La reacció química

introducció

El món que ens envolta canvia constantment. Les transformacions se succeeixen sense que amb prou feines en siguem conscients.

Una reacció química és un procés en què unes substàncies inicials (reactius) es transformen en unes altres diferents (productes) mitjançant la reorganització d’àtoms i enllaços.

Els àtoms es conserven, només canvien la manera com estan units. Aquesta reorganització requereix que les partícules col·lideixin amb energia suficient (energia d’activació) per trencar els enllaços dels reactius i formar-ne de nous.

Teoria de les reaccions químiques

⚛️ Teoria de les col·lisions

Origen: Proposada per Max Trautz (1916) i William Lewis (1918).
Idea clau: Perquè una reacció tingui lloc, les partícules (àtoms, molècules o ions) han de xocar.
Condicions perquè el xoc sigui efectiu:
- Energia suficient: Han de col·lidir amb una energia cinètica igual o superior a l’energia d’activació.
- Orientació adequada: La geometria del xoc ha de permetre que es trenquin i es formin els enllaços correctes.
Factors que influeixen:
- Concentració dels reactius (més partícules → més col·lisions).
- Temperatura (més velocitat → més energia cinètica).
Limitació: És una visió força mecànica; no descriu amb detall què passa durant la transformació, només abans i després del xoc.

🔄 Teoria de l’estat de transició (o del complex activat)

Origen: Desenvolupada per Henry Eyring el 1935.
Idea clau: Quan dues partícules xoquen amb l’energia i orientació adequades, es forma un estat de transició — una configuració molt inestable anomenada complex activat.
Característiques:
- En aquest estat, alguns enllaços antics s’estan trencant i uns de nous s’estan formant.
- El complex activat té una energia màxima al llarg del camí de reacció (el pic al diagrama d’energia).
Avantatge: Permet descriure el procés a nivell energètic i molecular, i connecta amb l’equació d’Arrhenius per explicar com la temperatura i l’energia d’activació afecten la velocitat.
Limitació: És un model teòric; el complex activat no es pot observar directament en la majoria de casos.

⚡ L’energia d’activació

Perquè els àtoms de les molècules (o cristalls) dels reactius es reorganitzin i donin lloc als productes, cal que xoquin amb energia suficient.

Només així es poden trencar els enllaços antics i formar-ne de nous.

👉 Definició:

L’energia d’activació és l’energia mínima que cal aportar als reactius🔋perquè les seves col·lisions siguin efectives i es transformin en productes.

Indica si les afirmacions següents són certes o falses.

En algunes circumstàncies la reacció es produeix sense que s’assoleixi l’energia d’activació.
L’energia d’activació és diferent per a cada reacció química.
Sempre que s’assoleix l’energia d’activació es produeix una reacció.
Com més compostos formen els reactius, més gran és l’energia d’activació de la reacció.

Indica si les afirmacions següents són certes o falses (respostes)

En algunes circumstàncies la reacció es produeix sense que s’assoleixi l’energia d’activació.
❌ Fals. Sempre cal superar l’energia d’activació perquè la reacció s’iniciï.
L’energia d’activació és diferent per a cada reacció química.
✅ Cert. Cada reacció té un camí energètic diferent.
Sempre que s’assoleix l’energia d’activació es produeix una reacció.
✅ Cert. Quan s’arriba a aquest llindar, les col·lisions passen a ser efectives.
Com més compostos formen els reactius, més gran és l’energia d’activació de la reacció.
❌ Fals. El nombre compostos no determina directament l’energia d’activació; depèn del tipus d’enllaços que s’han de trencar i formar.

canvis químics

Podem detectar els canvis químics perquè les propietats fisicoquímiques de les substàncies inicials o reactants són diferents de les de les substàncies formades en la reacció o productes.

És senzill identificar una reacció química quan produeix un canvi en alguna propietat fàcil de mesurar o detectar.

Conservació de la massa

Els àtoms dels reactius i dels productes són els mateixos, de manera que la massa total es conserva en tota reacció química.

Classificació de les reaccions químiques segons diferents criteris

Segons el reagrupament d’àtoms

- - Síntesi: diversos reactius → un sol producte.
  - Descomposició: un reactiu → diversos productes.
  - Substitució: intercanvi d’àtoms o grups entre substàncies.

Segons les partícules que s’intercanvien

- - Acidobàsiques: intercanvi de protons (H⁺).
  - Redox: intercanvi d’electrons entre oxidant i reductor.

Segons l’energia intercanviada amb l’entorn:

- - Exotèrmiques: alliberen més energia de la que absorbeixen (ΔE < 0).
  - Endotèrmiques: absorbeixen més energia de la que alliberen (ΔE > 0).

ESTEQUIOMETRIA

Per representar les reaccions químiques s'utilitza l'equació química.

L'estequiometria és el càlcul de les proporcions entre les substàncies que participen en una reacció química.

Permet calcular les proporcions en què intervenen reactius i productes.

- Les equacions químiques indiquen les fórmules, l’estat físic (s, l, g, aq) i els coeficients estequiomètrics, que representen el nombre de mols implicats.
- A partir dels coeficients es poden establir relacions quantitatives entre mols i, si són gasos en les mateixes condicions, també entre volums.

S'anomenen reaccions homogènies aquelles en les quals totes les substàncies implicades estan en el mateix estat d'agregació.

2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g)

En cas contrari, s'anomenen heterogènies.

CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g)

Exemples:

- Combustió de l’hidrogen:
  
  2H₂ + O₂ → 2H₂O ΔE = –484 kJ/mol (exotèrmica)
- Descomposició del bicarbonat de sodi:

2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂ ΔE = +129 kJ/mol (endotèrmica)

Ajust de reaccions químiques

El coeficient estequiomètric indica la proporció de partícules del compost que reaccionen o es produeixen en el procés. Si no hi apareix cap nombre, s'assumeix que és 1.

Atès que els coeficients estequiomètrics indiquen proporcions, qualsevol múltiple de l'ajust continua sent vàlid.

Bàsicament disposem de dos mètodes per ajustar equacions químiques:

Mitjançant el tempteig, que és el més habitual.
Utilitzant un sistema d'equacions, que es fa servir per a casos complexos.

⚡ Factors que afecten la velocitat d’una reacció química

La velocitat d'una reacció química pot variar segons diversos factors. Aquests factors determinen la freqüència i l'efectivitat de les col·lisions entre les partícules dels reactius. 💥

1. Temperatura 🌡️

Quan augmenta la temperatura, les partícules tenen més energia cinètica. Això fa que es moguin més ràpidament i col·lideixin amb més força i freqüència.

A més temperatura, més energia en les col·lisions. 🔥
Això porta a un augment de col·lisions efectives, és a dir, col·lisions que donen com a resultat una reacció. 🎯
Resultat: La reacció es produeix més ràpidament. 🚀

2. Concentració dels reactius 💧

Una concentració més alta significa que hi ha més partícules dels reactius en un mateix volum.

A més concentració, hi ha més partícules per unitat de volum. 📈
Això augmenta la probabilitat de col·lisions entre les partícules. 🤝
Resultat: Un augment de la velocitat de la reacció. 🏃‍♀️

3. Superfície de contacte (grau de divisió) 🔪

Aquest factor és especialment rellevant per a reaccions que impliquen sòlids. Si un sòlid es tritura o es divideix, la seva superfície total exposada augmenta.

Una major superfície de contacte fa que més partícules del sòlid estiguin disponibles per reaccionar.
Això permet un major nombre de col·lisions entre les partícules sòlides i les d'altres estats (líquid o gas).
Resultat: Una reacció més ràpida. 💨
- Exemple: La reacció de pols de guix amb àcid serà més ràpida que la d'un bloc de guix de la mateixa massa.

4. Catalitzadors ⚙️

Un catalitzador és una substància que accelera una reacció química sense ser consumida durant el procés.

Els catalitzadors actuen reduint l'energia d'activació necessària per a la reacció. ⚡
No es consumeixen ni formen part dels productes finals.
Exemple: El catalitzador d'un tub d'escapament de cotxe converteix els gasos nocius en menys perjudicials més ràpidament. 🚗💨

Aquests factors poden funcionar de manera combinada per a controlar la velocitat d'una reacció, tant en processos naturals com en aplicacions industrials. 🏭

Activitats

Ajusta les reaccions següents:

Co + O2 → Co2O3
HNO3 + Cu → Cu(NO3)2 + H2
CH3CH2OH + O2 → CO2+ H2O

CO + O2 → CO2
KClO3 → KCl + O2
H2SO4 + Al(OH)3 → Al2(SO4)3 + H2O

Page updated

Report abuse