PREPARACIÓ DE PROVES D’ACCÉS A

GRAU MITJÀ

NATURALS

C FA “TERESA MAÑÉ” (Curs 2010/11)

CFA Teresa Mañé C/ Unió,81 08800 Vilanova i la Geltrú Tfn: 93.893.37.49 cfa-teresamanye@.xtec.net

INDEX

QUÍMICA UNITAT 0: LA MATÈRIA, CONCEPTES FONAMENTALS:

MASSA, VOLUM I DENSITAT...........................................Pàg. 1

UNITAT 1: COM ÉS LA MATÈRIA PER DINS?................Pàg. 4

UNITAT 2: ELS ESTATS DE LA MATÈRIA ......................Pàg. 37 UNITAT 3: EL CANVI QUÍMIC...........................................Pàg. 59

FÍSICA UNITAT 4: MOVIMENT I FORCES .................................... Pàg. 66

UNITAT 5: MATÈRIA I ENERGIA...................................... Pàg. 85

UNITAT 6: EL CORRENT ELÈCTRIC ............................... Pàg. 102

UNITAT 0: LA MATERIA, CONCEPTES FONAMENTALS: MASSA, VOLUM I DENSITAT. MASSA . CONCEPTE DE MASSA: és la quantitat de matèria que té un cos. Aquesta quantitat no varia mai per un mateix cos sotmès a unes condicions constants (temperatura, pressió, etc). La seva unitat de mesura és el Quilogram (Kg). Exercicis Massa: 1. Tenen la mateixa massa 1Kg de suro i 1 Kg de plom? Per què? que desinflada? 2. Una pilota de voleibol inflada té la mateixa massa Per què? 3. Indica pels tipus de balança que coneixes exemples d’objectes que pesaries. 4. L’orza d’un veler fa 2.500 Kg. Expressa aquesta massa en grams i tones. VOLUM I CAPACITAT. CONCEPTE DE VOLUM: és l’espai ocupat pels cossos materials. La seva unitat és el m3. Els seus submúltiples més importants són: dm3 = 0,001 m3 cm3 = 0,001 = 0,000001 m3

O expressat d’una altra manera: 1 m3 = 1.000 dm3 = 1.000.000 cm3 1 dm3 = 1.000 c

Per calcular el volum utilitzarem al laboratori bàsicament la probeta. CONCEPTE DE CAPACITAT : És el volum interior d’un recipient. La unitat de capacitat és el litre (1 l). Els seus múltiples i submúltiples més importants són: 1 Kl = 1000 l 1Hl = 100 l 1 Dl = 10 l dl = 0,1 l cl = 0,01 l

PÀG.1

ml = 0,001 l 1l = 10 dl = 100 cl = 1000 ml Hi ha una equivalència lògica entre el volum d’un objecte (espai ocupat pels cossos materials) i la seva capacitat (volum interior): 1l = 1 dm3

1 ml = 1 cm3

Per tant, 1l = 1000 ml = 1000 cm3 = 1 dm3

Raona si una ampolla d’aigua tenen el mateix volum i capacitat (pensa!): Exercicis Volum i Capacitat. 1. Fes una llista de diferents recipients utilitzats per mesurar el volum. Dibuixa’ls i escriu el seu nom. 2. Dibuixa un cub de 1 cm d’aresta i un altra de 6 cm d’aresta. a) Quants cubs petits caben en el gros? b) Quin volum expressat en cm3 i ml, té el cub gros? c) Passa aquestes dades a litres i ml. 3. Calcula quants cm3 hi ha en 10,6 dm3. 4. Raona si ocupa el mateix volum 1 Kg de plom i 1 Kg de suro. 5. Observa un recipient de tetra brik que tinguis a casa. Quina és la seva capacitat? Si fos ple fins a just tres quartes parts, quin volum de líquid hi hauria en el seu interior? Utilitza les unitats adequades a cada cas (volum i capacitat). 6. Explica quan volum i capacitat poden coincidir tot i ser dos conceptes diferents. 5. Calcula el volum del següent cub si cada cub petit dels que el formen té 1 cm de longitud. Expressa el valor en m3, cm3 (volum) i litres (capacitat). DENSITAT. CONCEPTE DE DENSITAT : és la relació existent per un cos entre la seva massa (g) i el volum que ocupa (cm3). La densitat no te cap unitat concreta. És un valor absolut que s’expressa en (g/cm3). Massa (g)/Volum (cm3) = Densitat (g/cm3) La densitat és una propietat específica, que vol dir que depèn de cada cos i és invariable per un mateix tipus de cos o material.

PÀG.2

En la següent taula es presenten els valors de la densitat per alguns materials (també s’expressen en g/cm3): Raona i demostra el perquè és equivalent expressar la densitat en Kg/m3 i en g/cm3: Exercicis Densitat: 1. Explica com investigaries si dos ampolles iguals, de la mateixa capacitat, tapades, sense veure ni provar el seu contingut, plenes fins dalt de líquid, contenen la mateixa substància o diferents substàncies. 2. 99 cm3 d’una substància tenen una massa de 101 g, i 61 cm3 tenen una massa de 58,3 g. Indica si es tracta de la mateixa substància o no. 3. Resol el problema d’Arquimedes tenint en compte les següents dades: Corona A Corona B Corona C Massa en g 3800 3800 3800 Volum en cm3 380 200 300 Indica quina corona és d’or, quina de plata i quina d’or i plata.

PÀG.3

13

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Unitat 1COM ÉS LA MATÈRIA PER DINS?

PÀG.4

14

UN

ITA

T 1

QU

È T

RE

BA

LL

AR

ÀS

?M

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

6. E

L M

ÓN

INV

ISIB

LE

quètreballaràs?En acabar la unitat has de ser capaç de:

• Enunciar algunes propostes històriques sobre laconstitució de la matèria.

• Descriure el model atòmic actual.• Definir i treballar els conceptes d’element químic,isòtop, ió i massa atòmica.

• Descriure la configuració atòmica d’un àtom a partirdels seus nombres atòmic i màssic.

• Descriure la taula periòdica actual.• Interpretar el fenomen de la radioactivitat.• Classificar les substàncies químiques segons siguinelements químics o compostos.

PÀG.5

15

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

1. Com és la matèria per dins?

Des de l’antiguitat, fìlòsofs i científics observaven de prop la matèria, inten-tant esbrinar què hi havia en el seu interior.

ACTIVITAT1r Escull un objecte que tinguis a prop teu.2n Acosta-t’hi i mira-te’l des de tan a prop

com puguis, ajuda’t d’una lupa, si la tens. 3r A partir de la teva observació, podries dir

com és la matèria per dins?

Alguns filòsofs grecs proposen: la matèria està formada per aigua, peraire, per terra, per foc...

Els filòsofs grecs passaven llargues hores observant la naturalesa i pregun-tant-se de quina matèria estaven fets el Sol, la Terra, les estrelles, els éssersvius...

A partir d’aquestes observacions, alguns filòsofs van fer les propostes se-güents:

• Tales de Milet (segle VI aC) proposà que la matèria estava formada d’aigua.

• Altres filòsofs de la mateixa època proposaren l’aire, la terra o el foc com lessubstàncies bàsiques que formaven tota la matèria.

• Posteriorment a ells, Aristòtil proposà que l’Univers estava format pels qua-tre elements esmentats anteriorment, és a dir: aigua, aire, terra i foc i, amés, hi afegí l’èter, que, segons ell, era l’element que omplia l’espai celest.

Altres filòsofs grecs proposen: la matèria està formada per àtoms

Els filòsofs grecs Demòcrit i Leucip (segles IV i V aC), van proposar que la ma-tèria estava formada per un gran nombre de petites partícules anomenadesàtoms («àtom» en grec significa indivisible).

Aquesta proposta va tenir menys acceptació que les anteriors. Era més fàcilimaginar que la matèria estava formada per aigua, aire, terra o foc, toteselles substàncies conegudes, que no pas per unes boletes invisibles anome-nades àtoms.

• Activitats d’aprenentatge 1, 2 i 3

PÀG.6

16

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

2. La matèria està formada per àtoms

A començaments del segle XIX els coneixements químics ja no van estar ba-sats només en l’observació, sinó que es van basar en l’experimentació.

Aquest fet permeté enunciar les primeres lleis de la química i, a partir d’elles,demostrar que tota la matèria que ens envolta està formada per unes partí-cules molt petites anomenades àtoms.

El ferro, l’aigua, l’aire, els homes, lesplantes, els animals, les estrelles... totsells estan formats per àtoms.

ACTIVITATObserva amb atenció el dibuix següent. Pots trobar-hi algun tipus de matèriaque no estigui formada per àtoms?

La resposta és no perquè tota la matèria està formada per àtoms. Per tant, elnen, la casa, les muntanyes, el Sol,... estan tots ells formats per àtoms.

Endinsem-nos en el món invisible i coneguem els àtoms

Els àtoms tenen una mida tan petita que és impossible veure’ls, fins i tot ambels microscopis lluminosos més potents.

Els àtoms, per tant, pertanyen al món invisible.

Per això, per explicar com és l’àtom, ho hem de fer a través de models. Unmodel és una representació entenedora de com pensem que és allò que nopodem veure directament.

El primer model d’àtom el va donar l’any 1808 el científic britànic John Dal-ton. Dalton va explicar el model d’àtom en la seva teoria atòmica.

Aquestes són les principals idees de la teoria atòmica de Dalton:

DE QUÈ ESTÀ CONSTITUÏDA LA MATÈRIA?

D’AIRE? D’AIGUA?

DE TERRA? DE FOC?

D’ÀTOMS?

PÀG.7

17

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

• Tota la matèria està formada per partícules molt petites i indivisibles anomena-des àtoms.

• Les substàncies que tenen tots els àtoms iguals s’anomenen elements químics.

• Els àtoms d’un element químic qualsevol són iguals entre ells i diferents delsàtoms d’altres elements.

• Els àtoms dels diferents elements químics es combinen entre ells per formaragrupacions més grans, les molècules, que són les partícules que formen elscompostos químics.

La fotografia següent et mostra el model d’àtom que imagina John Dalton.

Dalton imagina que l’àtom és una boleta massissa, indivisible i sense capestructura interna.

Posteriorment s’anaren descobrint noves da-des relatives a l’àtom. Algunes d’aquestes da-des no estaven d’acord amb el model d’àtomque havia proposat Dalton. Això féu que cientí-fics posteriors a Dalton proposessin altres mo-dels per a l’àtom fins a arribar al model actual.

Què sabem de l’àtom actualment?

Actualment sabem que...

• L’àtom té dues parts: el nucli i l’escorça.

• El nucli és molt petit respecte de l’àtom. En comparació amb tot l’àtom, el nucliés com un cigró en comparació amb un estadi de futbol. És per això que podemdir que l’àtom és pràcticament buit.

PÀG.8

18

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

• Al nucli hi ha dos tipus de partícules: els protons i els neutrons.

• Els protons són partícules amb càrrega positiva.

• Els neutrons són partícules neutres, és a dir, sense càrrega elèctrica.

• A l’escorça hi ha els electrons.

• Els electrons són partícules amb càrrega negativa.

• Els protons tenen la mateixa càrrega que els electrons, però positiva.

• A més, el nombre de protons d’un àtom és igual al d’electrons, la qual cosa faque l’àtom sigui neutre.

• La massa del protó és semblant a la del neutró i 1840 vegades superior a la del’electró.

• Al nucli, per tant, es troba pràcticament tota la massa de l’àtom, ja que la mas-sa de l’electró, situada a l’escorça, és molt petita respecte de la del protó.

• El fet que gairebé tota la massa de l’àtom estigui en el seu nucli i que sigui tangran la diferència de mida entre el nucli i l’escorça ens indica que l’àtom éspràcticament buit.

PÀG.9

19

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

També sabem que...

• Dins dels àtoms, els electrons giren descrivint òrbites al voltant del nucli.

• A cada òrbita, també anomenada nivell, li correspon un determinat valor d’e-nergia. Com més proper està un nivell del nucli, més baixa és la seva energia.

• Els electrons, absorbint o cedint energia, poden canviar de nivell. Si un electróabsorbeix energia, pot saltar cap a una òrbita més llunyana del nucli i si, en can-vi, emet energia, passarà a una òrbita més propera al nucli.

• Les òrbites o nivells d’energia es representen per la lletra n i prenen valors en-ters:

n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, ...

• A cada òrbita (n) pot haver-hi un nombre màxim d’electrons(N). Aquest nombreve donat per la següent expressió:

N = 2n2

1r nivell n = 1 → 2(1) 2 = 2 electrons

2n nivell n = 2 → 2(2) 2 = 8 electrons

3r nivell n = 3 → 2(3) 2 = 18 electrons

4t nivell n = 4 → 2(4) 2 = 32 electrons

El model d’àtom que hem explicat serà el nostre model de treball.

Actualment coneixem una mica més de l’àtom del que hem explicat en el nos-tre model de treball. L’últim model atòmic proposat pels científics és l’anome-nat model quàntic. El model quàntic és un model matemàticament complex,que permet explicar els darrers descobriments que han tingut lloc en el campdel que és molt petit.

El model quàntic ens diu, entre altres coses, que el moviment dels electronsno té lloc seguint òrbites perfectes, sinó que és més indefinit.

Treballar amb el model quàntic seria matemàticament molt complex, per aixònosaltres treballarem amb el model anterior.

• Activitats d’aprenentatge 4, 5, 6, 7 i 8

PÀG.10

20

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

3. Elements químics Fixa’t en l’esquema següent. A partir d’ell, podries explicar què són els ele-ments químics?

Els elements químics són substàncies pures que no es poden descompondre enaltres substàncies més simples.

La part més petita que podem tenir d’un element químic que continua manteninttotes les propietats de l’element és un àtom de l’element.

Tots els àtoms d’un element químic són iguals entre ells.

Cada element es representa universalment mitjançant un símbol, que consis-teix en una o dues lletres del seu nom. El símbol també serveix per represen-tar un àtom de l’element.

El globus de la imatge conté el gas heli. L’heli (He) és un element químic, pertant, està format per àtoms.

PÀG.11

21

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

A la taula següent hi ha alguns elements químics i els seus símbols.

Nom de l’element Símbol

Alumini Al

Argó Ar

Sofre S

Bari Ba

Brom Br

Calci Ca

Carboni C

Zinc Zn

Clor Cl

Cobalt Co

Coure Cu

Estany Sn

Fluor F

Fòsfor P

Heli He

Hidrogen H

Ferro Fe

Magnesi Mg

Mercuri Hg

Níquel Ni

Nitrogen N

Or Au

Oxigen O

Argent Ag

Platí Pt

Plom Pb

Potassi K

Silici Si

Sodi Na

Alguns elements químics es troben en la natura en estat lliure, però la majo-ria es troben combinats amb altres elements formant els compostos químics.Els compostos químics els representem amb fórmules. En les fórmules hi haels símbols dels elements que formen el compost.

PÀG.12

22

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Per exemple, el ferro, sobretot quan està humit, es combina amb l’oxigen do-nant òxid de ferro (Fe2O3) o ferro oxidat. L’òxid de ferro no és un element quí-mic, sinó que és un compost químic ja que conté dos elements químics: el fe-rro (Fe) i l’oxigen (O).

El diòxid de carboni (CO2) és també un compost químic. S’ha obtingut a partirde la combinació de l’element carboni amb l’element oxigen.

L’aigua (H2O) és un compost químic que s’ha obtingut de la combinació de l’e-lement hidrogen amb l’element oxigen.

ACTIVITATEls pensadors grecs es preguntaven fins a quin punt es podien dividir lessubstàncies.

D’una peça de ferro, intenta separar-ne un tros ben petit.

El tros que has aconseguit separar, és el més petit que pots obtenir-ne? Encas que no ho sigui prova de dividir-lo més.

Aquest tros tan petit de ferro que has aconseguit continua essent ferro, és adir, manté totes les propietats del metall ferro .

Si poguessis anar dividint successives vegades el petit tros de ferro, quina se-ria la mínima part de ferro que encara continuaria mantenint les seves pro-pietats?

SolucióLa part més petita d’un element químic que continua mantenint totes les pro-pietats de l’element és un àtom de l’element. Per tant, la mínima part de fer-ro que encara continua mantenint totes les seves propietats és un àtom deferro.

• Activitat d’aprenentatge 9

4. Dos nombres caracteritzen els àtoms: el nombre atòmic i el nombremàssic

El nombre atòmic

És el nombre de protons que té un àtom en el nucli.

Tots els àtoms d’un mateix element químic tenen igual nombre de protons enel nucli, per tant, tenen igual nombre atòmic.

El nombre atòmic es representa amb la lletra Z.

El nombre atòmic coincideix també amb el nombre d’electrons de l’àtom. L’à-tom, per tant, té igual nombre de protons que d’electrons, la qual cosa justifi-ca que sigui neutre.

PÀG.13

23

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

El nombre màssic

És el nombre de partícules que hi ha al nucli d’un àtom. Per tant és la suma delnombre de protons, que representem amb la lletra Z, més el nombre de neutronsque representem amb la lletra N.

El nombre màssic es representa amb la lletra A.

A = Z + N

Sovint ens donen els nombres atòmic i màssic d’un element expressats de lasegüent manera:

AZX

X representa el símbol de l’element químicA el nombre màssicZ el nombre atòmic

ACTIVITATQuina és la configuració atòmica de l’àtom de bor, 5

11B? Dibuixa aquest àtom.

SolucióZ = 5

• Z correspon al nombre de protons, per tant, l’àtom de bor té 5 protons.• El nombre d’electrons també és de 5, ja que coincideix amb el de protons.Per saber com estan distribuïts aquests 5 electrons a l’escorça de l’àtom,apliquem l’expressió:

N = 2n2

1r nivell n = 1 → 2(1)2 = 2 electrons

2n nivell n = 2 → 2(2)2 = 8 electrons

Aquests càlculs ens donen el nombre màxim d’electrons que pot haver-hi encada un dels nivells d’energia de l’àtom.

En el primer nivell, hi col·locarem els 2 electrons que estan permesos.

En el segon nivell, hi col·locarem 5 - 2 = 3 electrons. El nombre màxim d’elec-trons que podem col·locar en el segon nivell és de 8, però en l’àtom de bornomés n’hi podem col·locar 3 perquè són els que li queden per col·locar des-prés d’haver-ne col·locat 2 en el primer nivell (recorda que l’àtom de bor no-més té 5 electrons en total).

Els electrons de l’última capa o nivell s’anomenen electrons de valència. Elbor té 3 electrons de valència.

PÀG.14

Més endavant veurem que el nombre d’electrons de valència determina queun àtom tingui més o menys tendència a unir-se amb altres àtoms.

A = 11

• A correspon a la suma de protons més neutrons. Per saber el nombre deneutrons aplicarem la igualtat següent:

A = Z + N11 = 5 + N

N = 11 - 5 = 6 neutrons

ACTIVITATQuina és la configuració atòmica de l’àtom de Magnesi, 24

12 Mg? Dibuixa aquestàtom.

SolucióA = 24Z = 12

Fent càlculs equivalents als de l’activitat anterior, obtenim els següents resul-tats:

24

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

115B

nucli 5 protons

6 neutrons

escorça 5 electrons1r nivell 2e–

2n nivell 3e–

Àtom de bor

PÀG.15

25

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

El magnesi té dos electrons de valència.

• Activitats d’aprenentatge 10 i 11

5. IsòtopsTots els àtoms d’un mateix element químic tenen igual nombre atòmic, és adir, igual nombre de protons.

Passa això també amb el nombre màssic?

No. Els àtoms d’un mateix element químic poden tenir diferent nombre màs-sic pel fet de tenir diferent nombre de neutrons.

Anomenem isòtops a dos o més àtoms d’un mateix element químic que tenen di-ferent nombre màssic, és a dir, diferent nombre de neutrons.

Fixa’t en els tres àtoms següents:

11 H; 21 H; 31 H

2412 Mg

nucli 12 protons

12 neutrons

escorça 12 electrons1r nivell 2e–

2n nivell 8e–

3r nivell 2e–

PÀG.16

26

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

A Z protons neutrons electrons

11 H 1 1 1 0 1

21 H 2 1 1 1 1

31 H 3 1 1 2 1

Tots tres són àtoms d’hidrogen, per aixòtenen igual nombre atòmic (Z = 1). Re-corda que tots els àtoms d’un mateixelement químic tenen igual nombre atò-mic.

Aquests tres àtoms d’hidrogen tenen di-ferent nombre màssic (A). Això ens diuque no són ben bé iguals entre ells per-què tenen diferent nombre de neutrons.Aquests tres àtoms són isòtops.

Aquests tres isòtops (11 H; 2

1 H; 31 H) s’ano-

menen respectivament proti, deuteri itriti.

El proti és el més abundant (99,98%),després ve el deuteri (0,02%) i finalmentel triti, que es troba en quantitats gairebé inapreciables.

Per tant l’única diferència que poden tenir els àtoms d’un mateix elementquímic és el nombre de neutrons.

• Activitat d’aprenentatge 12

6. La massa atòmicaLa massa atòmica d’un element químic és la massa d’un àtom de l’element.

Aquesta massa es troba concentrada principalment en el nucli, ja que elselectrons gairebé no tenen massa.

Per mesurar la massa dels àtoms no són adequats ni els quilograms, ni elsgrams ni els mil·ligrams. Totes elles són unitats de mesura adequades per me-surar la massa dels objectes que es poden veure a ull nu, però no per l’àtom,el qual necessita una unitat de mesura molt més petita.

Per mesurar la massa dels àtoms es fa servir la unitat de massa atòmica, quees representa com a u.

Aquesta unitat correspon a una dotzena part de la massa d’un àtom de carboni (12C).

Isòtops de l’hidrogen

PÀG.17

27

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

La massa d’un protó i també la d’un neutró són aproximadament d’una u.

• Activitat d’aprenentatge 13

7. Ions

Els ions són àtoms que han perdut o guanyat electrons.

Hi ha dos tipus d’ions: cations i anions.

Un catió és un àtom que ha perdut un o més electrons i ha quedat carregatpositivament.

Un catió és un ió positiu.

Els cations es simbolitzen afegint un signe positiu per cada electró perdut alsímbol de l’element. El signe positiu es posa en forma de superíndex.

Per exemple:

Li+ correspon al catió liti. El catió Li+ s’ha format a partir d’un àtom de liti queha perdut un electró.

Ca2+ correspon al catió calci. El catió Ca2+ s’ha format a partir d’un àtom decalci que ha perdut dos electrons.

Àtom de 12C i definició de u

PÀG.18

28

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Un anió és un àtom que ha guanyat un o més electrons i ha quedat carregatnegativament.

Un anió és un ió negatiu.

Els anions es simbolitzen afegint un signe negatiu per cada electró guanyatal símbol de l’element. El signe negatiu es posa en forma de superíndex.

Per exemple:

Cl- correspon a l’anió clorur. L’anió Cl- s’ha format a partir d’un àtom de clorque ha guanyat un electró.

S2- correspon a l’anió sulfur. L’anió sulfur s’ha format a partir d’un àtom de so-fre que ha guanyat dos electrons.

ACTIVITAT 1L’ió fluorur és el F-, què significa?

SolucióEl signe negatiu ens diu que es tracta d’un anió, és a dir, d’un àtom de flúorque ha guanyat un electró.

ACTIVITAT 2L’ió Fe3+, què significa?

SolucióEl signe positiu ens indica que es tracta d’un catió, és a dir, d’un àtom de ferroque ha perdut tres electrons.

• Activitat d’aprenentatge 14

PÀG.19

8. Com s’ordenen els elements químics?

Primeres classificacions dels elements

Al llarg del segle XIX tingué lloc un gran avançament en el camp de la química.

Es van descobrir un nombre important d’elements químics, alguns dels qualstenien propietats semblants. Es va comprovar, per exemple, que el liti, el sodii el potassi eren semblants entre ells. També ho eren el clor, el brom i el iode.

Calia ordenar els elements químics coneguts, agrupant els que tenien propie-tats semblants.

Es van presentar diferents propostes d’ordenació, però cap d’elles era bonaperquè no seguia un criteri científic.

La taula periòdica de Mendeleiev i Meyer

El 1896, el químic rus D. Mendeleiev i l’alemany J. L. Meyer, van classificar els ele-ments químics en ordre creixent de les seves masses atòmiques.

Van veure que si col·locaven els elements ordenats en una taula amb files i co-lumnes, els elements d’una mateixa columna tenien propietats semblants entreells.

Mendeleiev va predir que faltaven per descobrir alguns elements químics,perquè li quedaven buits a la taula on havia ordenat els elements coneguts. Apartir de la posició del buit a la taula, Mendeleiev va predir les propietats quehavia de tenir l’element que ocuparia el buit. Posteriorment es van descobriraquests elements, les propietats dels quals van coincidir amb les que ja haviapredit Mendeleiev.

La taula periòdica de Mendeleiev, però, presentava algunes anomalies. Notots els elements quedaven ben classificats segons les seves propietats, enalguns casos calia alterar l’ordenació segons les masses atòmiques per acon-seguir-ho.

Més endavant es va demostrar que, si s’ordenaven els elements químics enfunció del seu nombre atòmic, tots els elements situats en una mateixa co-lumna tenien propietats semblants.

La taula periòdica actual

La taula periòdica o sistema periòdic actual conté tots els elements químics co-neguts ordenats en ordre creixent de nombre atòmic.

29

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

PÀG.20

30

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Amb el criteri d’ordenació actual, en funció del nombre atòmic, els elementsqueden correctament ordenats segons les seves propietats i, a més, quedarelacionada la seva posició a la taula periòdica amb la seva estructura elec-trònica, és a dir, en com tenen disposats els seus electrons.

La taula periòdica conté 18 columnes i 7 files.

• Les columnes s’anomenen grups o famílies.

El nom de família és degut al fet que tots els elements d’una columna tenen igualnombre d’electrons en l’últim nivell d’energia (electrons de valència). Això fa quetots ells tinguin propietats químiques molt semblants, ja que aquestes propie-tats depenen del nombre d’electrons de valència.

Alguns grups de la taula tenen un nom especial; per exemple el grup 1 és elgrup dels alcalins, el grup 2 és el grup dels alcalins terris, el grup 17 és elgrup dels halògens, el grup 18 és el grup dels gasos nobles.

• Les files s’anomenem també períodes.

Tots els elements d’un mateix període tenen el mateix nombre de nivells d’ener-gia ocupats per electrons.

El nombre de nivells ocupats per electrons coincideix amb el nombre del perí-ode. Per exemple, els elements del període 1 tenen electrons en el primer ni-vell d’energia, els del període 2 tenen electrons en els dos primers nivells d’e-nergia, els del període 3 tenen electrons en els tres primers nivells d’energia,

Taula periòdica actual de la Societat Catalana de Química

PÀG.21

31

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

els del període 4 en els quatre primers nivells d’energia i així fins als del perí-ode 7, que tenen electrons en els 7 nivells d’energia.

Actualment es coneixen 109 elements diferents, dels quals només 92 es tro-ben en la natura, la resta s’han obtingut al laboratori.

A la taula periòdica cada element es representa mitjançant el seu símbol, elnombre atòmic i la massa atòmica.

ACTIVITATPodries dir per què anomenem periòdica a la taula on tenim ordenats els ele-ments químics?

SolucióEl nom de taula periòdica ve del fet que les propietats dels elements de lataula (densitat, temperatura d’ebullició, temperatura de fusió, reactivitat,etc.) varien de manera periòdica quan aquests són ordenats en funció del seunombre atòmic.

Classificació dels elements

Metalls, no metalls i semimetallsA la taula periòdica hi ha una divisió en forma d’escala que separa els ele-ments metàl·lics dels no metàl·lics. Els elements que toquen la divisió són elssemimetalls.

Els metalls són el grup majoritari d’elements de la taula periòdica. Ocupen labanda esquerra i el mig. A temperatura ambient són sòlids (menys el mercu-ri, que és líquid). Són brillants, bons conductors de la calor i de l’electricitati tenen tendència a perdre electrons de valència, quedant en forma d’ionspositius.

Els no metalls estan situats a la regió superior dreta de la taula periòdica.Són mals conductors de la calor i de l’electricitat. A temperatura ambient al-guns d’ells es troben en estat sòlid (S), altres en estat líquid (Br) i altres en es-tat gas (N, O, F, Cl).

Element químic de la taula periòdica

PÀG.22

32

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Els semimetalls estan situats entre els metalls i els no metalls. Són semime-talls el bor (B), el silici (Si), el germani (Ge) i l’arseni (As). A temperatura am-bient són sòlids.

L’hidrogenL’hidrogen és l’element de la taula periòdica que té l’estructura més senzilla.L’àtom d’hidrogen té només un protó al nucli i un electró a l’escorça.

Les propietats de l’hidrogen no s’assemblen a les de cap grup d’elements, peraixò no se li pot assignar una posició definida a la taula periòdica. Es col·locaal grup dels metalls alcalins perquè, com ells, té un electró de valència, peròl’hidrogen no té caràcter metàl·lic.

Els gasos noblesEstan situats a la columna de la dreta de la taula periòdica. El fet que tinguin8 electrons de valència (el que anomenem estructura d’octet) els dóna unasingular estabilitat, que fa que en condicions normals no reaccionin amb al-tres elements químics. Els gasos nobles són l’heli (He), el neó (Ne), l’argó (Ar),el criptó (Kr), el xenó (Xe) i el radó (Rn).

Elements lantànids i actínidsSi et fixes en el període 6 de la taula periòdica veuràs que es passa de l’ele-ment 57, el lantani, al 72, l’hafni. Els 14 elements que falten entre aquests dosestan col·locats a la part inferior de la taula. S’anomenen elements lantànids itots ells tenen propietats molt semblants.

El mateix passa amb el període 7. Els elements que falten entre el 89 i el 104estan col·locats a la part inferior de la taula, juntament amb els lantànids.Aquests elements són els actínids. Tots ells tenen propietats molt semblants.

Els lantànids i actínids es col·loquen a la part inferior de la taula perquèaquesta quedi més curta i sigui més manejable.

Divisió entre metalls i no metalls en la taula periòdica

PÀG.23

33

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

ACTIVITAT Classifica els elements químics següents en metalls i no metalls.

Fe, C, H, Cu, O, Cr, S

SolucióSón metalls els elements següents: Fe, Cu, CrSón no metalls els elements següents: C, H, O, S

• Activitat d’aprenentatge 15

9. La radioactivitat Quan parlem de radioactivitat és important que diferenciem la radioactivitatnatural de la radioactivitat artificial.

La radioactivitat natural

La radioactivitat natural és un fenomen que té lloc al nucli d’alguns d’àtomsanomenats radioactius.

Els nuclis dels àtoms radioactius són inestables, això fa que emetin radia-cions de manera espontània.

Hi ha tres tipus de radiacions radioactives:

— la radiació alfa— la radiació beta— la radiació gamma

Aquestes radiacions, igual com els raigs X, poden produir alteracions impor-tants quan entren en contacte amb els sers vius. Els seus efectes poden sermolt greus i irreversibles, per la qual cosa, calen rigoroses mesures de segu-retat en la manipulació del material radioactiu.

La radioactivitat artificial

La radioactivitat artificial és el procés d’emissió de partícules i radiacions perpart de nuclis als quals s’ha bombardejat amb neutrons o altres partículesper fer-los inestables o radioactius.

Els isòtops radioactius o radioisòtops, per tant, poden ser naturals o artifi-cials. Alguns d’ells tenen aplicacions en diferents camps com pot ser la medi-cina, la biologia, la indústria, la datació de restes orgàniques, etc.

En medicina es poden utilitzar amb la finalitat de diagnosticar alguna malal-tia i també amb finalitats terapèutiques. En la radioteràpia, per exemple, s’u-sen les radiacions emeses pel radioisòtop 60Co (bomba de cobalt) per bom-bardejar tumors cancerosos.

PÀG.24

34

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

En la indústria les radiacions gamma permeten detectar defectes, com es-querdes o porus, en estructures metàl·liques. També permeten la radioesteri-lització, és a dir, l’eliminació d’elements patògens en els aliments amb radia-ció gamma.

La datació de les restes orgàniques es fa amb l’isòtop 14C.

10. Els compostos químicsAlguns elements químics com l’oxigen i el nitrogen de l’aire, els metalls no-bles: l’or, la plata i el platí... es troben lliures en la naturalesa. Però la majoriad’elements químics els trobem combinats els uns amb els altres formant elsanomenats compostos químics.

Un compost químic és una substància pura que s’ha format a partir de la combi-nació de dos o més elements químics.

La part més petita d’un compost químic que continua mantenint les propie-tats del compost és una molècula de compost.

Una molècula està formada per la unió de dos o més àtoms dels diferents ele-ments que formen el compost.

Els compostos químics es representen mitjançant fórmules químiques.

La fórmula també serveix per representar una molècula de compost.

!

Diferent poder de penetració de les radiacions

PÀG.25

35

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Si et fixes en la imatge hi veuràs repre-sentades cinc molècules diferents.Aquestes molècules són la part més peti-ta que podem tenir dels compostos quí-mics següents: amoníac, hidròxid desodi, òxid d’alumini, alcohol etílic i metà.

Anem a llegir algunes de les fórmulesd’aquests compostos i a parlar de les se-ves molècules.

a) NH3

És la fórmula del compost químic ano-menat amoníac. La fórmula ens diuque l’amoníac (compost químic) s’ha for-mat a partir de la unió de dos elementsquímics que són el nitrogen (N) i l’hidro-gen (H).

La part més petita que podem tenir d’a-moníac i que continua mantenint totes les propietats de l’amoníac és una mo-lècula d’amoníac.

Fixa’t en la molècula d’amoníac. Hi veuràs que està formada per quatreàtoms, un dels quals és de nitrogen i els altres tres són d’hidrogen.

És important que recordis el següent:

En les fórmules químiques, hi trobem els símbols dels elements que formen elcompost. Els nombres que acompanyen els símbols (subíndexs) ens indiquen elnombre d’àtoms de cada element que forma cada molècula de compost. Quan elnombre d’àtoms és un, no es posa cap nombre com a subíndex.

b) CH3CH2OH

És la fórmula química del compost anomenat químicament alcohol etílic i enllenguatge quotidià alcohol. La fórmula ens diu que cada molècula d’alcoholestà formada per dos àtoms de carboni, sis àtoms d’hidrogen i un àtom d’oxi-gen.

ACTIVITATAra prova a llegir tu sol la fórmula següent: CH4.

a) Quants elements formen el compost metà (CH4)?b) Quants àtoms té cada molècula de compost?c) Quina és la part més petita de metà que continua mantenint les propietats

del metà?

PÀG.26

36

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Solucióa) El compost metà està format per dos elements químics que són el carboni

(C) i l’hidrogen (H).b) Si ens fixem en els subíndexs, veiem que el carboni no té subíndex, la qual

cosa ens indica que hi ha un àtom de carboni (recorda que quan el subín-dex és un no s’hi posa). L’hidrogen té subíndex 4. Per tant, cada molèculade CH4 està formada per un àtom de carboni i quatre àtoms d’hidrogen.

c) La part més petita de metà que continua mantenint les propietats delmetà és una molècula de metà.

• Activitat d’aprenentatge 16

11. L’enllaç químicJa has vist que els àtoms s’uneixen entre ells per formar agrupacions mésgrans, per exemple, les molècules.

Anomenem enllaç químic a la unió que formen els àtoms.

Els àtoms s’uneixen entre ells a fi d’augmentar la seva estabilitat.

Els àtoms poden unir-se entre ells mitjançant tres tipus d’enllaços: enllaç iò-nic, enllaç covalent o enllaç metàl·lic.

Les propietats de les substàncies depenen del tipus d’enllaç que hi ha entreels seus àtoms.

! "!

# $

#

#

#

#

#

PÀG.27

37

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Mira amb atenció la taula anterior. Hi tens dibuixades les molècules de clorurd’hidrogen, d’aigua i d’etanol.

En la primera fila tens les molècules dibuixades seguint l’anomenat model deboles, és a dir, cada àtom de la molècula s’ha dibuixat com una bola.

En la segona fila ja hi ha més informació perquè ens mostra com estan enlla-çats els àtoms de cada molècula entre ells.

L’altra fila ens dóna informació de la fórmula.

ACTIVITAT 1Fixa’t bé en la informació que et dóna la segona fila.

La molècula de clorur d’hidrogen conté un àtom de clor i un àtom d’hidrogen.Els dos àtoms estan units per una ratlla. Això ens diu que els dos àtoms for-men un enllaç.

Ara es tracta que construeixis a casa teva la molècula de clorur d’hidrogen.

Necessitaràs plastilina de dos colors i escuradents.

Fes dues boletes de plastilina de dos colors diferents. Pensa que la boleta declor ha d’ésser més gran que la d’hidrogen.

Uneix les dues boletes amb un escuradents.

Ja has construït la molècula de clorur d’hidrogen.

Fes el mateix amb la molècula d’aigua i amb la d’etanol (alcohol comú).

Quan hagis construït les molècules, juga amb elles. Pensa que les molèculesque formen les substàncies no estan quietes. Les molècules poden vibrar, gi-rar i traslladar-se.

Fes moure les molècules!

ACTIVITAT 2Si tens temps anima’t i construeix moltes molècules d’aigua. Omple amb ellesun recipient. Estaràs veient l’estructura interna de l’aigua amb moltíssimsaugments!

PÀG.28

38

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

12. Les transformacions de cada diaCada moment, al nostre entorn podem observar com es transforma la matè-ria.

Les transformacions que modifiquen l’estructura interna de la matèria lesanomenem reaccions químiques o canvis químics.

Les reaccions químiques no només tenen lloc als laboratoris; a la natura, a lacuina de casa... tenen lloc moltes reaccions químiques.

Fer un ou ferrat és fer una reacció química perquè l’ou ferrat té característi-ques molt diferents de l’ou fresc.

Un clau rovellat ha patit una reacció química: l’oxigen de l’aire ha reaccionatamb el ferro del clau i s’ha format òxid.

Per tant, podem dir que una reacció química s’esdevé quan a partir d’una o méssubstàncies es produeixen altres substàncies amb característiques diferents deles inicials.

ACTIVITAT 1Pensa en reaccions químiques que tinguin lloc a casa teva i apunta-les. Veu-ràs quant quotidiana és la química.

En les reaccions químiques no es perd ni es guanya cap àtom. Els àtoms que hi haen les substàncies inicials s’ordenen de diferent manera per donar lloc a les subs-tàncies finals.

Amb tot el que hem dit, creus que tots els canvis que ens envolten són reac-cions químiques?

ACTIVITAT 2Raona si els fenòmens següents són reaccions químiques:

a) l’ebullició de l’aiguab) la caiguda d’una pedra

PÀG.29

39

UN

ITA

T 1

CO

M É

S L

A M

AT

ÈR

IA P

ER

DIN

S?

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

SolucióL’ebullició de l’aigua i la caiguda d’una pedra no són reaccions químiques,perquè ni l’aigua ni la pedra canvien la seva naturalesa en aquests proces-sos.

Les transformacions que no modifiquen la naturalesa de la substància queestà canviant les anomenem canvis físics.

13. Les etiquetes dels productes químicsAlguns dels productes químics que tens a casa porten símbols de perillositat.Aquests símbols són universals i serveixen per indicar el comportament deles substàncies. La substància... és corrosiva? És verinosa? És inflamable?

ACTIVITATMira etiquetes de substàncies químiques que tinguis a casa, per exemple llei-xiu, alcohol, detergents...

Alguna d’elles portarà algun dels símbols de la imatge. A partir dels símbolsraona quines mesures de seguretat has de seguir quan facis servir els pro-ductes.

És molt important que t’acostumis a mirar els símbols de perillositat de lesetiquetes a fi d’evitar-te sorpreses quan facis servir els productes.

PÀG.30

40

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

ACTIVITATS D’APRENENTATGE

Activitat 1Digues quatre substàncies de la naturalesa que van ser proposades pelsgrecs com a constituents de la matèria.

Activitat 2Segons Demòcrit i Leucip, quin era el constituent bàsic de la matèria del’Univers?

Activitat 3Quin significat té en grec la paraula àtom?

Activitat 4Què ens diu la teoria atòmica de Dalton?

Activitat 5Digues tres característiques de l’àtom de Dalton.

Activitat 6Completa la taula següent.

PARTS DE L’ÀTOM PARTÍCULES SUBATÒMIQUES CÀRREGA

PÀG.31

41

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Activitat 7Explica què ens diu dels electrons el model atòmic anterior al model quàn-tic.

Activitat 8Fes servir la fórmula N = 2n2 per calcular el nombre màxim d’electrons quehi pot haver en el segon i quart nivell d’energia d’un àtom.

Activitat 9Completa la taula següent.

Nom de l’element Símbol

Al

Argó

S

Bari

Br

Calci

C

Zinc

Cl

Cobalt

Cu

Estany

F

Fòsfor

He

Hidrogen

Fe

Magnesi

Hg

Níquel

PÀG.32

42

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Nom de l’element Símbol

N

Or

O

Argent

Pt

Plom

K

Silici

Na

Activitat 10Defineix:

• Element químic

• Nombre atòmic

• Nombre màssic

Activitat 11Quina és la configuració atòmica de l’àtom 19

9F?

Quants electrons de valència té?

Activitat 12Són iguals els àtoms següents: 11H; 21H; 31H?

PÀG.33

43

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Activitat 13Amb quina unitat es mesura la massa dels àtoms?

Activitat 14Omple els buits.

Un catió és un àtom que ........ ............ un o més electrons i ha quedat carre-gat ......................... .

Un catió és un ........ positiu.

Un anió és un àtom que ....... ................. un o més electrons i ha quedat car-regat ..........................

Un anió és un ......... negatiu.

Activitat 15Uneix amb fletxes:

Mendeleiev i Meyer tenen configuració d’octet

Taula periòdica actual elements amb propietats químiquesmolt semblants

Grup o família ocupen la banda dreta de la taula pe-riòdica

Període tenen igual nombre de nivells ocupats

Metalls taula periòdica ordenada en funció dela massa atòmica

No metalls disposició electrònica molt estable

Gasos nobles taula periòdica ordenada en funció delnombre atòmic

Octet ocupen la banda esquerra i el mig de lataula periòdica

Activitat 16Classifica les següents substàncies segons siguin elements químics o com-postos químics. Justifica la teva classificació.

Fe, CO2, Pb, NaCl, H2O, KBr

PÀG.34

44

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

6. E

L M

ÓN

INV

ISIB

LE

ACTIVITATS D’AVALUACIÓ

Activitat 1Uneix amb fletxes:Donà el primer model atòmic electronsEns dóna el nombre de protons d’un àtom J. DaltonTenen igual càrrega que els protons, però negativa ferroCompost químic nombre màssicEns dóna el nombre de protons més neutrons ZElement químic aigua (H2O)

Activitat 2Omple els buits.L’àtom de Dalton és una boleta ...................... , ..................... i sense cap es-tructura .....................Actualment sabem que l’àtom té dues parts: ..................... i ..................... .Al nucli hi ha els ....................., partícules de la mateixa càrrega que l’electró,però ..................... i també els neutrons.A l’escorça hi ha els .................... . Aquests giren descrivint .................... al vol-tant del nucli. El nombre d’electrons d’un àtom és igual al de ....................., laqual cosa fa que l’àtom sigui neutre.Dins dels àtoms, els electrons giren al voltant del nucli únicament en ....................., que són les ..................... .Els elements químics són ..................... ..................... que no es poden des-compondre en altres substàncies més simples. Estan formats per .................................Cada element es representa universalment mitjançant un ......................

Activitat 3a) Dóna la configuració atòmica de l’argó 40

18Ar.

b) Raona si aquest àtom tindrà tendència a formar enllaços amb altresàtoms.

PÀG.35

45

UN

ITA

T 1

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

6. E

L M

ÓN

INV

ISIB

LE

Activitat 4Omple els buits.Anomenem ..................... dos o més àtoms d’un mateix element químic quetenen diferent nombre màssic, és a dir, diferent nombre de ......................La massa atòmica d’un element químic és la massa d’.... ................. de l’ele-ment.Els cations són àtoms que han perdut ..... o més ......................Els anions són àtoms que han ..................... un o més electrons.Mendeleiev i Meyer van ordenar els elements químics en ........... ....................de les seves masses atòmiques.La taula periòdica actual conté tots els elements químics coneguts orde-nats en ordre creixent de .......................... ...........................La taula periòdica conté ........ columnes i ........... files.Les columnes s’anomenen ............. o famílies.Tots els elements d’una mateixa família tenen igual nombre d’.........................................., això fa que tinguin igual propietats ......................Les files s’anomenen també ......................Tots els elements d’un mateix període tenen igual ............. .............................ocupats per electrons.Classifiquem els elements a la taula periòdica en ....................., ........................i semimetalls.La radioactivitat natural és un fenomen que té lloc en el .......... d’algunsàtoms, anomenats radioactius. Els nuclis d’aquests àtoms són ......................Això fa que emetin ..................... de manera espontània.Els àtoms s’uneixen entre ells a fi d’augmentar la seva ......................

Activitat 5Classifica les següents substàncies segons siguin elements químics o com-postos químics.

MgCl2, N20, Cu, LiBr2, Co

PÀG.36

55

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Unitat 2ELS ESTATS DE LA MATÈRIA

PÀG.37

56

UN

ITA

T 2

QU

È T

RE

BA

LL

AR

ÀS

?M

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

6. E

L M

ÓN

INV

ISIB

LE

quètreballaràs?En acabar la unitat has de ser capaç de:

• Descriure les característiques dels estats de lamatèria i dels canvis d’estat.

• Aplicar la teoria cinètico-molecular per explicardiferents fenòmens.

• Diferenciar les substàncies pures de les mescles.• Descriure els principals tipus de mescles.• Calcular concentracions de dissolucions.

PÀG.38

57

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

1. Estats de la matèria

La matèria pot presentar-se en tres estats: sòlid, líquid i gasós.Les condicions de pressió i temperatura determinen que una mateixa subs-tància es trobi en un o altre estat.L’estat físic en què es troba una substància ens indica la intensitat dels enlla-ços que mantenen unides les seves partícules.L’aigua és una substància química que podem fàcilment trobar en estat sòlid,líquid i gasós en situacions quotidianes.Quan parlem de l’aigua en estat sòlid ens referim al gel, en estat líquid a l’ai-gua que bevem i en estat gasós al vapor d’aigua.Que l’aigua es trobi en un o altre estat depèn de les condicions de pressió itemperatura. A la pressió d’1 atmosfera, l’aigua és líquida entre 0oC i 100oC; per sota de 0oCes troba en estat gel i per sobre de 100oC en estat vapor.Els enllaços que mantenen unides les molècules d’aigua són forts en l’estatsòlid, febles en l’estat líquid i molt febles en l’estat gasós.

Aigua en estat sòlid, líquid i gas

• Activitat d’aprenentatge 1

2. Canvis d’estat

Anima’t a fer les següents experiències! Afegeix uns glaçons de gel a una beguda i espera’t una estona. Què els ha passat als glaçons?

Col·loca unes boletes de càmfora a l’armari i observa-les al cap d’uns dies.Què els ha passat a les boletes?

Deixa un vas amb aigua a temperatura ambient durant uns dies i llavors ob-serva-la.Què li ha passat a l’aigua?

Podríem dir que els glaçons, les boletes i l’aigua han desaparegut, però el querealment ha passat és que han canviat d’estat.

PÀG.39

58

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Escalfant o refredant les substàncies aconseguim que canviïn d’estat.

Els canvis d’estat possibles els tenim representats en el següent diagrama.

Fusió i solidificació

La fusió és el pas de sòlid a líquid.

Agafa uns glaçons de gel i deixa’ls en un vas a temperatura ambient.

Els glaçons comencen a absorbir calor de l’atmosfera i la seva temperatura vaaugmentant fins arribar a 0oC. A aquesta temperatura té lloc la fusió del gel.Pots observar-ho veient com els glaçons es fonen i es converteixen en aigua.

Amb un termòmetre pots comprovar que mentre dura la fusió del gel, la tem-peratura del sistema gel - aigua es manté constant i igual a 0oC.

Si quan s’ha fos tot el gel tornes a refredar l’aigua líquida, que està a 0oC,aquesta aigua es torna altra vegada gel. L’aigua es solidifica.

La solidificació és el pas de líquid a sòlid.

Els processos de fusió i de solidificació, com tot canvi d’estat, es produeixena temperatura constant.

Cada sòlid té una temperatura de fusió determinada, que és la mateixa quela de solidificació.

Aquesta temperatura depèn de la pressió a la que es troba el sòlid.

Vaporització i condensació

La vaporització és el pas de líquid a gas.

Aquest canvi d’estat pot tenir lloc de dues maneres diferents: mitjançant eva-poració o mitjançant ebullició.

PÀG.40

59

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Evaporació

Vaporització

Ebullició

Amb la següent experiència podràs observar els fenòmens d’ebullició i eva-poració:

• Omple dos vasos d’aigua.• Escalfa un d’ells fins a 100oC. Observaràs que a aquesta temperatura es van

formant bombolles en tot el líquid, les quals pugen a la superfície i explotenpassant a gas. Aquest canvi d’estat l’anomenem ebullició.

• Si tens un termòmetre podràs comprovar que l’aigua manté la temperaturaconstant de 100oC mentre dura l’ebullició.

• Amb poca estona et quedarà el vas sense aigua perquè l’ebullició és el pasde líquid a gas (vaporització) de manera ràpida.

• Deixa l’altre got a temperatura ambient i vés observant-lo cada dia. • Veuràs que l’aigua es va vaporitzant a poc a poc. Es tracta d’una evapora-

ció perquè el procés té lloc de manera lenta i a temperatura ambient.• Si pots recollir el vapor d’aigua i refredar-lo, tornaràs a tenir aigua. D’a-

quest procés se’n diu condensació o liquació.

La liquació o condensació és el procés invers a la vaporització.

La sublimació

La sublimació és el nom que rep el canvi d’estat que passa directament de sòlid agas o de gas a sòlid, sense passar per líquid.

A la pressió atmosfèrica només sublimen unes poques substàncies com la nafta-lina o el iode.

És una vaporització lenta. Les molècules líqui-des passen a vapor lentament.

Només passen a vapor les molècules de la su-perfície del líquid.

Té lloc a qualsevol temperatura.

El fenomen de l’evaporació explica que pu-guem eixugar la roba molla, que es formin nú-vols a partir de l’aigua dels oceans, rius i llacs,etc.

És una vaporització ràpida i tumultuosa.

Té lloc a tot el líquid. És a dir, passen a vapormolècules de qualsevol punt del líquid.

La temperatura d’ebullició és característicade cada líquid i depèn de la pressió a la que estroba. L’ebullició de l’aigua es produeix a 100oCsi la pressió és d’una atmosfera (1 atm).

PÀG.41

60

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

La sublimació permet explicar la «desaparició» de les boletes de naftalina de l’ar-mari. Les boletes no han desaparegut, han sublimat, és a dir, han passat directa-ment de sòlid a gas.

Les variacions de la temperatura en els canvis d’estat

Observa el gràfic.

En ell hi tenim representades les variacions de temperatura que assoleix unasubstància pura que es troba en estat sòlid quan se li va subministrant calor.

Podem observar el següent:

• la substància en estat sòlid o líquid augmenta la seva temperatura quan seli subministra calor.

• la temperatura de la substància es manté constant durant els canvis d’estatde fusió i ebullició.

Canvia la naturalesa de les substàncies en els canvis d’estat?

Els canvis d’estat són canvis físics, això vol dir que no alteren la naturalesaquímica de la substància.

L’aigua, com qualsevol altra substància, en passar de l’estat sòlid a l’estat lí-quid o d’aquest a l’estat gas o en fer els canvis inversos no canvia la seva na-turalesa, no deixa d’ésser aigua. El que sí que canvien són algunes de les se-ves propietats com la densitat, la duresa, la capacitat de fluir, etc.

Podem variar les temperatures de fusió i d’ebullició d’una substància pura?

Les substàncies pures tenen una temperatura de fusió i ebullició fixes a unapressió determinada.

Podem variar la temperatura de fusió o d’ebullició d’una substància afegint-liuna altra substància o bé variant-li la pressió.

Pensa en les situacions següents:

• A l’hivern tirem sal sobre la neu que ha caigut a la carretera.• El radiador del cotxe no conté aigua pura, sinó que conté aigua barrejada

amb un líquid anticongelant.

PÀG.42

61

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

En totes dues situacions afegim una substància a l’aigua perquè aquesta dei-xi de ser aigua pura.

L’aigua barrejada amb sal o amb anticongelant té diferent temperatura de fu-sió i d’ebullició que l’aigua pura.

L’aigua amb sal congela a una temperatura més baixa de 0oC. Afegint sal a laneu aconseguim que aquesta no es geli fins a temperatures negatives i que,per tant, no sigui perillosa per a la circulació.

El líquid anticongelant que afegim a l’aigua fa que aquesta congeli a tempera-tures més baixes de 0oC. D’aquesta manera evitem que l’aigua es torni sòlidadins del radiador i pugui trencar-lo.

Pensa en les situacions següents:

• Les verdures es couen més ràpidament en una olla a pressió que en unaolla oberta a l’aire lliure.

• La temperatura d’ebullició de l’aigua dalt d’una muntanya ha estat de 80oC.

En l’olla a pressió l’aigua està sotmesa a una pressió molt més gran que enuna olla oberta a l’atmosfera. Això fa que l’aigua bulli a temperatures prope-res als 120oC.

Aquestes temperatures tan altes fan que la cocció dels aliments sigui molt ràpida.

En una muntanya la pressió disminueix, per això l’aigua bull a temperaturesinferiors a 100oC.

El quart estat de la matèria: l’estat plasma

El quart estat de la matèria o estat plasma és un estat menys conegut que elsanteriors.

Calen temperatures molt elevades perquè la matèria es trobi en estat deplasma.

En aquest estat els nuclis dels àtoms es troben separats dels electrons.

Les altes temperatures han permès que es vencin les forces d’atracció elec-trostàtiques entre el nucli i els electrons i que aquests es separin.

L’hidrogen es troba en estat plasma a 100.000K. De moment no tenim capmaterial que pugui resistir aquesta temperatura, per la qual cosa no podemtenir hidrogen en estat plasma.

La reacció de fusió nuclear, la qual consisteix en fondre dos nuclis d’hidrogenper obtenir-ne un d’heli, només pot tenir lloc si la matèria es troba en estatplasma.

Al Sol i a les estrelles hi ha matèria en estat plasma, la qual cosa possibilitareaccions de fusió nuclear.

PÀG.43

62

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

La reacció de fusió nuclear allibera molta energia i no és gens contaminant,per això és l’esperança energètica del futur.

• Activitats d’aprenentatge 2, 3, 4 i 5

3. La teoria cinètico-molecularLa teoria cinètico-molecular o, més abreujadament, la teoria cinètica explica elcomportament de la matèria.

Quines són les idees bàsiques de la teoria cinètico-molecular?

• La matèria està formada per un gran nombre de partícules. Aquestes par-tícules són molt petites, per la qual cosa no es poden veure amb el micros-copi.

• Les partícules tenen un determinat moviment i una distància de separa-ció, que està en funció de la temperatura i l’estat físic en el que es troba lasubstància.

• L’augment de temperatura provoca l’augment de l’agitació de les partícu-les.

• La pressió que els gasos fan dins del recipient que els conté és deguda alsxocs de les seves partícules contra les parets dels recipients.

Sòlids, líquids i gasos segons la teoria cinètica

Sòlids

• Les partícules estan molt properes entre elles. No hi ha buits entre les par-tícules.

• Estan unides entre elles per forces atractives intenses. Aquestes forcesfan que les partícules ocupin posicions fixes, tot i que poden vibrar al vol-tant de la seva posició d’equilibri.

La teoria cinètica permet justificar que els sòlids tinguin forma pròpia (lespartícules ocupen posicions fixes) i ocupin un volum constant (no hi ha buitsentre les partícules, per la qual cosa no és fàcil comprimir els sòlids).

PÀG.44

63

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Líquids

• En els líquids les partícules estan properes, però no tant com en els sòlids.• Estan unides entre elles per forces atractives més febles que en els sòlids.

Aquestes forces permeten que les partícules puguin lliscar unes per sobrede les altres.

La teoria cinètica permet justificar que els líquids tinguin forma variable (lespartícules poden lliscar unes per sobre de les altres, permetent que el líquidflueixi) i ocupin un volum constant (no hi ha buits entre les partícules, per laqual cosa no és fàcil comprimir els líquids).

Gasos

• En els gasos les partícules estan molt separades unes de les altres.• Les forces d’atracció entre les partícules són molt febles. Per això les par-

tícules es poden moure en totes direccions, xocant amb les parets dels reci-pients que les contenen.

La teoria cinètica permet justificar que els gasos tinguin forma i volum varia-ble i que es puguin expandir i comprimir amb facilitat.

Com explica la teoria cinètica els canvis d’estat?

FusióImaginem que tenim un tros de gel a 0oC (temperatura de fusió) i l’anem es-calfant per convertir-lo en aigua.

PÀG.45

64

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Proporcionar calor al gel vol dir augmentar-li l’agitació de les seves partícu-les.

Les partícules comencen a augmentar les distàncies de separació que hi haentre elles, trencant-se l’estructura de l’estat sòlid i passant a l’estat líquid.

Mentre queda gel per fondre, tota la calor que rep la massa de gel s’inverteixen trencar l’estructura del sòlid. Per això la temperatura es manté constant.

Quan tot el gel s’ha fos, la calor que rep la massa líquida serveix per anar aug-mentant la temperatura.

VaporitzacióImaginem que tenim una massa d’aigua a 100ºC (temperatura d’ebullició) il’anem escalfant a fi de convertir-la en vapor.

La calor que rep l’aigua fa que les seves partícules augmentin l’energia de vi-bració, es puguin deslligar de les unions que les mantenen unides amb altrespartícules del líquid i puguin passar a vapor.

Mentre dura la vaporització tota la calor que rep la massa d’aigua s’inverteixen el canvi d’estat, per això la temperatura es manté constant.

Quan tota l’aigua s’ha vaporitzat, la calor que rep el vapor d’aigua serveix peranar augmentant la temperatura.

Com explica la teoria cinètica les dilatacions?

L’augment o la disminució de la temperatura afecta la intensitat de movimentde les partícules i això equival a un augment o una disminució del volum.

Les juntes de dilatació dels edificis són separacions que permeten absorbirles dilatacions i contraccions causades per les diferències de temperatura en-tre l’estiu i l’hivern.

Els termòmetres de mercuri es fonamenten en la dilatació que experimentaun líquid, el mercuri, quan augmenta la temperatura.

• Activitat d’aprenentatge 6

PÀG.46

65

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

4. Classificació de la matèriaLa matèria és tot allò que ocupa un lloc en l’espai.

Podem classificar la matèria segons la seva composició en: substàncies pu-res i mescles de substàncies pures.

No és fàcil de distingir a cop d’ull una substància pura d’una mescla de subs-tàncies pures. La majoria de substàncies que trobem a la naturalesa són mes-cles de diferents substàncies. L’aire és una mescla, l’aigua que bevem és unamescla, els sucs de fruita són mescles.

La química considera substàncies pures aquelles que només contenen un ti-pus de substància.

L’aire no és una substància pura, perquè està format per una barreja de ga-sos: nitrogen, oxigen i diòxid de carboni, entre altres gasos.

L’aigua que bevem és una mescla perquè, a més d’aigua, sol contenir mine-rals.

L’aigua destil·lada és una substància pura, perquè només està formada peraigua.

El coure és també una substància pura, perquè només està format per coure.

Les substàncies pures són els elements i els compostos.

Les substàncies pures es diferencien de les mescles perquè tenen unes propie-tats característiques i constants.

La temperatura de fusió, la temperatura d’ebullició i la densitat són propie-tats característiques de les substàncies pures. Això vol dir que aquestes pro-pietats no depenen de la quantitat de substància que tenim, només depenende la substància de la que es tracta.

Com podem saber si una mostra d’aigua és pura?

Sabem que l’aigua, a la pressió d’una atmosfera, bull a la temperatura de100oC. Si la nostra mostra d’aigua bull a aquesta temperatura, es tractaràd’aigua pura, si no és així, es tractarà d’aigua barrejada amb altres substàn-cies.

PÀG.47

66

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Les mescles de substàncies pures tenen unes propietats i una composició varia-bles.

Pensa en la preparació d’una mescla d’aigua i sucre. Podem barrejar molt opoc sucre amb una determinada quantitat d’aigua. Les propietats de la mes-cla dependran de la proporció en què hàgim barrejat els components.

Els components d’una mescla mantenen les seves propietats dins la mescla.Això ens diu que si separem els components de la mescla, aquests no hauranperdut cap de les seves propietats, tot i haver estat barrejats.

Classificació de les mescles

Les mescles es poden classificar en mescles heterogènies i mescles homo-gènies.

En les mescles heterogènies es poden diferenciar els seus components a ull nu oamb una lupa.

Per separar els components d’una mescla heterogènia aprofitem que aquestscomponents tenen propietats diferents.

Com podem separar els components d’una mescla heterogènia d’aigua i so-rra?

Podem separar-los mitjançant el mètode de la sedimentació o bé el de la fil-tració.

• La sedimentació permet separar mescles heterogènies, els components deles quals tenen una densitat diferent.

Seguint aquest mètode, deixarem en repòs la mescla d’aigua i sorra. Per efec-te de la gravetat, la sorra es dipositarà al fons del recipient (sedimentarà) il’aigua quedarà a la part superior.

Acabada la sedimentació, anirem inclinant a poc a poc el vas que conté lamescla i recollirem l’aigua en un altre recipient. La sorra ens quedarà al vas.

Per tenir una sedimentació més perfecta es pot portar a terme primeramentuna centrifugació.

PÀG.48

67

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

• La centrifugació consisteix a fer girar la mescla a moltes revolucions. D’a-questa manera es millora la separació dels dos components.

Procés de decantació

• La filtració consisteix a fer passar la mescla per un embut, al qual hemcol·locat un paper de filtre.

En el nostre cas el paper de filtre ha de tenir uns porus amb diàmetre inferioral de les partícules de sorra, perquè aquestes hi quedin retingudes.

Procés de filtració

Prova els dos mètodes de separació.

Quin mètode t’ha semblat millor?

En les mescles homogènies no es poden diferenciar els seus components a ull nuo amb una lupa

Les mescles homogènies reben el nom de dissolucions.

El dissolvent és el component majoritari de la dissolució.

PÀG.49

68

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

El solut és el component minoritari de la dissolució.

Una dissolució pot contenir un o més soluts.

El dissolvent i el solut poden trobar-se en estat sòlid, líquid o gas. Vegem-ho ala taula següent:

DISSOLVENT SOLUT DISSOLUCIÓ

Sòlid Sòlid Aliatge

Líquid Fang

Gas Hidrogen en platí

Líquid Sòlid Aigua amb sal

Líquid Aigua amb alcohol

Gas Aigua carbònica

Gas Sòlid Fum

Líquid Boira

Gas Aire

La teoria cinètico-molecular explica les dissolucions.

Tota dissolució consisteix en una barreja de les partícules dels seus compo-nents (dissolvent i solut o soluts).

Quan dissolem un sòlid en un líquid, les partícules del líquid atrauen les delsòlid i fan que es trenqui la seva estructura rígida. Les partícules del sòlid esvan col·locant en els buits que hi ha entre les partícules del líquid.

Quan es dissol un líquid en un líquid o un gas en un líquid, les partícules desolut també s’intercalen entre les partícules del dissolvent, però en aquestcas no s’ha de trencar cap estructura rígida.

El volum total d’una dissolució és sempre igual a la suma dels volums del dis-solvent i del solut?

Això no sempre s’ha de complir, perquè les partícules del solut s’intercalenentre les partícules del dissolvent, per la qual cosa pot passar que volums queestaven lliures de partícules ara estiguin ocupats, amb la qual cosa el volumtotal disminuirà.

Com podem separar els components d’una dissolució d’aigua i sal sense per-dre cap dels dos components?

El mètode adequat és el de la destil·lació.

PÀG.50

69

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Procés de destil·lació

• La destil·lació permet separar els components d’una mescla, sempre i quanaquests tinguin diferent punt d’ebullició.

Per portar a terme una destil·lació fem el muntatge de la figura i anem escal-fant la mescla d’aigua i sal suaument.

Veurem que a una temperatura una mica superior als 100ºC comença a bullirl’aigua.

En el mateix muntatge de la destil·lació es refreda el vapor d’aigua format enl’ebullició i es recull en forma d’aigua líquida.

Així ens queda la sal al mateix recipient on hem fet la destil·lació i l’aigua alrecipient de recollida.

Altres mètodes com l’evaporació i la filtració no serien adequats.

• L’evaporació consisteix a anar escalfant la mescla en un recipient obert al’aire lliure fins que l’aigua s’evapori i la sal quedi cristal·litzada al fons del re-cipient. Amb aquest mètode només podríem recuperar la sal.

La mida de les partícules d’una dissolució és tan petita que poden travessarels porus de qualsevol filtre. La filtració no seria un mètode adequat per se-parar l’aigua de la sal, perquè tota la dissolució travessaria el filtre.

Concentració de les dissolucions

Segons la seva concentració, les dissolucions poden ser :

• Diluïdes: contenen molt poca quantitat de solut respecte la quantitat de dis-solvent.

• Concentrades: tenen una quantitat important de solut respecte la quantitatde dissolvent.

• Saturades: no admeten més quantitat de solut en la dissolució.

PÀG.51

70

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Si preparem una dissolució d’aigua i sal i anem afegint sal a l’aigua, arribaràun moment que la sal ja no es dissoldrà i quedarà al fons del got. Direm queen aquest punt tenim una dissolució saturada a la temperatura a la qual feml’experiència.

La solubilitat és una propietat característica de cada substància. Que unasubstància sigui més o menys soluble que una altra està en funció de les ca-racterístiques de les dues substàncies.

La solubilitat d’un solut en un dissolvent és la màxima quantitat de solut que espot dissoldre en una determinada quantitat de dissolvent a una temperatura de-terminada.

La solubilitat sol donar-se en grams de solut per 100g de dissolvent.

Les corbes de solubilitat ens mostren la variació de la solubilitat amb la tem-peratura.

Fixa’t en la gràfica de les corbes de solubilitat.

A partir de la gràfica podem saber la quantitat en grams de tres substànciesque es dissolen en 100g d’aigua entre les temperatures de 0oC i 100oC.

Fixa’t que en augmentar la temperatura, augmenta la massa de substànciaque es dissol en els 100g d’aigua.

Una dissolució saturada de sulfat de potassi a 50oC conté 15g de sulfat de po-tassi en 100g d’aigua.

Què passarà si refredem la dissolució?

La gràfica ens permet veure que si refredem la dissolució, la solubilitat dismi-nuirà. Quedarà un excés de sulfat de potassi, el qual anirà sedimentant en elfons.

Què passarà si augmentem la temperatura de la dissolució?

%&'()

)

)

)

*)

$)

)

+)

,)

-)

))

)

) ) ) *) $) ) +) ,) -) ))

PÀG.52

71

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Si augmentem la temperatura, la dissolució deixarà de ser saturada i adme-trà més solut.

Com que els termes diluïda, concentrada o saturada no donen dades numèri-ques que permetin saber exactament la proporció de dissolvent i de solut enla dissolució, tenim altres maneres d’expressar aquesta concentració amb da-des numèriques.

Tant per cent en pes

El tant per cent en pes és el nombre de grams de solut que estan dissolts en100g de dissolució.

La següent fórmula ens permet calcular la concentració en % en pes.

grams de solut% en pes = · 100

grams de dissolució

(grams de dissolució = grams de dissolvent + grams de solut)

Sovint es fa servir l’expressió «tant per cent de solut».

Si ens diuen que una dissolució d’aigua i sal té una concentració del 20% ensestan dient que hi ha 20g de sal per cada 100g de dissolució, és a dir, hi ha20g de sal per cada 80g d’aigua.

ACTIVITATCalcula la concentració en tant per cent en pes d’una dissolució obtingudabarrejant 12g de nitrat de plata en mig litre d’aigua.

SolucióPrimer identifiquem les dades de l’enunciat.

El solut és el nitrat de plata perquè és el component que es troba en menorquantitat. El dissolvent és l’aigua. La dissolució és la barreja d’aigua i nitrat deplata.

Grams de solut = 12g

Grams de dissolvent = 500g (recorda que 1 litre d’aigua té massa 1.000g)

Grams de dissolució = grams de dissolvent + grams de solut = 12 + 500 = 512g

Apliquem la fórmula:

12 g de nitrat de plata% en pes = · 100 = 2,34%

512 g de dissolució

La concentració de nitrat de plata en la dissolució és de 2,34%.

PÀG.53

72

UN

ITA

T 2

EL

S E

STA

TS

DE

LA

MA

TÈ

RIA

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Concentració en massa

La concentració en massa són els grams de solut que estan dissolts en cada litrede dissolució.

Es calcula amb la següent fórmula:

Concentració en massa =grams de solut

litres de dissolució

La concentració en massa s’expressa en g/l.

ACTIVITATCalcula la concentració en massa d’una dissolució que s’ha preparat dissolent30g de sal en aigua. El volum total de dissolució és de tres litres.

SolucióAplicant la fórmula de la concentració en massa,

Concentració en massa =30 g de sal

= 10 g/l3 litres de dissolució

La concentració en massa és de 10g/l.

• Activitats d’aprenentatge 7, 8, 9 i 10.

PÀG.54

73

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

ACTIVITATS D’APRENENTATGE

Activitat 1Omple els buitsLa matèria pot presentar-se en tres estats: ............, ................ i .................Les condicions de ................ i ................ determinen que una mateixa subs-tància es trobi en un o altre estat .Escalfant o ................ les substàncies aconseguim que canviïn d’estat.

Activitat 2Defineix: fusió, solidificació, vaporització, condensació i sublimació.

Activitat 3Diferencia evaporació i ebullició.

Activitat 4Canvia la naturalesa de les substàncies en els canvis d’estat? Per què?

PÀG.55

74

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Activitat 5L’aigua amb sucre té la mateixa temperatura de congelació que l’aiguapura? Per què?

Activitat 6Digues les idees bàsiques de la Teoria cinètico-molecular.

Activitat 7Omple els buits

La matèria, segons la seva composició, podem classificar-la en ................................ i ........................ . Les substàncies pures són ................ ................ i ................ .................Les substàncies pures es diferencien de les mescles perquè tenen unespropietats ................ i .................Les mescles es poden classificar en mescles .............................. i mescles........................ .Les mescles de substàncies pures tenen unes propietats i una composició........................ .Les mescles ..................... són aquelles que a ull nu o amb una lupa es podendiferenciar els seus components.Les mescles .................... són aquelles que a ull nu o amb una lupa no es po-den diferenciar els seus components.

Activitat 8Digues si les afirmacions següents son vertaderes o falses:

El solut és component majoritari d’una dissolució.

Una dissolució saturada admet només una mica més de solut.

Perquè l’hidrogen es trobi en estat plasma cal que es sotmeti a la tempera-tura de 100.000K.

La teoria cinètico-molecular justifica que els líquids puguin fluir basant-seen la feblesa de les forces que mantenen unides les seves partícules.

PÀG.56

75

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia6

. EL

MÓ

N IN

VIS

IBL

E

Activitat 9Hem preparat una dissolució barrejant 60g de sal amb 3 litres d’aigua. Cal-cula la concentració de la dissolució en tant per cent en pes, recordant queun litre d’aigua té massa 1kg.

Activitat 10Calcula la concentració en g/l d’una dissolució que conté 500g d’una salen 4 litres de dissolució.

PÀG.57

76

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

6. E

L M

ÓN

INV

ISIB

LE

ACTIVITATS D’AVALUACIÓ

Activitat 1Digues si les següents afirmacions són vertaderes o falses: La fusió és el pas de sòlid a gas. L’ebullició té lloc a temperatura ambient. L’evaporació permet que s’assequi la roba molla.En els canvis d’estat no hi ha variació de temperatura.La liquació és el procés invers a la vaporització.Els canvis d’estat són canvis químics, la qual cosa fa que variïn la naturale-sa de les substàncies.Les temperatures de fusió i d’ebullició de les substàncies no depenen de lapressió.

Activitat 2Omple els buits:La teoria ............... - ....................... permet explicar el comportament de lamatèria.Les partícules dels sòlids estan molt .......................... entre elles. No hi ha....................... entre les partícules.En els ....................... les partícules estan properes, però no tant com en elssòlids.En els ....................... les partícules estan molt separades unes de les altres.

Activitat 3Defineix: substància pura, mescla homogènia i mescla heterogènia.

Activitat 4Digues si les següents afirmacions són vertaderes o falses: El dissolvent és el component minoritari d’una dissolució.Una dissolució només pot contenir un sol solut.L’aigua amb sal és una mescla homogènia.La destil·lació és un mètode de separació de substàncies que aprofita la di-ferència dels punts d’ebullició entre els components d’una mescla.La solubilitat d’una substància no varia amb la temperatura.

Activitat 5Què vol dir que una dissolució d’aigua i sucre té una concentració del10%?

PÀG.58

PÀG.59

PÀG.60

PÀG.61

PÀG.62

PÀG.63

QUANTITAT DE SUBSTÀNCIA: EL MOL En qualsevol quantitat de substància hi ha un nombre enormement gran d'àtoms, ions o molècules. Per simplificar els càlculs, els químics han adoptat una unitat més gran que l'àtom, l'ió o la molècula. Aquesta unitat és el mol i permet comparar quantitats de diferents elements o compostos de forma molt senzilla.

Un mol és la quantitat de substància que conté 6,022·1023 partícules (àtoms, ions o molècules). Aquest nombre (6,022·1023) és el nombre d'Avogadro i es representa per NAV. La massa en grams d'un mol d'una substància és numèricament igual a la massa atòmica o molecular d'aquesta substància. Així, per exemple:

• L'aigua té una massa molecular 18. Un mol d'aigua té una massa de 18 grams d'aigua i conté 6,022·1023 molècules d'aigua.

• L'heli té una massa atòmica 4. Un mol d'heli té una massa de 4 grams i conté 6.023·1023 àtoms d'heli.

Per fer els exercicis d'aquesta unitat es necessita la massa atòmica dels elements.

Exemple

Un vas conté 225 g d'aigua. Quants mols i quantes molècules d'aigua t'empassaràs si te'l veus? Masses atòmiques: H = 1; O = 16 ; ( NAV = 6,022 · 1023 mol-1 ).

EXERCICI 1. En un centre de secundària hi ha matriculats 500 alumnes. Quants mols d'alumnes són? Per adonar-te del valor que representa, escriu el resultat sense utilitzar la notació científica. ( NAV = 6,022 · 1023 mol-1 ). EXERCICI 2. Quantes molècules hi ha en 3 mols d’amoníac (NH3)? Dóna el resultat sense utilitzar notació científica. ( NAV = 6,022 · 1023 mol-1 )

PÀG.64

EXERCICI 3. Quina és la massa d’un mol de cafeïna (C8H10N4O2)? I la massa d’una molècula d'aquesta substància? ( Masses atòmiques: C = 12; H = 1; N = 14; O = 16 NAV = 6,022 · 1023 mol-1 ) EXERCICI 4. Un got conté 72 g d'aigua. Quants mols d'aigua són?

( Masses atòmiques: H = 1; O = 16 )

EXERCICI 5. Quants mols i quantes molècules hi ha en 100 g de sucre, sacarosa (C12H22O11)? Masses atòmiques: C = 12; H = 1; O = 16 (NAV = 6,022 · 1023 mol-1 )

EXERCICI 6. Quants àtoms hi ha en 16 g de sofre? ( Massa atòmica: S = 32 NAV = 6,022 · 1023 mol-1 ) EXERCICI 7. Una cullerada de sal conté 11,7 g de clorur de sodi (NaCl). Quants mols són? Quants ions de sodi (Na+) i clorur (Cl-) hi ha? ( Masses atòmiques: Na = 23; Cl = 35,5 NAV = 6,022 · 1023 mol-1 )

EXERCICI 8. Ordena de més gran a més petita les quantitats de diòxid de carboni següents: ( Masses atòmiques: C = 12; O = 16 NAV = 6,022 · 1023 mol-1 )

• 33 g • 9,03·1022 molècules • 1,5 mols

EXERCICI 9. En un tros de guix (CaSO4 · 2H2O) de 5 g, quantes molècules d'aigua hi ha? Masses atòmiques: Ca = 40; S = 32; O = 16, H = 1; ( NAV = 6,022 · 1023 mol-1 )

EXERCICI 10.Observa l'etiqueta i indica quants ions sodi (Na+) conté una garrafa de 5 L d'aigua com la de l'etiqueta? Massa atòmica: Na = 23 NAV = 6,022 · 1023 mol-1

PÀG.65

PÀG.66

PÀG.67

PÀG.68

PÀG.69

PÀG.70

PÀG.71

PÀG.72

PÀG.73

PÀG.74

PÀG.75

PÀG.76

PÀG.77

PÀG.78

PÀG.79

PÀG.80

PÀG.81

PÀG.82

PÀG.83

PÀG.84

PÀG.85

PÀG.86

PÀG.87

PÀG.88

PÀG.89

PÀG.90

PÀG.91

PÀG.92

PÀG.93

PÀG.94

PÀG.95

PÀG.96

PÀG.97

PÀG.98

PÀG.99

PÀG.100

PÀG.101

41

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Unitat 2 EL CORRENT ELÈCTRIC

PÀG.102

42

UN

ITA

T 2

QU

È T

RE

BA

LL

AR

ÀS

?M

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

7. T

EC

NO

LOG

IA I

HA

BIT

AT

GE

quètreballaràs?En acabar la unitat has de ser capaç de:

• Explicar què és l’electricitat i quina és la funció delsgeneradors.

• Quantificar la resistència dels conductors.• Descriure la llei d’Ohm i aplicar-la correctament.• Descriure i utilitzar el concepte de potència.• Explicar el concepte de potència.• Reconèixer les aplicacions i inconvenients de

l’efecte Joule.• Descriure els diferents elements d’un circuit

elèctric.• Analitzar el funcionament del circuit elèctric.

PÀG.103

43

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

1. El corrent elèctricA la unitat 1 hem vist algunes aplicacions de l’electricitat. Sens dubte els efec-tes de l’electricitat són coneguts per tots i els utilitzem cada dia, però, ¿seriescapaç de definir l’electricitat? Segur que no et seria fàcil.

Els antics grecs ja coneixien que l’ambre, una resina fòssil de color groc i se-mitransparent, era capaç d’atreure objectes quan era fregat amb una peça dellana.

ACTIVITAT 1Frega un bolígraf o un regle de plàstic amb un tros de llana. Col·loca trossos petitsde paper sobre la taula i acosta el bolígraf o el regle. Observa què succeeix.

SolucióEls trossos de paper són atrets pel bolígraf o pel regle de plàstic.

ACTIVITAT 2Agafa una pinta de plàstic i pentina els teus cabells unes quantes vegades.Què observes?

SolucióEls cabells són atrets per la pinta.

ACTIVITAT 3En tancar el televisor acosta-hi el cap. Què els passa, als teus cabells?

Solució En tancar el televisor la pantalla atreu els cabells.

En aquestes activitats els papers i els cabells s’han electritzat.

Aquest fenòmens i d’altres com les espurnes que veus quan et treus roba sin-tètica s’anomenen electrització.

Hi ha dos tipus de càrregues elèctriques: positives i negatives.

Els cossos amb càrregues de diferent signe s’atreuen i els cossos amb càrre-gues del mateix signe es repel·leixen.

Actualment els fenòmens elèctrics s’expliquen tenint en compte l’estructurade la matèria.

Tota la matèria està constituïda per àtoms, els quals tenen nucli i escorça. Elnucli conté neutrons (partícules sense càrrega elèctrica) i protons (partículesamb càrrega elèctrica positiva); a l’escorça hi ha els electrons (partículesamb càrrega elèctrica negativa). La càrrega elèctrica del protó i de l’electróés la mateixa però de signe contrari. L’àtom és elèctricament neutre.

PÀG.104

44

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

L’estructura de l’àtom explica que en fregar dos cossos, passen electronsd’un a l’altre. En algunes substàncies els electrons que estan més allunyatsdel nucli poden desplaçar-se. Els electrons circulen d’uns àtoms (emissors) auns altres (receptors) i es produeix un corrent elèctric. Això és la base de l’e-lectricitat.

El corrent elèctric es produeix quan, en una substància, els electrons es despla-cen en una direcció determinada.

Ara bé, això no es pot produir en totes les substàncies. N’hi ha algunes, comels metalls, l’aigua, etc, que permeten el pas de l’electricitat. Aquestes subs-tàncies s’anomenen conductores. D’altres com la fusta i els plàstics no per-meten el seu pas. Les anomenem aïllants.

ACTIVITATFixa’t en els cables o en els fils de corrent que fan funcionar els llums, l’ordi-nador, les estufes de casa teva. Estan fets de metall i recoberts de plàstic. Perquè creus que estan fets d’aquesta manera?

SolucióEl fils de corrent són fets de metall perquè els metalls són conductors i pertant deixen passar els electrons, és a dir, deixen passar el corrent elèctric. Es-tan recoberts de plàstic perquè el plàstic és un material aïllant, per tant nodeixa passar el corrent. Així evita que els fils es toquin entre ells i es produei-xi un curtcircuit. Per aquesta raó és molt important que els cables elèctricsestiguin en bon estat, que no estiguin pelats.

La quantitat d’electricitat o càrrega elèctrica (Q) que circula per un con-ductor depèn del nombre d’electrons que s’hi desplacin. La unitat de mesurade la quantitat d’electricitat és el coulomb (C). 1 C = 6,24 · 1018 electrons.

A vegades, però, el que ens interessa és saber la quantitat d’electricitat que pas-sa per un conductor durant un cert temps. Això ho mesurem amb la intensitat.

La intensitat del corrent (I) és la quantitat de càrrega (Q) que travessa un con-ductor en un segon. La seva unitat és l’amper (A).

Un amper és un coulomb partit per un segon.

Els generadors

Els generadors són els aparells encarregats de subministrar energia elèctrica alcircuit.

Els generadors tenen dos pols o llocs on s’agrupen les càrregues: el pol nega-tiu que té un excés d’electrons o càrregues negatives disposades a fugir-ne i

IQt

=

111

ACs

=

PÀG.105

45

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

el pol positiu que, en haver perdut els electrons està carregat positivament ivol rebre’n. Entre aquests dos pols hi ha una diferència d’energia que s’ano-mena diferència de potencial o tensió.

La diferència de potencial o tensió entre dos punts, A i B és el treball que s’ha defer per transportar la càrrega d’un coulomb (C) de B fins A. La unitat de mesurade la tensió és el volt (V).L’aparell per mesurar-la és el voltímetre.

En un generador si unim els dos borns amb un fil conductor obtenim un cir-cuit elèctric. En aquestes circumstàncies les carregues negatives circulen, através del fil conductor, des del pol negatiu fins al pol positiu. Es forma, pertant un corrent elèctric a l’interior del conductor.

Els electrons surten del pol negatiu, es desplacen pel fil conductor i arriben alpol positiu. Per cada electró que surt del pol negatiu, n’entra un pel pol posi-tiu. Fixa’t, doncs, que ni el generador ni el conductor guanyen ni perden elec-trons. Ara bé, cada electró que arriba al pol positiu del generador neutralitzauna càrrega positiva. Això fa que en el pol negatiu cada vegada hi hagi menyselectrons (es perden en el fil conductor) i en el pol positiu menys càrreguespositives (ja que les càrregues positives i negatives es neutralitzen). Si el pasde corrent elèctrica continua, s’arriba a una neutralització total de les càrre-gues, per la qual cosa desapareix la diferència de potencial i per tant, la gene-ració de corrent. Aquest és el motiu pel qual les piles s’esgoten.

Les piles són exemples de generadors. La tensió de la pila ens indica el treballque aquesta pot fer.

ACTIVITATAgafa piles elèctriques que tinguis al teu abast i mira el seu voltatge. Esbrinaquin és el voltatge de la bateria d’algun vehicle.

PÀG.106

46

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

SolucióLes piles planes o de petaca acostumen a marcar 4,5V. Les rodones 1,5V i al-gunes de botó també són d’1,5 V.Les bateries dels cotxes acostumen a ser de 12 V. Potser has pogut esbrinarque les bateries dels camions i autocars són de 24 V.

La resistència elèctrica

Els materials conductors, tot i permetre el pas del corrent elèctric, presentenuna certa oposició a aquest pas. S’ha comprovat que com més llarg és el fil conductor més resistència oposaal pas del corrent elèctric i que com més gran és la seva secció amb més faci-litat hi circula. D’altra banda, la resistència també depèn del material ambquè està fabricat el conductor i té un valor que s’anomena resistivitat.

La resistència elèctrica és la dificultat que exerceixen els materials al pas delcorrent elèctric. Aquesta resistència depèn de tres factors, de la longitud (l) delmaterial que ha de travessar el corrent elèctric, de la seva secció (S) i d’un valorcaracterístic del material que anomenem resistivitat (ρρ)

La unitat de resistència és l’Ohm (ΩΩ); la longitud es mesura en metres i la su-perfície en m2.

ACTIVITATCalcula quina resistència ofereix un cable de coure de 1.000 m i 1 mm2 de sec-ció. Nota: la resistivitat del coure és d’ 1,6 · 10-8 Ωm.

Soluciól = 1.000 mS= 1 mm2 = 0,000001 m2

ρ = 1,6 · 10–8 ΩmR?

RlS

= ρ

RlS

mm

R2

2= → = → =

−

ρ R1 600 100 000001

168. ∑

,Ω Ω

PÀG.107

47

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITAT 2Si el cable de l’activitat anterior fos de plata enlloc de ser coure. Oferiria lamateixa resistència?

SolucióEl valor de la resistència seria diferent perquè la plata té una resistivitat dife-rent de la del coure.

• Activitats d’aprenentatge 1, 2 i 3

La llei d’Ohm

La quantitat d’electricitat que circula per un conductor depèn de dos factors,de la tensió o voltatge i de la resistència.

• Com més alta sigui la tensió més quantitat de corrent passarà pel conduc-tor. És a dir, la intensitat serà més alta. Tensió i intensitat són magnituds di-rectament proporcionals, quan augmenta una també augmenta l’altra.

• La resistència, en canvi, s’oposa al pas del corrent elèctric. Com més gransigui la resistència menys quantitat de corrent elèctric passarà per unitatde temps. Resistència i intensitat són magnituds inversament proporcio-nals, quan augmenta una l’altra disminueix i a l’inrevés.

La llei d’Ohm ens indica la relació que existeix entre la tensió (V) aplicada, la re-sistència (R) del conductor i la intensitat (I) que hi circula.

I és la intensitat, mesurada en ampers (A); V la tensió, mesurada en volts (V) iR la resistència, mesurada en ohms (Ω).

ACTIVITAT 1Si connectem un motor que té una resistència de 80 Ω a una tensió de 220 V,digués quina intensitat de corrent hi passarà.

SolucióR = 80 ΩV = 220 VI = ?

ACTIVITAT 2Quina és la resistència d’un conductor si en connectar-lo a una tensió de 220 Vhi circula un corrent elèctric de 5 amperes d’intensitat?

I=VR

220 V80

,75 A→ = =IΩ

2

I=VR

PÀG.108

48

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

SolucióV = 220 VI = 5 AR = ?

• Activitats d’aprenentatge 4 i 5

Potència elèctrica

Els aparells receptors utilitzen l’energia elèctrica per fer les seves funcions.Una estufa transforma l’energia elèctrica en calor, una batedora en movi-ment, una ràdio en so, etc.

La potència elèctrica d’un aparell elèctric és la quantitat d’energia que consu-meix en la unitat de temps.

La potència també la podem definir com el producte de la tensió per la intensitat.

On V és la tensió, mesurada en volts (V) i I la intensitat, mesurada en ampers(A). La unitat de mesura de la potència elèctrica és el watt (W), tot i que so-vint s’utilitzen múltiples i submúltiples d’aquesta unitat com el quilowatt(kW), el megawatt (MW), el mil·líwatt (mW) o el microwatt (µW).

ACTIVITAT 1Tenim dues bombetes, una de 60 W i una altra de 100 W instal·lades en doscircuits connectats a una tensió de 220 V. Quina intensitat passarà per cadacircuit?

SolucióPer la bombeta de 60 W:

P = 60 WV = 220 VI = ?

Per la bombeta de 100 W:

P = 100 WV = 220 VI = ?

P=V∑l 100W=220V∑I I=100W220V

=0,45A→ →

I=VR

5A=220V

RR=

220V5A

=44→ → Ω

P=Et

P=V∑I

P=V∑I 60W=220V∑I I=60W220V

=0,27A→ →

PÀG.109

49

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITAT 2Quants electrons circulen, cada segon, per una bombeta 25 W connectada ala xarxa elèctrica? Recorda que 1 C = 6,24 · 1018 electrons.

SolucióP = 25 WV = 220 VQ = ?

Per trobar la càrrega elèctrica que circula per la bombeta hem d’aplicar lafórmula, però ens cal saber abans la intensitat.

Ara ja podem calcular la càrrega:

Per saber quants electrons són 0,11 C:

és a dir, cada segon passen per la bombeta 690.000.000.000.000.000 e-

Sabries llegir aquesta quantitat?690.000 bilions d’electrons passen per la bombeta cada segon.

L’energia elèctrica

Com ja saps la bombeta de 100 W il·lumina més que la de 60 W, de la mateixamanera que un radiador elèctric de 1.000 W escalfa més que un de 500 W. Lò-gicament com més potència té un aparell més treball fa, ja que hem dit que lapotència d’un aparell és el treball que es realitza per unitat de temps. Peròquina bombeta consumirà més energia, la de 100 W o la de 60 W? I quin ra-diador en consumirà més, el de 1.000 W o el de 500 W? Lògicament com méspotència té un aparell més energia elèctrica consumeix.

L’energia elèctrica consumida per un aparell depèn de la seva potència i deltemps que estigui funcionant:

E = P · tEnergia = potència · temps

I=Qt

P=V∑I 25W=220V∑I I=25W220V

=0,11A→ →

I=Qt

0,11A=Q1s

Q=0,11A∑1s=0,11C→ →

0,11C∑6,24∑10 e

1C=6,9∑10 e

18 -17 -

PÀG.110

50

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

L’energia elèctrica s’expressa en joules (J). Un joule és l’energia que consu-meix un aparell d’un watt de potència en un segon.

1 J = 1 W · 1 s

El joule és una unitat molt petita i poc pràctica, per la qual cosa, per mesurarl’energia consumida a la llar s’utilitza el quilowatt-hora (kWh), que és l’energiaque gasta un aparell de 1.000 W en una hora.

1 kWh = 1.000 W · 1h

La relació entre quilowatts-hora i joules és:

1 kWh = 3,6·106 J

ACTIVITATQuina energia elèctrica consumirà una bombeta de 100 W encesa durant 6hores?

SolucióP = 100 Wt = 6 h

• Activitats d’aprenentatge 6, 7 i 8

L’efecte joule

Has tocat mai un aparell que funciona amb electricitat, quan porta molttemps funcionant? Està calent, oi? Els aparells elèctrics després de funcionarun temps s’escalfen.

A la unitat 1 dèiem que les resistències elèctriques d’alguns aparells ens per-meten produir calor i per això les utilitzem per escalfar l’aire (convectors, pla-ques elèctriques, etc.), per escalfar l’aigua (cafeteres, escalfadors, etc.) i fins itot per cuinar (torradores, barbacoes elèctriques, etc.). Què tenen a veure lesresistències amb l’efecte joule?

La quantitat de calor que genera un conductor depèn de la potència de l’e-nergia que hi circula i del temps que estigui circulant.

E=P∑t E=100 W∑6 h=600 Wh=0,6 kWh→

Tot conductor, recorregut per un corrent elèctric desprèn calor. Aquest fenomenes coneix com l’efecte Joule.

PÀG.111

51

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

D’una banda, sabem que:P = I · V

I la llei d’Ohm ens diu que:

Si aïllem el voltatge de la segona formula i el substituïm a la primera tenim

V = I · R

P = I · (I · R) P = I2 · R

Substituïm en la fòrmula de l´energia.

E = P · t E = I2 · R · t

Com més gran és la resistència d´un aparell elèctric més gran és l´energiaque es transforma en calor

2. El circuit elèctricUn circuit elèctric és un conjunt d’elements connectats entre ells, pels qualscircula l’electricitat. El circuit elèctric més senzill està format per tres compo-nents: el generador, el conductor i el receptor. També pot portar elements decontrol i elements de protecció.

• El generador: aparell que produeix el corrent elèctric i envia els electrons alconductor.

• El conductor: transporta el corrent elèctric fins al receptor.•El receptor: rep el corrent elèctric i el transforma per fer el seu treball. El receptorestà connectat al generador perquè continuï el desplaçament dels electrons.

I=VR

PÀG.112

52

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Quantes vegades has utilitzat una llanterna, és possible que fins i tot algunavegada n’hagis desmuntada alguna per veure com funciona. Si ho has fet, sa-bràs que el seu funcionament és molt senzill. Les piles estan connectades a labombeta mitjançant uns fils elèctrics. En un d’ells trobem un interruptor quetalla el pas a l’electricitat o la deixa passar, segons la seva posició.

De fet aquest sistema és molt similar al del llum de la tauleta de nit. En aquestcas les piles són substituïdes per un endoll, per agafar el corrent elèctric de laxarxa elèctrica. Doncs bé, tant la pila com el llum de la tauleta de nit sónexemples de circuits elèctrics senzills.

Existeix tota una sèrie de símbols que permeten descriure els circuits elèc-trics d’una manera senzilla i entenedora per a tothom.

PÀG.113

53

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Element del circuit Símbol

Generador de corrent continu

Generador de corrent altern

Conductor

Làmpada

Motor

Interruptor

Commutador

Resistència

Fusible

PÀG.114

54

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITATDescriu el següent circuit i prediu el seu funcionament

SolucióEl circuit està format per un generador, una làmpada i un interruptor. El gene-rador subministra el corrent elèctric que la làmpada utilitza per transformar-la en llum. El pas de l’electricitat pel circuit està controlat per l’interruptor.Quan l’interruptor està tancat permet el pas de l’electricitat a través d’ell iper tant la làmpada s’encén.

Quan l’interruptor obre el circuit el pas d’electrons es talla i per tant no circu-la l’electricitat. La làmpada s’apaga.

PÀG.115

55

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Vigila! Quan tanquem o apaguem el llum l’interruptor obre el circuit elèctric.Quan tanquem l’interruptor, la làmpada s’encén!

Perquè és produeixi el corrent elèctric i per tant els elements connectats alcircuit estiguin en funcionament, el pas dels electrons no ha d’estar interrom-put en cap punt des de la sortida del generador fins a l’entrada.

Fixa’t ara en els següents circuits

Tots dos tenen els mateixos elements, dues bombetes, un generador de correntcontinu i un interruptor. En què es diferencien? Evidentment en el muntatge deles bombetes. En el primer circuit una està darrera l’altra. Això és el que s’ano-mena una associació en sèrie. En el segon circuit parlem d’associació en pa-ral·lel.

ACTIVITATCom expliques que les bombetes de l’arbre de Nadal no funcionin quan no-més se’n trenca una?

SolucióLes bombetes que il·luminen l’arbre de Nadal estan connectades en sèrie, pertant el corrent elèctric passa d’una bombeta a l’altra. Quan una bombeta estàtrencada no deixa passar el corrent d’electrons a les altres bombetes i nos’encenen.

Encara podem trobar més casos, com les associacions mixtes, en què trobemelements en sèrie i elements en paral·lel

• Activitats d’aprenentatge 9, 10 i 11

PÀG.116

56

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Els generadors

Els generadors són els aparells encarregats de subministrar l’energia elèctri-ca al circuit. Segons la font d’energia que utilitzen per produir l’electricitat,podem classificar els generadors en:

• Generadors químics. Utilitzen energia química per produir electricitat.Són les piles, les bateries i els acumuladors.

• Generadors mecànics. Transformen el moviment en energia elèctrica. Se-gur que recordes les dinamos de les bicicletes. En posar-les en contacteamb la roda de la bicicleta transformen el moviment d’aquesta en electrici-tat capaç d’encendre una bombeta. Un altre cas de generador mecànic sónels aerogeneradors, que aprofiten el vent per produir energia elèctrica.

• Generadors solars. Transformen l’energia solar en elèctrica. És la base delfuncionament de l’energia solar.

Quan utilitzem l’energia elèctrica que ens subministra la instal·lació, el gene-rador pot estar a centenars de quilòmetres, a la central elèctrica. A la unitat 1ja vàrem veure com es transportava aquesta energia elèctrica fins a les nos-tres llars.

Els generadors poden ésser de dos tipus: de corrent continu (CC) o de cor-rent altern (AC).

En el corrent continu, els electrons es desplacen sempre en el mateix sentit,des del pol negatiu del generador al pol positiu. No hi ha un canvi de sentit.Entre els generadors de corrent continu trobem les piles, les bateries i elsacumuladors.

En el corrent altern, els electrons canvien constantment de sentit. El nombrede vegades que canvien de sentit per unitat de temps és el que anomenenfreqüència. El corrent elèctric que ens arriba a través de la xarxa de distribu-ció de les companyies elèctriques és un corrent altern amb una freqüència de50 hertz (Hz), és a dir, els electrons canvien de sentit 100 vegades per segon.

Els generadors químicsLes piles són dispositius que emmagatzemen energia química que podentransformar en energia elèctrica. Segons la mida de les piles n’hi ha de moltstipus, piles de gran format, piles de botó, etc. Acostumen a tenir un voltatged’ 1,5; 4,5 o 9 V.

Anomenem capacitat d’una pila o d’una bateria a la quantitat d’electricitat(càrrega elèctrica) que subministra, i es mesura en ampers hora. Les pilesamb una major capacitat són les anomenades piles alcalines, enfront de lespiles salines. Entre aquests dos tipus de piles trobaríem les piles recarrega-bles. En general convé utilitzar les piles salines en aquells aparells que noconsumeixen gaire energia, mentre que les piles alcalines i les recarregablessón més recomanables en aquells electrodomèstics que han de moure unmotor i que, per tant, consumeixen més energia. Les piles recarregables, lesmés habituals són de níquel-cadmi, són molt recomanables des d’un punt de

PÀG.117

57

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

vista ambiental i econòmic, ja que no només ens permeten estalviar diners,sinó que a més disminueixen el nombre de piles gastades i per tant el seu im-pacte mediambiental.

Les bateries són associacions de piles en sèrie, de manera que s’obté una di-ferència de potencial i, per tant, una tensió més gran.

Els acumuladors són piles o bateries que quan s’esgoten poden recuperar laseva funció, si se’ls subministra un corrent elèctric en sentit contrari al correntelèctric que ells generen, per tal de conduir novament els electrons des del polpositiu al pol negatiu. Aquest és el cas de les bateries o piles recarregables.

Totes les piles, les bateries i els acumuladors contenen, sense excepció, pro-ductes químics, dels quals extreuen energia que transformen en energiaelèctrica. Entre aquestes substàncies trobem metalls pesants com el mercuri,el plom i el cadmi. Aquests elements són molt tòxics, especialment el mercu-ri, i poden produir greus intoxicacions. Cal, doncs, tenir una cura especial enl’eliminació de les piles gastades. En llençar les piles a les escombrariesaquestes arriben als abocadors o a les incineradores.

• Si arriben als abocadors, tard o d’hora, la humitat i la calor fan que la co-bertura externa es trenqui i aboquin el seu contingut, que en filtrar-se en elterreny gràcies a l’aigua de pluja arriba als aqüífers, contaminant les aigüessubterrànies, i d’aquí passa als rius i al mar i en conseqüència als aliments.

• Si arriben a les incineradores, el mercuri, degut a les altes temperatures,s’evapora i passa a l’aire i d’aquí a terra, degut a la pluja. Les cendres de laincineració, amb la resta de metalls pesants, van a parar als abocadors.

Cal fer una recollida selectiva de les piles i dipositar-les en contenidors quepodem trobar en diferents tipus de botigues: d’electrodomèstics, de joguines,de fotografia, rellotgeries, etc. o bé portar-les directament a les deixalleries.Posteriorment, aquestes piles són traslladades a centres especials on es re-cuperen els metalls pesants, per tal de poder-los reutilitzar.

Aquestes substàncies representen un seriós perill per a la salut. Entre elsseus efectes podem trobar: problemes gastro-intestinals, malalties mentals,deformacions dels ossos, malalties musculars, problemes renals, etc. A més,els metalls pesants un cop incorporats a l’organisme s’acumulen i no s’elimi-nen. Això és especialment greu ja que quan s’incorporen a l’ésser viu, passad’aquest al seu depredador, que acumula encara una quantitat superior demetalls pesants i així succesivament fins arribar a nosaltres, que continuemacumulant-ne al llarg de tota la vida.

Per evitar tots aquests problemes s’han construït piles i bateries amb moltpoques quantitats de metalls pesants. Tanmateix, cal ésser curosos amb lespiles gastades i dipositar-les en contenidors especials de recollida de residus,per evitar que el seu contingut arribi al medi ambient.

PÀG.118

58

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITATSegur que alguna vegada has canviat les piles a una llanterna. Imagina’t unallanterna que funcioni amb dues piles d’ 1,5 V, una bombeta i un interruptor.Representa el circuit elèctric de la llanterna i contesta a les següents pregun-tes.

a) Les piles estan en sèrie o en paral·lel?b) De quants volts ha d’ésser la bombeta?

Solució

a) Les piles estan disposades en sèrie. Això és freqüent fer-ho quan es vo-len aconseguir tensions més elevades que les que proporciona una solapila

b) La tensió de dues piles en sèrie és la suma del voltatge de les dues pilesper separat

VT = V1 + V2

Per tant, el voltatge de la bombeta haurà d’ésser de 3 V (1,5 V + 1,5 V).

Els conductors

Són metàl·lics, generalment de coure, recoberts per una coberta aïllant. Al’hora de triar un cable elèctric per fer una instal·lació elèctrica, hem de te-nir en compte la intensitat de l’electricitat que ha de conduir. Ja saps que laresistència d’un conductor depèn de la seva secció i si el cable és massaprim es pot sobreescalfar a causa de l’efecte joule, fondre la coberta protec-tora de plàstic i provocar un curtcircuit.

Els receptors

Els receptors són un conjunt de dispositius que es poden situar al llarg del cir-cuit elèctric i que consumeixen l’energia elèctrica, transformant-la en un al-tre tipus d’energia: llum, calor, moviment, sons, etc.

Molts electrodomèstics, com les torradores, els aparells de calefacció, les ca-feteres, etc. utilitzen les resistències per transformar l’energia elèctrica encalor.

PÀG.119

59

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Les làmpades permeten que ens il·luminem, gràcies a la transformació quefan de l’energia elèctrica en energia lumínica. N’hi ha de diferents tipus, d’in-candescència, halògenes, fluorescents. A la unitat 3 les veurem amb més de-tall.

Els timbres transformen l’energia elèctrica en sons. El seu funcionament esbasa en la presència d’un electroimant que actua damunt d’una petita làminamecànica, de manera que aquesta colpeja una campana.

Els motors elèctrics transformen l’energia elèctrica en moviment. Això és labase del funcionament de molts electrodomèstics, com el ventilador, la renta-dora, la batedora, etc.

En general, els receptors són els elements dels circuits que presenten una re-sistència més gran, ja que, a efectes pràctics, podem considerar negligible laresistència dels fils conductors.

Els elements de control

Inclouen una sèrie d’elements que permeten tallar el pas del corrent elèctricper tot el circuit o per una part d’ell.

Els interruptors tenen com a missió la de permetre el pas de l’electricitat obé tallar-la. Consisteixen en dos elements metàl·lics que en unir-se permetenel pas de l’electricitat i en separar-se no.

Els polsadors poden ésser de dos tipus, els que en fase de repòs estan tan-cats, anomenats normalment tancats i els que en fase de repòs estanoberts, anomenats normalment oberts. Recorda que quan un interruptor oun polsador està tancat, és quan deixa passar el corrent elèctric, i quan estàobert, no el deixa passar.

ACTIVITAT 1A la unitat 1 dèiem que els interruptors magnetotèrmics podien ésser de dife-rents tipus, de 10 amperes, de 15 amperes, etc. Ens pots dir ara què significaun interruptor magnetotèrmic de 25 A?

SolucióEls interruptors magnetotèrmics tenen com a funció controlar la quantitatd’electricitat que es consumeix en un determinat moment. Per tant, si tenimun interruptor magnetotèrmic de 25 A, això vol dir que la intensitat de cor-rent que podem utilitzar és de 25 A, que és el mateix que consumir una quan-titat de corrent de 25 C cada segon.

PÀG.120

60

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITATDigues si els polsadors que permeten fer sonar els timbres són normalmentoberts o normalment tancats.

SolucióQuan premem el polsador del timbre, aquest permet el pas del corrent, queen arribar al timbre el fa sonar. Per tant, el polsador del timbre és del tipusnormalment obert.

Saps com funciona un commutador? A la unitat 1 vàrem veure que els com-mutadors permetien encendre i apagar un llum des de dos punts diferents.Anem a veure com és possible això.

La funció del commutador consisteix a obrir un circuit alhora que tanca l’al-tre. Observa la posició del commutador, en el circuit següent:

En aquesta posició l’electricitat passa a través de la bombeta i per tantaquesta s’encén. El motor està parat ja que el seu circuit està obert.

Observem què passa quan canviem el commutador de posició

Ara el circuit de la bombeta està obert, però s’ha tancat el del motor. Per tant,els electrons circularan a través del motor i aquest funcionarà.

Podries idear un circuit en què utilitzant els commutadors, es pogués encen-dre i apagar una làmpada des de dos punts diferents?

PÀG.121

61

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Anem a veure-ho.

Fixa’t que el circuit està obert, els electrons no poden circular, per tant labombeta està apagada. Imagina que el circuit és un passadís i que hi entremper l’esquerra, lògicament canviarem de posició el commutador de l’esque-rra. Què passarà? El circuit és tanca i per tant el llum s’encén.

Anem a veure què passarà quan sortim per l’altre extrem del passadís i accio-nem el commutador. Lògicament s’hauria d’ apagar el llum

El circuit queda obert i per tant el llum s’apaga. Quan tornem enrera el procésés l’invers, però què passa si una altra persona vol entrar al passadís per l’es-querra.

PÀG.122

62

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Lògicament, el llum s’encén.

Els elements de protecció.

Són dispositius que permeten protegir tant les persones com les instal·la-cions. A la unitat 1 ja vàrem parlar dels interruptors diferencials i dels inte-rruptors magnetotèrmics.

Segur que has sentit moltes vegades a les notícies, que la causa d’un incendi ha es-tat un curtcircuit. Però, saps que és un curtcircuit? Fixa’t en el següent circuit elèc-tric. Tenint en compte que l’electricitat sempre passa, majoritàriament, per on tro-ba menys resistència, pots dir què passarà si l’interruptor tanca el circuit.

Quan l’interruptor no deixa passar l’electricitat, l’electricitat no té altre remeique travessar la bombeta, per la qual cosa aquesta està encesa.

PÀG.123

63

UN

ITA

T 2

EL

CO

RR

EN

T E

LÈ

CT

RIC

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Quan accionem l’interruptor, la resistència que ofereix el camí alternatiu és moltmés baixa, per la qual cosa la major part del corrent elèctric circularà per aquí. Labombeta rep molt poca energia elèctrica i per això no s’encén o s’encén molt poc.

Recorda la llei d’Ohm:

En un circuit on la resistència és molt baixa o gairebé nul·la, la intensitat seràmolt alta i per l’efecte Joule s’alliberarà gran quantitat de calor que pot arri-bar a produir un incendi. Això és el que anomenen un curtcircuit.

Si dos cables es toquen, el corrent passa d’un cable a l’altre sense fer el reco-rregut per tot el circuit. El corrent fa un recorregut curt, és a dir, un curt cir-cuit. Com que ha trobat poca resistència la intensitat ha augmentat molt i,com hem explicat abans, l’efecte calorífic ha estat molt gran.

Els fusibles són dispositius en què el corrent passa per un conductor d’unasecció adequada a la intensitat que ha de passar. Si la intensitat és més gran,el conductor s’escalfa en excés i es fon, impedint el pas de l’electricitat i pertant obrint el circuit. La funció dels fusibles consisteix a evitar que els elec-trodomèstics i les instal·lacions rebin una intensitat elèctrica més gran de laque poden suportar, com, per exemple, quan es produeix un curtcircuit.

Fixa’t en aquests dos circuits protegits per un fusible.

Amb l’interruptor obert el circuit funciona normalment, però quan es tanca l’inter-ruptor el fusible es fon i obre el circuit. En aquest cas la bombeta no funcionarà.

• Activitats d’aprenentatge 12, 13, 14, 15 i 16

VI

R=

PÀG.124

64

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

ACTIVITATS D’APRENENTATGE

Activitat 1Per una bombeta passa una intensitat de 0,3 A. Indica quina càrrega elèc-trica passa en 0,5 segons i quants electrons representa aquesta càrregaelèctrica.

Activitat 2Quant temps triga en passar una càrrega de 2 C, per un aparell que té unaintensitat de 500 mA?

Activitat 3La resistència d’un fil de tungstè d’ 1,5 m i 0,5 mm2 és de 0,165 Ω Calcula laseva resistivitat.

Activitat 4Completa la taula següent

Resistència Tensió Intensitat

220 V 20 A

6 Ω 2 A

25 Ω 125 V

PÀG.125

65

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Activitat 5Per un conductor d’ 1,7·10-8 de resistivitat, 5 metres de longitud i 1,5 mm2

de secció hi circula un corrent elèctric de 12 V. De quina intensitat serà elseu corrent?

Activitat 6Indica quina energia consumeixen els següents aparells elèctrics.a) Un radiador de 1.000 W durant 3 hores

PÀG.126

66

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

b) Una bombeta de 100 W durant 5 hores

c) Una rentadora de 3 kW durant mitja hora

Activitat 7Explica la diferència entre 1 joule i 1 kWh.

Activitat 8Emplena els buits de la taula següent

Magnitud Símbol Unitat Símbol de la unitat

Energia elèctrica E Joule o quilowatt-hora J o kWhPotència

ICoulomb

VResistència

Activitat 9Una llanterna és un circuit elèctric. Indica quins són els elements d’aquestcircuit.

PÀG.127

67

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Activitat 10Què passarà si es fon el filament d’una de les bombetes, en cada un delscircuits?

Activitat 11Digues si els receptors estan en sèrie o en paral·lel en els circuits següents

Activitat 12Digues si la bombeta està apagada o encesa en els circuits següents

a)

PÀG.128

68

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

b)

Activitat 13Un equip de música funciona amb 6 piles d’ 1,5 V disposades en sèrie. ¿Qui-na tensió necessitat l’aparell per funcionar?

Activitat 14Alguns al·lots porten un polsador que si es prem, encén la llum. Això ser-veix per fer senyals de llum. Digues si aquest polsador és del tipus normal-ment obert o normalment tancat.

Activitat 15Què creus que passarà quan tanquem l’interruptor, si el voltatge del gene-rador és de 220 V. Continuarà funcionant la bombeta?

PÀG.129

69

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

PR

EN

EN

TAT

GE

Mat

emàt

iqu

es, C

ièn

cia

i Tec

no

log

ia7

. TE

CN

OLO

GIA

I H

AB

ITA

TG

E

Activitat 16Digues si les següents afirmacions són vertaderes o falses.

El corrent elèctric es produeix quan els electrons es desplacen en un sentitdeterminat a través d’un conductor. La diferència de potencial que es produeix en un generador es mesura envolts. La resistència que ofereix un material al pas del corrent elèctric depèn deltipus de material, de la seva longitud i de la seva secció.La quantitat d’energia elèctrica que passa per un conductor depèn nomésde la resistència del conductor. Voltatge i resistència són magnituds directament proporcionals. De la llei d’Ohm es pot deduir que V = I · R. Tensió i resistència són magnituds directament proporcionals. L’energia que consumeix un electrodomèstic només depèn del temps queestigui funcionant. La freqüència ens indica el nombre de vegades que els electrons canviende sentit, per unitat de temps, en el corrent altern. En un circuit on la font d’alimentació és una pila, els electrons sempre cir-culen des del pol positiu al pol negatiu. Un dels problemes que poden causar els metalls pesants que contenen lespiles és la contaminació ambiental, però no poden afectar la salut de lespersones. Els receptors són dispositius que consumeixen energia elèctrica i la trans-formen en un altre tipus d’energia. Un curtcircuit es produeix quan en un circuit elèctric la resistència és moltbaixa i, per tant, la intensitat del corrent elèctric és molt elevada.

PÀG.130

70

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

7. T

EC

NO

LOG

IA I

HA

BIT

AT

GE

ACTIVITATS D’AVALUACIÓ

Activitat 1Quines partícules circulen per l’interior d’un conductor, quan hi circula uncorrent elèctric?

Activitat 2Per un ordinador passa una intensitat de 0,5 A. Quant temps cal per què hipassi una càrrega elèctrica de 2 C?

Activitat 3En un focus elèctric connectat a la xarxa elèctrica es pot seleccionar la in-tensitat a 2,5 A o a 5 A. Quina potència ens donarà amb cada una de les in-tensitats esmentades?

Activitat 4Un aparell elèctric consumeix 5 kWh d’energia elèctrica per cada hora defuncionament. Quina potència té?

PÀG.131

71

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

7. T

EC

NO

LOG

IA I

HA

BIT

AT

GE

Activitat 5Quanta energia consumeix un aparell de 25 W de potència cada 24 horesde funcionament?

Activitat 6Completa la taula següent:

Intensitat (A) Tensió (V) Resistència (Ω) Potència (W) Energia (J)Temps (s)220 20 4.820

4 6 225 100 2

Activitat 7

Digues si les següents afirmacions són vertaderes o falses.

La diferència de potencial d’un generador es mesura en watts. En un circuit elèctric alimentat per una pila, els electrons canvien de sentitunes 100 vegades cada segon. La resistència que ofereix un material al pas del corrent elèctric només de-pèn del tipus de material. La quantitat d’energia elèctrica que passa per un conductor depèn de laresistència del conductor i de la tensió de l’energia elèctrica a què estàsotmès el conductor. La potència elèctrica és el treball que realitza un aparell per unitat detemps. Com més potència té un aparell més energia elèctrica consumeix. Sempre que circula un corrent elèctric per un conductor, una part d’aques-ta energia es perd en forma de calor. Un aparell té més potència com més resistència ofereix al pas de l’electri-citat. L’energia elèctrica que rebem de les companyies elèctriques no està pro-duïda per generadors, ja que prové de la natura. La xarxa elèctrica proporciona un corrent continu, mentre que les piles ibateries proporcionen un corrent altern.

PÀG.132

72

UN

ITA

T 2

AC

TIV

ITA

TS

D’A

VA

LU

AC

IÓM

atem

àtiq

ues

, Ciè

nci

a i T

ecn

olo

gia

7. T

EC

NO

LOG

IA I

HA

BIT

AT

GE

Les piles i bateries es poden llençar a les escombraries tranquil·lament, ja queen els abocadors s’encarreguen de separar-les i reciclar-les. Les piles que contenen metalls pesants, si no es reciclen, suposen un greuproblema per a la contaminació mediambiental. Els receptors poden ésser de diferents tipus: motors, resistències, timbres,etc. Els fusibles permeten obrir el circuit elèctric quan la intensitat del correntque hi circula és massa elevada. Els fils elèctrics han d’ésser més gruixuts segons l’energia elèctrica quehagin de conduir.

Activitat 8Relaciona les magnituds següents amb les seves unitats i amb els seussímbols

Resistència Volt V

Tensió Ohm J

Intensitat Watt Ω

Potència Ampere W

Energia Joule A

PÀG.133