombre adequat per escriure l'equació amb els mínims coeficients enters possibles.
En igualar la combustió del propà, un alumne ha escrit: $2\ \text{C}3\text{H}8 + 10\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 8\ \text{H}2\text{O}$. a) Comprova, comptant…
En igualar la combustió del propà, un alumne ha escrit: $2\ \text{C}_3\text{H}_8 + 10\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 8\ \text{H}_2\text{O}$.
a) Comprova, comptant àtoms, que la seva equació respecta la conservació dels àtoms.
b) Tot i així, el professor la marca com a «millorable». Explica què significa que els coeficients han de ser els mínims enters possibles i reescriu l'equació correctament.
La relació molar i la fórmula general d'un hidrocarbur
Aquesta lectura en mols no és només una anotació curiosa: si generalitzem l'ajust d'una combustió a qualsevol hidrocarbur $\text{C}_x\text{H}_y$, obtenim una fórmula que serveix per a tots els casos particulars que has ajustat un per un.
Aquesta mateixa idea, llegida a l'inrevés, permet deduir una fórmula desconeguda: si coneixes els productes d'una combustió ja ajustada, pots comptar cap enrere quants àtoms de C i de H tenia el combustible de partida.
Practica★☆☆Sense començar
La síntesi industrial de l'amoníac s'escriu $\text{N}2 + 3\ \text{H}2 \rightarrow 2\ \text{NH}3$, com representa la figura amb el model de partícules: Interpreta-la de…
La síntesi industrial de l'amoníac s'escriu $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, com representa la figura amb el model de partícules:
Interpreta-la de dues maneres:
a) Amb molècules: quantes molècules de nitrogen i d'hidrogen reaccionen i quantes molècules d'amoníac es formen.
b) Amb mols: quants mols de cada gas es consumeixen quan es formen $2\ \text{mol}$ d'amoníac.
En la combustió completa d'un hidrocarbur desconegut $\text{X}$, l'equació igualada és: $2\ \text{X} + 9\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 6\ \text{H}2\text{O}$. La…
En la combustió completa d'un hidrocarbur desconegut $\text{X}$, l'equació igualada és: $2\ \text{X} + 9\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 6\ \text{H}_2\text{O}$. La figura la representa amb el model de partícules (una molècula de cada tipus):
a) Dedueix, comptant els àtoms de carboni i hidrogen que han d'aparèixer en els productes, la fórmula molecular de $\text{X}$.
b) Escriu l'equació completa ja amb la fórmula trobada.
La combustió completa de qualsevol hidrocarbur $\text{C}x\text{H}y$ segueix el mateix patró. a) Escriu l'equació general igualada en funció de $x$ i $y$:…
La combustió completa de qualsevol hidrocarbur $\text{C}_x\text{H}_y$ segueix el mateix patró.
a) Escriu l'equació general igualada en funció de $x$ i $y$: $\text{C}_x\text{H}_y + \left(x + \frac{y}{4}\right)\ \text{O}_2 \rightarrow x\ \text{CO}_2 + \frac{y}{2}\ \text{H}_2\text{O}$, i justifica-la comptant àtoms.
b) Aplica-la per predir quantes molècules de $\text{O}_2$ calen per cremar una molècula d'heptà, $\text{C}_7\text{H}_{16}$, component de la benzina, i comprova el resultat igualant la seva equació de combustió.
Una tauleta efervescent en aigua gairebé gelada triga uns quants minuts a consumir-se amb un bombolleig mandrós, però en aigua calenta desapareix en pocs segons enmig d'una escuma violenta: per què idèntica massa de reactiu es transforma a ritmes tan diferents segons la temperatura?
Elevar la temperatura sol augmentar la velocitat perquè una fracció més gran de xocs supera la barrera. Augmentar la concentració de reactius en dissolució o gasos sol augmentar les trobades. Triturar un sòlid augmenta la superfície de contacte. Un catalitzador proporciona un camí amb menor energia d'activació: participa en etapes intermèdies i es regenera; no aporta energia neta ni augmenta per si sol el rendiment d'equilibri.
Dissenya una comparació amb una tauleta efervescent sencera i una altra triturada: mateixa massa, aigua, temperatura i recipient. Repeteix i mesura el temps fins al mateix criteri final; canvia només la superfície. Fes-ho sota supervisió, amb ulleres, sense ingerir productes ni tancar el recipient. Anota hipòtesis, variables, dispersió i límits: variar també la temperatura impediria atribuir el canvi a un sol factor.
L'esquema relaciona les idees principals:
A practicar! 8 exercicis de nivell mitjà en aquest apartat