Per expressar les idees clau, farem servir els codis següents:

• MAT.PRO. Idees clau relacionades amb les propietats i l’estructura de la matèria.
• MAT.COM. Idees clau relacionades amb la composició de la matèria i la taula periòdica.
• MAT.ATO. Idees clau relacionades amb els diferents models atòmics i la seva evolució.
• MAT.LLQ. Idees clau relacionades amb el llenguatge de la química.

[MAT.PRO0]. Els diferents materials tenen propietats físiques diferents, i algunes d’aquestes propietats es poden modificar mitjançant 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 escalfar, refredar o comprimir, però no tots els materials responen igual a aquests canvis.

[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.PRO1]. Tota substància té una composició definida. Tot i que parlem de material com tot allò que fem servir per construir, fabricar o desenvolupar objectes, parlem de substància quan ens referim a un material que té una composició química definida i unes propietats físiques i químiques característiques que poden ser mesurades.

[MAT.PRO2]. Les mescles estan formades per substàncies diferents, que es poden separar amb tècniques específiques. Les substàncies pures estan formades per un únic tipus de partícules (totes iguals), i les mescles estan formades per substàncies diferents entre elles. Al seu torn, les substàncies pures poden ser elementals o compostes. Els components d’una mescla es poden separar mitjançant diferents tècniques que depenen del tipus de substància que calgui separar (filtració, decantació, destil·lació, etc.), i per saber si una substància és pura també es poden seguir diferents tècniques (com ara comprovar si té una temperatura de fusió constant).

[MAT.PRO3]. Els canvis d’estat d’agregació depenen de la temperatura i de la pressió. Els canvis d’estat d’agregació no depenen només de la temperatura de les substàncies, sinó també de la pressió a la qual estan sotmeses. El punt d’ebullició d’una substància pura pot augmentar quan la pressió és major que l’atmosfèrica i pot disminuir quan la pressió és menor.

[MAT.PRO4]. Les propietats dels materials s’expliquen amb el model cinètic-corpuscular. La temperatura a la qual es troben (com més temperatura, més vibració o moviment de les partícules), el seu estat d’agregació (en els sòlids es mouen menys i estan més entrellaçades, mentre que en els gasos no s’entrellacen), la seva pressió (com més pressió, més intenses són les col·lisions entre les seves partícules), la seva duresa (com més dur és un material més forts són els enllaços entre les partícules), la seva densitat (com més dens és un material, més pesades són les partícules o estan més juntes), etc. Ara bé, les partícules per si mateixes no tenen temperatura, pressió, duresa, color ni cap propietat macroscòpica, sinó que és la manera com es combinen entre elles la que determina totes aquestes propietats macroscòpiques (propietat emergent).

[MAT.PRO5]. Els sistemes dispersos combinen diferents fases de la matèria. A més de substàncies pures i mescles, moltes substàncies a la natura estan compostes per sistemes dispersos, en què les partícules s’agrupen en diferents fases que corresponen a estats d’agregació diferents, com ara les suspensions de sòlids dins un líquid o l’emulsió d’un gas dins un líquid. Les propietats dels sistemes dispersos no es poden classificar només com a sòlids, líquids o gasos, sinó també com una combinació d’aquests estats. L’estabilitat i el comportament de les mescles i dels sistemes dispersos estan influïts per factors com la concentració, la grandària de les partícules, la pressió o la temperatura.

[MAT.PRO6]. En els gasos ideals, volum, pressió i temperatura estan interrelacionats. La pressió i la temperatura són directament proporcionals (si el volum és constant), la temperatura i el volum també ho són (si la pressió és constant), i, en canvi, la pressió i el volum són inversament proporcionals (si la temperatura és constant).

[MAT.PRO7]. Les substàncies elementals s’agrupen per propietats similars a la taula periòdica. Tota la matèria que coneixem (tant al planeta Terra com en altres astres) està composta per uns pocs elements químics diferents, que degudament combinats entre ells formen una infinitat de substàncies diferents. Cada element químic té unes propietats particulars que permet distingir-lo de qualsevol altre element químic. Els elements es poden agrupar entre ells gràcies a la similitud d’algunes de les seves propietats: metalls molt reactius, metalls poc reactius, no-metalls, gasos no reactius, etc. Aquestes agrupacions es poden representar per mitjà de la taula periòdica, en la qual els elements s’expressen amb una o dues lletres.

[MAT.PRO8]. L’ordenació dels elements a la taula periòdica té relació amb les característiques dels àtoms. A escala submicroscòpica, la taula periòdica ordena els elements segons la massa dels seus àtoms i la configuració dels seus electrons. Tots els àtoms d’un mateix període (les files) tenen el mateix nombre de capes d’electrons, mentre que cada grup d’elements (les columnes) comparteix una mateixa configuració electrònica dels electrons de la seva última capa.

[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.

[MAT.COM1]. La composició de la matèria es pot expressar a tres escales: macroscòpica, submicroscòpica i simbòlica. Podem descriure la matèria segons el que percebem (escala macroscòpica), segons el comportament imaginat de les partícules (escala submicroscòpica) i amb símbols químics (escala simbòlica). Aquesta última ens permet representar de manera precisa la composició química de la matèria.
Nota: El redactat de la idea MAT.COM1 és anàleg al de CAN.RQ1, 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.

 [MAT.COM2]. Tota la matèria està feta d’àtoms, i la manera com aquests es comporten permet explicar moltes propietats dels materials. La matèria està feta d’àtoms enllaçats, en moviment i separats pel buit. La manera com aquests àtoms es comporten i interaccionen entre ells permet explicar moltes de les propietats observables macroscòpicament d’aquest material, des de la seva temperatura o estat d’agregació fins a la seva duresa o la seva densitat.

[MAT.COM3]. Els àtoms formen compostos mitjançant enllaços químics. Els àtoms poden enllaçar-se entre ells per formar estructures que poden ser molècules petites de pocs àtoms, molècules grosses compostes per desenes o centenars d’àtoms, o grans xarxes compostes per milers o milions d’àtoms. Aquests enllaços entre àtoms es creen i es destrueixen a partir de canvis químics o de dissolucions.

[MAT.COM4]. Els compostos tenen proporcions fixes d’àtoms segons regles concretes. La forma que tenen els àtoms d’enllaçar-se entre ells sempre segueix unes regles concretes i fa que la proporció d’àtoms diferents dins d’un mateix compost sempre sigui la mateixa. La química s’encarrega no només de saber quina és la composició d’elements d’un compost, sinó també de saber quina és la proporció d’aquests elements.

[MAT.COM5]. L’estructura d’un compost mostra els àtoms, la proporció i com s’enllacen. Comprendre l’estructura d’un compost implica saber de quines partícules està fet, en quina proporció i com s’enllacen entre ells (quina forma). Aquesta estructura es pot representar amb diferents llenguatges: des del punt de vista gràfic podem representar visualment la disposició dels àtoms i els enllaços entre ells.

[MAT.COM6]. El mol és una unitat de mesura de la quantitat de substància. Utilitzem el concepte de mol per facilitar la relació entre la massa mesurable i l’enorme quantitat d’àtoms o molècules que constitueixen la matèria. Un mol és una manera de comptar una quantitat definida de partícules d’acord amb el nombre d’Avogadro, de manera que 1 mol de dues substàncies diferents tindrà una massa diferent.

[MAT.COM7]. Els àtoms s’enllacen segons la seva configuració electrònica. Els àtoms formen enllaços químics amb altres àtoms transferint o compartint electrons, i la manera en què ho fan depèn de la configuració electrònica de cada àtom, especialment dels electrons més externs.

[MAT.COM8]. Podem classificar les substàncies segons el tipus d’enllaç dels seus àtoms. Segons el tipus d’enllaç que es forma entre els àtoms i l’estructura d’agregació, les substàncies es classifiquen en metàl·liques, iòniques, covalents o moleculars, i aquesta classificació permet explicar moltes de les seves propietats fisicoquímiques.

[MAT.COM09]. La forma i la polaritat de les molècules condicionen els enllaços intermoleculars i permeten justificar les propietats de les substàncies. Els enllaços entre àtoms en una molècula determinen les propietats de la molècula i, per tant, de la substància. A més del tipus d’àtom i d’enllaç, en les molècules grans la forma geomètrica amb què s’enllacen els àtoms, la seva polaritat i els enllaços intermoleculars (entre diferents molècules) són especialment importants per entendre’n el comportament.

[MAT.ATO1]. La matèria és elèctricament carregada, però globalment neutra. Els àtoms contenen partícules amb càrrega elèctrica positiva i negativa. Aquestes càrregues s’equilibren de manera que la matèria, en conjunt, és neutra. En alguns processos es poden separar les càrregues elèctriques positives i negatives, però aquestes tendeixen a atreure’s entre elles.

[MAT.ATO2]. L’àtom té un nucli compacte i una escorça lleugera d’electrons. Podem imaginar tots els àtoms compostos per un nucli fet de protons (càrrega positiva) i neutrons (càrrega neutra), que concentra gairebé tota la massa de l’àtom, però que ocupa molt poc volum, i una escorça d’electrons (càrrega negativa), que ocupa molt més volum, però que té una massa molt més petita que el nucli.

[MAT.ATO3]. Les variacions en electrons (ions) i neutrons (isòtops) determinen la massa i la càrrega atòmica. Mentre que el nombre de protons d’un element sempre és el mateix, el nombre d’electrons a l’escorça pot canviar (ions), i també difereix el nombre de neutrons (isòtops). El nombre específic de cada tipus de partícules subatòmiques dins d’un àtom en determina la massa i la càrrega total.

[MAT.ATO4]. Els canvis en el nucli atòmic provoquen reaccions nuclears. Alguns àtoms són radioactius, és a dir, els seus nuclis es poden desintegrar espontàniament, i en conseqüència emeten diferents tipus de radiació i generen nous àtoms més petits o inclús cadenes de desintegració. Cada substància radioactiva té un ritme de desintegració propi i diferent de la resta de substàncies, de manera que sempre es pot predir l’evolució de la radioactivitat d’una substància al llarg del temps.

[MAT.ATO5]. Els electrons només poden estar en nivells d’energia discrets dins de l’escorça. Els experiments d’absorció i emissió de llum per part de gasos elementals ens porten a pensar que els electrons ocupen uns nivells d’energia concrets que s’omplen i es buiden d’electrons segons com pugen i baixen de nivell quan guanyen o perden energia. La distribució dels electrons d’un àtom en nivells s’anomena configuració electrònica, i normalment es coneix com a model de Bohr.

[MAT.ATO6]. Els models atòmics han anat canviant amb els avenços en l’experimentació. La recerca sobre l’estructura de la matèria està en evolució constant, i molts experiments fets al llarg de la història han obligat a revisar el model d’àtom, sigui afegint-hi detalls o canviant totalment la concepció de l’àtom. No sempre cal utilitzar el model atòmic més actual i sofisticat: segons el que estudiem pot ser suficient i més pràctic fer servir un model anterior més simple. Actualment, per explicar la majoria dels fenòmens i els experiments de la vida quotidiana n’hi ha prou amb imaginar l’àtom com una combinació de protons, neutrons i electrons. Ara bé, hi ha fenòmens que escapen de la nostra manera de comprendre el món: per explicar fenòmens quàntics cal imaginar l’electró no com una partícula, sinó com una entitat que pot estar a diversos llocs alhora, i per explicar fenòmens cosmològics i d’alta energia [VR1] cal imaginar que protons i neutrons estan alhora fets d’altres partícules encara més petites, com els quarks i els gluons.

[MAT.LLQ1]. La formulació química permet representar els compostos de forma gràfica, simbòlica i textual. Des del punt de vista simbòlic podem expressar l’estructura d’un compost amb el símbol químic de cada element i els subíndexs que en marquen la proporció, i textualment podem escriure’n el nom químic seguint les regles establertes per la IUPAC combinant el símbol químic dels àtoms que conté i afegint-hi prefixos i sufixos. Les regles sintàctiques per traduir entre aquestes diferents formes de representar l’estructura d’un compost (gràfica, simbòlica i textual) són molt precises i sistematitzades per evitar confusions i errors, i és el que popularment s’anomena formulació. Les regles de la formulació són més complexes a mesura que l’estructura del compost que es vol representar és més complexa.

[MAT.LLQ2]. La formulació inorgànica expressa la relació entre elements a través de prefixos (sistemàtica) o de nombres romans (Stock). Les fórmules indiquen quins elements formen cada compost i en quina proporció s’equilibren les càrregues. S’utilitza sobretot la nomenclatura de Stock en els compostos iònics, i la nomenclatura sistemàtica (amb prefixos) en els compostos formats entre no-metalls.

[MAT.LLQ3]. La formulació orgànica mostra l’esquelet de carboni i els grups funcionals. Els compostos orgànics són estructures formades principalment per àtoms de carboni enllaçats entre ells o amb altres àtoms (sobretot H i O, i en menor quantitat N, P i S). La manera com s’enllacen genera una àmplia varietat de substàncies, que són la base dels éssers vius, els medicaments, els plàstics, els combustibles fòssils i els aliments. Aquests compostos orgànics s’expressen amb fórmules que indiquen com s’uneixen els àtoms de carboni i quins grups funcionals hi ha presents. Aquestes fórmules permeten identificar la família del compost, predir-ne propietats i establir-ne la nomenclatura.