Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació

I 0 flashcards i 4 preguntes més al document.

Text del document

APUNTS QUÍMICA I Grau en Biotecnologia Universitat Rovira i Virgili AprenAI 2026-2027 Apunts de Química I (URV): teoria quàntica, enllaç i Lewis, formulació inorgànica i orgànica, forces intermoleculars, dissolucions i estequiometria.

APREN.AI Índex 1 Estructura atòmica i propietats periòdiques Fonaments de la teoria quàntica Nombres quàntics i configuracions electròniques Propietats periòdiques 2 Enllaç químic, estructures de Lewis i geometria molecular Tipus d'enllaç i triangle de van Arkel-Ketelaar Estructures de Lewis, càrrega formal i ressonància Geometria molecular (model RPECV) i hibridació 3 Nomenclatura i formulació inorgànica i orgànica Formulació inorgànica: compostos binaris i ternaris Formulació orgànica: hidrocarburs i radicals Grups funcionals i elecció de la cadena principal 4 Forces intermoleculars, estats d'agregació i estequiometria Balanç d'energia cinètica i estats d'agregació Tipus de forces intermoleculars Reaccions químiques i rendiment Expressions de la concentració 5 Formulari Estructura atòmica i quàntica Enllaç, càrrega formal i geometria molecular Nomenclatura orgànica: elecció de la cadena principal Concentracions de dissolucions i rendiment de reaccions Constants i errors típics Solucions de les preguntes de repàs Aquests apunts poden contenir errors o omissions.

Són un material de suport i no substitueixen el temari oficial ni el professorat: contrasta la informació important. Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 1 1 Estructura atòmica i propietats periòdiques EN ACABAR SABRÀS Interpretar el significat dels quatre nombres quàntics. Escriure configuracions electròniques aplicant el principi de màxima simetria. Comparar el radi atòmic entre espècies neutres i iòniques. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 1 Com influeix la càrrega neta d'un ió en la seva mida respecte a l'àtom neutre de partida? Fonaments de la teoria quàntica La comprensió de l'àtom es basa en l'evolució dels models físics.

Planck va postular que la radiació es transmet en paquets energètics anomenats quants o fotons, mitjançant l'equació , on la constant de Planck val . Posteriorment, Einstein va introduir la dualitat ona- partícula mitjançant la relació . De Broglie va estendre aquesta dualitat a tota la matèria: cada partícula té associada una ona de longitud , apreciable únicament en cossos de massa diminuta. Per la seva banda, Bohr va establir que els electrons es troben quantitzats en òrbites predeterminades.

Més endavant, Schrödinger va formular una equació d'ones basada en l'operador hamiltonià, , que depèn de les coordenades i descriu els orbitals de l'hidrogen; el mòdul al quadrat ^2 representa la probabilitat de trobar l'electró. Així mateix, el principi d'incertesa de Heisenberg afirma la impossibilitat de conèixer simultàniament la posició i el moment lineal d'una partícula: . COMPROVA-HO 2 Què representa físicament el terme Ψ² segons el model ondulatori de Schrödinger? Nombres quàntics i configuracions electròniques La funció d'ona en coordenades esfèriques s'expressa com i queda determinada per quatre nombres quàntics: Nombre quàntic principal ( ): indica la capa o nivell d'energia ( ).

Nombre quàntic angular o azimutal ( ): defineix la subcapa i la forma de l'orbital ( , associats a les lletres s, p, d, f). Nombre quàntic magnètic ( ): determina l'orientació espacial de l'orbital ( ), generant orbitals per subcapa. Nombre quàntic d'espín ( ): descriu el sentit de gir de l'electró, amb valors de o . E = hν h = 6,62 × 10 J 34 s E = mc2 λ = mc h Ψ = H ^ EΨ x, y, z Ψ Δx Δp 4π h Ψ = n,l,m l R (r) n,l Φ (θ, ϕ) l,m l n n = 1, 2, 3, … l l = 0, …

, n 1 m l l m l +l 2l + 1 m s +1/2 1/2 Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 2 L'ompliment electrònic es regeix pel principi d'Aufbau (ordre creixent d'energia segons el diagrama de les diagonals), el principi d'exclusió de Pauli (dos electrons d'un mateix àtom no poden compartir els quatre nombres quàntics, de manera que cada orbital allotja com a màxim 2 electrons amb espins oposats) i la regla de Hund (els electrons ocupen orbitals degenerats de manera desaparellada amb espins paral·lels per assolir major estabilitat). Diagrama d'Aufbau per a l'ompliment d'orbitals atòmics.

A més, existeix una tendència cap a la màxima simetria: les configuracions amb subcapes completament plenes o semiplenes tenen una estabilitat addicional. Per exemple, el coure ( ) adopta la configuració (semiplena i plena) en comptes de l'esperada . Z = 29 [Ar]4s 3d 1 10 [Ar]4s 3d 2 9 Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 3 Esquema de la regla de Hund per a l'oxigen. Propietats periòdiques L'organització dels elements en la taula periòdica determina el comportament de diverses propietats: Radi atòmic: correspon a la meitat de la distància entre els nuclis de dos àtoms veïns idèntics. Una càrrega nuclear efectiva més gran augmenta l'atracció sobre els electrons i redueix el radi.

Pel que fa als ions, es compleix la relació . Potencial o energia d'ionització: energia necessària per extreure un electró d'un àtom neutre en el seu estat fonamental. En augmentar el radi, disminueix l'atracció nuclear i es redueix aquest potencial. Afinitat electrònica: energia que s'allibera quan un àtom neutre en estat fonamental capta un electró. Electronegativitat: mesura de la capacitat d'un àtom per competir i atreure cap a si mateix els electrons en un enllaç. ERROR FREQÜENT Confondre l'energia d'ionització amb l'afinitat electrònica.

La ionització requereix aportar energia per arrencar un electró (procés endotèrmic), mentre que l'afinitat electrònica fa referència a l'energia alliberada en guanyar-ne un. r(cati ) < o ˊ r(neutre) < r(ani ) o ˊ Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 4 ESQUEMA Nombres quàntics IDEES CLAU L'equació d'ona de Schrödinger proporciona orbitals la funció al quadrat dels quals, , determina la densitat de probabilitat electrònica. Els electrons es distribueixen seguint el principi d'Aufbau, el principi d'exclusió de Pauli i la regla de màxima multiplicitat de Hund. La configuració electrònica del coure ( ) és una excepció per estabilitat de capa completa: .

El radi iònic segueix sempre la jerarquia: catió menor que neutre, i neutre menor que anió. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 3. Quins valors pot prendre el nombre quàntic magnètic per a un orbital amb ? 4. Per què el catió té una mida inferior a la de l'àtom neutre original? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 5. Quina és la configuració electrònica més estable per a l'àtom de Cu (Z = 29)? 6. Quin principi estableix que no poden existir dos electrons amb els quatre nombres quàntics idèntics?

Principal (n) Defineix el nivell o capa d'energia Angular (l) Determina la subcapa i forma geomètrica Magnètic (ml) Indica l'orientació espacial de l'orbital Espín (ms) Sentit de rotació intrínsec de l'electró Ψ2 Z = 29 [Ar]4s 3d 1 10 l = 2 [Ar] 3d¹ 4p¹ a) [Ar] 4s¹ 3d¹ b) [Ar] 4s² 3d c) [Ar] 4s² 3d¹ d) Regla de Hund a) Principi d'Aufbau b) Principi d'exclusió de Pauli c) Principi d'incertesa de Heisenberg d) Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 5 7. Com varia el radi dels ions en comparació amb el seu àtom neutre? 8. Quina propietat mesura l'energia alliberada en afegir un electró a un àtom neutre?

2 Enllaç químic, estructures de Lewis i geometria molecular EN ACABAR SABRÀS Calcular la càrrega formal dels àtoms en una estructura de Lewis. Preveure la geometria molecular mitjançant el model RPECV. Distingir entre els enllaços sigma i pi pel tipus de solapament. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 9 Per què molècules com el CH i el H O tenen angles diferents tot i tenir quatre parells electrònics al voltant de l'àtom central? Tipus d'enllaç i triangle de van Arkel-Ketelaar La unió entre àtoms es classifica segons la transferència o compartició d'electrons: Iònic: transferència d'electrons entre àtoms, formant cations i anions. Covalent: compartició de parells electrònics entre àtoms.

Metàl·lic: electrons deslocalitzats que es comparteixen en un núvol col·lectiu. La diferència d'electronegativitat ( ) permet distingir el caràcter predominant de l'enllaç: Tipus d'enllaç Diferència d'electronegativitat ( ) Covalent pur Covalent polar Iònic-covalent Iònic pur r(catió) < r(anió) < r(neutre) a) r(neutre) < r(catió) < r(anió) b) r(catió) < r(neutre) < r(anió) c) r(anió) < r(neutre) < r(catió) d) Potencial d'ionització a) Electronegativitat b) Càrrega formal c) Afinitat electrònica d) Δχ Δχ Δχ < 0,5 0,5 < Δχ < 1,2 1,2 < Δχ < 2 2 < Δχ Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 6 Diagrama de van Arkel-Ketelaar per a la classificació d'enllaços.

Estructures de Lewis, càrrega formal i ressonància Per representar una molècula segons la teoria de Lewis, s'apliquen quatre passos successius: L'estructura més estable compleix: càrregues formals el més properes a 0 possible, octets complets i les càrregues negatives situades sobre els àtoms més electronegatius. Quan una molècula es pot descriure mitjançant diverses estructures anàlogues, es produeix el fenomen de la ressonància (com en el benzè). Formes de ressonància per a la molècula de benzè.

Com a excepcions a la regla de l'octet, trobem compostos derivats de metalls de transició, molècules amb un nombre senar d'electrons de valència, àtoms amb dèficit electrònic ( ) o àtoms centrals que presenten l'octet expandit. Comptabilitzar tots els electrons de la capa de valència. 1 Dibuixar l'esquelet atòmic d'acord amb la fórmula molecular. 2 Completar els octets dels àtoms perifèrics i, posteriorment, de l'àtom central. 3 Calcular la càrrega formal de cada àtom mitjançant la relació: 4 CF = e val ncia e ˋ e estructura de Lewis < 8 e Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 7 COMPROVA-HO 10 Quins criteris determinen quina forma ressonant és la més representativa?

Geometria molecular (model RPECV) i hibridació El model de Repulsió dels Parells d'Electrons de la Capa de València (RPECV) prediu la forma geomètrica minimitzant les repulsions interelectròniques. S'utilitza la notació , on indica els parells enllaçants i els parells no enllaçants. Si no hi ha parells solitaris ( ), la geometria dels grups d'electrons coincideix amb la geometria molecular.

Notació RPECV Geometria grups Geometria molecular Angles Hibridació Lineal Lineal ( ) Trigonal plana Trigonal plana ( ) Trigonal plana Angular ( ) — Tetraèdrica Tetraèdrica ( ) Tetraèdrica Piràmide trigonal ( ) — Tetraèdrica Angular ( ) — Bipiràmide trigonal Bipiràmide trigonal ( ) Bipiràmide trigonal En T ( ) — Bipiràmide trigonal Lineal ( ) — Octaèdrica Octaèdrica ( ) Octaèdrica Piràmide quadrada ( ) — Octaèdrica Plana quadrada ( ) — La polaritat molecular depèn tant de la diferència d'electronegativitat com de la disposició geomètrica: el vector suma dels moments dipolars determina el moment dipolar total ( ).

Segons la teoria de l'enllaç de valència, els enllaços es formen per solapament d'orbitals atòmics. La hibridació és una racionalització matemàtica d'una observació experimental (no un procés físic real). Es distingeixen dos tipus principals d'enllaços: Enllaç sigma ( ): solapament frontal o longitudinal al llarg de l'eix internuclear. Enllaç pi ( ): solapament lateral o paral·lel d'orbitals, que impedeix el lliure gir i atorga rigidesa a la molècula.

AX E n m X E E = 0 e AX 2 BeCl 2 180 sp AX 3 BF 3 120 sp2 AX E 2 SO 2 120 AX 4 CH 4 109,5 sp3 AX E 3 NH 3 109,5 AX E 2 2 H O 2 109,5 AX 5 PCl 5 90 /120 sp d 3 AX E 3 2 ClF 3 90 AX E 2 3 XeF 2 180 AX 6 SF 6 90 sp d 3 2 AX E 5 BrF 5 90 AX E 4 2 XeF 4 90 μ σ π Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 8 ERROR FREQÜENT Confondre la geometria dels dominis o grups electrònics amb la geometria molecular. Per exemple, la molècula de té distribució electrònica tetraèdrica, però la seva geometria molecular és angular degut als dos parells lliures.

PROCÉS Passos per a l'estructura de Lewis 1 Comptar electrons Sumar tots els electrons de valència 2 Dibuixar esquelet Unir àtoms segons la fórmula química 3 Completar octets Primer àtoms perifèrics i després el central 4 Calcular càrrega formal Ajustar càrregues el més properes a zero IDEES CLAU El caràcter de l'enllaç depèn del gradient de , sent iònic pur per sobre de 2. El model RPECV minimitza les repulsions considerant tant els enllaços com els parells no compartits. L'enllaç sorgeix de solapaments longitudinals, mentre que l'enllaç es forma per solapament paral·lel i aporta rigidesa estructural. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 11. Quina geometria molecular presenta una espècie del tipus ?

12. Quina diferència mecànica existeix entre un enllaç i un ? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 13. Quin tipus d'enllaç predomina quan Δχ és inferior a 0,5? 14. Quina és la geometria molecular de la molècula XeF (AX E )? 15. Quin valor d'angle d'enllaç caracteritza una geometria trigonal plana com el BF ? H O 2 Δχ σ π AX E 3 σ π Iònic-covalent a) Covalent polar b) Covalent pur c) Iònic pur d) Tetraèdrica a) Piràmide quadrada b) Plana quadrada c) Octaèdrica d) 109,5° a) 90° b) 180° c) 120° d) Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 9 16. Com es defineix l'enllaç pi (π)?

3 Nomenclatura i formulació inorgànica i orgànica EN ACABAR SABRÀS Identificar i formular sals, òxids i oxoàcids inorgànics. Reconèixer els noms propis de compostos aromàtics i radicals orgànics. Determinar correctament la cadena principal d'un compost polifuncional. PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 17 Si una molècula conté una funció àcid carboxílic i un grup alcohol, quina terminació rep el compost?

Formulació inorgànica: compostos binaris i ternaris La nomenclatura inorgànica s'organitza en tres sistemes fonamentals (sistemàtica amb prefixos multiplicadors, Stock amb la valència entre parèntesis i tradicional mitjançant prefixos i sufixos): Sals neutres ( ): s'anomenen acabant el no metall en -ur (ex. clorur de sodi). Òxids metàl·lics ( ) i anhídrids ( ): en la tradicional s'utilitzen els sufixos i prefixos corresponents al nombre de valències del metall o no metall (hipo-...-ós, -ós, -ic, per-...-ic). Hidrurs metàl·lics ( ) i hidràcids ( ): els hidràcids s'anomenen tradicionalment com a àcid [no-metall]-hídric o sistemàticament com a [no-metall]-ur d'hidrogen.

Hidròxids ( ): formats per un catió metàl·lic i l'anió hidròxid. Oxoàcids ( ): provenen de la hidratació dels òxids no metàl·lics. S'utilitza el prefix meta- per a la incorporació d'una molècula de i orto- per a tres molècules d'aigua (amb excepcions com l'àcid ortosilícic amb i l'ortoperiòdic amb ). En són exemples: (àcid nítric), (àcid carbònic) i (àcid ortofosfòric). Oxisals ( ): substitueixen els sufixos de l'oxoàcid de partida: -ós passa a -it, i -ic passa a -at. COMPROVA-HO 18 Com es transforma el nom de l'oxoàcid al formar una oxisal en el sistema tradicional?

Solapament frontal sobre l'eix a) Transferència total d'electrons b) Solapament lateral d'orbitals paral·lels c) Atracció electrostàtica pura d) M N a b M O 2m n N O 2 n MH n H N n M(OH) n H N O a b c H O 2 +2 H O 2 +5 H O 2 HNO 3 H CO 2 3 H PO 3 4 M (N O ) a b c n Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 10 Formulació orgànica: hidrocarburs i radicals Els hidrocarburs s'estructuren en funció del tipus d'enllaç entre carbonis: Alcans: enllaços simples, terminació en -à. Alquens: contenen dobles enllaços, sufix -è indicant els localitzadors. Alquins: presenten triples enllaços, terminació en -í. Cíclics: s'anteposa el prefix ciclo- a la cadena principal.

Derivats aromàtics: les posicions relatives en l'anell benzènic s'anomenen orto- (1,2), meta- (1,3) i para- (1,4). Els compostos aromàtics de referència inclouen el benzè, el toluè, el naftalè, l'estirè, l'antracè i el fenol. Estructures i noms d'hidrocarburs aromàtics i radicals derivats. Els radicals s'anomenen acabats en -il i s'ordenen alfabèticament.

Alguns radicals presenten nomenclatura pròpia segons la seva ramificació: Prefix Descripció estructural Exemple iso- Dos metils a l'extrem de la cadena Isobutil ( ) neo- Tres metils a l'extrem de la cadena Neopentil ( ) sec- Un grup metil unit directament al carboni radical sec-butil ( ) terc- Dos grups metil units directament al carboni radical terc-butil ( ) Grups funcionals i elecció de la cadena principal La prioritat dels grups funcionals determina la funció principal (sufix) o subordinada (radical com a prefix): CH 2 CH(CH ) 3 2 CH 2 C(CH ) 3 3 CH(CH ) 3 CH 2 CH 3 C(CH ) 3 3 Àcid carboxílic (-COOH): principal àcid ...-oic; radical carboxi-.

Els anhídrids deriven de dos àcids carboxílics units ( ). 1 R-COO-CO-R' + H O 2 Èster (-COOR): principal -oat de ...-il; radical oxicarbonil-. 2 Amida ( ): principal -amida (secundàries com ); radical carbamoïl-. 3 CONH 2 N-...amida Nitril ( ): principal -nitril. 4 C N Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 11 Per establir la cadena principal se segueixen aquests criteris d'elecció en ordre jeràrquic: ERROR FREQÜENT Triar la cadena de carbonis més llarga de la molècula sense verificar prèviament si inclou el grup funcional d'ordre de prioritat més alt. El grup principal mana sempre en l'elecció de la cadena.

PROCÉS Criteris d'elecció de la cadena principal Aldehid ( ): principal -al; radical formil-. Els halogenurs d'acil ( ) s'anomenen halogenur de ...-oil. 5 CHO COX Cetona ( ): principal -ona; radical cetona / oxo-. 6 CO Alcohol ( ): principal -ol; radical hidroxi-. 7 OH Amina ( ): principal -amina. 8 NH 2 Èter ( ): principal ...-il ...-il èter; radical ...-oxi. 9 O La cadena més llarga que contingui el grup funcional principal. 1 En cas d'empat, aquella que contingui el grup principal un major nombre de vegades. 2 Si persisteix l'empat, la que inclogui més grups secundaris. 3 La cadena que contingui més insaturacions (dobles i triples enllaços).

4 En cas d'empat, la que posseeixi un nombre superior de dobles enllaços. 5 Aquella que atorgui els localitzadors més baixos possibles als substituents. 6 Grup principal Cadena més llarga que el contingui 1 Freqüència del principal Més aparicions del grup principal 2 Altres grups Màxim nombre de grups secundaris 3 Insaturacions Major nombre d'enllaços múltiples 4 Localitzadors més baixos Numeració que atorgui xifres menors 5 Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 12 IDEES CLAU En la formulació inorgànica tradicional d'oxisals, el sufix -ós es converteix en -it i el sufix -ic en -at.

Els radicals ramificats es classifiquen en iso-, neo-, sec- i terc- en funció de la posició dels grups metil. L'elecció de la cadena orgànica principal prioritize sempre la funció química d'ordre superior per damunt de la longitud pura. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 19. Quines posicions relatives d'un anell de benzè corresponen a la designació orto? 20. Com s'anomena un grup carboxílic quan actua com a substituent secundari? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 21. Com s'anomenen les posicions 1,3 en un anell de benzè amb dos substituents? 22. Quin prefix s'utilitza per a un radical amb dos grups metil units directament al carboni d'unió? 23.

Quin d'aquests grups funcionals té la màxima prioritat en nomenclatura orgànica? 24. Com canvia el sufix d'un oxoàcid que acaba en -ic quan passa a formar una oxisal? Meta (m-) a) Orto (o-) b) Para (p-) c) Sec- d) terc- a) iso- b) neo- c) sec- d) Aldehid a) Alcohol b) Cetona c) Àcid carboxílic d) -oic a) -at b) -ur c) -it d) Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 13 4 Forces intermoleculars, estats d'agregació i estequiometria EN ACABAR SABRÀS Classificar els tipus d'interaccions intermoleculars segons les espècies presents. Calcular la concentració de solucions en molaritat, molalitat i fracció molar. Determinar el rendiment percentual d'una reacció química.

PENSA-HI ABANS DE LLEGIR 25 Per què l'aigua té un punt d'ebullició molt més alt que altres hidrurs de massa molar semblant? Balanç d'energia cinètica i estats d'agregació L'estat d'una substància depèn de l'equilibri entre l'energia cinètica de les partícules i les forces atractives: Gas: presenta desordre absolut i gran espai buit entre molècules. S'afavoreix per un augment de temperatura ( ) o una disminució de pressió ( ). Líquid: les partícules formen agregats units però desordenats, amb mobilitat relativa. Sòlid cristal·lí: les partícules es troben estretament unides i altament ordenades en una xarxa tridimensional.

Tipus de forces intermoleculars Les forces intermoleculars són notablement més febles que els enllaços químics primaris (iònic, covalent i metàl·lic): T P Forces ió-dipol: atracció electrostàtica entre un ió (catió o anió) i una molècula amb dipol permanent. La intensitat augmenta en augmentar la càrrega de l'ió, disminuir la seva mida o créixer el moment dipolar ( ). 1 μ Forces dipol-dipol: interacció entre molècules que presenten dipols permanents. La intensitat s'incrementa amb la mida molecular i el moment dipolar. 2 Forces d'inducció (Debye): atracció entre una molècula amb dipol permanent i una molècula apolar a la qual s'indueix un dipol momentani.

3 Forces de dispersió de London: presents entre molècules apolars a conseqüència de dipols instantanis i induïts. Depenen de la polaritzabilitat (facilitat per distorsionar el núvol electrònic), la qual és major quan augmenta la mida de la molècula o quan aquesta presenta una estructura més allargada. 4 Ponts d'hidrogen: cas extrem d'atracció dipol-dipol produït quan un àtom d'hidrogen està unit covalentment a un àtom molt petit i fortament electronegatiu (N, O o F), establint una atracció amb els parells electrònics no enllaçants d'un altre àtom electronegatiu veí.

5 Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 14 COMPROVA-HO 26 Quins són els tres elements que permeten la formació d'enllaços per pont d'hidrogen en unir- se a l'hidrogen? Reaccions químiques i rendiment Una equació química expressa el pas de reactius a productes, i el seu funcionament físic s'evidencia per canvis de color, formació de precipitats o despreniment de gasos. Tota equació ha d'estar ajustada estequiomètricament i especificar l'estat de la matèria dels components.

Tipus de reacció Mecanisme o descripció Esquema general Combustió Reacció amb oxigen ( ) alliberant calor, i Combinació Dos o més reactius s'uneixen per formar un sol producte Descomposició Una substància es fragmenta en dues o més Desplaçament Un àtom enllaçat és substituït per un de nou Metàtesi Desplaçament doble per intercanvi entre espècies A la pràctica, no s'obté la totalitat del producte que es preveu teòricament.

El rendiment percentual de la reacció es determina mitjançant la fórmula: Expressions de la concentració La quantitat de solut present en una dissolució s'expressa mitjançant diverses unitats: Molaritat ( ): Molalitat ( ): Fracció molar ( ): Percentatge molar ( ): O 2 CO 2 H O 2 Subst ncia + a ˋ O 2 CO + 2 H O + 2 Q A + B AB AB A + B AB + C AC + B AB + CD AD + CB Rendiment (%) = × g te rics o ˋ g real 100 M M = L de dissolucio ˊ mols de solut m m = kg de dissolvent mols de solut X i X = i mols totals mols de solut % % = X × i 100 Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 15 ERROR FREQÜENT Confondre el volum total de la dissolució utilitzat a la molaritat (en litres) amb la massa del dissolvent pura que requereix la molalitat (en quilograms).

Aquesta barreja invalida els càlculs estequiomètrics. CAUSES I CONSEQÜÈNCIES Augment de temperatura Major energia cinètica de les partícules Disminució de pressió Major espai per a l'expansió Estat gasós de la matèria Desordre total Separació de partícules i molt espai buit IDEES CLAU Les forces intermoleculars són més febles que els enllaços primaris i governen els punts d'ebullició i fusió. Els ponts d'hidrogen només es produeixen quan l'hidrogen està lligat a N, O o F. La molalitat utilitza la massa de dissolvent en kg, a diferència de la molaritat que depèn del volum de dissolució en L. COMPROVA EL QUE HAS APRÈS 27. En què es diferencia una reacció de desplaçament d'una de metàtesi? 28.

Com es calcula el rendiment d'una reacció química? Test Encercla la resposta correcta. Les solucions són al final. 29. Quin tipus d'interacció s'estableix entre una molècula amb dipol permanent i una apolar? 30. Quins àtoms formen ponts d'hidrogen quan s'uneixen covalentment a l'hidrogen? Ió-dipol a) Forces de Debye (inducció) b) Pont d'hidrogen c) Forces de London d) C, N, O a) P, S, Cl b) Cl, Br, I c) N, O, F d) Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 16 31. Com es defineix la molalitat (m)? 32. Quin nom rep una reacció del tipus AB + CD -> AD + CB?

5 Formulari Estructura atòmica i quàntica Fórmula o procediment Significat dels símbols Quan s'utilitza : energia del fotó; : constant de Planck; : freqüència Quantització de la radiació electromagnètica : longitud d'ona; : massa; : velocitat de la llum Dualitat ona-partícula de De Broglie : incertesa en la posició; : incertesa en el moment lineal Principi d'incertesa de Heisenberg : nombre quàntic angular ( ) Càlcul d'orbitals disponibles per cada subcapa Enllaç, càrrega formal i geometria molecular Fórmula o procediment Significat dels símbols Quan s'utilitza CF: càrrega formal; : electrons de l'àtom lliure; : electrons assignats Avaluació de l'estabilitat d'estructures ressonants de Lewis Comptar valència Dibuixar esquelet Completar octets perifèrics i central Avaluar CF Passos ordenats de la representació de Lewis Dibuix d'estructures moleculars covalents (covalent pur) (covalent polar) (iònic-covalent) (iònic pur) : gradient d'electronegativitat entre els àtoms enllaçats Determinació del caràcter de l'enllaç químic Fracció de mols de solut sobre totals a) Mols de solut per litre de dissolució b) Mols de solut per quilogram de dissolvent c) Grams de solut per litre d'aigua d) Desplaçament simple a) Metàtesi b) Combustió c) Descomposició d) E = hν E h = 6,62 × 10 Js 34 ν mc = ν h ν = mc h ν m c Δx × Δp 4π h Δx Δp 2l + 1 l 0 n 1 CF = e val ncia e ˋ e Lewis e val ncia e ˋ e Lewis e Δχ < 0,5 0,5 < Δχ < 1,2 1,2 < Δχ < 2 Δχ > 2 Δχ Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 17 Nomenclatura orgànica: elecció de la cadena principal Fórmula o procediment Significat dels símbols Quan s'utilitza Cadena amb grup principal Més aparicions del principal Més grups secundaris Més insaturacions Més dobles enllaços Localitzadors menors Criteris d'elecció ordenats per prioritat descendent (en cas d'empat es passa al següent) Identificació de la cadena base en compostos polifuncionals Concentracions de dissolucions i rendiment de reaccions Fórmula o procediment Significat dels símbols Quan s'utilitza : molaritat; mols de solut per volum total de solució en litres Expressió de concentració molar en volum : molalitat; mols de solut per massa pura de dissolvent en quilograms Concentració en massa invariant amb la temperatura : fracció molar; adimensional Càlcul de proporcions moleculars en mescles : massa obtinguda experimentalment; : massa màxima teòrica Avaluació de l'eficiència estequiomètrica d'una reacció Constants i errors típics Constant de Planck: .

Excepció de simetria del coure: el coure ( ) té configuració (subcapes semiplena i plena) i no pas . Radi d'espècies iòniques: el radi iònic compleix sempre la seqüència . Confusió Molaritat vs. Molalitat: el denominador de la molaritat ( ) és el volum de la dissolució en litres, mentre que el de la molalitat ( ) és la massa del dissolvent sol en quilograms.

M = L dissolucio ˊ mols solut M m = kg dissolvent mols solut m X = i mols totals mols solut X i Rendiment (%) = × g te rics o ˋ g real 100 g real g te rics o ˋ h = 6,62 × 10 Js 34 Z = 29 [Ar]4s 3d 1 10 [Ar]4s 3d 2 9 r(cati ) < o ˊ r(neutre) < r(ani ) o ˊ M m Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 18 Solucions de les preguntes de repàs 1. La pèrdua d'electrons redueix el radi (catió menor que el neutre) i el guany l'augmenta (anió més gran). 2. Representa la densitat de probabilitat de trobar l'electró en una regió concreta de l'espai al voltant del nucli. 3. Pot adoptar cinc valors enters: , corresponents als orbitals de la subcapa d. 4.

En perdre electrons, la càrrega nuclear positiva atrau amb més força els electrons restants, comprimint el núvol electrònic. 5. b) [Ar] 4s¹ 3d¹ . La configuració [Ar] 4s¹ 3d¹ presenta subcapes semiplena (4s) i plena (3d), proporcionant la màxima simetria i estabilitat. 6. c) Principi d'exclusió de Pauli. El principi d'exclusió de Pauli limita la capacitat d'un orbital a un màxim de dos electrons amb espins contraris. 7. c) r(catió) < r(neutre) < r(anió). Els cations perden electrons i es contrauen, mentre que els anions en guanyen i s'expandeixen per repulsió. 8. d) Afinitat electrònica.

L'afinitat electrònica és estrictament l'energia alliberada quan un àtom neutre en estat fonamental capta un electró. 9. Perquè els parells no enllaçants de l'oxigen exerceixen més repulsió que els enllaços, tancant la geometria d'un tetraedre a una forma angular. 10. Aquella que tingui les càrregues formals més properes a zero i les càrregues negatives sobre els elements més electronegatius. 11. Presenta una geometria de piràmide trigonal, com en el cas de l'amoníac ( ). 12. El es produeix per solapament frontal de cara a l'eix, i el per solapament lateral paral·lel, que aporta rigidesa. 13. c) Covalent pur.

Diferències d'electronegativitat inferiors a 0,5 defineixen enllaços covalents purs o apolars. 14. c) Plana quadrada. Amb 4 enllaços i 2 parells solitaris en disposició octaèdrica, la forma molecular resultant és plana quadrada. 15. d) 120°. La disposició simètrica de tres dominis en un mateix pla genera angles exactes de 120°. 16. c) Solapament lateral d'orbitals paral·lels. L'enllaç pi es forma per la interacció lateral d'orbitals atòmics que es troben orientats en paral·lel. 17. Rep la terminació de l'àcid carboxílic (-oic), ja que té prioritat superior, tractant l'alcohol com a radical hidroxil. 18. El sufix -ós es converteix en -it, i el sufix -ic passa a -at. 19.

Corresponen a les posicions consecutives 1 i 2 de l'anell aromàtic. 20. S'anomena mitjançant el prefix carboxi-. 21. a) Meta (m-). La disposició 1,3 rep clàssicament el prefix meta- (m-). 22. a) terc-. El radical terc- (o terciari) presenta dos metils sobre el carboni radical que s'enllaça a la cadena. 2, 1, 0, +1, +2 NH 3 σ π Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 19 23. d) Àcid carboxílic. L'àcid carboxílic és el grup principal que encapçala la jerarquia de prioritat dels compostos orgànics. 24. b) -at. La regla tradicional estableix que l'àcid acabat en -ic genera sals amb la terminació -at. 25.

A causa dels ponts d'hidrogen intermoleculars, que exigeixen una aportació addicional d'energia per separar les molècules. 26. Únicament el nitrogen (N), l'oxigen (O) i el fluor (F), a causa de la seva mida petita i molt alta electronegativitat. 27. En el desplaçament simple un sol element en substitueix un altre (AB + C -> AC + B), mentre que en la metàtesi hi ha un doble intercanvi d'ions (AB + CD -> AD + CB). 28. Dividint la massa real obtinguda experimentalment entre la massa teòrica calculada per estequiometria, multiplicat per 100. 29. b) Forces de Debye (inducció). La inducció d'un dipol sobre una molècula apolar per part d'un dipol permanent correspon a les forces de Debye. 30.

d) N, O, F. Només el nitrogen, l'oxigen i el fluor posseeixen l'electronegativitat i mida adients per a l'enllaç d'hidrogen. 31. c) Mols de solut per quilogram de dissolvent. La molalitat s'expressa dividint els mols de solut entre els quilograms exclusius del dissolvent. 32. b) Metàtesi. La transferència i intercanvi mutu de dos grups o ions s'anomena reacció de metàtesi o doble desplaçament. Química I: Estructura atòmica, Enllaç i Formulació 20