La química és una disciplina fonamental al món de la ciència. Aquesta ciència es dedica a lestudi de la matèria, la seva composició, estructura, propietats i transformacions. Al llarg de la història, la química ha tingut un paper crucial en la comprensió i l'avenç de la humanitat en àrees que van des de la medicina i la indústria fins a la tecnologia i l'energia.
En aquesta secció, abordarem temes relacionats amb la química: els conceptes bàsics, les branques principals d'aquesta disciplina i algunes de les lleis fonamentals que regeixen aquesta ciència.
Què és la química?
La química és la ciència que estudia la matèria i com interactuen els àtoms i les molècules que la componen. La matèria és tot allò que ens envolta: l'aire que respirem, l'aigua que bevem, els aliments que consumim i els materials que formen el nostre entorn. La química cerca entendre l'estructura de la matèria a nivell molecular i com es comporta en diverses condicions.
Un dels conceptes claus en química és el d'àtom. Els àtoms són les unitats més petites d‟un element químic i consten d‟un nucli central de protons i neutrons, envoltat per electrons en òrbita. La combinació de diferents tipus dàtoms dóna lloc a la formació de molècules i compostos químics.
Conceptes bàsics de la química
Lestudi de la química va associada amb una gran quantitat de noms i conceptes.
Els conceptes bàsics més importants són els següents:
Elements químics i compostos
Els elements químics són substàncies que consisteixen en un sol tipus d'àtom, com ara l'oxigen (O) o l'hidrogen (H). Els elements es troben a la taula periòdica, que enumera tots els elements coneguts i organitza les seves propietats de manera sistemàtica.
Els compostos, per altra banda, estan formats per la combinació de dos o més elements en proporcions definides. Per exemple, l'aigua (H2O ) és un compost compost per dos àtoms d'hidrogen i un d'oxigen.
Reaccions químiques
Les reaccions químiques són processos en què els enllaços entre àtoms es trenquen i es formen nous enllaços, donant lloc a la creació de noves substàncies. En una equació química, s'hi representen els reactius a l'esquerra i els productes a la dreta.
Per exemple, la combustió del metà es representa com:
CH4 (metà) + 2O2 (oxigen) → CO2 (diòxid de carboni) + 2H2O (aigua)
Estats de la matèria
La matèria pot existir en tres estats principals: sòlid, líquid i gasós. Aquests estats depenen de lenergia cinètica de les partícules que componen la matèria.
En estat sòlid, les partícules són molt a prop una de l'altra i tenen una energia cinètica baixa. En estat líquid, les partícules estan més separades i tenen una energia cinètica moderada. Finalment, en estat gasós, les partícules estan separades i tenen una energia cinètica alta.
Branques principals de la química
La química és una disciplina àmplia que es divideix en diverses branques principals, cadascuna de les quals senfoca en aspectes específics de la ciència química:
1. Química inorgànica
La química inorgànica s'ocupa de l'estudi dels compostos químics que no contenen enllaços carboni-hidrogen (CH). Això inclou elements com a metalls, minerals i compostos inorgànics.
La química inorgànica és fonamental a la indústria, la metal·lúrgia i la síntesi de materials.
2. Química orgànica
La química orgànica s'enfoca a l'estudi dels compostos que contenen enllaços carboni-hidrogen (CH), incloent hidrocarburs i una àmplia varietat de compostos orgànics.
Aquesta branca és essencial en la fabricació de productes químics, fàrmacs i la síntesi de materials orgànics.
3. Química física
La química física investiga els principis físics i matemàtics que regeixen les reaccions químiques i les propietats de la matèria. Aquesta branca inclou termodinàmica, cinètica química i espectroscòpia.
4. Química analítica
La química analítica es dedica a la identificació i quantificació de substàncies químiques en mostres. Utilitza tècniques com l'espectroscòpia i la cromatografia per fer anàlisis qualitatives i quantitatives.
5. Bioquímica
La bioquímica és una disciplina científica que se situa a la intersecció entre la biologia i la química. S'enfoca a l'estudi de les molècules i reaccions químiques que sustenten la vida als organismes.
La bioquímica investiga com les biomolècules, com ara proteïnes, àcids nucleics, lípids i carbohidrats, interactuen i participen en processos biològics fonamentals, com la síntesi de proteïnes, la replicació de l'ADN i l'obtenció d'energia a través de la respiració cel·lular i la fotosíntesi.
6. Química orgànica sintètica
La química orgànica sintètica s'enfoca en la síntesi i la creació de nous compostos orgànics per a aplicacions en la fabricació de productes químics, fàrmacs i materials avançats.
7. Química inorgànica sintètica
La química inorgànica sintètica és similar a l'orgànica sintètica, però se centra en la síntesi de compostos inorgànics i materials, incloent-hi metalls de transició i materials avançats.
Lleis fonamentals de la química
La química es regeix per una sèrie de lleis fonamentals que descriuen com interactuen els àtoms i les molècules.
Algunes de les lleis més importants inclouen:
1. Llei de la conservació de la massa
La llei de la conservació de la massa estableix que la massa total dels reactius en una reacció química és igual que la massa total dels productes. En altres paraules, la matèria no es crea ni es destrueix, només es transforma.
2. Llei de les proporcions definides
La llei de les proporcions definides sosté que els elements sempre es combinen en proporcions fixes i definides per massa quan formen compostos químics. Això vol dir que un compost químic donat sempre té la mateixa relació dàtoms.
3. Llei de les proporcions múltiples
La llei de les proporcions múltiples estableix que quan dos elements formen més d‟un compost químic, les masses d‟un dels elements que es combinen amb una massa fixa de l‟altre element estan en proporcions simples i senceres.
4. Llei de la conservació de l'energia
La llei de la conservació de l'energia (que s'inclou a la primera llei de la termodinàmica) estableix que l'energia no es crea ni es destrueix, només es transforma d'una manera a una altra.
En les reaccions químiques, l'energia es pot convertir d'una manera a una altra, com d'energia cinètica a potencial energia.
5. Llei d'Avogadro
La llei d'Avogadro estableix que volums iguals de gasos a la mateixa temperatura i pressió contenen el mateix nombre de molècules. Això és fonamental per al càlcul de quantitats de substàncies en química.
