Continguts nuclears

Química

Primer
  1. Els orígens del model atomicomolecular de la matèria.
  2. Els gasos, líquids i solucions.
  3. Un model per als àtoms.
  4. Estructura dels materials.
  5. L’enllaç entre àtoms i molècules.
  6. El món de la química orgànica. Les reaccions químiques.

Els orígens del model atomicomolecular de la matèria Objectius i mètodes de la química com a ciència. Caracterització dels tres nivells de la química: macroscòpic, microscòpic i representacional. Valoració de les evidències experimentals que van permetre l’establiment de la teoria atomicomolecular de la matèria. Diferenciació entre substància elemental i compost, i entre estructura molecular i estructura gegant. Introducció a la nomenclatura i formulació de les substàncies simples i dels compostos: òxids, hidrurs, hidròxids, àcids i sals.

Definició de massa atòmica relativa, massa molecular relativa i massa fórmula relativa. Utilitat dels conceptes de quantitat de substància, de mol i de massa molar. Determinació experimental de la massa atòmica relativa d’un metall i estimacióde la mida d’una molècula i de la constant d’Avogadro pel mètode de la pel·lícula supericial. Càlculs amb magnituds molars i amb magnituds atòmiques i moleculars. Determinació de fórmules empíriques i de la composició centesimal d’un compost. Descripció dels primers intents de classificació periòdica dels elements i establiment de la taula periòdica de Mendeleiev i del concepte de periodicitat dels elements a partir de les seves propietats.

Els gasos, líquids i solucions Diferenciació entre fets, hipòtesis, experiments, lleis, models i teories, prenent com a exemple la teoria atomicomolecular de la matèria i la teoria cineticomolecular dels gasos. Determinació experimental de la relació pressió-volum i volum-temperatura. Caracterització de les lleis experimentals dels gasos. Establiment de l’escala de temperatura absoluta. Elaboració del model cineticomolecular per explicar la pressió i les lleis experimentals dels gasos. Ús de simulacions per il·lustrar el model. Investigació experimental de la massa molecular relativa d’un gas o d’una substància volàtil, fent ús de la hipòtesi d’Avogadro. Caracterització de les propietats dels líquids –tensió supericial i pressió de vapor– i interpretació mitjançant el model cineticomolecular. Descripció dels tipus i estructura de les solucions. Caracterització de les dispersions col·loïdals. Expressió de la composició de les solucions: percentatge en massa i en volum, ppm, concentració en massa i concentració en quantitat de substància. Preparació d’una solució d’una concentració determinada. Elaboració del concepte de pressió parcial i aplicació a l’explicació de la solubilitat dels gasos en líquids en contextos reals (per exemple, en les begudes carbòniques). Caracterització de les propietats col·ligatives de les solucions i interpretació mitjançant el model cineticocorpuscular. Valoració de la importància de l’osmosi en les cèl·lules, la conservació d’aliments i en les centrals dessaladores.

Un model per als àtoms Interpretació de les experiències que van portar a l’elaboració dels primers models atòmics i al descobriment de les partícules subatòmiques. Evidenciació experimental dels isòtops a través de l’espectroscòpia de masses. Caracterització del nombre atòmic com a criteri identificatiu dels elements. Observació d’espectres atòmics d’emissió. Descripció del model ondulatori i corpuscular de la llum. Interpretació qualitativa de l’espectre atòmic d’emissió de l’hidrogen mitjançant el model atòmic de Bohr. Justificació del model atòmic de capes de Lewis. Representació de la deslocalització dels electrons mitjançant el model de núvol electrònic. Evidència experimental de l’existència de subnivells d’energia en els àtoms a partir de la variació de les successives energies d’ionització. Relació entre la distribució dels electrons per nivells i subnivells i la posició dels elements representatius en la taula periòdica.

L’enllaç entre àtoms i entre molècules i l’estructura dels materials Investigació experimental de les propietats dels diferents sòlids (moleculars, covalents reticulars, iònics i metàl·lics). Modelització de l’estructura i de l’enllaç d’aquests sòlids per explicar-ne les propietats. Caracterització de l’enllaç covalent a través del model de Lewis. Evidència experimental de les molècules polars. Interpretació de la polarilat de molècules diatòmiques a partir del concepte d’electronegativitat. Predicció de la geometria de molècules senzilles, mitjançant el model de la repulsió dels parells d’electrons de valència. Interpretació de la polaritat d’una molècula en funció de la polaritat dels seus enllaços i de la seva geometria. Evidenciació experimental de les forces intermoleculars. Diferenciació entre forces dipol-dipol permanents i forces de dispersió. Caracterització del comportamentanòmal de l’aigua i explicació a partir de l’enllaç d’hidrogen i reconeixement de la seva importància per explicar l’estructura espacial de les proteïnes. Relació entre estructura, propietats i aplicacions d’alguns materials: metalls, ceràmiques i vidres, nanotubs, cristalls líquids.

El món de la química orgànica Valoració de la importància del petroli i dels productes que s’obtenen per l’economia actual. Relació entre les propietats físiques i químiques i l’estructura dels compostos del carboni. Ús de fórmules, models moleculars i simulacions informàtiques per a la representació de molècules orgàniques. Formulació i nomenclatura bàsica. Identificació dels diferents tipus d’isomeria. Caracterització de macromolècules naturals d’interès biològic. Caracterització de les propietats d’un bon combustible per a motors d’explosió: poder calorífic i índex d’octà. Identificació dels processos per millorar les gasolines: craqueig, isomerització i reforma. Valoració de la contaminació generada pels motors de combustió i mètodes per reduir-la. Anàlisi de les alternatives a la gasolina: els biocombustibles. Caracterització dels processos de síntesi d’alguns compostos orgànics i, en particular, d’algun medicament. Descripció d’alguns mètodes emprats per identificar principis actius en un fàrmac, com ara cromatografia en capa fina. Realització experimental d’una separació de components per cromatografia en capa fina. Valoració de les repercussions en la societat de la indústria farmacèutica.

Les reaccions químiques Interpretació molecular i representació d’una reacció química mitjançant una equació química. Investigació experimental de la calor i de la velocitat d’una reacció i dels factors dels quals depèn. Interpretació mitjançant el model cineticomolecular. Realització de càlculs estequiomètrics en reaccions en què intervenen sòlids, líquids, gasos i solucions. Identificació del reactiu limitant. Reconeixement dels àcids i bases més comuns al laboratori i en la vida quotidiana. Caracterització i determinació experimental de les propietats dels àcids i de les bases, i interpretació mitjançant la teoria d’Armenis. Definició i aplicació del concepte de pH. Determinació experimental de la quantitat d’un àcid o una base que conté un producte quotidià. Caracterització i valoració dels efectes de la pluja àcida. Predicció i observació de reaccions de precipitació. Caracterització de la duresa de les aigües i aplicació de mètodes d’eliminació de la duresa per mitjà de reaccions de precipitació o resines bescanviadores d’ions. Observació experimental de diferents reaccions redox. Caracterització de l’evolució del concepte d’oxidació des de la combinació amb l’oxigen fins a la pèrdua o separació parcial d’electrons. Elaboració del concepte d’estat d’oxidació i identificació de les reaccions redox per observació de la variació dels estats d’oxidació. Identificació dels oxidants i reductors més comuns. Descripció del procés d’obtenció d’algunes substàncies elementals a partir de minerals. Realització experimental d’una valoració redox per determinar la quantitat d’una espècie química present en un producte químic o un fàrmac. Relació entre propietats, estructura i aplicacions dels polímers. Caracterització de les reaccions de polimerització i identificació experimental dels polímers a partir de les seves propietats.

 

Segon

Apartat 1.La radiació, els àtoms i les molècules

  1. Descripció de la interacció de la radiació electromagnètica amb algunes de les molècules de l’atmosfera. Relació entre l’absorció de radiació IR i l’efecte hivernacle i entre l’absorció de radiació UV i la concentració de l’ozó a l’estratosfera.
  2. Caracterització del model ondulatori de l’àtom i de la quantificació de l’energia. Concepte d’orbital. Predicció de les configuracions electròniques. Explicació de la periodicitat d’algunes propietats dels àtoms (volum atòmic, energia d’ionització, electronegativitat) en funció de la seva estructura electrònica.
  3. Descripció d’alguns dels mètodes actuals emprats per l’anàlisi de substàncies: espectroscòpia IR i ressonància magnètica nuclear. Fonament de l’espectroscòpia de masses.
  4. Relació entre la temperatura i l’energia cinètica mitjana de les molècules d’un gas. Interpretació de les velocitats de difusió dels gasos a partir de la seva massa molecular. Model de gas real per explicar les desviacions respecte del comportament ideal. Caracterització del procés de liquació d’un gas.

 

Apartat 2.Els canvis d’energia en les reaccions químiques

  1. Valoració de la importància de l’aspecte energètic de les reaccions químiques, en particular de les reaccions de combustió de compostos orgànics.
  2. Elaboració del concepte d’energia interna d’una substància a escala microscòpica. Definició d’entalpia d’una substància. Determinació experimental de la calor d’una reacció i interpretació com a variació d’energia interna o d’entalpia. Relació entre l’energia interna i l’entalpia d’una reacció.
  3. Establiment de la llei de Hess. Visualització de l’entalpia d’una reacció mitjançant un diagrama d’entalpies i càlcul a partir de les entalpies de formació dels compostos que hi intervenen.
  4. Elaboració del concepte d’entalpia d’enllaç. Consideració dels factors dels quals depèn la fortalesa de l’enllaç: longitud, polaritat i caràcter simple, doble o triple de l’enllaç. Estimació quantitativa de l’entalpia d’una reacció a partir de les entalpies d’enllaç.
  5. Elaboració del concepte d’entalpia reticular en relació al model electrostàtic del sòlid iònic. Determinació de l’entalpia reticular d’un compost iònic binari a partir de les entalpies de formació, d’atomització i d’ionització dels seus elements.

 

Apartat 3. L’equilibri de fases i l’equilibri químic

  1. Representació de l’equilibri de fases d’una substància pura en un diagrama de fases: l’exemple de l’aigua i del diòxid de carboni.
  2. Caracterització de l’equilibri químic. Diferenciació entre equilibris homogenis i heterogenis. Expressió de les constants Kc i Kp en equilibris químics significatius com ara la reacció de formació de l’amoníac, la reacció de descomposició del carbonat de calci i una reacció d’esterificació. Establiment de la relació entre Kc i Kp.
  3. Utilització de la comparació entre el quocient de reacció, Qc o Qp, i la constant d’equilibri per predir el sentit d’una reacció. Càlcul de les concentracions a l’equilibri a partir de la constant d’equilibri i de les concentracions inicials.
  4. Deducció dels factors que influeixen en l’equilibri: concentració, pressió i temperatura, a partir de l’expressió de la constant d’equilibri d’una reacció i predicció i observació experimental del sentit del desplaçament d’un equilibri quan es varia algun d’aquests factors.

 

Apartat 4.Els equilibris químics iònics

  1. Revisió de les propietats i estructura dels àcids i de les bases. Modelització de les reaccions àcid-base segons la teoria de Brönsted-Lowry. Establiment de l’equilibri iònic d’autoionització de l’aigua. Comparació de la força relativa d’àcids i de bases mitjançant les constants d’acidesa i de basicitat. Investigació de la variació del pH en diluir un àcid fort i un àcid feble. Predicció qualitativa i càlcul de pH en solucions d’àcids, bases i sals.
  2. Observació dels canvis de color de diferents indicadors àcid-base i interpretació teòrica. Interpretació de la corba de valoració d’un àcid o d’una base forta i obtenció a partir d’un sistema de captació de dades o d’un programari de simulació. Diferenciació entre punt final i punt d’equivalència d’una valoració.
  3. Observació de la capacitat reguladora del pH de certes solucions. Concepte qualitatiu de solució reguladora de pH. Investigació experimental de la capacitat reguladora del pH de l’aigua mineral carbònica. Valoració de la importància de la solució reguladora CO2/HCO3-/ CO32- en sistemes com la sang i els oceans.
  4. Interpretació de l’entalpia de dissolució d’un compost iònic a partir de l’entalpia reticular i l’entalpia d’hidratació dels ions. Observació experimental i caracterització dels equilibris de solubilitat de compostos iònics poc solubles. Relació entre la solubilitat d’un compost iònic poc soluble i la constant del producte de solubilitat, Kps. Predicció de la formació d’un precipitat en mesclar dues solucions iòniques a partir de la comparació entre Qps i Kps.
  5. Observació experimental i interpretacióqualitativa de la redissolució d’un precipitat mitjançant reaccions àcid-base i de formacióde complexos.

 

Apartat 5.L’espontaneïtat i la velocitat de les reaccions químiques

  1. Caracterització del concepte d’espontaneïtat d’una reacció química. Construcció del concepte d’entropia d’una substància. Establiment de la variació d’entropia de l’univers com a criteri de l’espontaneïtat d’un procés. Elaboració del concepte d’energia lliure d’una reacció per decidir l’espontaneïtat de reaccions químiques que tenen lloc a pressió i temperatura constant.
  2. Relació entre l’energia lliure d’una reacció i el treball útil màxim que es pot obtenir d’aquesta reacció. Càlcul de l’energia lliure estàndard d’una reacció a partir dels valors de l’entalpia i de l’entropia estàndards de la reacció, i a partir d’energies lliures estàndard de formació.
  3. Caracterització qualitativa i quantitativa del concepte de velocitat de reacció. Investigació experimental de la cinètica d’una reacció química, mitjançant un sistema de captació de dades. Identificació de les diferents etapes elementals que constitueixen el mecanisme d’una reacció. Interpretació molecular qualitativa de la velocitat d’una reacció elemental mitjançant el model de col·lisions i el model de l’estat de transició.
  4. Concepte de catàlisi i de reacció en cadena. Aplicació per comprendre l’acció dels CFC sobre la capa d’ozó.

 

Apartat 6.Les piles icel·les electrolítiques

  1. Caracterització de les semireaccions que tenen lloc en una pila electroquímica. Determinació experimental de la força electromotriu (FEM) d’una pila. Predicció de l’espontaneïtat d’una reacció redox en solució aquosa mitjançant el càlcul de la FEM estàndard a partir dels potencials estàndard d’elèctrode. Relació entre FEM i energia lliure d’una reacció.
  2. Valoració i comprensió del procés de corrosió dels metalls.
  3. Realització experimental d’una electròlisi. Caracterització dels processos electroquímics que tenen lloc en l’electròlisi de l’aigua. Descripció d’algunes aplicacions de l’electròlisi: recobriments electrolítics i refinació electrolítica. Descripció del procés industrial d’obtenció de clor i de sosa a partir de l’electròlisi de la salmorra. Descripció del funcionament de les piles de combustible. Valoració de la importància de l’hidrogen com a font d’energia en substitució dels combustibles fòssils.