Statutul disciplinei: obligatorie Nivelul de studii: Licen Anul de studii: I Semestrul: 1 Titularul cursului : Conf.dr.ing. Cristian Pirvu

CHIMIECurs 1

Numr de ore / Verificarea / Credite CursSeminarLaboratorProiectExaminareCredite28-14-V3

OBIECTIVELE DISCIPLINEI

pentru curs:

Studentului i se ofer prin acest curs cunotine generale din domeniul chimiei, stiinta fundamentala cu numeroase implicatii in fabricarea diverselor componente electronice.

Notiunile obtinute in cadrul cursului permit o mai buna intelegere a proceselor de natura chimica in care inginerii electronisti pot fi implicati si posibilitatea de a colabora cu specialisti din domeniul chimiei.

pentru aplicaii:

Evidenierea unor fenomene fizico-chimice cu aplicabilitate in tehnica. Vor fi realizate aplicaii concrete n care studenii sunt implicaii att in realizarea experimentelor cit si in prelucrarea si interpretarea datelor obtinute.

Coninutul cursuluiCapitolul 1.

Corelatii intre legaturile chimice, structura si proprietatile materialelor.

1.1. Noiuni despre structura atomului;

1.2. Formarea legaturilor chimice. Influenta structurii chimice asupra proprietatilor electrice, magnetice si optice ale substantelor. Aplicatii.Noi materiale utilizate in industria electronica. Legatura ionica; Compusi ionici utilizati in industria electronica;

Legatura covalenta; Compusi covalenti utilizati in industria electronica;

Legatura metalica; Metale si aliaje utilizate in industria electronica;

Exemple de combinatii chimice, cu implicatii in electronica (in stare cristalina, amorfa, lichida, de cristal lichid);

atomLegaturi chimiceCompusi chimiciMaterialProprietatiAplicatii in electronicaStructura

Capitolul 2.

Termochimie

2.1. Notiuni introductive de termodinamica chimica; Parametri de stare intensivi si extensivi.2.2. Efecte termice ale proceselor chimice la presiune si volum constant. Legea lui Hess. Legea lui Kirchoff.2.3. Functii termodinamice introduse de principiul II: entropia, energia libera, entalpia libera, in corelatie cu afinitatea chimica. Potential chimic.Capitolul 3.Cinetica reactiilor chimice3.1. Parametri cinetici: viteza de reactie, constanta de viteza, ordin de reactie, molecularitate, energie de activare. Reactii simple i reacii complexe.3.2. Reactii chimice omogene. Reactii de ordinul I si II.3.3. Reactii chimice eterogene. 3.4. Reactii in lant drept si ramificat. Reactii fotochimice. 3.5. Teorii moleculare n cinetica chimic. Ciocniri moleculare. Teoria complexului activat.

Capitolul 4.

Echilibrul chimic.

Principiul deplasarii echilibrului chimic. Relatia dintre functiile termodinamice si constanta de echilibru.Capitolul 5

Electrochimia

Obiect de studiu. Celule electrochimice. Strat dublu electric. Electroliti. Echilibre ionice. Conductivitatea electrica a solutiilor de electroliti Reactii electrochimice. Tensiunea electromotoare. Potential de electrod. Tipuri de electrozi. Seria de activitate a elementelor. Polarizarea la electrozi si supratensiunea.Notiuni generale de bioelectrochimie.Surse chimice de energie electrica. Pile primare, acumulatori, pile de combustie.Procese electrolitice in tehnologii electronice.Coroziunea in mediu de electroliti. Termodinamica si cinetica proceselor de coroziune. Metode de protectie impotriva coroziunii metalelor.

EVALUAREA

Activitile evaluate i ponderea fiecreia:- aprecierea activitii la laborator:30%;- lucrare de verificare cu degrevare (sapt. 8):40%; (30 + 10)- rezolvare aplicatii, referat individual pe arii de interes:10%- verificare finala (scris/oral):20%.

Cerinele minimale pentru promovare:conform Regulamentului studiilor universitare de licen i Regulamentului privind activitatea profesional a studenilor, cu obligativitatea obinerii a cel puin 50% din punctajul afectat activitii de laborator.

Calculul notei finale: conform Regulamentului studiilor universitare de licen i Regulamentului privind activitatea profesional a studenilor.

BIBLIOGRAFIA

C. Pirvu, Chimie; Notiuni fundamentale, Ed. Printech, Bucureti, 2009.M. Tomescu, C. Pirvu Teste grila si aplicatii de chimie generala, Ed. Printech, Bucureti, 2004.G. Hubca, M. Tomescu, C. Pirvu, Polimeri utilizati in electronica, electrotehnica si tehnica de calcul, Ed. Semne, 2006.Atkins W. Peter,De Paula Julio, Chimie fizica, Editura:AGIR, 2002. (pentru capitolele 1-4)Allen Bard, Martin Stratmann, Encyclopedia of Electrochemistry, Wiley-VCH, 2006. (pentru capitolul 5)B. Popescu, I. Demetrescu Chimie Generala, Ed. Bren, Bucureti, 1999.

Platforma POSDRU: http://posdru62485.discipline.upb.ro%2C/

Capitolul 1.

Corelatii intre legaturile chimice, structura si proprietatile materialelor.

1.1. Noiuni despre structura atomului;

Noiunea de atom apare pentru prima dat n jurul anului 450 .Hr cnd filozoful grec Leucip dezvolt teoria conform creia materia nu este infinit divizibil i introduce noiunea de atomos, ceea ce nu poate fi divizat.

Apoi pe msura trecerii anilor Democrit, Epicur, Laureniu i alii au contribuit la dezvoltarea imaginii structurii atomului. In limba greaca veche, cuvantul atom era folosit pentru a descrie cea mai mica parte dintr-o substanta. Aceasta particula fundamentala, asa cum este denumit astazi atomul, era considerata indestructibila; de fapt, cuvantul grecesc atom inseamna indivizibil.

Cunostintele despre marimea si natura atomului s-au imbogatit de-a lungul timpului, insa la inceputuri oamenii nu puteau decat sa speculeze aceste cunostinte.

Odata cu aparitia cercetarii stiintifice experimentale( in sec. XVI-XVII e.n.), procesul de cunoastere a teoriei atomice a progresat rapid.

- Astfel de-a lungul evoluiei cunotinelor acumulate si a tehnicilor de investigare aflate la dispoziia cercettorilor s-au creat mai multe modele de structur a atomului.

Modelul Thompson,

dezvoltat de J.J. Thompson n anul 1904

atomul este o mas ncrcat pozitiv i distribuit omogen sub o form de sfera

n aceast mas exist n unele locuri nite sfere mai mici, care sunt ncrcate negativ (aceste sfere mai mici au fost numite electroni).

o proprietate de baz a acestui atom este c numrul sarcinilor negative este egal cu numrul masei pozitive, rezultnd un atom neutru din punct de vedere electric.

Una dintre deficienele modelului consta n faptul c frecvena radiaiei emise putea avea orice valoare, lucru infirmat de seriile spectrale descoperite experimental.

Modelul Rutherford,

a fost dezvoltat in 1911 n urma experimentelor realizate de ctre Hans Geiger i Ernest Marsden.

pe baza observaiilor efectuate legate de existenta unei neuniformitati de distributie a sarcinii in interiorul atomului, Rutherford a propus un nou model n care sarcina pozitiv era concentrat n centrul atomului, iar electronii orbitau n jurul acesteia.

Noul model introducea astfel noiunea de nucleu. Modelul propus de Rutherford descrie nucleul, dar nu atribuie nici o structur orbitelor electronilor.

aproape toat masa lui este concentrat n nucleu, care este ncrcat pozitiv.

nucleul este nconjurat de un nveli de electroni, care sunt incrcai negativ; electronii sunt meninui de nucleu prin fore electrostatice.

Modelul propus de Rutherford descrie nucleul, dar nu atribuie nici o structur orbitelor electronilor. Totui, n lucrare este menionat modelul saturnian al lui Hantaro Nagaoka, n care electronii sunt aranjai pe inele.

Atomul lui Rutherford, conceput conform legilor mecanicii clasice, nu putea s explice de ce electronii nu cad pe nucleu, tiindu-se c orice sarcin electric n micare pierde continuu din energia sa prin radiaie electromagnetic.http://www.emsb.qc.ca/laurenhill/science/models.htmlPremiul Nobel pentru Chimien anul1908. Este considerat "printele" fizicii nucleare

Modelul Bohr,

- in 1913, preia modelul planetar al lui Rutherford i i aplica teoria cuantelor. Modelul lui Bohr este aplicabil ionilor hidrogenoizi (He+, Li+2, Be+3, etc, adic ionii care au un singur electron n cmpul de sarcin efectiv al nucleului)

Modelul atomic al lui Bohr se bazeaz pe doua ipoteze:

1) - electronul se rotete n jurul nucleului numai pe anumite orbite circulare, permise, staionare, fr a emite sau a absorbi energie radiant. Electronul se menine datorit compensrii forei centrifuge cu fora de atracie Columbian.

2) - n micarea sa pe orbita permis, electronul nu emite i nici nu absoarbe energie radiant de o anumit frecven, numai discontinuu, corespunznd unor tranziii electronice, care duc in final la liniile spectrale.

Acest model nu poate explica spectrele de emisie i energia de ionizare dect pentru atomul de hidrogen si ionii hidrogenoizi.

Modelul Bohr-Sommerfeld

In modelul atomic Bohr- Sommerfeld, unei orbite circulare cu numr cuantic principal n, i corespund (n-1) orbite staionare eliptice. In consecin, fiecare orbit circular a lui Borh se descompune n (n-1) elipse cu excentriciti diferite, rezultnd o familie de orbite pentru fiecare numr cuantic principal n>1.

Pentru caracterizarea micrii electronului, Sommerfeld utilizeaz numerele cuantice: n - principal; l - secundar, azimutal sau orbital; s - de spin si m - magnetic.

n - numrul cuantic principal, indic semiaxa mare a orbitei eliptice; ia valori 1,2,3,4,...n sau l n ; reprezint straturile electronice K, L, M, N, O, P, Q.

Numrul maxim de electroni ce corespund unui strat cu numr cuantic principal n, este 2n2.

l - numr cuantic secundar, indic semiaxa mic a orbitei eliptice reprezentnd momentul unghiular al electronului pe orbit si substrat; are valorile

l = 0,1,2,3,..... sau 0 1 n-1.

m - numrul cuantic magnetic, indic poziia (orientarea) orbitei electronice ntr-uncmp magnetic i are valori negative i pozitive, n total 2l+1 valori:

-l .....-2 ,-1, 0, 1, 2, ..... +l sau -l m +l

s - numrul cuantic de spin, caracterizeaz micarea de rotaie a electronului n jurulpropriei sale axe, avnd valorile +1/2 sau -1/2.

Modelul ondulatoriu staionar.

1923 L.V. de Broglie (premiul Nobel pentru fizic n 1929) introduce ideea de dualitate particul und a materiei: un electron sau orice alt particular subatomic se poate comporta att corpuscular, ct i ondulatoriu, adic, o particul elementar n micare are asociat o und a crei lungime de und variaz cu energia sa.

n anul 1926, Schrdinger elaboreaz prima lucrare de mecanic ondulatorie, redat prin Ecuaia lui Schrdinger, prin care arat: caracterul ondulatoriu al micrii electronului n atom, descris de o funcie de und.

unde: h constanta lui Planck; m masa electronului; E energia total a electronului; Ep = - e2/r energia potenial; (E Ep) energia cinetic a electronului; - funcia de und, dependent de coordonatele x, y, z ale electronului, nucleul fiind presupus imobil i aflat n originea sistemului de coordonate.

Energia total a unei particule (electronul) cu o anumit mas, care se mic in spaiu, este suma dintre energia cinetic i energia potenial; ecuaia are soluii numai pentru acele valori ale energiei totale care reprezint energiile electronului n strile staionare, stri caracterizate de numerele cuantice, energia n atom fiind cuantificat.Ecuatia are soluii numai pentru acele valori ale energiei totale care reprezint energiile electronului n strile staionare, stri caracterizate de numerele cuantice: n, l, m, s, deci, energia electronului n atom este cuantificat (limitat la valori discrete).

1927 W. Heisenberg (premiul Nobel pentru fizic n 1932) enun principiul incertitudinii: determinarea simultan a poziiei i momentului cinetic unui electron este imposibil; cu ct valoarea uneia dintre mrimi este calculat cu mai mult precizie, cu att valoarea celeilalte este mai imprecis.

Caracterizarea orbitalilor atomiciOrbitalii reprezint volumul din jurul nucleului atomic n care probabilitatea de a gsi un electron cu o anumit cantitate de energie este maxima. Unui orbital i pot fi atribuii maximum 2 electroni.

n funcie de valorile numrului cuantic l, funciile orbitale determin pentru orbitali forme diferite.

Pentru l = 0, orbitalul este s, are form sfericPentru l = 1, orbitalii sunt n numr de 3, sunt orbitalii p (px, py, pz) i au simetrie bilobar. Exist din stratul al doilea, L, deci de la nivelul caracterizat de n = 2.

Pentru l = 2, orbitalii sunt n numr de 5, sunt orbitalii d (dx2-y2, dz2, dxy, dyz, dxz) i au simetrie tetralobar. Exist din stratul al treilea, M, deci de la nivelul caracterizat de n = 3.

Cnd l = 3, orbitalii sunt n numr de 7, sunt orbitalii f i au simetrie octolobar. Exist din stratul al patrulea, N, deci de la nivelul caracterizat de n = 4.

Masa atomic a unui element chimic din tabelul periodic este masa unui atom din acel element n raport cu Carbon 12. Unitatea de msur este uam (unitate atomic de mas).1 u = 1,660 540 2(10) x 10-27 kgIzotopuleste specia de atom cu acelainumar atomic Zdar cunumar de masa Adiferit (adic aceleai proprieti chimice dar proprieti fizice diferite).

Modul de ocupare electroni a orbitalilor atomici succesiunea energeticConfiguraia electronic a unui element dat, este omoloag cu a elementului precedent din sistemul periodic al elementelor, la care se adaug un nou electron numit electron distinctiv.Principiul ocuprii succesive a orbitalilor cu electroni Orbitalii atomilor multielectronici se populeaz succesiv cu electroni, n ordinea creterii energiei orbitalilor; se ocup mai nti cu electroni orbitalii atomici de energia mai mic, urmnd apoi orbitali cu energie din ce n ce mai mare, conform schemelor alturate

Principiul Pauli (1925), afirm c un orbital nu poate fi ocupat dect de maximum 2 electroni care trebuie s aib spin opus.Numrul maxim de electroni pe un substrat este 2(2 l + 1), iar pe un strat 2n2.Regula lui Hund: Orbitalii de energie egal, se ocup pe rnd, nti cu un electron, apoi cu al doilea, astfel ca numrul electronilor necuplai s fie maxim.