NOŢIUNI DE BAZĂ ALE CHIMIEI

1.1. Definiţia si ramurile chimiei

Chimia este o ştiinţă a naturii care se ocupă de studiul compoziţiei, structurii, proprietăţilor şi transformărilor substanţelor prin regruparea atomilor şi modificarea legaturilor dintre acestia

RAMURILE CHIMIEIRAMURILE CHIMIEIRamura Obiectul de studiu

1 2Chimie generală Bazele chimiei, care sunt comune tuturor ramurile

chimiei; legături chimice, proprietăţi generale ale substanţelor, reacţiile chimice ale acestora.

1 2Chimie anorganică Elementele chimice şi compuşii acestora (cu excepţia

compuşilor carbonului care intră în studiul chimiei organice) împreună cu proprietăţile şi reacţiile chimice la care participă aceştia.

Chimie organică Compuşii carbonului (cu excepţia oxizilor carbonului, acidului carbonic şi carbonaţilor, carburilor şi altor câtorva compuşi simpli ai carbonului) cu proprietăţile şi reacţiile lor.

Chimie fizică Aspectele fizice ale reacţiilor chimice şi legile care le guvernează, influenţele pe care le au fenomenele fizice asupra reacţiilor chimice.Subramuri:· termodinamică chimică: schimbul de energie în

reacţiile chimice;· cinetică chimică:viteza şi mecanismul reacţiilor

chimice;· electrochimie: schimbul reciproc de energie chimică

şi electrică.Chimie tehnologică şi tehnologia proceselor chimice

Aplicarea cunoştinţelor şi tehnicilor de lucru în procedeele utilizate în tehnică şi echipamentele necesare pentru aceasta.

Chimia analitică Identificarea calitativă şi determinarea cantitativă a componentelor unei substanţe sau a unui amestec de substanţe precum şi explicarea structurii substanţei.

Chimia preparativă Obţinerea substanţelor.Biochimie Reacţiile chimice din organismele vii.Geochimie Compoziţia chimică şi reacţiile chimice (modificările)

ale scoarţei pământului.Chimia mediului Influenţele substanţelor chimice asupra mediului,

analiza şi metodele de îndepărtare a acestora.

11

1.2. Notiuni fundamentale

Atom: cea mai mică particulă dintr-o substanţă, indivizibilă prin procedee chimice, dar divizibilă prin procedee fizice.

Molecula: cea mai mică particulă dintr-o substanţă, care poate exista în stare liberă şi care păstrează toate proprietăţile chimice ale substanţei respective.

Moleculele pot fi: monoelementare:

- monoatomice: Ne, Ar, Kr, Xe, He, Rn- biatomice: H2, O2, N2, Cl2

- poliatomice: O3, P4, S8

polielementare: H2SO4, Ca(OH)2

Substanţa: porţiunea de materie omogenă, de compoziţie bine determinată şi constantă, alcatuita dintr-un ansamblu de particule (atomi, cationi, anioni, molecule), care stabilesc interacţiuni între ele.

O substanţă are proprietăţi tipice, care nu pot fi atribuite unităţilor structurale submicroscopice din care ea este alcătuită (de exemplu densitatea, duritatea, starea de agregare, temperatura de topire) şi care nu sunt aditive faţă de proprietăţile particulelor.

◘ Exemplu: sare de bucătărie, acid sulfuric, neon etc.Mol: cantitatea de substanţă care conţine 6,023∙1023 particule (atomi, molecule, ioni).◘ Exemplu: 1 mol de Al2O3 = 102 g; 1 mol CuSO4=160 g.Masă molară (M) – masa unui mol de substanţă în stare de atomi sau de molecule, este

egală numeric cu masa atomică, respectiv cu masa moleculară şi se exprimă în g/mol.Volumul molar (Vm) – volumul ocupat de un mol din orice gaz, la 0°C şi 1 atm; are

valoarea medie 22,4 l/m3.◘ Exemplu: Vm(H2)= Vm(O2) = 22,4 l/mol. Elementul chimic reprezintă o specie de atomi cu aceeaşi sarcină nucleară, deci acelaşi

număr atomic Z.◘ Toţi atomii elementului carbon au un număr de 6 sarcini nucleare. Toţi atomii

elementului bariu au un număr de 56 sarcini nucleare.Compusul chimic este alcătuit din grupe de mai mulţi atomi, care sunt uniţi prin legături

chimice.Din punct de vedere al unei abordări macroscopice, compusul chimic este reprezentat de

substanţa, în care se leagă unul de altul atomii unuia sau mai multor elemente şi între ale căror mase există un raport precis (stoechiometric). Atomii pot fi de aceeaşi specie (compus monoelementar) sau de specii diferite (compus polielementar).

◘ Compus monoelementar: oxigenul O2, fosforul alb P4, azotul N2. Compus polielementar: hidrogenul sulfurat H2S, etanolul C2H5-OH.

1.3. Clasificarea substanţelor

22

Metalele sunt substanţe

(monoelementare), care au proprietăţi caracteristice: conductibilitate termică, conductibilitate electrică şi luciu metalic şi care, de regulă, se pot prelucra prin laminare, presare, forjare şi întindere.

Aliajele sunt substanţe polielementare metalice (soluţii solide) în componenţa cărora intră diverse metale; metalele formează aliaje şi cu unele nemetale.

◘ Fontă, bronz, amalgame.Nemetalele sunt substanţe (substanţe monoelementare), care nu prezintă proprietăţile

caracteristice metalelor. Ele nu prezintă conductibilitate termică şi electrică.◘ Clor, oxigen, sulf, fosfor, hidrogen.Semimetalele ( substanţe monoelementare), care din punct de vedere al proprietăţilor se

situează între metale şi nemetale; conductibilitatea electrică este mai mică decât la metale şi creşte o dată cu creşterea temperaturii.

◘ Bor, siliciu, germaniu, seleniu, arsen. Oxidul este un compus chimic polielementar, în componenţa căruia intră oxigenul şi un

alt element.Oxidul cu proprietăţi bazice: oxid metalic, care cu apa formează un hidroxid (o bază).◘ Oxidul de calciu: CaO+H2O→Ca(OH)2

Oxidul cu proprietăţi acide:oxid nemetalic care formează cu apa un acid.◘ Dioxidul de carbon: CO2+H2O H2CO3

Oxid cu proprietăţi amfotere (bazice şi acide):oxid, care reacţionează cu un acid ca o bază şi cu o bază ca un acid.

◘ Oxid de aluminiu: Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O Al2O3+2NaOH → 2Na[Al(OH)4]

AcidDefiniţia după Arrhenius: compus chimic, care formează în soluţii apoase ioni de

hidrogen cu sarcină pozitivă şi ioni radical acid cu sarcină negativă, care se mişcă liber.◘ HNO3 →H+ + NO3

-

soluţie de acid azoticDefiniţia după Brönsted: substanţă (molecula sau ioni), care în interacţiunea cu o bază

(adesea o moleculă de apă) cedează ioni de hidrogen (protoni) (donor de protoni).◘ HNO3 + H2O NO3

- + H3O+

33

SSubstanţe

OrganiceAnorganice

Hidrocarburi Derivaţii hidrocarburilor

SaturateNesaturateAromatice

Derivaţi: oxigenaţi, halogenaţi, derivaţii acizilor carboxilici etc.

Simple Compuse

MetaleNemetaleSemimetale

OxiziAciziBazeSăruri

NH4+ + H2O NH3 + H3O+

Acid bază Definiţia după Lewis: substanţă, care dispune de un deficit de electroni, pe care îl poate

completa cu o pereche de electroni liberi ai unei baze (acceptor de perechi de electroni).◘ H+, BF3.Bază

Definiţia după Arrhenius:compus chimic, care în soluţie apoasă sau în topitură formează ioni cu sarcina pozitivă şi ioni hidroxil cu sarcină negativă, care se mişcă liber.

◘ NaOH → Na+ + HO-

hidroxid de sodiuDefiniţia după Brönsted: substanţă (molecula sau ioni), care în interacţiunea cu un acid

(adesea o moleculă de apă) acceptă ioni de hidrogen (proton) (acceptor de protoni)◘ NH3 + H2O NH4

+ + HO- CH3COO- + H2O CH3COOH + HO-

Bază acidDefiniţia după Lewis: substanţă, care dispune de cel puţin o pereche de electroni liberi,

care poate completa deficitul de electroni al unui acid (donor de perechi de electroni).◘ |NH3

SareCompus chimic cu structură cristalină, alcătuit din ioni metalici sau ioni de amoniu cu

sarcină pozitivă (cationi) şi din ioni radical acid cu sarcină negativă (anioni).Sărurile, în stare de agregare solidă, se prezintă ca reţele ionice iar în soluţie apoasă sau

în topitură formează ioni care se mişcă liber.◘ Na+NO3

- - azotat de sodiuNumele hidroxizilor şi al sărurilor sunt formate în general din:- numele cationului (metal sau amoniu);- valenţa (numărul de oxidare) cationului metalic, indicată în cifre romane, trecută în paranteze;- numele hidroxidului sau numele anionului.◘ Hidroxizi

Fe(OH)3 hidroxid de fier (III) (hidroxid feric)

Fe(OH)2 hidroxid de fier (II)(hidroxid feros) ◘ Săruri

CuSO4 sulfat de cupru (II) (sulfat cupric) .

44