Idees clau
Per expressar les idees clau, farem servir els codis següents:
- CAN.CC. Idees clau relacionades amb el canvi i la continuïtat dels sistemes materials.
- CAN:RQ. Idees claus relacionades amb les reaccions químiques.
- CAN.CQT. Idees clau relacionades amb la cinètica química i termodinàmica.
[CAN.CC0]. La matèria canvia d’estat amb els canvis de temperatura, però no es crea ni desapareix. La matèria pot estar en estat sòlid, líquid o gasós. L’escalfament o el refredament de la matèria pot provocar canvis en les seves propietats, i a vegades, canvis en el seu estat d’agregació. En els canvis d’estat la quantitat de matèria és sempre la mateixa, ja que la matèria no pot aparèixer del no-res ni desaparèixer.
[MAT.PRO0]. Els diferents materials tenen propietats físiques diferents, i algunes d’aquestes propietats es poden modificar a través de canvis. Els objectes i els elements naturals del món estan fets de materials molt diferents (argila, tela, paper, plàstic, metall, etc.), i això fa que tinguin propietats també molt diferents (volum, massa, densitat, color, textura, flexibilitat, solubilitat, etc.). Es poden fer accions sobre els materials que en modifiquin alguna propietat, com ara escalfar, refredar o comprimir, però no tots els materials responen igual a aquests canvis.
Nota: tot i que aquesta idea clau zero pertany al bloc de Matèria, s’ha inclòs aquí, ja que és imprescindible per construir idees clau del bloc de Canvi.
[MAT.COM0]. La matèria és feta de parts massa petites per veure-les directament. La matèria està formada per parts que són massa petites per veure’s directament a través d’un microscopi, i ens les hem d’imaginar. Aquestes parts tan petites es poden moure més de pressa o més a poc a poc, així com enllaçar-se i desenllaçar-se entre elles, de manera que donen lloc a estructures molt variades.
Nota: tot i que aquesta idea clau zero pertany al bloc de Matèria, s’ha inclòs aquí, ja que és imprescindible per construir idees clau del bloc de Canvi.
[CAN.CC1]. Els canvis poden ser físics o químics. Els canvis que experimenta la matèria i que veiem al nostre voltant poden ser molt variats, segons la seva intensitat o la seva rapidesa, però una manera útil de classificar-los és segons si les substàncies inicials s’han transformat en substàncies noves, amb propietats diferents (color, olor, sabor, densitat, punt de fusió, combustibilitat, etc.) o no. Quan això succeeix parlem de canvis químics, i quan no, de físics.
[CAN.CC2]. En un canvi químic apareixen substàncies noves i en desapareixen d’altres. Encara que això pugui ser contraintuïtiu, en els canvis químics les substàncies que actuen de reactius inicials deixen d’existir com a tal, i apareixen substàncies noves que abans no hi eren, amb propietats noves, que poden estar relacionades o no amb les que han reaccionat.
[CAN.CC3]. En tots els canvis la quantitat de matèria es conserva. Quan un canvi físic o químic es dona dins un sistema tancat, la massa total abans i després de la reacció és la mateixa, encara que les substàncies resultants siguin diferents o hagin experimentat transformacions. Si la massa no és la mateixa, vol dir que el sistema no estava adequadament tancat.
[CAN.CC4]. La dissolució d'una substància soluble en aigua es pot considerar una situació intermèdia entre un canvi físic i un canvi químic. En dissoldre algunes substàncies en aigua, les molècules del solut es dispersen perquè queden envoltades per molècules d’aigua, sense que canviï la seva composició química. En canvi, en d’altres substàncies, l’estructura original se separa en ions que queden dispersos a l’aigua en un procés que, tot i no generar noves substàncies, implica una reorganització significativa de les partícules.
[CAN.RQ1]. Les reaccions es poden expressar a tres escales: macroscòpica, submicroscòpica i simbòlica. Podem descriure una reacció segons el que observem (escala macroscòpica), segons el comportament imaginat de les partícules (escala submicroscòpica), i amb símbols químics i equacions (escala simbòlica). Aquesta última ens permet representar de manera precisa què passa durant una reacció química.
Nota: el redactat de la idea CAN.RQ1 és anàleg al de MAT.COM1, ja que la idea de 3 escales de representació serveix tant per parlar de la composició de la matèria com de les reaccions químiques que modifiquen aquesta composició.
[CAN.RQ2]. A escala submicroscòpica, tota reacció química és la reordenació dels seus àtoms. Tota reacció química implica una reordenació dels àtoms que componen les substàncies, és a dir, que canvia la forma en què estan enllaçats entre ells. A vegades això implica que alguns àtoms que estaven enllaçats deixen d’estar-ho (descomposició); d’altres vegades, que àtoms que no estaven enllaçats passen a estar-ho (síntesi), i d’altres vegades, la combinació d’ambdós (desplaçament).
[CAN.RQ3]. Els reactius es combinen sempre en proporcions fixes. Quan els reactius es combinen per formar un producte, ho fan sempre en una proporció determinada. Això condiciona quina quantitat de producte s’obté, quin reactiu s’acaba primer (limitant), i si algun queda sense reaccionar (en excés).
[CAN.RQ4]. Les reaccions químiques sovint depenen de l’entorn. Les substàncies no reaccionen aïlladament: poden interactuar amb l’aire, l’aigua o altres components del medi. Algunes reaccions només es produeixen en presència d’oxigen, mentre que d’altres varien segons si els reactius estan dissolts o en un altre estat.
[CAN.RQ5]. Les reaccions de precipitació formen un sòlid insoluble a partir de dissolucions. Quan dues dissolucions aquoses es combinen, alguns ions s’uneixen i generen un compost insoluble (precipitat). Macroscòpicament, apareix un sòlid; submicroscòpicament, els ions formen una xarxa cristal·lina.
[CAN.RQ6]. El pH indica si una substància és àcida o bàsica. Algunes substàncies, en reaccionar amb l’aigua, mostren un comportament àcid o bàsic. L’escala de pH permet classificar-les i preveure’n el grau de corrosivitat, que és més elevat com més a prop dels extrems de l’escala (0 o 14) es troba.
[CAN.RQ7]. L’estequiometria permet calcular productes formats i reactius sobrants. És possible predir la quantitat de productes que es formaran i la quantitat de reactius que quedaran sense reaccionar mitjançant càlculs estequiomètrics, segons les quantitats inicials de reactius, les seves masses molars i les relacions estequiomètriques indicades a l’equació química.
[CAN.RQ8]. Àcids i bases poden neutralitzar-se. Quan un àcid i una base reaccionen, es produeix una reacció de neutralització en què es forma aigua i una sal. Si la base és un carbonat, també es forma diòxid de carboni. El resultat sol tenir un pH proper al 7 si l’àcid i la base tenen intensitats similars.
[CAN.RQ9]. Les reaccions redox impliquen intercanvi d’electrons. En una reacció d’oxidació-reducció: una substància cedeix electrons i una altra els guanya. Aquest tipus de reaccions poden generar energia elèctrica, com passa en les piles, o bé necessiten una aportació d’energia, com en l’electròlisi.
[CAN.RQ10]. La combustió és una reacció entre matèria orgànica i oxigen. Els combustibles, com el carboni o els hidrocarburs, reaccionen amb oxigen en un procés que genera energia. Si hi ha prou oxigen, es produeix una combustió completa (amb CO₂ i aigua). Si n’hi ha poc, la combustió és incompleta i pot formar monòxid de carboni o carbó (sutge).
[CAN.CQT1]. La velocitat de les reaccions no és constant, i depèn de factors com la concentració de reactius o la temperatura. Algunes reaccions són lentes i d’altres, molt ràpides. La velocitat depèn de la naturalesa dels reactius, la temperatura, la seva concentració o del grau de compactació i granularitat dels reactius.
[CAN.CQT2]. Les reaccions químiques tenen lloc quan es produeixen xocs efectius entre les partícules. A escala submicroscòpica, una reacció química només té lloc si les partícules dels reactius xoquen amb prou energia i amb una orientació adequada. Aquests xocs efectius permeten trencar enllaços i formar-ne de nous entre els àtoms (el que segons la teoria de les col·lisions es coneix com a xocs efectius), de manera que es configuren noves substàncies, diferents de les originals. L’ús de catalitzadors permet modificar el mecanisme de les reaccions, de manera que s’incrementen els xocs efectius i, per tant, augmenta la velocitat de la reacció.
[CAN.CQT3]. Les reaccions poden alliberar o absorbir energia. Durant una reacció química, cal aportar energia per trencar els enllaços dels reactius, mentre que se n’allibera en formar-se els enllaços dels productes. Segons el balanç global entre l’energia absorbida i l’energia alliberada, hi pot haver un intercanvi d’energia amb l’entorn.