| Experiments | Galeria de Fotos | Glossari | Jocs | Pedagogia | Problemes | Sortir |
L'estructura de l'àtom
Fins fa poc més d'uns cent anys es creia que la part més petita que es podia obtenir de la matèria era l'àtom. Avui dia ja sabem que hi ha partícules més petites, com l'electró, el protó i el neutró. D'altra banda, aquestes partícules es localitzen dins l'àtom en dues zones ben diferenciades: el nucli i l'escorça. D'allò que passa al nucli se n'ocupa la Física Nuclear, mentre que d'allò que ocorre a l'escorça se n'ocupa la Química Quàntica, ja que són els electrons els que intervenen en les reaccions químiques.
Davant la impossibilitat de disposar d'aparells d'observació directa de l'àtom, a causa de les seves dimensions tant reduïdes, els científics han ideat models que tracten de representar i d'explicar com estan organitzats els electrons a l'escorça. Segons el model del que disposem actualment (model mecànico-ondulatori), els electrons no es troben situats a l'atzar, sinó que ocupen espais determinats, de formes diferents, anomenats orbitals.
En conjunt, l'escorça d'un àtom pot comparar-se a un edifici de diverses plantes i amb diversos habitatges a cada planta. Les plantes d'aquest "edifici atòmic" s'anomenen capes o nivells electrònics, i els habitatges de cada planta són els orbitals. A cada orbital només hi caben dos electrons, però el  nombre d'habitatges per planta (el nombre d'orbitals per nivell) varia d'una planta (nivell) a una altra. 
Diferenciació dels elements
Si els àtoms dels 114 elements tenen nucli i escorça, què és el que els diferència els uns dels altres? Per identificar els àtoms dels elements hem de fixar-nos en el nombre de protons. Per exemple:
-Si un àtom té 1 protó és un àtom d'hidrogen
-Si un àtom té 8 protons és un àtom d'oxigen.
El nombre de protons d'un àtom s'anomena nombre atòmic, es representa amb la lletra Z i és com el seu "carnet d'identitat". Com l'àtom és elèctricament neutre,  tindrà el mateix nombre d'electrons que de protons, però si és un ió aquests no tenen perquè coincidir.
La suma del nombre de protons i neutrons s'anomena nombre màssic i es representa amb la lletra A. Pot haver-hi àtoms d'un mateix element  amb un nombre diferent de neutrons (no de protons!), i per tant, amb nombre màssic diferent: són els isòtops.
La massa relativa dels àtoms
Els valors de massa absoluta dels àtoms (el valor que obtindríem si poguéssim pesar-los en una balança) estan molt allunyats de les nostres dimensions i resulten poc pràctics per al treball quotidià en química, és molt més útil treballar amb les masses relatives dels àtoms. Suposem que la massa d'un protó val 1. Llavors, un àtom d'hidrogen, constituït per un protó i un electró, tindrà la massa igual a 1. Un àtom d'oxigen, composat per 8 protons i 8 neutrons, tindrà una massa igual a 16. (es pot considerar que les masses dels neutrons i dels protons són iguals i que la massa de l'electró, respecte a aquests, és nul·la).
En el cas dels elements que tenen dos o més isòtops, trobem la massa relativa de l'element fent la mitja ponderada de les masses relatives de cada isòtop. a la taula periòdica dels elements ja ens apareixen aquestes masses ponderades. Així, un element com el  clor (Cl) té dos isòtops, un format per 17 protons i 18 neutrons i un altre format per 17 protons i 19 neutrons. La massa relativa de cada isòtop, és doncs, 35 i 36 respectivament. Donat que a la naturalesa apareixen en igual proporció, diem que la massa relativa del clor és de 35,5. En d'altres casos, un dels isòtops és majoritari, sent així que la massa de l'element s'assemblarà molt a la de l'isòtop més abundant. L'oxigen té dos isòtops, un que té 8 protons i 8 neutrons (massa relativa = 16) i un altre que té 8 protons i 7 neutrons (massa relativa = 15). Donat que l'isòtop majoritari és el primer, amb una proporció de 1000:1 la massa relativa de l'oxigen val 15,999. 
Per calcular la massa relativa d'una molècula seguim un procediment similar on, en lloc de sumar protons i neutrons, sumem les masses relatives dels àtoms que les componen. Vegem dos exemples:
La massa relativa corresponent a una molècula d'òxid de magnesi (MgO) serà igual a la  suma de les masses corresponents a un àtom de magnesi més la massa corresponent a un àtom d'oxigen (arrodonim 15,999 a 16), és a dir, 24 + 16 = 40.

La massa relativa d'una molècula de diòxid de carboni (CO2) serà igual a la suma de les masses corresponents a un àtom de carboni  més dues vegades la massa d'un àtom d'oxigen (n'hi ha dos): 12 + 2·16 = 44.

Fixem-nos bé en el fet que sumem  les masses de tots els àtoms presents a la molècula, encara que estiguin repetits.
El concepte de mol
Un àtom de carboni (6 protons i 6 neutrons) té una massa 12 vegades més gran que la massa d'un àtom d'hidrogen (1 protó). Sempre que tinguem el mateix nombre d'àtoms de carboni que  d'hidrogen la relació de masses serà de 12:1.

A partir d'aquesta  relació, tindrem que un gram d'hidrogen conté el mateix nombre d'àtoms que 12 grams de carboni. Per tant, si en un gram d'hidrogen hi ha àtoms d'hidrogen, llavors el mateix nombre d'àtoms de carboni, (és a dir) pesarà 12 grams. Com que la massa d'una molècula és la suma de les masses dels àtoms que la formen, molècules d'aigua (H2O) pesaran 2 grams d'hidrogen  més els 16 grams d'oxigen, és a dir, 18 grams.
Sovint necessitem conèixer la quantitat de matèria que ha intervingut en una reacció química. Però per treballar amb àtoms o molècules individuals representa treballar amb nombres molt grans, ja que per petita que sigui la massa, sempre conté una gran quantitat d'àtoms. Per això els químics han adoptat una unitat per a la quantitat de matèria: el mol. La massa d'un mol s'anomena massa molar, i dependrà del tipus de substància que formi el mol.
En el cas dels elements químics, la massa  molar coincideix amb la massa atòmica relativa, que trobarem  a la taula periòdica, expressada en grams. En el cas dels compostos químics, és simplement la suma de les masses atòmiques relatives dels àtoms  presents a la molècula. Fixem-nos que per calcular la massa molar simplement hem de trobar les masses relatives de l'àtom o molècula  i a continuació afegir "grams"!
Exemples:
 
Compost massa relativa massa molar
FeS 55.9 + 32.1 = 88.0 88.0 g
H2O 2.0 + 16.0 = 18.0 18.0 g
NaCl 23.0 + 35.5 = 58.5 58.5 g
Reaccions químiques
Els canvis químics que es produeixen en les substàncies poden ser molt diferents: des de l'espectacular explosió dels focs artificials fins a la lenta acció de l'oxigen per rovellar un clau de ferro. Però tots tenen una característica comuna: l'obtenció de substàncies diferents de les inicials. D'aquest procés de canvi se'n diu reacció química.
En l'apartat "àtoms i molècules" hem esmentat que les substàncies estan formades per molècules, que són conjunts d'àtoms enllaçats entre sí. Si en una reacció química desapareixen unes substàncies per a formar-se'n de noves, vol dir que els enllaços que hi havia inicialment entre els àtoms s'han trencat per formar-se'n de nous. Així doncs:
En una reacció química es trenquen els enllaços de les substàncies inicials (reactius) i es formen altres enllaços que donen lloc a les noves substàncies (productes).
Una manera simple de representar els canvis que tenen lloc durant una reacció química és fer-ho en forma d'equació química:

Els símbols de les substàncies que queden a l'esquerra de la fletxa són els reactius o substàncies inicials. Les substàncies que queden a la dreta són els productes o substàncies que es formen. El signe + entre els reactius significa "reacciona amb" i la fletxa vol dir "per produir". Aquesta equació es llegeix de la manera següent: " l'hidrogen reacciona amb l'oxigen per produir aigua".
Com identificar reaccions químiques
Quan observem una reacció química podem veure diversos canvis: un canvi de color, un despreniment o absorció d'energia, normalment en forma de calor o llum..., una producció d'un gas que no és el resultat de l'ebullició d'un líquid, la formació d'un polsim (anomenat precipitat) quan dos líquids es barregen, etc. Aquestes variacions són provocades pel canvi de reactius a productes, ja que uns i altres tenen propietats diferents.
Aquí us presentem algunes fotografies de canvis químics fetes al laboratori:

Canvi de color
Formació d'un precipitat
Despreniment d'energia en forma de llum
Canvi de volum
Si voleu provar de fer algunes reaccions químiques a casa, visiteu la pàgina:
Experiments per fer a casa
 
Darrera actualització: