Program BACALAUREAT CHIMIE ANORGANICNIVEL I :1) Structura
atomului. Tabelul periodic al elementelor chimice1. Atom2. Element
chimic 3. Izotopi4. Straturi5. Substraturi6. Orbitali7.
Clasificarea elementelor n blocuri de elemente: s, p, d, f8.
Structura nveliului electronic pentru elementele din perioadele: 1,
2, 39. Corelaii ntre structra nveliului electronic, poziia n
tabelul periodic i proprieti ale elementelor : caracter metalic i
caracter nemetalic)10. Variaia caracterului metalic i nemetalic al
elementelor n grupele principale i in perioadele: 1, 2, 311.
Proprietile chimice ale sodiului: reacii cu : O2, Cl2, H2O12.
Proprietile chimice ale clorului reacii cu: H2, Fe, H2O, Cu, NaOH,
NaBr, KI
2) Legturi chimice. Interacii ntre atomi, ioni, molecule1.
Legtura ionic2. Cristalul de NaCl3. Importana practic a NaCl4.
Legtura covalent polar; moleculele polare: H2O i HCl5. Legtura
covalent nepolar; molecule nepolare: H2 , N2 , Cl26. Mol; volum
molar7. Numrul lui Avogadro8. Ecuaia de stare a gazelor ideale/
perfecte9. Legtura coordinativ (NH4+ si H3O+)10. Proprieti fizice
ale apei11. Importana practic a Cl2 i HCl12. Legtura de
hidrogen
3) Soluii apoase1. Soluii2. Concentraia soluiilor (concentraia
procentual masic i concentraia molar)3. Solubilitatea substanelor4.
Dizolvarea substanelor ionice i a substanelor cu molecule polare n
ap5. Factorii care influeneaz dizolvarea6. Soluii apoase de acizi
(tari/ slabi) i baze (tari/ slabe) HCl, HCN, NaOH, NH37. Cupluri
acidbaz conjugate
4) Echilibrul chimic1. Echilibre acido-bazice2. pH-ul solutiilor
apoase de acizi monoprotici tari si baze monoprotice tari3.
Indicatori de pH: turnesolul i fenolftaleina virajul culorii n
funcie de pH4. Reacii acido-bazice ; reactii de neutralizare
5) Noiuni de electrochimie1. Reacii de oxido-reducere2. Numr de
oxidare3. Stabilirea coeficienilor reaciilor redox4. Caracterul
oxidant i caracter reductor5. Aplicaii ale reaciilor redox: Pila
Daniell Acumulatorul cu plumb(construcie i funcionare)6. Coroziunea
si protecia anticorosiv7. Electroliza solutiei si topiturii de
NaCl
6) Noiuni de termochimie1. Reacii exoterme i reacii endoterme2.
Entalpie de reacie3. Cldura de combustie arderea hidrocarburilor4.
Legea Hess
7) Noiuni de cinetic chimic1. Reacii lente i reacii rapide2.
Catalizatori 3. Inhibitori
8) Calcule chimice1. Calcule stoechiometrice2. Puritate3.
Calculul concentraiei procentuale i molare4. Calculul pH-ului
NIVEL II:
9) Elemente din blocul d-structura nveliului electronic pentru
elementele din perioada a4-a
10) Legtura coordinativ -combinaii complexe: reactiv Tollens,
reactiv Schweizer, tetrahidroxoaluminatul de sodiu
11) Echilibrul chimic1. Legea aciunii maselor: Kc , Ka Kb , Kw2.
Principiul lui Le Chtelier i factorii care influeneaz echiibrul
chimic
12) Viteza de reacie1. Constanta de vitez2. Legea vitezei
13) Seria potenialelor standard de reducere
1) Structura atomului1)1. AtomAtomul reprezint cea mai mic
particul ce caracterizeaz un element chimic, respectiv , este cea
mai mic particul dintr-o substan care, prin procedee chimice
obinuite, nu poate fi fragmentat n alte particule mai simple.
Acesta const ntr-un nor de electroni care nconjoar un nucleu atomic
dens. Nucelul conine sarcini electrice ncarcate pozitiv (protoni) i
sarcini electrice neutre (neutroni), fiind nconjurat de norul
electric ncrcat negativ.Cnd numrul protonilor i al electronilor
este egal, atunci atomul este neutru din punct de vedere electric;
dac acest lucru nu se ntmpl, atunci atomul devine un ion, care
poate avea sarcin pozitiv sau negativ. Atomul este clasificat dup
numrul de protoni i neutroni; numrul de protoni determin NUMRUL
ATOMIC (Z) i neutronii, izotopii acelui element.
n chimie i fizic, atomul (n limba greac = indivizibil) este cea
mai mic particul posibil care ns pstreay proprietile chimice ale
unui element (chimic). Dac iniial cuvntul atom nseamn cea mai mic
particul indivizibil, mai trziu, dup ce termenul a cptat o
semnificaie precis n tiin, atomii au fost gsii a fi divizibili i
compui din particule i mai mici, subatomice.Cei mai muli atomi sunt
compui din trei tipuri de particule subatomice care guverneaz
proprietile lor externe: ELECTRONII : au o sarcin electric negativ
i sunt cele mai puin masive particule subatomice; PROTONII : au o
sarcin electric pozitiv i sunt de aproape 1836 ori mai masive dect
electronii; NEUTRONII : nu au o sarcin electric i sunt de
aproximativ 1839 ori mai masive dect electronii.Protonii i
neutronii creeay un nucleu dens i masiv, ei fiind numii i nucleoni.
Electronii formeaz un larg nor electronic ce nconjoar nucleul.
1)2. Element chimic
Prin noiunea de element chimic se nelege o specie de atomi
identici, adic de atomi avnd acelai numr de protoni n nucleul
atomului, respectiv un numr identic de electroni n nveliul
electronic al atomului. Definiia nu se refer la numrul de neutroni
din nucleu, ceea ce nseamn c noiunea de element chimic include toi
izotopii acelui element chimic.
1)3. Specii de atomiIZOTOPIIZOBARIIZOTONI
PROTIU (H)DEUTERIU (D)TRITIU (T)-radioactiv
Z=1, A=1Z=1, A=2Z=1, A=3
1 proton1 proton1 proton
0 neutroni1 neutron2 neutroni
Izotopii sunt specii de atomi cu acelai Z (numr atomic), dar cu
numr de mas (A) diferit, sau specii de atomi cu aceeai sarcin
nuclear i numr diferit de neutroni. Exemplul hidrogenului:Sulf
(S)Clor (Cl)Argon (Ar)Potasiu (K)Calciu (Ca)
Z=16, A=24Z=17, A=23Z=18, A=22Z=19, A=21Z=20, A=20
16 protoni17 protoni18 protoni19 protoni20 protoni
24 neutroni23 neutroni22 neutroni21 neutroni20 neutroni
40 nucleoni40 nucleoni40 nucleoni40 nucleoni40 nucleoni
Izobarii sunt specii de atomi care aparin unor elemente chimice
diferite, dar care au acelai numr de nucleoni. Izobarii au numr
atomic (Z) diferit, dar au acelai numr de mas (A). Ca exemplu poate
servi seria izobaric 40, care cuprinde atomi cu cte 40 de nucleoni,
dup cum se observ n tabelul de mai jos:Izotonii sunt specii de
atomi cu acelai numr de neutroni (n), dar cu numr diferit de
protoni (Z).
1)4. Straturi nveliul de electroni are structur stratificat,
fiind format din 7 starturi notate de la nucleu spre exterior cu
litere sau cifre:crete EQ (7)P (6)O (5)M (4)N (3)L (2)K (1)
Numrul maxim deelectroni pe straturi este dat de relaia:
Electronii din jurul nucleului tind s se aeze pe straturi cu
energii ct mai joase.Straturile electronice stabile sunt: 2 e- pe
primul strat; structur de dublet, caracteristic He; 8 e- pe ultimul
strat; structur de octet, caracteristic celorlalte gaze rare/
nobile.1)5. Substraturi= formate din orbitali de acelai fel1)6.
Orbitali= spaiul din jurul nucleului n care exist probabilitatea
maxim de a gsi electronul
Un orbital se ocup cu maxim 2 electroni cu spin opus = electron
cuplat.Tipuri de orbitali:
1)7. Clasificarea elementelor n blocuri de elemente: s, p, d,
fOrbitaliNumrul lorNumrul maxim de electroni
s12 electroni
p36 electroni
d510 electroni
f714 electroni
Configuraia electronic : repartiia pe straturi, substraturi i
orbitali.
Reguli de ocupare cu electronia) Pincipiul stabilitii(principiul
minimei energi): electronii tind s ocupe orbitalii liberi cu
energia cea mai scazut.b) Principiul excluziunii: un orbital se
ocup cu maxim 2 electroni cuplai.c) REGULA lui HUND:orbitalii
aceluiai strat se ocup fiecare cu un electron, astfel nct numrul
electronilor impari s fie maxim, dup care urmeaz
cuplarea1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d106p67s25f146d107p6
1)8.Structura nveliului electronic pentru elementele din
perioadele 1, 2, 3Perioada 1Numr atomic ZElement chimicStructura
nveliului electronic
1H1s1
2He1s2
Perioada 23Li1s22s1
4Be1s22s2
5B1s22s22p1
6C1s22s22p2
7N1s22s22p3
8O1s22s22p4
9F1s22s22p5
10Ne1s22s22p6
Perioada 311Na 1s22s22p63s1
12Mg 1s22s22p63s2
13Al 1s22s22p63s23p1
14Si 1s22s22p63s23p2
15P 1s22s22p63s23p3
16S 1s22s22p63s23p4
17Cl 1s22s22p63s23p5
18Ar 1s22s22p63s23p6
1)9.Corelaii ntre structura nvelisului electronic, poziia n
tabelul periodic i proprieti ale elementelor: caracter metalic/
nemetalic
1)10.Variaia caracterului metalic i nemetalic n grupele
principale i n perioadele 1, 2, 3
1)11. Proprieti chimice ale sodiuluiSodiul sau natrium are
simbolul Na , numarul atomic Z=11 si numarul de masa A=23.Este al
11-lea element in sistemul periodic , atomul are 11 p+,12 n0si11
e-.Configuratia electronica este : 1s22s22p63s1, adica are 3
straturi :1s, 2s 2p, 3s; 4substraturi:1s,2s,2p,3s .Pozitia in
sistemul periodic : grupa I-a A pentru ca are 1 e-pe ultimul
stratPerioada a 3 a pentru ca are 3 straturiBlocul s pentru ca
ultimul electron (electronul distinctiv) este peorbital s.
Na 1 e- Na+,formeaza ion pozitiv, deci are caracter
electropozitiv si caracter metalic.
Sodiul este un metal alcalin cu o reactivitate chimica foarte
mare si de aceea el apare in naturanumai sub forma de combinatii.In
combinatiile sale are numai numarul de oxidare N.O.= +1.In aer ,
sub actiunea oxigenului, a dioxidului de carbon si a umiditatii,
sodiul metalic se acopera cuo pelicula cenusie formata dintr-un
amestec de peroxid, hidroxid si carbonat de sodiu.De aceeasodiul se
pastreaza sub petrol. Are masa atomica ANa=23.Sodiul reactioneaza
cu: oxigenul O2, clorul Cl2, apa H2O si acizii.a.Reactia sodiului
cu oxigenulSodiul are luciu metalic in taietura proaspata. Lasat in
aer,luciul se pierde imediat. Incalzitin oxigen sau in aer, sodiul
se aprinde formand peroxid de sodiu:2Na + O2 =Na2O2Peroxidul de
sodiu se intrebuinteaza la decolorarea lemnului, oaselor, paielor,
fildesului,parului, tesaturilor s.a.Na2O2 + 2H2O = 2NaOH +
H2O2hidroxid de apa oxigenatasodiuH2O2 H2O + [ O ]oxigen
atomic(produce decolorarea)In urma interactiei dintre peroxid de
sodiu si dioxid de carbon se elibereaza oxigen; deaceea, el se
foloseste in aparatele respiratorii ale pompierilor, scafandrilor,
precum si lareimprospatarea aerului in incaperile inchise ( nave
spatiale, submarine ):2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2carbonat desodiu
Capitolul1: AtomulLectia 3b.Reactia sodiului cu clorulSodiul se
aprinde in atmosfera de clor si arde cu flacara vie galbena formand
clorura desodiu:2Na + Cl2 = 2NaClc.Reactia sodiului cu apaSodiul
reactioneaza energic cu apa deoarece ionii se solvateaza usor;
caldura degajatatopeste metalul care pluteste sub forma de sfere
mici pe suprafata apei. Daca micile sfere desodiu sunt localizate,
se aprind si ard cu flacara galbena.
2Na + 2H2O = 2NaOH + H2d.Reactia sodiului cu aciziiSodiul
reactioneaza energic cu acizii. Cu acidul clorhidric gazos
reactioneaza cu explozieconform reactiei:2Na + 2HCl = 2NaCl +
H2clorura desodiuIntrebuintarile sodiuluiSodiul este cel mai ieftin
metal alcalin si de aceea este cel mai folosit in tehnica.
Seintrebuinteaza ca: Lichid de racire in reactoarele nucleare,
aliat cu potasiul; Component al aliajelor de antifrictiune pe baza
de Pb si Ca; Fabricarea lampilor utilizate la iluminatul public;
Agent deshidratant pentru uscarea solventilor organici; Materie
prima pentru obtinerea peroxidului de sodiu.2) Legturi chimice.
Interacii ntre atomi, ioni, moleculeLegturile chimice sunt acele
interacii care apar ntre atomi, ioni i colecule.Ele pot fi:
Electronii care particip la realizarea legturilor chimice se
numesc electroni de valen.
2)1.Legtura ionic= legtura chimic care se stabilete ntre ionii
de semn contrar formai pe baza unui transfer de electroni ntre care
se exercit o for de atracie electrostatic.Exemplu:
Prin legtrui ionice NU se formeaz molecule, ci cristale
ionice.Un compus ionic este neutru din punct de vedere
electric.2)2.Cristalul de NaCl
Clorura de sodiu sau sarea gema( NaCl )este o substanta
ionica.Substantele ionice au structuri cristaline ionice, adica in
nodurile retelei sunt ioni retinuti prin
forteelectrostatice.Reteaua clorurii de sodiu estecubica avand fete
centrate si centrata intern. Adica, ionii de Na+ocupa colturile si
centrul fetelor unui cub, iar ionii de Cl ocupa muchiile sicentrul
cubului.Astfel, fiecare ion este inconjurat de sase ioni de semn
contrar: Na+/Cl = 6/6Cl Na+
Retelele ionicesunt constituite din ioni pozitivi si negativi,
coeziunea dintre acestia fiind data deatractia electrostatica de
natura columbiana.Substantele care formeaza retele ionice la
temperatura obisnuita sunt solide, in generalincolore si
transparente.Cristalele ionice sunt solubile in apa (si alti
solventi polari);ionii trec in solutie in starehidratata
(solvatata).Substantele ionice conduc curentul electric numai in
stare topita sau in solutieapoasa; suntelectroliti.Solvatul (NaCl)
fiind un compus ionic este alcatuit din ioni de semn contrar. Apa
este formatadin molecule covalent polare (dipoli).Apa este un
solvent polar. Intre ionii solvatului se manifesta forte puternice
de atractie electrostatica.Intre moleculele polare de apa se
exercita interactii slabe,legaturi de hidrogen.La dizolvarea
substantelor ionice in apa, moleculele solventului polar se
orienteaza cu polii desemn contrar spre ionii
cristalului.Interactiiledintre solvat si solventsunt de
tipion-dipol; rezultaioni hidratati, mobili.Existenta ionilor
mobili explica de ce solutiile apoase ale compusilor ionici conduc
curentul electric(sunt electroliti).In clorura de sodiu solida,
ionii ocupa pozitii fixe si de aceea ea nu conduce curentul
electric.Solutia apoasa de clorura de sodiu contine ioni solvatati
mobili; ea este buna conducatoare deelectricitate.Clorura de sodiu
se utilizeaza in:-alimentatie (sare de bucatarie) si in industria
alimentara;-materie prima in obtinerea: clorului, acidului
clorhidric, hidroxidului de sodiu, sodei de rufe;-industria
sapunului si colorantilor;-tabacarie;-medicina (serul fiziologic
contine 0,9 g NaCl la 100 mL de apa );-lentile si prisme pentru
razele infrarosii.
2)3.Importanta practica a clorurii de sodiu2)4.Legtura covalent
polarLegtura covalent se definete ca fiind atracia electrostatic
dintre o pereche de electroni pus n comun de doi atomi i nucleele
atomilor. De cele mai multe ori, o legtur covalent e reprezentat
printr-o linie ntre cei doi atomi.Legtur covalent polarSe formeaz
ntre atomi ai nemetalelor din specii diferite. Aceti atomi au
electronegativiti diferite. La fel, fiecare atom pune n comun cte
un electron pentru a forma legtura. Perechea de electroni e atras
mai mult ctre atomul mai electronegativ.Molecule polare: H2O
(molecula polar de ap)
HCl (molecula polar de acid clorhidric)
2)5.Legtura covalent nepolarAceast legtur se formeaz ntre atomii
de acelai fel sau ntre atomi cu electronegativiti foarte apropiate.
Fiecare atom pune n comun cte un electron. Perechea de electroni e
mprit n mod egal de cei doi atomi.Molecule nepolare: H2
N2
Cl2
2)6.Mol. Volum molarLegea lui Avogadro: un mol din orice gaz,
ocup, n condiii normale de presiune i temperatir, un volum de 22,4
litri (volum molar) i conine 6,022*1023 molecule.
Se folosete pentru gaze!!!
2)7.Numrul lui AvogadroNumrul de molecule ntr-un mol din orice
substan este dat de numrul lui Avogadro: care are o valoare
aproximativ de 6,0221023 particule/mol. Acest numr servete drept
baz la determinarea mrimii fizice cantitatea de substan.Cea mai
exact valoare acceptat este valoarea convenional adevrat publicat
de CODATA 1986: 6,022 137 71023 particule/mol.
2)8.Ecuaia de stare a gazelor idealeGazul perfect este un model
teoretic de gaz, format din molecule de dimensiune neglijabil i fr
fore intermoleculare. Conceptul de gaz perfect este folosit n
cadrul fizicii atomice i moleculare ca o idealizare a strii gazoase
a substanelor, i se preteaz la analiza cu mijloacele mecanicii
statistice.Gazul perfect nu are viscozitate, proprietile sale nu
depind de presiune sau temperatur i nu se lichefiaz.Gazul ideal
este un gaz, considerat ca fiind format din particule individuale
aflate n micare aleatorie, care satisface exact urmtoarele dou
cerine:a) ecuaia termic de stare: sistemul termodinamic care conine
gazul respect ecuaia Clapeyron:volumul sistemuluipreiunea n
sistem
numrul de moli (cantitatea de substan)din sistemtemperatura
absolut a sistemuluiconstanta universal a gazelor (constanta
Rydberg) = 0,082 atm*L/mol*K
b) ecuaia caloric de stare: capacitile termice molare la
presiune constant CpM respectiv la volum constant CVM, sunt legate
prin relaia lui Robert Mayer:
2)9.Legtura coordinativEste un caz mai special al legturii
covalente, de aceast dat ambii electroni venind de la acelai atom.
Atomul care doneaz perechea de electroni se numete donor, iar
atomul care o accept se numete acceptor. Legturile covalente sunt
foarte puternice. Ca s v convingei de acest lucru, gndii-v doar la
ct de dur este diamantul. Ei bine, diamantul este alctuit din atomi
de carbon, aezai n form de tetraedru, fiecare atom de carbon formnd
patru legturi covalente cu ali atomi de carbon.
NH4+
H3+O
2)10.Proprieti fizice ale apei
2)11.Importana practic a clorului si a acidului
clorhidric2)12.Legtura de hidogen (fore Van der Waals)Legtura de
hidrogen este un tip de legtur intermolecular relativ rspndit, dat
fiind numrul mare de combinaii n care hidrogenul apare legat direct
de elemente puternic electronegative cum sunt: fluorul, oxigenul,
azotul, clorul, etc. existnd clase de combinaii n care moleculele
sunt unite ntre ele, pe lng interaciuni Van der Waals i prin acest
tip de legturi suplimentare. Astfel sunt hidrurile (HF, H2O, NH3),
oxoacizii i srurile acide ale acestora, acizii organici i srurile
lor acide, alcooli, fenolii, hidroxilamina, aminele, iminele,
amiduri, hidrazida, acizii azothidric i cianhidric, aminoacizii.
Legtura de hidrogen se formeaz datorit particularitilor pe care le
prezint protonul: - este complet lipsit de nveli electronic; - are
raza cea mai mic, ceea ce permite ptrunderea lui n nveliul
electronic al atomilor; - are sarcina specific cea mai mare; -
puterea sa polarizant este maxim. Dei n substanele menionate
protonul nu este total lipsit de nveli electronic, deoarece
particip la legturi covalente, aceste caracteristici ale lui fac ca
i n starea sa parial dezecranat, aa cum se afl cnd este legat de
cele mai electronegative elemente, s fie avid de electroni,
polariznd puternic nveliul electronic al moleculelor vecine. Neavnd
electroni, nu este respins de nveliul electronic al atomilor i
poate s se apropie de moleculele vecine i s-i ataeze perechilor de
electroni neparticipani cu care realizeaz o legtur de tip special,
numit legtur de hidrogen. Dei legtura de hidrogen are la baz
fenomenul de polarizaie, totui ea nu este o legtur de natur
electrostatic pur, ci are i caracter de legtur covalent, fiind
dirijat n spaiu i prezentnd unghiuri i distane intermoleculare
constante. Examinarea numrului mare de compui cu legturi de
hidrogen duce la concluzia c acestea se pot grupa n: - legturi de
hidrogen tari, n care protonul, legat tricentric, se gsete la
aceeai distan fa de atomii pe care i leag; - legturi de hidrogen
slabe, care au protonul aezat asimetric fa de atomii pe care i
leag, asigurnd o distan ntre acetia mai mare dect a unei covalene
normale. MLV explic legtura de hidrogen slab prin atracia
electrostatic ce o exercit protonul, care este dezecranat, fa de
norul unei perechi de electroni neparticipani da la atomul puternic
electronegativ. n legturile de hidrogen slabe, delocalizarea este
parial, electronii plasndu-se parial i n orbitalul molecular de
antilegtur. Ocuparea OMA cu electroni, conduce la o anulare a
efectului de legtur, dar datorit faptului c interaciunea este
tricentric, OMN rezultat n urma anulrii este tricentric i deci
localizarea are loc pe toate cele trei centre. Prin urmare, n
legturile de hidrogen slabe protonul se leag att bicentric cu
atomul de care este mai apropiat, ct i tricentric, de ambii atomi
vecini, puternic electronegativi. Astfel, n cazul apei, se formeaz
o legtur tricentric asimetric, mai scurt ctre atomul de oxigen cu
care hidrogenul este legat covalent i mai lung cu atomul de oxigen
al unei molecule nvecinate. Legturile de hidrogen slabe, asimetrice
determin asocieri moleculare care pot s apar n toate strile de
agregare, cum este n cazul (HF)n sau numai n strile condensate, cum
este n cazul H2O i NH3. n legturile de hidrogen tari, se formeaz OM
tricentrici, care de fapt sunt puni de hidrogen, formate prin
legturi extinse, de exemplu n [F-H-F]- n care OM au aceeai
extindere pe direciile ambelor nuclee. Legturile de hidrogen
influeneaz puternic proprietile substanelor mai ales proprietile
fizice, care depind de interaciile dintre molecule, explicnd
proprietile fizice anormale ale combinaiilor care conin acest tip
de legturi, cum sunt: punctele de topire i de fierbere, cldurile
latente de topire i vaporizare la punctul de fierbere, cldurile
specifice foarte nalte, densitatea mai sczut, solubilitatea n
solveni polari.
3) Soluii apoase3)1.SoluiiO soluie este un amestec omogen format
din doi sau mai muli componeni. Soluiile pot fi saturate sau
nesaturate (dup cantitatea de substan dizolvat). Orice soluie
conine un solvent(substana care dizolv) i un solvat(substana care
se dizolv). n cele mai multe cazuri, solventul este apa.
3)2.Concentraia soluiilor3)2.a. Concentraia procentual masic:
indic masa de soluie dizolvat din 100 grame de solvent
3)2.b. Concentraia molar: indic numrul de moli (cantitatea de
substan) dizolvai ntr-un litru de soluie
3)3. Solubilitatea soluiilorSolubilitatea reprezint proprietatea
unei substane de a se dizolva ntr-o alt substan. Din punct de
vedere cantitativ, aceasta este egal cu cantitatea de substan ce se
dizolv la o anumita temperatur in 100 g solvent(ap).
A. Gaza) Gaz n gaz: aerul(solvat: oxigen i alte gaze; solvent:
azot)b) Solid n gaz: praful atomosferic dizolvat n aerc) Lichid n
gaz: vapori de ap n aerB. LichidDac solventul este un lichid,
atunci att gaze, ct i lichide sau solide pot fi dizolvate. Exemple
sunt:a) Gaz n lichid: Oxigen n ap Dioxidul de carbon n ap(sifon)b)
Lichid n lichid: Etanolul(alcool etilic) n ap Buturile alcoolice
sunt n genere soluii de etanol n apc) Solid n lichid: Zaharoz (zahr
de mas) n ap Cloratul de sodiu sau orice alt sare formeaz n ap un
electrolit: n timpul dizolvrii, sarea se disociaz n
ioni.Contraexemple: amestecuri lichide ce nu sunt omogene precum:
coloizi, suspensii(o dispersie de particule relativ mari ntr-un
lichid) i emulsii(suspensia unor particule lichide ntr-un alt
lichid care nu se amestec).
C. Solidn caz c solventul este un solid, atunci att gazele, ct i
lichidele sau solidele pot fi dizolvate.a) Gaz n solid: Hidrogenul
se dizolv n genere n metale(exemplu: platin).b) Lichid n solid:
Mercurul se dizolv n aur, formnd un amalgam. Hexanul n parafin.c)
Solid n solid: Oelul, o soluie de atomi de carbon ntr-o matrice
cristalin de atomi de fier. Alpacca, un aliaj alctuit din
zinc(15%-30%), nichel(10%-30%) i cupru(50%-60%).3)4.Dizolvarea
substanelor ionice i a substanelor cu molecule polare n
H2O3)5.Factorii care influeneaz dizolvarea Temperatur - cu ct crete
temperatura cu att crete solubilitatea(excepie fcnd gazele) Gradul
de agitare al soluiei Mrimea granulelor substanei dizolvate
Presiunea gazelor - cu ct presiunea este mai mare cu att
solubilitatea este mai mare3)6.Soluii apoase de acizi (tari/slabi)
i baze (tari/slabe): HCl, HCN, NH3, NaOH Teoria protolitic a
acizilor i a bazelorACIZII = specii chimice capabile s cedeze
protoni (H+) m soluii apoase;BAZELE = specii chimice capabile s
accepte protoni (H+) n soluii apoase.Reacii acido-bazice sunt
reaciile cu transfer de H+.
H+
Acid Baz Baz conjugat Acid conjugat
3)6.a. Soluii apoase de acizi tari i slabiFORMA GENERAL
Acid Baz B. conjugat A. Conjugat
Din (1) i (2) :
Constant de aciditate
Observaie!!! Acizii policrotici ionizeaz n mai multe
trepte/etape.
3)6.b. Soluii apoase de baze tari i slabeFORMA GENERAL
Baz Acid Acid conjugat Baz conjugat
Constant de bazicitate
3)7.Cupluri acid-baz conjugatAcidBaz
Un acid se transform prin cedare de H+ n baza lui conjugat; O
baz se transform prin acceptare de H+ n acidul conjugat;
Unui acid tare i corespunde o baz conjugat slab i invers; Unei
baze tari i corespunde un acid conjugat slab;
Un acid pune n libertate acizii mai slabi dect el din srurile
sale. O baz pune n libertate bazele mai slabe dect ea din srurile
lor (o baz tare elibereaz o baz mai slab).
4) Echilibrul chimic4)1.Echilibre acido-bazice4)2.pH-ul
soluiilor apoase de acizi monoprotici tari i baze monoprotice
taripH-ul reprezint logaritmul cu semn schimbat al concentraiei
ionilor din soluie. Prin noiunea de pH se exprim cantitativ
aciditatea (sau bazicitatea) unei substane, pe baza concentraiei
ionilor numii hidroniu H3O+. Pentru soluiile foarte diluate se
consider c pH-ul nu mai este egal cu concentraia hidroniului, ci cu
concentraia molar a soluiei.
Exemplu:[H+]=10-x rezult c pH=xOpusul pH-ului este pOH-ul, care
msoar concentraia ionului OH, respectiv bazicitatea soluiei.
Exemplu: [HO]=10y rezult c pOH=yAcid tare monoprotic este acidul
care pune n libertate un ion H+ i are pH-ul cuprins ntre 0 i 5.
Baza tare monoprotic este baza care accept un ion H+ i are ph-ul
cuprins ntre 9 i 14.
Observaie: Cacid ; Cbaz reprezint CONCENTRAIA MOLAR a acidului/
bazei din reacie.
Amfolit acido-bazicApa este un amfolit acido-bazic deoarece se
comport ca un acid n mediu bazic i ca o baz n mediu acid.Constanta
prin care se caracterizeaz echilibrul de ionizare a apei se
numeteconstant de autoprotolizsau constant de ionizare a apei,
notat cu Kw i egal cu (doar la temperaturi de 25 C) cu : 10-14
mol2/L2.
!!! La temperaturi egale cu 25 C, n ap pur, concentraia ionilor
hidroniu este egal cu concentraia ionilor hiroxil, adic:
0 1 2 3 4 5 67 8 9 10 11 12 13 14
14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
Caracterul soluieiCaracter acidCaracter bazic
caracter neutruAcizi tari monoproticiBaze tari monoprotice
4)3.Indicatori de pH: turnesol/ fenolftalein (virajul culorii n
funcie de pH)IndicatorCuloare la pH acidInterval de
viraje(aproximativ)Culoare la pH bazic
Turnesol(Azolitmin)rou4.5-8.3albastru
Fenolftalein(Hln)incolor8.2-10.0roz
4)4.Reacii acido-bazice; Reacia de neutralizareReacii
acido-bazice (vezi 3)7.Cupluri acid-baz conjugat)Reacia dintre un
acid i o baz se numete REACIE DE NEUTRALIZARE.n urma reaciilor de
neutralizare rezult ntotdeauna o sare i ap.
5) Noiuni de electrochimie5)1.Reacii de oxido-reducere
Pe baza structurii electronice a elementelor, oxidarea i
reducerea au fost asociate cu fenomene ce au loc cu schimb de
electroni.OXIDAREA este procesul chimic n care specia chimic (atom,
ion, molecul) cedeaz electroni.REDUCEREA este procesul chimic n
care specia chimic accept electroni.Specia chimic care cedeaz
electroni are caracter reductor i se numete agend reductor.Specia
chimic care accept electroni are caracter oxidant i se numete agent
oxidant.ntruct electronii nu pot exista liberi, nu pot exista
independent numai reacii de oxidare sau numai reacii de reducere,ci
au loc totdeauna reacii care cuprind ambele procese i poart de
numirea de reacie de oxido-reducere sau reacie redox.
!!! numrul electronilor cedai = numrul electronilor acceptai
5)2.Numr de oxidare
Numrul de oxidare (N.O.) sau starea de oxidare se definete ca
suma sarcinilor pozitive i negative ale unui atom, care indic
indirect numrul de electroni pe care atomul i-a acceptat sau cedat.
Numrul de oxidare este o aproximare conceptual, util de exemplu cnd
au loc procese de oxidare sau reducere.
Protonii unui atom sunt ncrcai pozitiv, aceast sarcin fiind
compensat de cea negativ a electronilor; dac numrul de protoni i de
electroni este acelai ntr-un atom, acesta este electric neutru.Dac
atomul cedeaz un electron, sarcinile pozitive ale protonilor nu mai
sunt compensate, nefiind destui electroni. n acest mod se obine un
ion cu sarcin pozitiv (cation), A+, despre care spunem c este un
ion monopozitiv; numrul su de oxidare este +1. n schimb, dac atomul
accept un electron, protonii nu mai compenseaz sarcina
electronilor, obinndu-se un ion mononegativ, A-. De asemenea,
atomul poate ceda un numr mai mare de electroni, rezultnd ioni
dipozitivi, tripozitivi, etc. n acelai mod, poate s accepte un numr
mai mare de electroni, obinndu-se ioni dinegativi, trinegativi,
etc.Numrul de oxidare este nscris de obicei, ntre paranteze,
imediat dup elementul despre care este vorba. De exemplu, un ion cu
numr de oxidare +3, Fe3+, se va scrie n acest mod: fier (III).
Oxidul de magneziu, MgO4-, se numete "oxid de magneziu (VII)"
(numrul de oxidare al magneziului fiind +7); n acest fel se poate
face diferenierea de ali oxizi. n aceste cazuri nu este necesar
indicarea tipului sarcinii ionului, adic dac ionul este pozitiv sau
negativ.n formula chimic, numrul de oxidare al ionilor se indic
printr-un supra-indice dup simbolul elementului, cum s-a vzut la
Fe3+, sau de exemplu la oxigen (II), O2-. Nu se indic numrul de
oxidare n cazul n care elementul este neutru.
REGULI DE STABILIRE A N.O.
5)3.Stabilirea coeficienilor reaciilor redox
5)4.Caracter oxidant/ reductor
Caracter oxidant
Caracter reductor
5)5.Aplicaii alre reaciilor redox Pila DaniellValorile seriei de
activitate electrica ne sunt date de experimente numite elemente
galvanice. n cadrul elementului galvanic un metal este pus ntr-o
solutie de sare iar alt metal este pus n alta solutie de sare. Cele
doua metale sunt conectate printr-un fir. Amndoua metalele din
solutiile de sare sunt n pahare diferite asa ca trebuie conectate
De exemplu putem folosi un fir. Acest ansamblu formeaza un circuit
electric nchis. Fiecare dintre paharele cu metal si solutie de sare
sunt numite "jumatati de celula". Aceasta este structura generala a
unui element galvanic.
Vom explica procesul cu ajutorul unui alt element galvanic.
Acesta este elementul numit Daniell. Diferenta e ca acest element
foloseste un singur pahar cu un perete despartitor. Acest perete
poate fi trecut doar de ionii solutiei de sare. Solutiile nu pot fi
combinate, dar ionii se pot misca. Pentru a face un element Daniell
este important sa folosim substantele potrivite. Folosim Cuprul, pe
care trebuie sa-l bagam ntr-o solutie de sulfat de cupru, si
Zincul, pe care trebuie sa-l bagam ntr-o solutie de sulfat de zinc.
Cele doua metale trebuie conectate printr-un fir, si acum elementul
Daniel este gata. Acum vom explica de ce "curge" curentul.Putem
vedea ca la electrodul de zinc sunt mai multi electroni, pentru ca
zincul e mai putin nobil dect cuprul. Zincul e polul negativ, pe
cnd Cuprul e polul pozitiv. Electronii de pe electrodul de zinc,
care sunt cedati prin procesul de oxidare sunt transferati prin fir
pe electrodul de cupru, care este supus procesului de reducere.La
electrodul de zinc se formeaza cationi care trec n solutie. La
polul pozitiv cationii de cupru devin atomi de cupru, care se
aseaza pe suprafata electrodului de cupru. Anionii de sulfat, din
solutia de sulfat de cupru, nu gasesc destui cationi de cupru,
deoarece acestia au devenit atomi. Astfel ei trec prin peretele
despartitor si n cealalta parte gasesc cationi de zinc. Electrodul
de cupru se mareste iar electrodul de zinc se micsoreaza
.Cantitatea de solutie de cupru scade iar cantitatea de solutie de
zinc creste.Observam ca exista un voltmetru n circuitul electric
pentru a masura intensitatea curentului dintre cupru si zinc,
intensitate care este de 1.1 volti. Bateriile si acumulatorii nu
sunt nimic altceva dect elemente galvanice. Acest experiment poate
fi facut cu multe substante diferite. Cnd diferenta de potential
este mai mare si intensitatea este mai mare.Acum vom reveni la
teorie cu "ajutorul" hidrogenului. Definitia spune ca hidrogenul
are o intensitate de 0 volti. Toate celelalte substante din seria
de reactivitate sunt puse n relatie cu electronul normal de
hidrogen. Pentru a afla voltajul tuturor substantelor trebuie sa
construim un element galvanic care contine substanta necunoscuta si
atomul de hidrogen. Deoarece hidrogenul este un gaz trebuie
folosita platina care este nconjurata de hidrogen; platina va fi
utilizata ca electrod al hidrogenului. Acumulatorul cu
plumbAcumulatorul cu plumb este o pila cu electrolit lichid
realizat pentru prima oara, in anul 1859, de inginerul francez
Gaston Plant.Electrodul negativ este format dintr-un gratar de
plumb cu ochiurile umplute cu plumb spongios, iar electrodul
pozitiv este construit tot dintr-un gratar de plumb cu ochiurile
umplute cu dioxid de plumb. Electrolitul este acid sulfuric de
concentratie 38% (p = 1,29 g/cm 3 ) pentru acumulatorul incarcat.In
timpul functionarii acumulatorului, cnd acesta debiteaza curent
electric, la cei doi electrozi au loc procesele care pot fi
reprezentate prin ecuatiile:
Reactia totala presupune transformarea Pb si a Pb0 2 in PbSO 4
prin consumarea acidului sulfuric.
La ambii electrozi se formeaza PbSO 4 insolubil, care adera la
placi, se sulfateaza. Granulele fine de PbSO 4 formate initial se
maresc in timpul functionarii, astfel incat randamentul
acumulatorului scade.Se poate constata daca un acumulator este
incarcat sau nu prin masurarea concentratiei acidului sulfuric, mai
precis prin determinarea densitatii solutiei.Acumulatorul poate fi
reincarcat prin conectarea acestuia la o sursa de curent continuu
astfel, inct curentul debitat de sursa sa aib sens opus celui
debitat de acumulator; la electrozi se produc astfel reactiile
inverse celor indicate.F.e.m. a unei celule este de aproximativ 2V.
Frecvent se utilizeaza baterii formate din trei sau sase celule
legate in serie pentru a produce 6 V sau 12 V.In afara
acumulatorilor cu plumb se utilizeaza acumulatoare alcaline de tip
Ni-Fe si Ni- Cd. Acestea prezint avantajul ca permit desfasurarea
unui numr mare de descarcri - incarcari fara deteriorarea
placilor.
5)6.Coroziunea/ Protecia anticorosiv
5)7.Electroliza soluiei i topiturii de NaCl
n unele cazuri, n procesul de electroliz intervin i ionii apei;
pe lng reaciile de descrcare a ionilor la electrozi (reacii
primare) au loc i alte reacii la care particip ionii solventului
(reacii secundare). S urmrim experimentul electrolizei soluiei de
NaCI (la care particip i ionii apei).
Experiment avnd la dispoziie:
un tub ndoit n form de U; electrozi de crbune; un dop strbtut de
un tub efilat; surs de alimentare la curent; fire
conductoare.Ecuatiile proceselor care au loc la electroliza soluiei
de NaCI:
Electroliza topiturii de NaCl
Dei studiul a fost efectual utilizand clorura de sodiu,
concluziile se pot extinde fara probleme la ntreaga clasa a
compusilor ionici. n exemplu prezentat mai jos vom folosi clorura
de sodiu pur, dar experimentul se poate efectua fr probleme cu sare
de buctrie. Clorur de sodiu solid nu conduce curentul electric
ntruct, n aceast form de agregare, nu exist electroni liberi
capabili s asigure conducia electric. Atunci cnd folosim clorura de
sodiu topit ntr-o celul de elctroliz situaia e complet diferit.
Potrivit interpretrii actuale atunci cnd clorur de sodiu este
topit, ionii de sodiu si ionii de clor poate separa unul de altul i
ei pot asigura conducia electric. S analizm n detaliu fenomenele de
electroliz ntr- o celul electrolitic coninnd clur de sodiu topit.
Pentru a efectua electroliza este nevoie de o baterie electric sau
o alt surs de curent continuu. Bateria acioneaz ca o pomp de
electroni, crend un exces de electroni la un electrod si un deficit
de electroni la celalalt electrod. ( fig. 1 ) .
Ecuaia general a procesului chimic ce are loc la electrozi
e:
2NaCl(l) 2Na(l) + Cl2 (g) Semireactiile care au loc la fiecare
electrod sunt:
Reducere: 2Na+(l) + 2e- Na(s) E = -2.71 V
Oxidare: 2Cl-(l) Cl2 (g) + 2 e- E =-1.36V
tensiunea net necesar procesului = - 4.07V
Tensiunea net necesar = - 4.07VSemnul negativ al tensiunii de
lucru ne arat c reacia general NU este spontan, i c vor fi necesari
cel puin 4,07 voli pentru ca aceast reacie s aib loc.
6) Noiuni de termochimie6)1.Reacii exoterme. Reacii
endoterme
