Proprietatile elementelor

  • View
    865

  • Download
    5

Embed Size (px)

Text of Proprietatile elementelor

PROPRIETILE ELEMENTELOR

PROPRIETILE ELEMENTELOR

n natur nimic nu se pierde, nimic nu se ctig, totul se transform.(Antoine Laurent Lavoisier)

Universul se compune din materie. n acest sens atribuit cuvntului materie, ea poate exista n dou forme: substanele, care se deplaseaz prin univers cu o vitez mai mic dect viteza luminii; energia radiant, care se deplaseaz prin univers cu viteza luminii. Un corp se poate defini ca un ansamblu de materiale. Ceea ce difer corpurile de materiale este faptul c materialele pot avea o compoziie variabil dar nu discontinu, n timp ce corpurile pot avea o compoziie discontinu i suprafeele de discontinuitate definesc i suprafeele de separare ntre diferitele materiale ce formeaz corpul. Substanele se definesc printr-o compoziie chimic constant (materiale omogene). Termenul de materiale (uneori substane) eterogene este folosit pentru materiale ale cror compoziie este variabil dar nu discontinu sau pentru amestecuri de substane la care raportul de amestecare variaz. Pentru amestecurile de substane mai exist dou noiuni frecvent folosite: cea de aliaj, care definete un amestec de metale n stare solid i cea de soluie care este folosit pentru amestecuri de substane n stare solid ct i lichid. Ulterior noiunea de aliaj i-a extins conceptul astfel nct astzi se numesc aliaje i soluiile solide ale metalelor cu mici cantiti de carburi metalice i oxizi metalici. Studiul chimic al unei substane ofer soluii pentru compoziia substanelor, proprietile lor fizice i chimice i pentru reaciile substanelor. Materialele (att omogene ct i eterogene) sunt constituite la rndul lor din pri i mai mici, numite elemente chimice. Un element chimic se definete ca cea mai mic parte de substan care poate fi decelat prin metode fizice i chimice obinuite. Fac excepie de la metodele fizice i chimice obinuite procesele nucleare ca fuziunea i fisiunea. Mai multe elemente chimice (de acelai fel sau diferite) se pot combina pentru a forma ansambluri de elemente ntre care se stabilesc legturi chimice. Atunci cnd un ansamblu de elemente nu poate fi decelat prin metode fizice obinuite, el este o molecul chimic (compus chimic). n natur elementele se gsesc ntr-o diversitate de stri chimice: sub form de combinaii, n stare nativ, sau n stare ionizat i de stri fizice: solid, lichid, gazoas sau plasmatic.La temperaturi de zeci de mii de grade, toate elementele sunt sub form de ioni; la mii de grade sunt form de atomi liberi; pe Pmnt, starea normal a elementelor este cea de combinaie chimic. Sub form atomic exist numai gazele rare. Corespunztor structurilor nveliurilor electronice, elementele se clasific n: heliu, hidrogen, elemente s i p, elemente d i f. Dac o substan conine un acelai tip de elemente atunci se numete substan simpl. Substanele simple reprezint de fapt starea natural n care pot exista elementele la o anumit temperatur. n form monoelemental (cazul gazelor monoatomice); n form molecular (ansamblu molecule formate dintr-un numr finit i mic de elemente de acelai fel); n form reticular (ansamblu n stare solid format dintr-un numr mare de elemente de acelai fel).Alotropia este un fenomen caracteristic substanelor simple prin care un element poate exista n diferite forme cristaline (alotropie de form) sau n diferite forme (structuri) moleculare (alotropie de poziie). Toate elementele cu structuri poliatomice au forme alotrope, n afar de Si, Ge, Bi i Te care sunt monotrope. Dintre cele cu molecule biatomice doar oxigenul exist ca O2 i O3. Alotropia este determinat de tipul legturilor chimice i structurilor moleculare i cristaline pe care le pot realiza atomii unui element. Legturile n cadrul formelor alotropice se realizeaz fie prin orbitali atomici puri, fie prin orbitali hibrizi.Teoretic, toate elementele se pot combina ntre ele potrivit legilor combinrii chimice. Exist aproximativ 500000 de combinaii chimice descoperite. Cele mai frecvente combinaii chimice sunt:

Combinaii binare hidrurile - combinaii ale elementelor cu hidrogenul. Exemple: LiH care este o hidrur ionic; HCl care este o hidrur covalent; halogenurile - combinaii ale elementelor cu halogenii. He, Ne, Ar nu formeaz halogenuri. Ele sunt covalente sau ionice; oxizii - compui ai elementelor cu oxigenul care sunt compui ionici sau covaleni. sulfurile, arseniurile, siliciuri - combinaii frecvent ntlnite n reaciile chimice i n natur;

Combinaii complexe (coordinative) Combinaiile complexe sau coordinative rezult din combinarea moleculelor sau ionilor cu alte molecule sau ioni. Un complex are un atom sau ion central, n jurul cruia se coordineaz mai multe molecule neutre sau ioni de semn contrar, denumii liganzi. Atomul central este de obicei acceptor de electroni iar liganzii, donori de electroni. Numrul de liganzi din jurul unui atom este denumit numr de coordinare (N.C.). El are valoarea 2 9 n compleci, uzual 4 n complecii tetraedrici i 6 n cei octaedrici. n cristalele complexe, N.C. este maximum 14. Numrul de liganzi depinde de numrul de orbitali disponibili ai atomului central, de gradul lor de ocupare cu electroni, de natura legturii chimice atom - ligand i de factori sterici.

Sistemul periodic al elementelor Pasul cel mai important n clasificarea elementelor chimice a fost fcut de chimistul rus Dimitri I. Mendeleev, prin elaborarea sistemului su periodic, prezentat n 1869. Ulterior, diferii autori au propus modele mbuntite de reprezentare i clasificare a elementelor.n figur se prezint o versiune modificat a sistemului periodic n spiral, poate cea mai aproape de realitate reprezentare i clasificare a elementelor:

n comparaie cu ali chimiti, care nu acordau o importan deosebit legturii ntre masa atomic i valen, Mendeleev considera c masa atomic este proprietatea de baz care determin i celelalte nsuiri ale elementelor. Urmnd acest principiu, el a aranjat elementele chimice n ordinea crescnd a maselor atomice, pe mai multe niveluri unul lng altul, avnd grij totodat ca elementele ce posed proprieti chimice asemntoare s se afle ntotdeauna unul sub altul.Cercetrile efectuate de Moosley au demonstrat c proprietile elementelor chimice sunt funcii periodice ale numrului atomic Z (i nu ale masei atomice M, aa cum a crezut Mendeleev).Atomul este alctuit dintr-un nucleu (unde se afl concentrat aproape ntreaga mas a atomului) i un nveli electronic. Nucleul are dimensiuni extrem de mici ns comparativ cu distanele de la nucleu la electroni. De exemplu, dac s-ar reui comprimarea atomilor pn la dimensiunea nucleului, atunci 1m3 de platin (care cntrete 21500 kg) ar ocupa un spaiu de 1mm3. Electronii sunt cele mai mici particule elementare ncrcate cu sarcin electric negativ, a cror sarcin electric este deci cuantificat 1e- = -1.610-19C care se rotesc pe orbite n jurul nucleului cu viteze foarte mari (comparabile cu viteza luminii n vid, c = 3109 ms-1). Nucleul atomului se compune din dou categorii de particule elementare cu masa atomic relativ 1: protonii (ncrcai cu energie electric pozitiv 1.610-19C) i neutronii (neutrii electric). Masa atomic relativ, conform S.I. este 1/12 parte din masa atomic a izotopului 12C, standard ales datorit stabilitii acestui nucleu (12C, alturi de 4Ca este unul dintre cele mai stabile nuclee), abundenei mari acestui izotop n natur i reactivitii chimice sczute. nveliul electronic, dup cel mai recent model, cel mecanic-cuantic, are o structur stratificat, electronii i orbitele fiind caracterizate din punct de vedere energetic prin aa-numitele numere cuantice: numrul cuantic principal (n), numrul cuantic secundar (l), numrul cuantic magnetic (m), i n plus, caracteristic electronilor din orbite mai este i numrul cuantic de spin (s).

Numrul cuantic principal n este o msur pentru energia i raza orbitei circulare pe care graviteaz electronul. El ia valorile ntregi 1, 2, 3, 4, 5, ... iar orbitele se noteaz cu literele K, L, M, N, O, .... Electronii care au acelai numr cuantic principal, adic se gsesc la aceeai distan medie de nucleu, formeaz un strat electronic. Se poate demonstra c fiecare strat conine n2 orbite. Electronii din acelai strat se disting prin numere cuantice secundare l i este o msur pentru subnivelul energetic i semiaxa mic a orbitei i ia valori ntre 0 i l-1.

Toate orbitele pentru care l = 0 sunt circulare, celelalte sunt orbite eliptice. Toate orbitele cu acelai n i l diferit formeaz substraturile electronice ale stratului n. Fiecare substrat (n i l acelai) este format din 2l+1 orbite caracterizate de numrul cuantic magnetic m, care este o msur pentru orientarea planurilor orbitale.n funcie de fora de atracie pe care o exercit nucleul asupra electronilor si, elementele chimice se pot diviza n elemente electronegative (nemetalele) care manifest tendina de a capta electroni de la ali atomi, i elemente electropozitive (metalele) care cedeaz relativ uor electroni de pe ultimul strat formnd ioni pozitivi.n funcie de electronegativitate se stabilete i caracterul ionic sau covalent al combinaiilor; astfel, se spune c o combinaie de dou elemente este ionic atunci cnd un electron al unuia din elemente prsete orbita atomului pentru a trece s orbiteze ntr-un orbital al celuilalt atom; n aceeai ordine de idei, o combinaie este covalent cnd legtura se formeaz exclusiv prin deformarea orbitelor electronice i formarea unei orbite de legtur n care vor gravita 2 electroni cu spin opus, fiecare al cte unui atom originar. n realitate ns nu exist combinaii 100% ionice sau 100% covalente.Cuantica funciilor orbitale nlocuiete conceptul clasic de traiectorie a electronului cu cel de funcie de und, care definete poziia n spaiu ca amplitudine a unei unde.n secolul al XIX au fost fcute mai multe ncercri de clasificare a elementelor, care se cunoteau deja n numr foarte mare. Criteriile au fost: comportarea fa de oxigen (Thenard, Berzelius), fa de hidrogen (Dumas), electronegativitatea i multe altele. Legea periodicitii a fost enunat de Mendeleev (1869), astfel: Proprietile elementel