Foto de Alex Kondratiev a Unsplash
Índex
Ajust d’equacions químiques
La llei de conservació de la massa implica dos principis:
- El nombre total d’àtoms abans i després d’una reacció no canvia.
- El nombre d’àtoms de cada tipus és el mateix abans i després.
A una equació química general:
$$ \ce{aA + bB -> cC + dD} $$- A, B, C i D representen els símbols químics dels àtoms o la fórmula molecular dels compostos que reaccionen (costat esquerre) i els que es produeixen (costat dret).
- $a$, $b$, $c$ i $d$ representen els coeficients estequiomètrics, que han de ser ajustats segons la llei de conservació de la massa (comparant d’esquerra a dreta àtom per àtom el nombre que hi ha d’aquests a cada costat de la fletxa).
Els coeficients estequiomètrics indiquen el nombre d’àtoms/molècules/mols que reaccionen/es produeixen de cada element/compost (o volum si les substàncies que intervenen són gasos en les mateixes condicions de pressió i temperatura).
Exemple
Es vol ajustar la següent equació química:
Comencem pel $\ce{Mn}$: veiem que a l’esquerra hi ha 1 àtom de $\ce{Mn}$ i a la dreta hi ha també 1 àtom, està ajustat.
Després mirem l’$\ce{O}$: veiem que a l’esquerra hi ha 2 àtoms d’$\ce{O}$ i a la dreta només hi ha 1. Per tant hem de posar un 2 a la molècula d’aigua:
Seguim amb l’$\ce{H}$: a l’esquerra hi ha 1 sol àtom mentre que a la dreta hi ha $2\times 2=4$ àtoms. Per tant hem de col·locar un 4 al $\ce{HCl}$:
Finalment el $\ce{Cl}$: com hem posat 4 molècules de $\ce{HCl}$ hi ha 4 àtoms de $\ce{Cl}$ a l’esquerra, a la dreta hi ha 2 àtoms de la molècula de clorur de manganès(II) i 2 àtoms més de la molècula de clor, 4 en total, amb el que està ajustat i no hem de posar res més.
La reacció ajustada queda així:
Pots practicar més l’ajust d’equacions químiques amb aquestes simulacions:
Càlculs massa-massa
Es tracta de situacions en les quals ens donen la massa (típicament en g) d’un compost químic i ens demanen la massa (també en g) d’un altre compost químic.
Seguim aquestes tres passes:
- Passar de g a mol utilitzant la massa molar.
- Relacionar mols d’un compost amb mols d’un altre, a partir dels coeficients estequiomètrics.
- Passar de mol a g utilitzant la massa molar.
Exemple
El clorat de potassi, $\ce{KClO3}$, descompon en clorur de potassi, $\ce{KCl}$, i oxigen. Calcula la massa d’oxigen que s’obté quan descomponen $86.8\thinspace\mathrm g$ de clorat de potassi per l’acció de la calor. $M(\ce{K}) = 39.1\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{Cl}) = 35.5\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{O}) = 16\thinspace\mathrm{g/mol}$.
$$ \ce{KClO3 -> KCl + O2} $$
$$ \ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2} $$
Calculem les masses molars de tots els compostos químics involucrats, en aquest cas el $\ce{KClO3}$ i el $\ce{O2}$:
Per a relacionar els grams de clorat de potassi amb els grams d’oxigen utilitzem les tres passes del càlcul massa-massa:
Reactius en dissolució
Quan els reactius es troben en dissolució, hem de relacionar el nombre de mols, $n$, amb el volum, $V$, a través de la concentració molar o molaritat:
$$ c = \frac{n}{V} \rightarrow n = cV\quad \text{($V$ en L)} $$Pots aprendre més amb aquesta excel·lent simulació:
Exemple
L’àcid clorhídric reacciona amb l’hidròxid de calci per a produir clorur de calci i aigua. Calcula el volum d’àcid clorhídric 0.25 M que es necessita per a reaccionar amb 50 ml d’hidròxid de calci 0.5 M.
Cálculs massa-volum
Equació dels gasos ideals
Quan algun dels compostos que intervenen a la reacció és un gas, necessitem fer ús de l’equació dels gasos ideals:
$$ pV = nRT $$- $p$ és la pressió a la qual es troba el gas, mesurada en atm.
- $V$ és el volum que ocupa el gas, mesurat en L.
- $n$ és el nombre de mols que tenim del gas, que el podem relacionar amb els grams a través de la massa molar.
- $R=0.082\thinspace\frac{\mathrm{atm\thinspace L}}{\mathrm{mol\thinspace K}}$ és la constant universal dels gasos ideals1.
- $T$ és la temperatura a la qual es troba el gas, mesurada en K: $$ T(\mathrm K) = T(^\circ\mathrm C) + 273 $$
Exemple
Calcula el volum d’hidrogen, mesurat a $25\thinspace\mathrm{^\circ\mathrm C}$ i $0.98\thinspace\mathrm{atm}$, que es desprèn en fer reaccionar $41.4\thinspace\mathrm g$ de sodi en aigua:
$M(\ce{Na}) = 23\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{H}) = 1\thinspace\mathrm{g/mol}$; $M(\ce{O}) = 16\thinspace\mathrm{g/mol}$.
L’equació ens la donen ja escrita i ajustada. Fixeu-vos en les lletres entre parèntesis, que indiquen l’estat d’agregació de cada compost químic:
- (s) $\rightarrow$ sòlid
- (l) $\rightarrow$ líquid
- (g) $\rightarrow$ gas
- (aq) $\rightarrow$ a dissolució aquosa (aqueous en anglès)
Calculem primer les masses molars dels compostos involucrats:
A partir dels grams de $\ce{Na}$ ccalculem els mols d’$\ce{H2}$ que es desprendran, utilitzant les dues primeres passes del càlcul massa-massa:
$$ pV = nRT $$
S’ha d’anar amb cura perquè la temperatura $T$ l’hem de passar a K: \begin{align*} T(\mathrm K) &= T(^\circ\mathrm C) + 273 \\ &= 25\thinspace ^\circ\mathrm C + 273 = 298\thinspace\mathrm K \end{align*}
Aïllem el volum $V$:
Pràctica virtual
Et recomanem veure aquest preciós vídeo/curt-documental del Departament de Física i Química de l’IES Valle del Saja on es planteja, de manera qualitativa, una seqüència de cinc reaccions químiques que partint de coure, entre altres metalls, desemboca de nou en aquest metall:
-
En el cas de treballar en el SI, la constant dels gasos ideals pren el valor $R=8.314\thinspace\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{mol\thinspace K}} = 8.314\thinspace\frac{\mathrm{kPa\thinspace L}}{\mathrm{mol\thinspace K}}$. ↩︎
Rodrigo Alcaraz de la Osa
💼 · 🤝 · 🔗 · ✍️
Soc Doctor en Física per la Universidad de Cantabria i Professor de Física i Química a l’IES Peñacastillo de Cantàbria (Espanya).
Òscar Colomar
📚 Apunts
Soc Llicenciat en Química i Professor de Secundària a l’IES Isidor Macabich d’Eivissa.
Comparteix-ho
Subscriu-te
Si no vols perdre't cap actualització considera subscriure't al canal de 
Telegram (en espanyol), al canal de 
Whatsapp (en espanyol) o al canal 
RSS.
Discord
Participa activament a la web comentant, donant la teva opinió, realitzant peticions, suggeriments...