Embed Size (px)
DESCRIPTION
Chimie.Notiuni generale.Notiuni de baza ale chimiei
Citation preview
NOŢIUNI DE BAZĂ ALE CHIMIEI
1.1. Definitia, domeniile si importanta chimiei
Chimia este o stiinta a naturii care cerceteaza acele fenomene în cursul carora are loc o modificare a naturii substantelor, adica fenomenele care produc o transformare a unei anumite substante în alte substante. Aceasta definitie, mai veche a chimiei, astazi nu mai este corecta deoarece nu delimiteaza domeniul chimiei si nici al fizicii. Mai corect s-ar putea defini chimia ca stiinta care se ocupa de studiul compozitiei,structurii, proprietatilor si transformarile substantelor prin regruparea atomilor si modificarea legaturilor. Acest studiu nu este posibil fara ajutorul fizicii si ca atare nu se poate trasa a frontiera neta între chimie si fizica. Metodele de lucru folosite în chimie sunt în cea mai mare parte folosite în fizica. Dezvoltarea chimiei în zilele noastre se bazeaza mai ales pe introducerea tot mai extinsa a metodelor de cercetare ale fizicii moderne.
Ramurile chimiei
Ramura Obiectul de studiu1 2
Chimie generala Bazele chimiei, care sunt comune tuturor ramurile chimiei; legaturi chimice, proprietati generale ale substantelor, reactiile chimice ale acestora.
1 2Chimie anorganica Elementele chimice si compusii acestora (cu exceptia
compusilor carbonului care intra în studiul chimiei organice) împreuna cu proprietatile si reactiile chimice la care participa acestia.
Chimie organica Compusii carbonului (cu exceptia oxizilor carbonului, acidului carbonic si carbonatilor, carburilor si altor câtorva compusi simpli ai carbonului) cu proprietatile si reactiile lor.
Chimie fizica Aspectele fizice ale reactiilor chimice si legile care le guverneaza, influentele pe care le au fenomenele fizice asupra reactiilor chimice.
Subramuri:
termodinamica chimica: schimbul de energie în
reactiile chimice;
cinetica chimica:viteza si mecanismul reactiilor chimice;
electrochimie: schimbul reciproc de energie chimica si electrica.
Chimie tehnologica si tehnologia proceselor chimice
Aplicarea cunostintelor si tehnicilor de lucru în procedeele utilizate în tehnica si echipamentele necesare pentru aceasta.
Chimia analitica Identificarea calitativa si determinarea cantitativa a componentelor unei substante sau a unui amestec de substante precum si explicarea structurii substantei.
Chimia preparativa Obtinerea substantelor.Biochimie Reactiile chimice din organismele vii.Geochimie Compozitia chimica si reactiile chimice (modificarile)
ale scoart 949i87j ei pamântului.Chimia mediului Influentele substantelor chimice asupra mediului,
analiza si metodele de îndepartare a acestora.
Importanta chimiei
Prezenta chimiei este simtita din ce în ce mai mult în toate ramurile economice: 60% din produsele chimice fabricate sunt destinate altor sectoare de activitate.
Aportul chimiei în industrie, consta în:
asigurarea de materii prime si materiale pentru industria de prelucrare;
folosirea de noi procedee chimice pentru obtinerea de produse utile si pentru îmbunatatirea tehnologiilor de fabricatie.
Astfel, chimia este importanta în:
metalurgie unde s-au adus îmbunatatiri în tehnologia de fabricatie prin aceea ca obtinerea otelurilor din fonta si cocs, a fost în multe locuri înlocuita cu procedee de reducere a minereurilor de fier, cu hidrogen. S-au îmbunatatit procedeele de separare a metalelor rare necesare otelurilor speciale;
petrochimie: exploatare si prelucrare moderna a produselor petroliere;
agricultura: datorita chimiei, sporul înregistrat în ultimele decenii se datoreaza în proportie de 60% îngrasamintelor chimice si 40% mecanizarii si altor mijloace agrotehnice;
zootehnie: îmbunatatirea compozitiei furajelor, sinteza de stimulatori de crestere;
industria textila: a crescut ponderea utilizarii fibrelor sintetice cu grad ridicat de elasticitate si rezistenta mecanica în raport cu fibrele naturale. Proportia pe plan mondial de utilizare a fibrelor sintetice este de circa 60%;
industria constructoare de masini: utilizarea materialelor plastice, a polimerilor armati cu fibre de sticla, carbon, azbest pentru producerea de piese si subansamble de masini;
produse farmaceutice;
cauciucuri sintetice;
coloranti;
materiale de constructie etc.
Rezulta deci ca prezenta chimiei se face simtita în aproape toate sectoarele de activitate, fiind greu de denumit un domeniu care sa nu fie tributar chimiei.
În paralel cu aceste mari avantaje ale chimiei, industria chimica are si dezavantaje: genereaza o serie de reziduuri, care constituie o sursa de poluare a mediului. Pentru aceasta se impune epurarea apelor reziduale înainte de a fi deversate, a gazelor si compusilor volatili eliminati în atmosfera, utilizarea rationala a îngrasamintelor chimice, pesticidelor si depozitarea corecta a reziduurilor toxice care pot infesta solul. Alaturi de aceste masuri se impune înlocuirea treptata a tehnologiilor poluante, beneficiind de cuceririle stiintifice ale matematicii, fizicii, tehnicii, biologiei si folosind ca model si ceea ce a creat marele "laborator al naturii".
1.2. Scurt istoric al chimiei
Primele descoperiri chimice mai importante ale omului primitiv au fost fie întâmplatoare, de exemplu focul, fie izvorâte din activitati mestesugaresti empirice (cum sunt olaritul sau obtinerea de metale din minereuri). Din câte se stie, primul popor care s-a înaltat la o gândire speculativa despre natura a fost poporul grec. Cea mai veche scoala filozofica greceasca, aceea a filozofilor naturalisti, din secolul al V-lea î.e.n., si-a concentrat atentia asupra cunoasterii lumii materiale. Din scrierile filozofilor naturalisti nu ne-au ramas decât fragmente, citate de autori posteriori. Putinul ce este cunoscut despre gândirea acestor filozofi, dovedeste o intuitie profunda despre structura materiei si legile naturii.
Unul dintre conceptele cele mai importante introduse de filozofii naturalisti este acela de element (în limba greaca stoicheia).
Filozoful Parmenide admitea ca exista doua elemente, focul si pamântul, primul reprezentând agentul creator activ iar al doilea pe cel pasiv. Aceasta conceptie este poate o forma rudimentara a dualitatii moderne energie-materie.
Empedocle (490-430 î.e.n) admitea existenta a patru elemente: apa, aerul, pamântul, focul, care dupa parerea sa nu se pot transforma una în alta. Cele patru elemente reprezinta fara îndoiala cele patru stari de agregare: lichida, gazoasa, solida si plasma. Fireste desemnarea pamântului, apei, aerului si focului drept elemente este naiva si simplista. Notiune de element s-a pastrat de-a lungul secolelor în amintirea oamenilor. Adevaratele elemente nu puteau fi descoperite decât pe cale experimentala, ceea ce s-a întâmplat mult mai târziu.
Filozofii Leucip (circa 450 î.e.n.) si elevul sau Democrit (circa 460-370 î.e.n.) au mers mai departe. Dupa Democrit toate "lucrurile" sunt compuse din atomi. Chiar focul, aerul, apa si pamântul sunt "lucruri compuse", conglomerate de mai multi atomi. Atomii exista în numar infinit si sunt neschimbatori. Atomii sunt antrenati în "vârtejuri" prin care iau nastere toate "lucrurile compuse". Prin cuvântul vârtej filozofii atomisti greci sugerau poate existenta unor forte chimice care unesc atomii între ei. Democrit formuleaza clar legea conservarii materiei în termenii: "nimic nu se naste din ceea ce nu este, nici nu piere în nefiinta". Filozofii atomisti considera ca "toate transformarile din natura au loc prin necesitate". Termenul necesitate (ananghi), întâlnit si la alti filozofi naturalisti, trebuie înteles probabil în sensul ca fenomenele naturale nu sunt întâmplatoare ci decurg dupa legi imuabile.
Filozofii naturalisti greci nu au depasit niciodata stadiul unor enunturi generale, de felul celor de mai sus. Nefiind fundamentate prin experienta, doctrinele lor (de multe ori contradictorii) nu au influentat decât prea putin dezvoltarea de mai târziu a stiintei.
Egiptenii utilizau litarga, sarurile de amoniu, aveau cunostinte despre acidul lactic si dizolvarea metalelor în acizi. Înca pe timpul faraonului Sesostris (circa 1800 î.Hr.) existau ateliere de tabacit pielea si se producea berea. Cea mai edificatoare proba a gradului avansat de folosire a substantelor chimice în Egipt constituia arta îmbalsamarii mortilor. Nu întâmplator zeii funerari - Toth si Anubis - erau si zeii "artei sacre".
Scrierile despre chimie ("arta sacra") se pastrau în templul din orasul Alexandria, unde a fost creata prima biblioteca din lume, numita "Templul zeitei Serapis", care în secolul al IV-lea d.Hr. a fost arsa.
Chimia a luat nastere, se crede, în secolul al 2-lea e.n. în Alexandria, un oras de cultura greaca în Egipt. Chimia, cel putin la început, îsi are originea în unele practici si superstitii populare. Cuvântul chimie apare prima oara, în mod cert într-un decret al împaratului Diocletian din anul 296 e.n. Prin acest decret se ordona arderea cartilor egiptenilor despre chemeia, sau arta "facerii" aurului sau argintului. Din surse ulterioare se stie ca materia prima a acestei pretinse fabricatii de metale nobile erau metalele comune, în special plumbul. Etimologia cuvântului chimie nu este cunoscuta cu certitudine. Traditia chimica greaca, s-a raspândit în Europa apuseana medievala prin intermediul arabilor, care au transformat termenul chimie în alchimie, prin adaugarea articolului al.
Alchimia nu a fost niciodata o stiinta, în sensul actual al cuvântului, fiindca nu era preocupata de cunoasterea naturii. În afara de "transmutatia" metalelor în aur, alchimistii credeau si în existenta unui medicament universal, piatra filozofala sau elixirul tineretii, capabil sa vindece toate maladiile omului. Dupa cum se vede, alchimia specula sentimentele primare si naive ale omului, în special dorinta de îmbogatire rapida sau recapatarea sanatatii pierdute, prin mijloace miraculoase. Nu este surprinzator ca alchimia a fost adesea un pretext pentru înselatorie.
Pe de alta parte alchimia a avut si parti bune. În primul rând alchimistii se foloseau de o metoda de lucru care s-a dovedit mai târziu extrem de fructuoasa, experienta. Laboratoarele alchimistilor au fost primele locasuri din lume anume destinate cercetarii. Alchimistii au obtinut, mai mult sau mai putin pure, câteva substante importante, ca acidul azotic, alcoolul si câteva saruri. Distilarea, descoperita probabil de sumerieni, a fost mult practicata de alchimisti. Aparatele de distilare, numite de alchimistii greci ambix ne-au parvenit sub denumirea arabizata de alambic. Facând bilantul, aportul alchimiei la cultura omenirii a fost foarte mic, daca tinem seama de lunga perioada de 1500 ani cât s-a perpetuat traditia alchimista. Alchimia constituie un
exemplu graitor pentru inutilitatea unei cercetari pur empirice, fara baza teoretica, urmarind numai beneficii materiale imediate.
Arabii au creat importante centre de cultura, dintre care cele mai importante erau: Cordoba, Bagdadul si Cairo.
Chimia a patruns în Europa pe doua cai: prin nordul Africii în Spania (în epoca maurilor, pe la 711) si prin rasaritul Europei (prin Bizant).
Doua progrese marcheaza începuturile chimiei ca stiinta: descoperirea oxigenului (1774) de catre J.Priestley si elucidarea sensului adevarat al teoriei arderii (flogiston) de catre A.L.Lavoisier.
Treptat chimia se constituie ca stiinta autonoma bazata pe legi, având drept obiectiv explicarea materiei. La începutul secolului al XIX-lea, o data cu elaborarea de catre John Dalton a teoriei atomice, începe era atomica. Descoperirea legilor pe care este bazata combinarea elementelor i-a permis lui Dalton sa elaboreze aspectul cantitativ al atomisticii si sa utilizeze conceptiile despre atomi pentru explicarea unor serii de fenomene chimice.
Prin contributiile unui mare numar de chimisti ca: A. Avogadro (1776-1856), J. Berzelius (1779-1848), S. Cannizzaro (1826-1910), M. Berthelot (1827-1907), A. Butlerov (1828-1886), D. Mendeleev (1834-1907), Van't Hoff (1852-1911) si multi altii, chimia moderna s-a dezvoltat considerabil, remarcându-se prin metode proprii de cercetare si descoperiri epocale.
În tara noastra, chimia are o veche traditie. Documentele istorice mentioneaza printre ocupatiile primilor locuitori ai acestor meleaguri: prelucrarea aurului, argintului, fierului, obtinerea ceramicii, a unor coloranti s.a. Mult mai târziu, se semnaleaza preocupari pentru învatarea unor notiuni de chimie (Dimitrie Cantemir 1673-1723) si numai la începutul secolului al XIX-lea se pun bazele scolii de chimie la Universitatea din Iasi de catre Petru Poni (1841-1925) si Universitatea din Bucuresti de Constantin Istrate (1850-1919).
În aceeasi perioada, Nicolae Teclu (1839-1916) se face cunoscut prin cercetari în probleme de combustie, construind aparate de laborator, din care unele se utilizeaza si astazi (becul Teclu), iar Petru Poni si Constantin Istrateprin cercetari în domeniul compozitiei apelor minerale, al titeiului si al colorantilor. Acestora le-a urmat, G.G. Longinescu (1869-1939) cu cercetari în chimia analitica si fizica, P. Bogdan (1873-1944) în chimia fizica si electrochimie, Lazar Edeleanu (1861-1944) în chimia hidrocarburilor, Gheorghe Spacu (1833-1955) în chimia anorganica, analitica si initiator al cercetarii în chimia combinatiilor complexe, C.D. Nenitescu (1902-1977) în chimia organica, Radu Cernatescu (1894-1958) si Raluca Ripan (1894-1975) în chimia anorganica si analitica, Coriolan Dragulescu (1907-1977) în chimia anorganica s.a.
Periodizarea istoriei chimiei
Epoca Perioada SecoleleGeneza chimiei Chimeotica Primitiva .-IV î.Hr.
Antica IV-I î.Hr.Alexandrina I-IV
Alchimica Araba VIII-XIIEuropeana XI-XV
Constituirea ca stiinta autonoma
Iatrochimica - XVI-XVIIFlogistica - XVII-XVIII
Formarea bazelor teoretice
Atomica - XIX
Diferentierea în ramuri
Moderna - XX-XXI
1.3. Clasificarea substantelor
Elementul chimic reprezinta o specie de atomi cu aceeasi sarcina nucleara, deci acelasi numar atomic Z.
◘ Toti atomii elementului carbon au un numar de 6 sarcini nucleare.
Toti atomii elementului bariu au un numar de 56 sarcini nucleare.
Compusul chimic este alcatuit din grupe de mai multi atomi, care sunt uniti prin legaturi chimice.
Din punct de vedere al unei abordari macroscopice, compusul chimic este reprezentat de substanta, în care se leaga unul de altul atomii unuia sau mai multor elemente si între ale caror mase exista un raport precis (stoechiometric). Atomii pot fi de aceeasi 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.
Substanta este un ansamblu de particule (atomi, cationi, anioni, molecule), care stabilesc interactiuni între ele. O substanta are proprietati tipice, care nu pot fi atribuite unitatilor structurale submicroscopice din care ea este alcatuita (de exemplu densitatea, duritatea, starea de agregare, temperatura de topire) si care nu sunt aditive fata de proprietatile particulelor.
Clasificarea substantelor
Metalele sunt substante (monoelementare), care au proprietati caracteristice: conductibilitate termica, conductibilitate electrica si luciu metalic si care, de regula, se pot prelucra prin laminare, presare, forjare si întindere.
Aliajele sunt substante polielementare metalice
(solutii solide) în componenta carora intra diverse metale; metalele formeaza aliaje si cu unele nemetale.
◘ Fonta, bronz, amalgame.
Clasificarea metalelorPrincipiul de clasificare ClasificareDensitate Metale usoare
(ρ < 5 g/cm3)
◘ Sodiu (ρ=0,97 g/cm3)
Metale grele
(ρ > 5 g/cm3)
◘Fier (ρ=7,86 g/cm3)Temperatura de topire Metale cu puncte de
topire scazute
(p.t. < 1000°C)
◘ Zinc (p.t. = 232ºC)
Metale cu puncte de topire ridicate
(p.t.> 1000°C)
◘ Cupru (p.t.=1083ºC)Stabilitatea chimica Metale nobile
(nu reactioneaza cu solutiile acide cu degajare de hidrogen)
◘ Argint, aur
Metale uzuale
(reactioneaza cu solutiile acide cu degajare de hidrogen)
◘Sodiu, fierAplicatii tehnice Metale feroase
(metale negre)
◘ Fierul si aliajele lui
Metale neferoase
(si metale colorate)
◘ Cuprul si aliajele lui, staniul
Nemetalele sunt substante (substante monoelementare), care nu prezinta proprietatile caracteristice metalelor. Ele nu prezinta conductibilitate termica si electrica.
◘ Clor, oxigen, sulf, fosfor, hidrogen.
Semimetalele ( substante monoelementare), care din punct de vedere al proprietatilor se situeaza între metale si nemetale; conductibilitatea electrica este mai mica decât la metale si creste o data cu cresterea temperaturii.
◘ Bor, siliciu, germaniu, seleniu, arsen.
Oxidul este un compus chimic polielementar, în componenta caruia intra oxigenul si un alt element.
Oxidul cu proprietati bazice: oxid metalic, care cu apa formeaza un hidroxid (o baza).
◘ Oxidul de calciu: CaO+H2O→Ca(OH)2
Oxidul cu proprietati acide:oxid nemetalic care formeaza cu apa un acid.
◘ Dioxidul de carbon: CO2+H2O H2CO3
Oxid cu proprietati amfotere (bazice si acide):oxid, care reactioneaza cu un acid ca o baza si cu o baza ca un acid.
◘ Oxid de aluminiu: Al2O3+3H2SO4→Al2(SO4)3+3H2O
Al2O3+2NaOH → 2Na[Al(OH)4]
Acid
Definitia dupa Arrhenius: compus chimic, care formeaza în solutii apoase ioni de hidrogen cu sarcina pozitiva si ioni radical acid cu sarcina negativa, care se misca liber.
◘ HNO3 →H+ + NO3-
solutie de acid azotic
Definitia dupa Brönsted: substanta (molecula sau ioni), care în interactiunea cu o baza (adesea o molecula de apa) cedeaza ioni de hidrogen (protoni) (donor de protoni).
◘ HNO3 + H2O NO3- + H3O+
NH4+ + H2O NH3 + H3O+
Acid baza
Definitia dupa Lewis: substanta, 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.
Baza
Definitia dupa Arrhenius:compus chimic, care în solutie apoasa sau în topitura formeaza ioni cu sarcina pozitiva si ioni hidroxil cu sarcina negativa, care se misca liber.
◘ NaOH → Na+ + HO-
hidroxid de sodiu
Definitia dupa Brönsted: substanta (molecula sau ioni), care în interactiunea cu un acid (adesea o molecula de apa) accepta ioni de hidrogen (proton) (acceptor de protoni)
◘ NH3 + H2O NH4+ + HO-
CH3COO- + H2O CH3COOH + HO-
Baza acid
Definitia dupa Lewis: substanta, care dispune de cel putin o pereche de electroni liberi, care poate completa deficitul de electroni al unui acid (donor de perechi de electroni).
◘ |NH3
Sare
Compus chimic cu structura cristalina, alcatuit din ioni metalici sau ioni de amoniu cu sarcina pozitiva (cationi) si din ioni radical acid cu sarcina negativa (anioni).
Sarurile, în stare de agregare solida, se prezinta ca retele ionice iar în solutie apoasa sau în topitura formeaza ioni care se misca liber.
◘ Na+NO3- - azotat de sodiu
Numele hidroxizilor si al sarurilor sunt formate în general din:
- numele cationului (metal sau amoniu);
- valenta (numarul de oxidare) cationului metalic, indicata în cifre
romane, trecuta 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)
◘ Saruri
CuSO4 sulfat de cupru (II) (sulfat cupric) .
1.4. Legile fundamentale ale chimiei
Legea este o relatie generala între obiecte si fenomene si exprima o generalizare a observatiilor experimentale.
1.4.1. Legile combinarii chimice
Legile ponderale (de masa)
Legea Definitia Autorul descoperirii
Aplicatiile de calcul
1 2 3 4Conservarii masei
Suma maselor substantelor care intra într-un proces chimic (mi), este riguros egala cu suma maselor substantelor care rezulta din acel proces.[1]
M.V.Lomonosov
(1748)
L.A.Lavoisier
(1775)
1 2 3 4proportiilor constante (proportiilor definite sau a constantei compozitiei)
Indiferent pe ce cale se obtine o combinatie chimica, componentele ce o alcatuiesc, se unesc întotdeauna în proportii de masa constante.[2]
L.J. Proust
(1799)
H2O- raportul de masa
H:O=2:16=1:8
proportiilor multiple
Daca doua elemente se combina pentru a forma mai multe combinatii ale unuia din elemente, care se uneste cu aceeasi cantitate din al doilea element, se gasesc între ele în raporturi simple de numere mici si întregi.
J.Dalton
(1804)
Exemplu oxizii azotului:
N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5.
Rapoartele de masa sunt: N:O = 28:16; 14:16; 28:48; 14:32; 28:80 sau 1:1; 1:2; 1:3; 1:4, 1:5.
Proportiilor echivalente
Elementele si combinatiile chimice, interactioneaza si se înlocuiesc reciproc, în raporturi stricte de echivalenti-gram, sau raportul de
K.F. Wentzel
J.B.Richter
(1791)A,B- elemente
masa în care interactioneaza doua substante, este egal cu raportul echivalentilor-gram al celor doua substante.[3]
Actiunii maselor
Raportul dintre produsul concentratiilor produsilor de reactie si produsul concen-tratiilor reactantilor este o constanta (care se numeste constanta de echilibru "K" la o temperatura data).
C. Guldberg
P.Waage
(1867)
Pentru reactia:
aA+bB=cC+dD
Legile volumice (de volum)
Legea Definitia Autorul descoperirii
Aplicatiile de calcul
Legea volumelor constante (combinarii în volume a gazelor)
La presiune si temperatura constanta, între volumele a doua gaze care se combina, ca si între fiecare dintre volumele gazelor care se combina si volumul combinatiei gazoase rezultate, exista un raport simplu de numere întregi si mici.[4]
Gay Lussac
(1808)
1 volum de H2+1 volum de Cl2 = 2 volume de HCl; gazele reactante se afla în raport de 1:1, iar HCl cu fiecare gar care intra în reactie - în raport de 2:1.
Legea lui Avogadro
Doua volume egale de gaze, identice sau diferite, în aceleasi conditii de temperatura si presiune, contin acelasi numar de molecule sau moli.[5]
Amedeo Avogadro
(1811)
NA(numarul lui Avogadro) = 6,023∙1023 particule /mol
Vm= 22,4 l/mol[6]
1.4.2. Legile gazelor
Ecuatiile de stare ale gazului ideal
Legea Parametrii de stare Ecuatia de stare Procesulvariabili constanti
Boyle-Mariotte P,V T PV=const IzotermGay-Lussac V,T P Vt=V0 ∙(1+α*T) Izobar
Charles P,T V Pt=V0∙(1+β*T) Izocor
Klapeyron-Mendeleev P,V,T - PV=νRT -
*α, β - coeficienti de dilatare liniara
Constanta generala a gazelor în diferite unitati:
R8,31451
8,20578∙10-2
8,31451∙10-2
8,31451
62,364
1,98722
J/K∙mol
l∙atm/K∙mol
l∙bar/K∙mol
Pa∙m3/K∙mol
l∙torr/K∙mol
cal/K∙mol
Diferite unitati de masura pentru presiune
1 Pa = 1N∙m2
1 bar = 105 Pa = 100 kPa
1 atm = 101,325 KPa
1 atm = 760 torr
1 mmHg =133,3 Pa
1 atm =760 mmcol.Hg
Scari de temperatura
Celsius (°C)
Kelvin (K) K= °C +273
Fahrenheit (°F) °F =9/5 °C + 32
1.5. Concepte ale teoriei atomo-molecualre
1.5.1. Atom. Masa atomica. Numar atomic.
Atomul reprezinta cea mai mica particula dintr-o substanta, indivizibila prin procedee chimice, dar divizibila prin procedee fizice.
Masa atomica relativa (Ar) este numarul care arata de câte ori masa unui atom este mai
mare decât a 12-a parte din izotopul .
◘ Ar(H) =1 Ar(P)= 31 Ar(S)=32
Masa atomica absoluta (A) se exprima în kg/atom si rezulta din Ar(u/atom) ∙ 1,66 ∙10-
27 (kg/u).
Numar atomic (Z)(numar de ordine sau sarcina nucleara) reprezinta numarul protonilor din nucleu = numarul electronilor din învelisul electronic.
◘ Z(N)=7 Z(O) = 8 Z(Na) = 11
1.5.2. Molecula. Masa moleculara relativa. Masa moleculara
absoluta.
Molecula - cea mai mica particula dintr-o substanta, care poate exista în stare libera si care pastreaza toate proprietatile chimice ale substantelor respective.
Pot fi:
- monoelementare:
- monoatomice: Ne, Ar, Kr, Xe, He, Rn
- biatomice: H2, O2, N2, Cl2
- poliatomice: O3, P4, S8
- polielementare: H2SO4, Ca(OH)2
Masa moleculara relativa (Mr) - marimea care arata de câte ori masa moleculei este mai mare decât unitatea atomica de masa (u.a.m.)[7]. Nu are dimensiuni. La efectuarea calculelor care nu necesita o precizie înalta valoarea fractionata a masei atomice relative se rotunjeste.
◘ Exemplu masa moleculara relativa pentru Al2(SO4)3:
Mr= 2∙27 + 3∙(32 + 4∙16) =324
Masa moleculara absoluta se exprima în kg/molecula si se obtine înmultind masa moleculara relativa cu 1,66∙10-27 kg.
În practica se utilizeaza masa molara (moleculara) relativa.
Masa reala a atomilor celor mai uzuale elemente chimice
Denumirea elementului Masa reala a atomului (g)
Denumirea elementului Masa reala a atomului
(g)
Hidrogen 0,1660 ∙10-23 Clor 5,8110∙10-23
Oxigen 2,6564∙10-23 Sulf 5,3129∙10-23
Carbon 1,9923∙10-23 Aluminiu 4,4828∙10-23
Azot 2,3244∙10-23 Magneziu 3,9847∙10-23
Sodiu 3,8186∙10-23 Fosfor 5,142∙10-23
Masele atomice relative rotunjite ale elementelor chimice
Z Denumirea elementului
Masa atomi-ca relativa rotunjita
Z Denumirea elementului
Masa atomi-ca relativa rotunjita
13 Aluminiu 27 1 Hidrogen 151 Antimoniu (stibiu) 122 53 Iod 12747 Argint 108 36 Kripton 8418 Argon 40 3 Litiu 779 Aur 197 12 Magneziu 247 Azot 14 25 Mangan 5556 Bariu 137 80 Mercur 20183 Bismut 209 28 Nichel 595 Bor 11 8 Oxigen 1635 Brom 80 78 Platina 19548 Cadmiu 112 82 Plumb 20720 Calciu 40 84 Poloniu 2106 Carbon 12 19 Potasiu 3955 Cesiu 133 37 Rubidiu 8517 Clor 35,5 14 Siliciu 2827 Cobalt 59 11 Sodiu 2324 Crom 52 50 Staniu 11929 Cupru 64 16 Sulf 3226 Fier 56 22 Titan 489 Fluor 19 92 Uraniu 23815 Fosfor 31 74 Wolfram 18432 Germaniu 73 54 Xenon 1312 Heliu 4 30 Zinc 65
1.5.3. Substanta. Mol. Masa molara. Volum molar.
Substanta - portiunea de materie omogena, de compozitie bine determinata si constanta.
◘ Exemplu: sare de bucatarie, acid sulfuric, neon etc.
Masa molara (M) - masa unui mol de substanta în stare de atomi sau de molecule, este egala numeric cu masa atomica, respectiv cu masa moleculara si se exprima în g/mol.
◘ Exemplu: M(NH4SCN) =72,12 g/mol.
Mol - cantitatea de substanta care contine 6,023∙1023 particule (atomi, molecule, ioni).
◘ Exemplu: 1 mol de Al2O3 = 102 g; 1 mol CuSO4=160 g.
Volumul molar (Vm) - volumul ocupat de un mol din orice gaz, la 0°C si 1 atm, are valoarea medie 22,4 l/m3.
◘ Exemplu: Vm(H2)= Vm(O2) = 22,4 l/mol.
1.5.4. Teoria atomo-moleculara
Conceptia structurii atomice a materiei a fost formulata pentru prima data de filozoful grec Leucip si continuata de discipolul sau Democrit, generalizând doctrinele filozofice.
Aceasta ipoteza a fost reluata în anul 1808 de catre chimistul englez John Dalton. În anul 1833 chimistul italian A. Avogadro completeaza teoria atomo-moleculara. Cel care a fost considerat drept "reformatorul" ei este chimistul italian Stanislao Cannizzaro, care demonstreaza, în anul 1858, teoretic si experimental importanta unei teorii atomo-moleculare complete.
În anul 1860, la Congresul International din Karlsruhe, Germania, au fost expuse tezele de baza ale teoriei atomo-moleculare:
Substantele sunt alcatuite, din molecule. Molecula este particula cea mai mica ce intra în componenta substantei, posedând proprietati chimice.
Moleculele sunt formate din atomi, care se combina unii cu altii în anumite raporturi.
Atomii si moleculele se afla în continua miscare; între atomi si molecule actioneaza forte de atractie si de respingere.
Moleculele substantelor simple se compun din acelasi fel de atomi (O2, O3, N2), moleculele substantelor compuse - din atomi diferiti (HCl, NaOH, CuSO4).
În decursul reactiilor chimice componenta moleculelor se modifica cu schimbarea ordinii atomilor, ceea ce duce la formarea substantei noi.
Proprietatile moleculelor depind nu numai de componenta lor, dar si de modalitatea în care se leaga atomii.
[1] Astfel enuntata, legea nu are o valabilitate absoluta, deoarece masa în miscare mv variaza fata de masa în repaus m0, conform relatiei lui Einstein. În unele reactii chimice, în conformitate cu relatia E=mc2 (teoria relativitatii restrânse), degajarea de caldura este implicit însotita de o pierdere de masa. Din aceste motive, expresia legii conservarii masei enuntata , este valabila doar la reactiile chimice obisnuite. În reactiile nucleare are loc o scadere importanta a masei. Deci, legea conservarii masei universal valabila este:Suma maselor si energiilor reactantilor si produsilor de reactie, într-un sistem închis, este constanta,sau suma maselor reactantilor este egala cu a produsilor de reactie plus deficitul de masa dat de relatia lui
Einstein.
[2] Exemplu: apa se poate obtine pe mai multe cai:
H2 +1/2 O2→H2O
NaOH+HCl→NaCl+H2O
C2H2+5/2O2→2CO2+H2O
Dar în toate cazurile H:O=2:16=1:8, adica în molecula de apa întotdeauna 1 g de hidrogen se va combina cu 8 g oxigen
Abateri de la legea proportiilor constante:
Unele substante naturale nu corespund legii, de exemplu FeS naturala, contine ceva mai mult sulf decât arata formula. De asemenea s-au obtinut numerosi compusi intermetalici (Cu3Zn2, Cu3Al, Al3Mg4, NiAl3 etc.) care au formulele ce nu corespund legii. Acestea se numesc nestoechiometrice (bertholide).
[3] Echivalentul gram (val) reprezinta cantitatea în grame dintr-o substanta (elemente sau combinatie) care se poate uni sau poate înlocui 1 g de hidrogen sau 8 g de oxigen.
[4] În general, daca produsele rezultate din reactie sunt tot gazoase, reactia are loc cu contractie de volum. Din studiul reactiilor în stare gazoasa s-a stabilit:
Daca gazele reac-tante participa în numar de volum
Raportul volu-melor gazelor reactante
Exemplu de reactie
Atunci:Raportul volumelor intrate si iesite
Iar contractia de volum este:
Egal 1:1 H2+Cl2→2HCl 1:1 0Neegal 2:1 2 H2+O2→2H2O 3:2 1/3
3:1 3H2+N2→2NH3 2:1 1/2
[5] Cu ajutorul acestei legi s-a dovedit: biatomicitatea moleculelor unor gaze (H2, Cl2, O2, N2, F2); monoatomicitatea gazelor nobile (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); monoatomicitatea moleculelor metalelor în stare de vapori.
[6] Volumul molar (Vm) reprezinta volumul ocupat, în conditii normale, de catre un mol din orice gaz si are valoare medie 22,4 l. Volumul molar al unor gaze în conditii normale, în l, este: H2 -22,428l; O2 - 22,394l; N2 - 22,404 l; CO - 22,405 l; CH4 - 22,360 l; NH3 - 22,077 l.
[7] Unitatea atomica de masa este a 12-a parte din masa
u.a.m.= (1/12)∙19,92∙10-22kg= 1,66∙10-27kg
