- Els orígens del model atomicomolecular de la matèria.
- Els gasos, líquids i solucions.
- Un model per als àtoms.
- Estructura dels materials.
- L’enllaç entre àtoms i molècules.
- 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.