6 Aprendre és un camí de llarg recorregut que durarà tota la teva vida. La meta és sempre recorre’l CONSTRUINT MONS més equitatius, més justos, més sostenibles. Per això, hem pensat en aquest itinerari per a tu: Itinerari didàctic Nous materials per a un món tecnològic Malgrat les innumerables substàncies que ens proporciona la natura, l’avenç tecnològic que vivim és fruit dels nous materials sintetitzats als laboratoris. Saber com es poden enllaçar els àtoms i les característiques que cada tipus d’enllaç aporta ha permès dissenyar materials que poden ser, alhora, resistents com l’acer, lleugers com el plàstic i millors conductors de l’electricitat que qualsevol metall. El casc del veler de la imatge és de fibra de carboni i les veles són de kevlar, un material superresistent sintetitzat el 1965 per la química polonesa i nord-americana, Stephanie Kwolek. Un gran avenç enfront dels antics vaixells de fusta i les veles de lona. Enllaç i compostos químics 3 R E P T E Elaborar una pàgina web sobre nous materials 58 COM ES PRESENTEN ELS ELEMENTS QUE FORMEN LA MATÈRIA? REPASSO FÍSICA I QUÍMICA Un cristall és una agrupació de molts àtoms o ions, amb una estructura interna perfectament ordenada a l’espai . Cristalls Metall + No metall No metall + No metall compartint electrons Cations metàl·lics en un núvol d’electrons Compostos Substàncies simples Clorur de sodi NaCℓ Quars (diòxid de silici) SiO2 Coure, plata, or, ferro Cu, Ag, Au, Fe Clorur de magnesi MgCℓ2 Diamant C Cristall iònic Cristall covalent Cristall metàl·lic Els gasos nobles són els únics elements químics en què els seus àtoms apareixen aïllats a temperatura ambient. Els àtoms que formen la molècula poden ser del mateix element (substàncies simples) o d’elements diferents (compostos). La molècula és la part més petita de la substància que conser va les propietats químiques. Àtoms aïllats Compost Substància simple C2H6O H2O S6 H2 Alcohol etílic Aigua Sofre Hidrogen Una molècula està formada per agrupacions d’àtoms d’elements no metàl·lics units sempre de la mateixa manera . Molècules He Ne Ar 1 De totes les substàncies simples que s’indiquen a continuació, assenyala quines es presenten com a àtoms, com a molècules o com a cristalls: a) Nitrogen. b) Or. c) Diamant. d) Iode. e) Xenó. 2 De totes les substàncies que es mostren a continuació, raona quines apareixen com a sòlids a temperatura ambient. a) Diòxid de carboni. b) Diòxid de sodi. c) Diòxid de silici. d) Diòxid de sofre. A C T I V I T A T S 60 3 2.1. Propietats dels compostos iònics Els ions d’un compost iònic s’organitzen dins d’una xarxa cristal·lina en què els anions i els cations guarden la proporció que indica la seva fórmula. Això determina la forma de la xarxa cristal·lina i les propietats del compost iònic. 6 Escriu la configuració electrònica dels següents elements químics i esbrina el nombre d’electrons de valència de cadascun. Després estudia la fórmula dels compostos iònics que resulten de la seva combinació. a) Ca i O b) Al i F c) Rb i S d) Br i Mg 7 Tots els compostos iònics es dissolen en l’aigua? Raona la teva resposta. 8 Explica com pot conduir el corrent elèctric una dissolució d’aigua amb sal, si no hi ha electrons lliures que es moguin per la dissolució. A C T I V I T A T S Tenen temperatures de fusió elevades. A temperatura ambient són sòlids i formen cristalls. Els enllaços entre ions són a causa d’una força intensa . Això fa que les temperatures de fusió siguin altes. Són durs i fràgils. Són durs perquè per ratllar-los caldria separar-ne els ions positius dels negatius. Són fràgils perquè en colpejar-los, els ions es desplacen, s’enfronten ions del mateix signe i es repel·leixen, de manera que el cristall es trenca . F F Alguns és dissolen en l’aigua. Ió positiu Ió negatiu Les molècules d’aigua , amb l’orientació adequada , poden envoltar els cations i els anions i separar-los. A poc a poc, el cristall es va dissolent. En alguns compostos, els ions estan units amb una força tan gran que l’aigua no aconsegueix separar-los. Condueixen el corrent elèctric quan estan fosos o en dissolució. A B C Els compostos iònics no són conductors en estat sòlid (A), perquè els ions estan fixos a la xarxa cristal·lina , però sí quan estan fosos (B) o dissolts (C), ja que aleshores els ions poden desplaçar-se i formar un corrent elèctric. Òxid de sodi Clorur de sodi 63 LA SITUACIÓ D’APRENENTATGE. EL REPTE 1 UN ODS I LES SEVES METES LES COMPETÈNCIES ESPECÍFIQUES 3 Esprem el teu cervell per recordar el que saps. Fes memòria dels teus coneixements adquirits en altres cursos, en altres unitats o en les teves pròpies experiències. Contribueix fent el repte al compliment d ’una o diverses metes d ’un dels Objectius de Desenvolupament Sostenible (ODS). Observa i aprèn. ANALITZA exemples resolts, després aplica el que has après i RESOL problemes. Pensa i expressa’t amb esperit crític a partir de les diferents ACTIVITATS proposades. Pensa críticament. Debat sobre la veracitat d ’aquests continguts. En la secció VERITAT O MENTIDA? trobaràs propostes per aprendre a produir informació veraç i desmuntar fake news i mites. Reflexiona sobre un aspecte de la vida quotidiana, posant-te en el lloc dels personatges que la presenten. Accepta el repte proposat a partir de la situació d ’aprenentatge. Utilitza el REPÀS inicial, revisa el que ja saps i relaciona aquests sabers amb el que aprendràs. Investiga, pensa i respon les preguntes que t’ajudaran a anar resolent el repte i a adquirir competències específiques. 6. Propietats de les substàncies i tipus d’enllaç Relacionar les propietats de les substàncies amb el tipus d’enllaç Les propietats que manifesten les substàncies depenen del tipus d’enllaç químic entre els seus àtoms o de l’enllaç que poden formar amb altres molècules. Com es fa? Prenem mostres de diverses substàncies i les sotmetem a proves. A. Característiques dels metalls Substància: metall estany. • Són dúctils i mal·leables. • Són sòlids a temperatura ambient. • Es fonen si s’escalfen. • Condueixen l’electricitat. B. Solubilitat de diferents sòlids 1. Preparem dues gradetes amb tubs d’assaig. En uns hi posem aigua i en uns altres un dissolvent apolar (per exemple, ciclohexà). 2. Afegim una mostra de sòlid a cada tub, remenem i observem a continuació si es dissol. Aigua Ciclohexà CuSO4 NaCℓ4 Sn SiO2 I2 74 3 5.4. Es poden barrejar substàncies polars i apolars? Per barrejar un líquid polar amb un líquid apolar cal una tercera substància la molècula de la qual tingui una par t po l ar i una altra d ’apo l ar. L a mo l ècul a de sabó té aquestes característiques, i així aconsegueix que es barregin l’aigua i l’oli . Apolar Polar Les molècules de sabons i detergents tenen un extrem polar ( hidròfil), pel qual s’uneixen a molècules d’aigua , i un altre extrem apolar ( hidròfob), pel qual s’uneixen a molècules d’oli . Analitzar com neteja el sabó Superfície Greix Sabó Aigua 1. Fem servir aigua i sabó. Les molècules de sabó introdueixen la seva part apolar al greix. Sabó Partícula de greix Superfície neta 2. Envolten completament un conjunt de greix, amb la part polar cap a fora, i el porten a l’aigua. Ara bé, trencar la capa de greix que cobreix i protegeix el virus necessita el seu temps. L’OMS recomana rentar -se les mans durant almenys 20 segons. El sabó sí que destrueix el coronavirus! El sabó destrueix el coronavirus? Durant la pandèmia , hem vist molts cartells que ens recordaven que ens havíem de desinfectar sovint amb aigua i sabó. En realitat, aquest és un mètode adequat per protegir -nos davant de qualsevol virus que ens infecti . V E R I T A T O MENTI DA ? Proteïnes Material genètic Les molècules de sabó tenen una part que s’uneix a l’aigua. I una altra, anomenada hidrofòbica, que no interactua amb l’aigua, però sí amb els greixos. Les parts hidrofòbiques de les molècules de sabó busquen amagar-se de l’aigua i per això s’insereixen a la capa de greix del virus i la trenquen. Les proteïnes i altres parts del virus són arrossegades per l’aigua. Molts bacteris i virus, inclosos els coronavirus, estan envoltats d’una capa de greix que els protegeix. Virus Sabó 71 Experimenta i duu a terme pràctiques senzilles. Resol aquests procediments aplicant el que has après. Aprèn els sabers bàsics a partir de textos clars i de tota la potència del llenguatge visual: gràfiques, esquemes, infografies … Enllaç químic entre àtoms Són les forces que mantenen units els àtoms que formen una molècula o un cristall . Que en una substància es presenti un tipus d’enllaç o un altre depèn de les característiques que s’enllacen . 3 1. L’enllaç químic 3 Per poder investigar nous materials és fonamental conèixer com estan formades algunes de les substàncies que ens envolten com ara l’aigua. Representa les molècules d’aigua a cada estat i assenyala com estan unides. 4 En una substància, són més grans les forces que uneixen els àtoms o les que uneixen les molècules? En què et bases? Un àtom és tan petit que qual sevol mostra de substància que obser vem conté milions i milions d’àtoms d’un o més elements químics. Anomenem enllaç químic al conjunt de les forces que mantenen unides les partícules que formen les espècies químiques. En tots els casos, les forces involucrades en un enllaç químic són de naturalesa elèctrica. En un sòlid cristal·lí , els àtoms estan units mitjançant un enllaç que manté l’estructura cristal·lina . A les molècules, els seus àtoms estan units mitjançant enllaços que permeten que la molècula existeixi . Perquè les substàncies puguin estar en estat sòlid o líquid, les molècules s’ han d’unir les unes amb les altres. Quan les forces d’unió entre les molècules són molt febles, la substància estarà en estat gasós. Enllaç químic entre molècules S’anomenen forces intermoleculars. D’aquestes depèn : L’estat físic en què apareix una substància. L’enllaç entre les molècules d’aigua fa que es presenti com a líquid o com a sòlid a determinades temperatures. La solubilitat d’una substància en una altra . Per exemple, l’alcohol i la sal es dissolen en l’aigua perquè entre les seves partícules i les de l’aigua es poden establir forces intermoleculars. No obstant això, l’oli i el sofre no es dissolen en l’aigua perquè entre les seves partícules no es poden establir forces intermoleculars. Molècula H H O H H O Enllaç entre àtoms Enllaç entre molècules R E P T E Enllaç covalent Enllaç entre àtoms H H O A la molècula d’aigua, hi ha units dos àtoms de H i un de O. H H O Enllaç metàl·lic Els cations i el núvol electrònic romanen units. Electrons Cations Enllaç iònic Al cristall de NaCℓ, estan units els ions de Na+ i de Cℓ-. Cℓ- Na+ 61 ELS SABERS BÀSICS 4 Amb aquest repte cont r ibui ràs a… «Augmentar la investigació científica i millorar la capacitat tecnològica dels sectors industrials fomentant la innovació i augmentant el nombre de persones per milió d’ habitants que treballen en investigació i desenvolupament, i les despeses dels sectors públic i privat en investigació i desenvolupament». (Meta 9.5) Elabora una pàgina web sobre un material nou . Pot ser dels que se citen en aquesta unitat o d’un altre que et sembli interessant. Cal que incloguis informació de la composició química i com aquesta inf lueix en les propietats del material . Tot això determinarà les seves aplicacions presents i futures. Hi ha substàncies formades per àtoms d ’un únic element químic? Posa’n un exemple. Què és una molècula? Posa un exemple d ’una substància que estigui formada per molècules. Podries escriure la seva fórmula química? Els àtoms d ’un element químic es poden combinar amb els de qualsevol altre element químic per formar una substància nova? Es poden combinar en qualsevol proporció? INTERPRETO LA IMATGE Observa a les imatges els exemples de com el calçat habitual i l’esportiu han canviat al llarg del temps. Què en pots dir, de la lleugeresa? I pel que fa a la durabilitat? I pel que fa al confort? Com aconseguia el calçat antic ser impermeable a l’aigua? Aquest calçat era transpirable? Com aconsegueix el calçat actual ser impermeable a l’aigua i, alhora, transpirable? El nou calçat incorpora materials com fibra de carboni, fibra de cristall, escuma viscoelàstica o Gore-Tex. Relaciona aquests materials amb algunes de les millores que incorpora el calçat nou (habitual i esportiu) enfront de l’antic. F E S M E M Ò R I A EN AQUESTA UNITAT… L’enllaç químic. L’enllaç iònic. L’enllaç covalent. L’enllaç metàl·lic. Enllaç entre molècules. Propietats de les substàncies i tipus d ’enllaç. 59 2
RkJQdWJsaXNoZXIy