Unitat 2

Unitat 2. Com és la matèria?

Vau dedicar una bona part del curs passat a treballar l'estructura microscòpica de la matèria. Aquest és un problema fonamental en ciències, especialment per les aplicacions que té tant en la vida diària com en la investigació. Durant el present curs anem a aprofundir en l'estudi d'aquest problema. Començarem recuperant la idea de què tota la matèria està formada per partícules. L'usarem per explicar com són i com es comporten els sòlids, líquids i gasos. A continuació abordarem el problema de la composició de la matèria i, finalment, el de la transformació de les substàncies. 

Una part important del que anem a investigar en aquesta unitat es va investigar el curs passat. Per aquest motiu no anem a conformar-nos amb fer el mateix que ja vam fer, sinó que anem a usar les teories que vam establir per abordar problemes més complexos com el funcionament dels motors, l'impacte que diferents aliments tenen sobre la salut, l'efectivitat dels medicaments, etc.

1. Com són éls gasos, líquids i sòlids?

2. Com expliquem la diversitat de la matèria?

3. La nostra vida quotidiana està envoltada de mescles

4. L'aigua és una substància pura?
5. Problemes oberts.

1. Com són els gasos, líquids i sòlids?

A1. Feu l'activitat 1 del següent document.

Treball experimental. PORTFOLI. Feu les següents pràctiques al laboratori:

• Tapar un got d’aigua amb paper.
• Apagar una espelma amb aigua dins d’un got.
• Intentar unflar un globus dins d’una botella.
• Model de pulmons.
• Alçar una moneda que tapa una botella.
• Clavar una boleta de paper en una botella d’un bufit.
• Posar una pastilla efervescent en un pot tancat i que bote el tap.

 Heu de lliurar al final de la sessió el treball fet a classe. En cada experiència has d'explicar com està el sistema al principi a nivell macroscòpic i l'has de representar a nivell microscòpic. A continuació, representa com evolucionarà a nivell microscòpic i explica quines magnituds macroscòpiques canviaran. 

Exemple d'informe a lliurar: 
https://drive.google.com/open?id=1WaOsiI45fr1crhYPQahyCfAb1plS_qiTAgKE8AYhY

Guió dels treballs experimentals: https://drive.google.com/open?id=1i_Z0uiHtqAPvH-ADJBxmJyHPOqRYY_ljy8Lc_Ng3b8Q

Pots ajudar-te de les activitats del següent document per tal de revisar els conceptes abans de fer els informes: 

https://drive.google.com/open?id=1tHHHCt5e3VMZZHMcuAFWH9Xrf8_6RrmAAeZOpOL8k

A2 i 3. PORTFOLI. Feu les activitats 2 i 3 del document anterior. Per a revisar les activitats ajuda't de simulacions dels estats de la matèria.

Treball experimental: Com funciona un motor tèrmic?

2. Com expliquem la diversitat de la matèria?

La teoria cinètico-corpuscular que hem usat abans és útil per explicar com són i com es comporten els sòlids, líquids i gasos. Tanmateix, té una primera mancança important: no explica les diferències entre uns gasos i altres, o entre un sòlids i altres... Sabem que l'aigua no és igual que l'oli, i que aquests dos líquids no són iguals que l'alcohol. Problemes similars podem plantejar amb els sòlids i els gasos. Necessitem, per tant, modificar el model cinètico-corpuscular per donar compte de la diversitat de la matèria, de l'existència de substàncies diferents.

A4. El professor porta un recipient que conté un líquid transparent. Què podem fer per determinar quin és el líquid que conté el recipient?

A5. Què veuríem, si fóra possible veure les partícules del líquid? Distingiu què es voria si fóra una mescla o un líquid pur.

A6. PORTFOLI. Resumiu en una taula tot el que hem establit sobre substàncies pures i mescles a nivell microscòpic i macroscòpic.

A7. Com podem indicar la composició d’una mescla? Introducció de la concentració en massa (g/l) i del percentatge.

• Quan llegim en una botella de vi que té un 13% d'alcohol, què vol dir això?
• El apiretal, un medicament infantil, té 100 mg/ml de paracetamol, què vol dir això? I per què no el fabriquen pur?

3. La nostra vida quotidiana està envoltada de mescles

A8. Quina és la concentració de sucre en la Coca-cola? Les autoritats sanitàries recomanen no ingerir més de 25 grams de sucres afegits al dia. Quina quantitat de Coca-cola pots prendre sense superar aquesta recomanació? 

Després de fer el càlcul, valora l'impacte que tenen els refrescos sobre la obesitat de la població.

A9. On hi ha més alcohol?

• En un xupito (5 cl) de cassalla (40% alcohol).
• En una cervesa (33 cl) amb un 5% d’acohol.
• Una copa de vi (125 ml) amb un 13,5% d’alcohol.
• Com es pot extraure alcohol d’una beguda? Informa-te'n i redacta un paràgraf explicant-ho.

A10. El reglament general de circulació prohibeix conduir quan el text d’alcoholèmia indica una taxa superior a 0,25 mg d’alcohol etílic per litre d’aire espirat. Si en realitzar aquest test a un conductor es detecta que 200 cm3 d’aire espirat contenen 0,11 mg d’alcohol etílic, serà positiu el test?

A11. L’aigua de la mar té una concentració de 40 g/l de sal. Quina quantitat d’aigua cal tractar per obtindre 1 kg de sal? Quin procediment s’usa per separar la sal i l’aigua? informa-te'n i redacta un paràgraf explicant-ho.

A12. Un comprimit d’aspirina està format per 500 mg d’àcid acetilsalicílic i 125 mg d’excipients (midó i cel·lulosa, són components que s'afegeixen per a què es puga prendre còmodament, si només es posara el principi actiu seria massa menuda). Calcula la composició en % en massa. Representa la pastilla amb partícules, de forma aproximada.

Visualitza el següent vídeo sobre la homeopatia:

A13. El teu cosí Josep es pren cada dia un cafè per a desdejunar, un Monster a meitat matí i un te verd després de dinar, acompanyat d’una pastilleta de xocolata negra (20 grams) . La quantitat de cafeïna que conté cadascun d’aquest aliments és:

• Cafè: 2,5 mg/ml. En una tassa de cafè hi ha aproximadament 4 cl.
• Monster: 0,32 mg/ml. Una llaura té mig litre.
• Te verd: 0,15 mg/ml. En una tassa de te hi ha aproximadament 12,5 cl.
• Xocolata: 0,04% de cafeïna.

Les autoritats sanitàries recomanen no superar la quantitat de 300 mg de cafeïna al dia (en un adult!!!). El teu cosí hauria de fer canvis en els seus hàbits?
Representa amb partícules els 4 aliments, de forma aproximada.
Investiga, a través d’Internet, com s’obté el cafè descafeïnat.

A14. Llig la següent conversa:

Maria: He de prendre aquest medicament, però no m’agrada gens!
Laura: Desfes-lo en un got d’aigua i així notaràs menys el gust.
Maria: Què dius! Si pose tanta aigua seria com si no prenguera res!

Estàs d’acord amb Maria o amb Laura? Justifica la teua resposta amb l’ajuda de dibuixos.

A15. Has trobat a casa del teu avi un anell daurat. Quines proves podries fer saber si és o no és d’or? Justifica la teua resposta indicant quins resultats t’indicarien si és o no és d’or.

Llig el següent text i fes les activitats que hi ha al final.

A16. PORTFOLI. Afegiu a la taula de substàncies simples i mescles les expressions matemàtiques corresponents a la concentració i el percentatge.

Treball experimental: (l'informe del treball s'ha de posar al PORTFOLI) preparació de dissolucions a partir de solut sòlid. Cristal·lització.

4. L'aigua és una substància pura?

A17. Experiment: Fem a classe per a tot el grup una electròlisi d'aigua.

• Quin és el gas que observem? Com ho podem comprovar?
• Expliqueu d'on ix eixe gas.

A18. Anomena o formula les següents substàncies:

• Les piles que uses en els aparells elèctrics contenen substàncies que, en transformar-se, generen corrents elèctrics. Algunes d'aquestes substàncies són les següents:
  • Diòxid de manganés:
  • Òxid de dimercuri (en algunes piles de botó, molt contaminant, ja no es venen):
  • Diòxid de plom (en les bateries de cotxe):
  • Òxid de diplata (en algunes piles de botó):
• La major part dels metalls s'obtenen de minerals que contenen el metall en la seua composició. Alguns dels més comuns són els següents:
  • Ag₂S:            Al₂O₃:           SnO₂:            HgS:            KCl:

A19. Dibuixa les partícules del segon apartat de l'activitat anterior i indica en cada cas quin és el metall que es pot obtindre. Raona la teua resposta.

A20. Les següents fórmules corresponen a substàncies que podeu trobar en el vostre entorn. Dibuixeu les partícules. Indiqueu si es tracta de substàncies simples o compostes. Tingueu en compte si es tracta de sòlids, líquids o gasos.

• CO₂: És el diòxid de carboni, que es produeix quan cremem fusta o gasolina, i també el que produeix el nostre cos i eliminem a través de la respiració.
• C₄H₁₀: És el gas butà, el que usem per a cuinar o en els escalfadors d'aigua.
• C₂H₆O: És l'etanol, l'alcohol que es posa en les ferides per desinfectar-les, i també el que porten les begudes alcohòliques.
• Cl₂: És el clor, una substància que es posa en les piscines, evita que apareguen algues i fongs. És molt tòxic.
• He: És l’heli, el gas que s’usa per emplenar globus.

A21. Dibuixa tres recipients on es vegen les partícules de les substàncies que contenen, cadascun amb el que s'indica tot seguit:

• Recipient A: aire. Conté un 77% de nitrogen (N₂), un 22% d’oxigen (O₂) i un 0,1% de diòxid de carboni (CO₂).
• Recipient B: Aigua de la mar. Conté aigua (H₂O) i sal (NaCl).
• Recipient C: Acer. És una mescla de ferro (Fe) i carboni (C).
   

Catalitzador

A22. Si l'aigua conté oxigen, com és que no podem respirar baix de l'aigua? O és que l'aigua no conté oxigen? Explica aquesta aparent contradicció.

A23. El clor (Cl₂) és un gas molt tòxic que mata per asfixia a qui l'olora. El sodi (Na) és un metall molt tòxic i mata a qui el menja, a més de produir-li cremades molt greus. En canvi, el NaCl és la sal que usem per a cuinar i no la considerem perillosa per a la salut (sempre que la consumim amb moderació). Com és que la sal (NaCl) no és perillosa encara que conté Na i Cl, que són molt perillosos?

Simulació: entra en la següent simulació i respon a les següents activitats:

• Posa un poc de sal a l'aigua i mira quina és la concentració de sal en la mescla. Com canvia la concentració si (raona la resposta en tots els casos):
• Afegim més sal.
• Afegim més aigua.
• Obrim l'aixeta d'eixida i deixem eixir una part del contingut.
• Evaporem aigua.
• Afegim sucre.
• Repeteix el procediment amb el model microscòpic. Dóna una interpretació microscòpica de tots els resultats anteriors.

A24. PORTFOLI. Feu una taula similar a la de les substàncies pures i mescles, però ara amb les substàncies simples i compostes. Indiqueu com les podem distingir a nivell microscòpic i macroscòpic, useu alguns dels exemples de les activitast si ho considereu necessari.

A25. PORTFOLI. Feu un mapa conceptual amb els següents conceptes: substància pura, mescla, substància simple, substància composta, àtoms i molècules.

5. Problemes oberts

Durant aquesta unitat hem establit dos grans models: 
- El model cinètico-corpuscular que ens permet explicar com són i com es comporten els sòlids, líquids i gasos.
- El model atòmico-molecular, que ens permet explicar la diversitat de la matèria.

Amb aquests dos models expliquem com és la matèria però hi ha diversos aspectes que encara no hem abordat i que semblen difícils d'explicar amb aquests dos models. De fet, només reflexionant sobre l'experiment de descomposició de l'aigua en hidrogen i oxigen ens podem plantejar moltes preguntes:

- Com es forma oxigen i hidrogen a partir de l'aigua? Quan d'oxigen i hidrogen puc obtindre de 100 ml d'aigua?

- Per què s'uneixen dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen per formar aigua? No és possible cap altra combinació?

- Què manté units als àtoms? Per què de vegades estan units formant substàncies compostes i de vegades estan separats formant substàncies simples?

- Amb àtoms de carboni, hidrogen i oxigen podem formar substàncies tan diferents com l'alcohol, l'acetona o l'àcid acètic (vinagre). Com expliquem que hi haja tanta diferència entre eixes substàncies si estan formades pràcticament pels mateixos àtoms?

No podrem abordar totes aquestes qüestions durant el present curs, però sí almenys una part d'elles. En les següents unitats investigarem en molts dels aspectes problemàtics que acabem de plantejar. De fet, el nostre següent problema es correspon amb la primera de les preguntes plantejades: Com es transformen unes substàncies en altres?