activitatea a5. introducerea unor module specifice de...
TRANSCRIPT
Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”
Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic
Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
1
MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE
Curs: 1
Grupele: G4, G5, G6
Formator: conf. dr. ing. Aurelian Cristian Boscornea
Octombrie/ 2015
Atomul: - este cea mai mică particulă dintr-o substanță care prin procedee chimiceobișnuite nu poate fi divizată în alte particule mai simple, fiind unitatea structuralaa chimiei.
Element: o substanta compusa din acelasi tip de atomi (toti atomii au acelasinumar de protoni)
Molecula: unitate compusa din doi sau mai multi atomi legati prin legaturichimice;
Molecula este cantitatea cea mai mica dintr-o substanţă care poate exista ȋn stareliberă şi care posedă proprietăţile substanţei respective.
Compus chimic: o substanta formata din 2 sau mai multe elemente diferitelegate prin legaturi chimice .
Amestec: o combinatie din doua sau mai multe substante care nu sunt legateprin legaturi chimice.
Notiuni fundamentale
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
2
Atomul
-particulă materială universală;-este constituit din particulele subatomice.
De interes în studiul chimiei sunt particulele subatomice: protonul, neutronul şi
electronul.
-constă într-un nor de electroni care înconjoară un
nucleu atomic dens.
Nucleul conține sarcini electrice încărcate pozitiv
(protoni) și sarcini electrice neutre (neutroni), fiind
înconjurat de norul electronic încărcat negativ.
Particula Sarcinaelectricarelativa*
Masa(Kg)
Masa
Relativă*
Proton +1 1,672621×10−27 1
Neutron 0 1,674927×10-27 ≈1
Electron -1 9,109382×10−31 1/1836
* relativ la proton
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
3
Numărul protonilor din nucleu, denumit număr atomic (Z) este egal cu
numărul electronilor din învelişul de electroni al unui atom, astfel încât, atomul
este neutru din punct de vedere electric.
Suma dintre numărul particulelor grele, numărul neutronilor (N) şi
numărul protonilor (Z) reprezintă numărul de masă (A).
Atomii caracterizaţi de acelaşi număr atomic Z, dar care au numere de masă A
diferite (număr de neutroni diferit) reprezintă izotopii unui element.
Totalitatea izotopilor cu acelaşi număr atomic Z constituie un element
chimic..
EA
Z
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
4
Exercitii:1. Un izotop al cobaltului (Z=27) este utilizat in terapia prin radiatie a cancerului. Acest izotop are 33 de neutroni. Care este simbolul sau?
2. Unul din cele mai periculoase componente ale deseurilor radioactive este
care este un izotop radioactiv al strontiului. Cati protoni are in nucleu? Dar cati neutroni?
3. Un element oarecare din sistemul periodic are simbolul
Precizati cati protoni, neutroni si electroni are.
Sr90
38
356
26 E
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
5
Unitatea atomică de masă , (notaţie: u.a.m, u sau dalton -Da), care reprezintă
fracţia 1/12 din masa izotopului 12C
u.a.m= 1,660538782×10-27 kg
.Masa atomică relativă a unui element E (notaţii: Ar(E), MA) reprezintă numărul
care arată de câte ori este mai mare masa atomului unui element faţă de u.a.m.
Se exprimă în u , u.a.m sau dalton.
Deoarece majoritatea elementelor sunt poliizotopice, se calculează o masă medie
-ponderată (funcţie de abundenţa terestră şi masa) astfel încât, adesea rezultă
valori fracţionare.
În calcule uzuale se pot folosi numere întregi. De exemplu cazul oxigenului:
Ar(O) = 15,9994 u reprezintă masa medie, aproximată la Ar(O) = 16 u(izotopi: 16O, 99,760%; 17O, 0,039%, 18O, 0,201%).
Masa moleculară relativă(notaţie Mr) reprezintă numărul care arată de câte ori
este mai mare masa unei molecule faţă de unitatea atomică de masă, u.
Unitatea de măsură a cantităţii de substanţă chimică se numeşte mol;
acesta conţine un număr de entităţi materiale (atomi, molecule, ioni) egal cu numărul lui
Avogadro, NA=6,02214179×1023 mol-1
mol day : 6:02 10/23
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
6
Exercitii1. Calculati masa atomica a clorului cunoscand urmatoarele date:
Abundenta naturala (%)
Masa atomica (dalton)
75.77 34.9689
24.23 36.9659
Cl35
17
Cl37
17
2. Cat este masa atomica a clorului exprimata in kg?
3. Care este masa unui mol de Cl?
4. Cati atomi de Cl se gasesc in 71g Cl?
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
7
Sistemul periodic al elementelor
Primul sistem unitar de clasificare a elementelor a fost elaborat de către D. I. Mendeleev
având drept criteriu iniţial, masa atomică a elementelor.
Cele 63 de elemente cunoscute în acea perioadă au fost organizate în şiruri orizontale
(perioade) şi verticale (grupe) păstrând câteva locuri libere acolo unde nu se cunoştea
elementul, dar a cărui existenţă era anticipată..
Legea periodicităţii elaborata de Mendeleev: proprietăţile elementelor sunt funcţii
periodice ale maselor atomice.
Ulterior, studiul sistematic al spectrelor de raze X efectuat de G. Moseley(1913-1914) a
confirmat valabilitatea unui nou criteriu, cel al numerelor atomice Z, care a dus la
reformularea legii periodicităţii: proprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale
numărului atomic, Z.
Sistemul periodic folosit ȋn momentul de faţă este format din şiruri orizontale,
numite perioade, ȋn număr de 7 şi coloane verticale, numite grupe, ȋn număr de
18.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
8
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
9
- configuraţia electronică a atomilor variază periodic odată cu creşterea
numărului atomic Z;
- ȋn consecinţă toate proprietăţile atomice ce depind de structura ȋnvelişului
electronic vor varia ȋntr-un mod periodic.
Structura învelişului electronic al atomului Electronul este interpretat, conform mecanicii cuantice, ca o particulă în mişcare
foarte rapidă în jurul nucleului, căreia i se asociază imaginea unui nor de
sarcină negativă, de densitate variabilă în raport cu sistemul de axe de
coordonate.
Teoria lui E. Schrődinger arată că, din considerente energetice, electronul există
cu o anumită certitudine (probabilitate ≈ 95 %) într-o zonă (element de volum),
denumită orbital atomic, în care norul electronic are densitate maximă.
Electronii sunt asociaţi cu mici sfere încărcate electric,
care generează un câmp magnetic, prin mişcarea de spin.
Teoria consideră că densitatea de sarcină este maximă,
prin ocuparea orbitalului cu doi electroni de spin opus,
denumiţi electroni cuplaţi; notaţie, două săgeţi paralele,
de sens opus ↑↓
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
10
Învelişul electronic al atomului -este constituit din totalitatea electronilor care gravitează în spaţiul din jurul
nucleului;
-aceştia sunt grupaţi în straturi electronice (nivele energetice), care diferă prin
distanţa faţă de nucleu şi prin energia electronilor (E1, E2.,.En);
fiecare strat este format din unul sau mai multe substraturi electronice.
Substraturile unui strat diferă prin energie şi prin numărul maxim de electroni pe
care îi pot conţine.
Electronii care aparţin unui anumit substrat au aceeaşi energie .Într-un atom pot exista n straturi electronice; acestea se notează, cu litere: K, L,
M, ...., Q sau cu numere arabe, respectiv n=1, 2, 3,...7.
Energia electronilor depinde de distanţa (interacţia) faţă de nucleu. Stratul cel mai
apropiat de nucleu (K) are energia minimă şi se numeşte nivel / strat
fundamental.
Electronii unui atom, care populează ultimul strat electronic (cel mai îndepărtat
de nucleu, considerat exterior) au cea mai mare energie şi sunt denumiţi
electroni de valenţă.
Un strat n conţine maximum 2n2 electroni.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
11
Substraturile electronice ale unui strat au energii apropiate şi sunt formate din
orbitali atomici de acelaşi tip.
Substraturile se notează cu litere s, p, d, f precedate de numărul stratului
electronic (1s, 2s, 2p,...4d,..5f).
Numărul electronilor este marcat prin indicele superior (1s2., 4f14).
Fiecare orbital atomic se caracterizează printr-o anumită energie şi formă, în
funcţie de distanţa faţă de nucleu.
Un orbital poate fi ocupat de maximum doi electroni de spin opus.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
12
Orbitalii reprezintă regiuni în jurul nucleului, de energie, formă şi orientare
exact determinate de funcţia de undă Ψ n l m , în care electronii au acces (există
cu probabilitate maximă), dar care nu sunt întotdeauna populate cu electroni.
Cea mai uzuală reprezentare grafică a acestora redă suprafeţele de maxim şi
de minim ale soluţiilor matematice ale ecuaţiei lui Schrődinger.
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
13
Configuraţia electronică a atomilor reprezintă distribuţia electronilor în
învelişul de Z electroni al unui atom. Popularea cu electroni se face prin amplasarea succesivă în orbitali atomici, pe
nivele şi subnivele energetice a câte unui electron (electron distinctiv) până la
realizarea numărului atomic Z.
Principiul de construcţie a învelişului de electroni.
Principiul energetic: nivelele energetice existente în atom se ocupă consecutiv,
în ordinea crescătoare a energiei acestora: E1 < E2 <... < En. Succesiunea
ocupării nivelelor este dată de sensul creşterii valorilor lui n. (principiul Aufbau).
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
14
Principiul lui Pauli (principiul excluziunii): într-un orbital nu pot exista doi
electroni cu aceeaşi stare energetică .
Regula lui Hund (regula multiplicităţii maxime).
Se referă la ocuparea cu electroni a orbitalilor care fac parte din acelaşi substrat
energetic.
Aceasta stabileşte că: un orbital (np, nd, nf) nu poate fi ocupat cu doi electroni
decât după ce toţi orbitalii substratului respectiv au fost ocupaţi cu câte un
electron de spin paralel (electroni impari).
Starea de semiocupare (p3, d5, f7) conferă o anumită stabilitate structurii
electronice.
Stabilitatea maximă este atinsă în stările cu toţi electronii cuplaţi (exemplu
gazele nobile).
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
15
Exercitii 1. Completati configuratiile electronice pentru urmatorii compusi precizand si
dispunerea energetica a electronilor pe stratul de valenta:
Z = 1 Hidrogen Z = 2 Heliu Z = 3 Litiu Z = 4 Beriliu Z = 5 Bor Z = 6 Carbon Z = 7 Azot Z = 8 Oxigen Z = 9 Fluor Z = 10 Neon
Z = 20 Calciu Z = 21 Scandiu Z = 22 Titan Z = 23 Vanadiu Z = 24 Crom Z = 25 Mangan Z = 26 Fier Z = 27 Cobalt
Z = 34 Seleniu
Z = 35 Brom
Z = 36 Kripton
a. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
2. Pentru urmatoarele elemente stabiliti pozitia in sistemul periodic:
b. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
c. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4 p5
d. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
16
2. Elementul X are urmatoarea configuratie electronica:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3104p4
a. Localizati pozitia sa in tabelul periodic.
3. Pe baza datelor din sistemul periodic identificaţi elementele corespunzatoare :
Caracteristicile elementului Element
Element din perioada a treia, cu substratul p semiocupat
Ionul divalent are configuraţia electronică:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Au substratul d semiocupat şi aparţin perioadelor 4 şi 5
Au substratul d semiocupat şi aparţin perioadelor 4 şi 5
Are configuraţia electronică cu 10 orbitali d, 9 orbitali p,
5 orbitali s, cu toţi electronii cuplaţi
Formează ioni monovalenţi izoelectronici cu 36Kr
PO
SDR
U/1
56
/1.2
/G/1
38
82
1
17