Notiuni Fundamentale de Chimie Anorganica

Download Notiuni Fundamentale de Chimie Anorganica

Post on 16-Jan-2016

92 views

Category:

Documents

8 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Suport de curs

TRANSCRIPT

<ul><li><p> 1</p><p>NOIUNI FUNDAMENTALE DE CHIMIE ANORGANIC CHIMIA tiin care studiaz compoziia, structura, proprietile i diferitele transformri ale substanelor B tiina care se ocup de studiul materiei i al transformrilor fizico-chimice ale acesteia. MATERIA categoria care desemneaz realitatea obiectiv existent independent de contiin i reflectat de aceasta; este substana unic, venic i universal a lumii infinite, a naturii B din punctul de vedere al compoziiei sale materia este un element sau un corp. Formele de manifestare ale materiei sunt micarea, spaiul i timpul. ENERGIA mrime care caracterizeaz capacitatea unui corp de a aciona i a produce efecte mecanice </p><p>(energie mecanic), calorice (energie termic), electrice (energie electric), magnetice (energie magnetic), luminoase (energie luminoas), chimice (energie chimic), nucleare (energie nuclear), etc. B diferitele forme de energie se transform unele n altele n mod echivalent (principiul conservrii energiei) </p><p> se exprim prin posibilitatea unui corp de a efectua un lucru mecanic se msoar n jouli (J) sau n uniti tolerate: kilowatt or (kWh); kilogram for metru </p><p>(kgfm); erg (erg); electronvolt (eV). CORP poriunea din materie cu form proprie i volum bine determinat; obiect de studiu al fizicii (corp solid, lichid, gazos). SUBSTAN ansamblu de particule (atomi, ioni, molecule) care stabilesc interaciuni ntre ele; are proprieti tipice, care nu pot fi atribuite unitilor structurale submicroscopice din care este alctuit i care nu sunt aditive fa de proprietile particulelor. CHIMIA BIOANORGANIC din anul 1950, ca urmare a interesului cercettorilor pentru implicaiile ionilor metalici n </p><p>sistemele biologice i pentru chimia lor coordinativ, se contureaz i cunoate o dezvoltare rapid i continu o nou ramur a chimiei, chimia bioanorganic. Menirea ei este identificarea compuilor anorganici implicai n diferite procese biologice, fiziologice i patologice, studiul acestora, modelarea chimic sau matematic a sistemelor care i conin i, n final, gsirea unor posibiliti de control i optimizare a acestor sisteme. </p><p> Pentru a-i atinge dezideratele, chimia bioanorganic utilizeaz larg achiziiile actuale ale chimiei coordinative, biochimiei, medicinii i fizicii: </p><p> LEGILE FUNDAMENTALE ALE CHIMIEI 1. LEGEA CONSERVRII MASEI SUBSTANELOR (LOMONOSOV - 1744, LAVOISIER - 1785) n cursul reaciilor chimice, masa total a produilor de reacie este egal cu masa reactanilor B </p><p>ntr-o reacie chimic nu se creeaz i nu dispar atomi, ei se rearanjeaz n alte molecule sau uniti structurale: </p><p>Exemplul 1 Reacia zincului cu acidul clorhidric: Zn 65 g </p><p>+ 2HCl 236,5 = 73 g </p><p>p ZnCl2 136 g </p><p>+ H2 2 g </p><p> 138 g 138 g Exemplul 2 Reacia azotatului de bariu cu acidul sulfuric: </p><p>Ba(NO3)2 261 g </p><p>+ H2SO4 98 g </p><p> BaSO4 233 g </p><p>+ 2HNO3 263 g = 126 g </p><p> 359 g 359 g 2. LEGEA PROPORIILOR DEFINITE (PROUST - 1799) Fiecare substan are o compoziie constant i bine definit, indiferent de calea prin care a fost </p><p>obinut B toate moleculele unui compus sunt identice i toi atomii unei specii constitutive au aceeai mas B n orice compus chimic, elementele au un anumit raport de mase constant: </p></li><li><p> 2</p><p>Exemplul 1 Reacia magneziului cu oxigenul: </p><p> Raportul de mas (g / g) B Mg consumat / O2 consumat = 1,5 </p><p>Reacia: Mg + 1/2O2 MgO Exemplul 2 - Combinarea hidrogenului cu oxigenul B apa: n ap, H2O, raportul dintre masa hidrogenului i masa oxigenului este 1:8, deci: Combinarea elementelor n reacia de obinere a apei: 2H2 + O2 2H2O pentru a se forma 9 g H2O, se combin 1 g hidrogen i 8 g oxigen n 100 g H2O se gsesc 11,11 g hidrogen combinat cu 88,89 g oxigen (raportul de combinare </p><p>1/8) dac reacioneaz 2 g hidrogen cu 8 g oxigen, rezult 9 g H2O, 1 g hidrogen rmnnd </p><p>nereacionat (exces) dac reacioneaz 11,11 g hidrogen cu 90 g oxigen, rezult 100 g H2O, rmnnd nereacionate </p><p>1,11 g oxigen (exces) 3. LEGEA PROPORIILOR MULTIPLE (DALTON - 1808) Raportul dintre diferitele cantiti ale unui element, care se combin cu aceeai cantitate dintr-un </p><p>alt element, n cazul formrii mai multor compui chimici, este dat de numere ntregi i mici B un atom dintr-un element se poate combina cu unul, doi sau mai muli atomi dintr-un alt element, n fiecare caz formndu-se substane cu proprieti diferite Bdac dou sau mai multe elemente formeaz mpreun compui diferii, atunci masele unuia dintre elemente raportate la o mas constant a celuilalt element, se afl ntr-un raport de numere ntregi i mici: </p><p>Exemplul 1 Reacia carbonului cu oxigenul B monoxid de carbon i dioxid de carbon: </p><p>C + 1/2O2 CO i C + O2 CO2 </p><p>Masa nainte de reacie Reactani </p><p>Masa dup reacie </p><p>RRaappoorrtt ddee ccoommbbiinnaarree Carbon / Oxigen </p><p>Carbon Oxigen Produs de reacie (g / g) 50 g 66,7 g 116,7 g 50/66,7 = 0,75 50 g 133,33 g 183,33 g 50/133,33 = 0,375 </p><p> Raportul cantitilor de oxigen care se combin cu aceeai cantitate de carbon este un numr ntreg i mic = 2 </p><p>27,6633,133 = </p><p>Raportul rapoartelor de combinare carbon consumat / oxigen consumat n formarea celor doi oxizi de carbon este 2: </p><p>2375,075,0 = </p><p>Masa substanelor nainte de reacie </p><p>Masa substanelor dup reacie </p><p>Raport de combinare Magneziu / Oxigen </p><p>Magneziu Oxigen Magneziu Oxigen Produs (g / g) 50 g 25 g 12,5 g - 62,5 g 37,5 / 25 = 1,5 70 g 25 g 32,5 g - 62,5 g 37,5 / 25 = 1,5 50 g 50 g - 16,66 g 83,33 g 50 / 33,33 = 1,5 50 g 33,33 g - - 83,33 g 50 / 33,33 = 1,5 70 g 46,66 - - 116,66 g 70 / 46,66 = 1,5 24 g 16 g - - 40 g 24 / 16 = 1,5 </p></li><li><p> 3</p><p>Exemplul 2 Combinarea hidrogenului cu oxigenul B apa i apa oxigenat: </p><p> Raport de combinare </p><p>H2 : O2 (g/g) </p><p>Raport de combinare </p><p>H2 : O2 (mol : mol) </p><p>% H %O </p><p>Apa, H2O 2 : 16 sau 1 : 8 2:1 11,11 88,89 Apa oxigenat, H2O2 2 : 32 sau 1:16 1:1 5,9 94,1 </p><p>Raportul cantitilor de oxigen (32 g, respectiv 16 g) care se combin cu aceeai cantitate de hidrogen (2 g) este un numr ntreg i mic = 2 </p><p>21632 = </p><p> 4. LEGEA PROPORIILOR ECHIVALENTE (WENZEL RICHTER, 1791) Masele elementelor care se combin (mA i mB) sau se substituie sunt proporionale cu </p><p>echivalenii lor chimici (EgA i EgB): </p><p>gB</p><p>gA</p><p>B</p><p>AEE</p><p>mm = </p><p>Echivalentul gram al unui element cantitatea dintr-un element exprimat n grame, care, dup caz, cedeaz, accept sau pune n comun numrul lui Avogadro de electroni, adic realizeaz numrul lui Avogadro de valene </p><p>EgA = valenta</p><p>MA </p><p>EgNa = 123</p><p> = 23 EgCa = 240</p><p> = 20 EgAl = 327</p><p> = 9 </p><p> Echivalentul gram al unui element (substan) cantitatea dintr-un element (substan) exprimat n grame, care, dup caz, reacioneaz sau nlocuiete 1 g de hidrogen sau 8 g de oxigen D 1 g H (sau 8 g O) reacioneaz cu 23 g Na, respectiv cu 20 g Ca, respectiv cu 9 g Al D Toate reaciile se desfoar echivalent la echivalent! !!! Vezi Lucrri practice SOLUII calcul Eg pentru clase de substane i reaciile chimice n care sunt implicate 5. LEGEA ACIUNII MASELOR (GULDBERG WAAGE, 1867) Pentru o reacie de echilibru, raportul dintre produsul concentraiilor produilor de reacie i </p><p>produsul concentraiilor reactanilor este o constant (la o temperatur dat, K = constanta de echilibru): </p><p>aA +bB ' cC + dD </p><p>K = [ ] [ ][ ] [ ]ba</p><p>dc</p><p>BADC</p><p> 6. LEGEA VOLUMELOR CONSTANTE sau LEGEA COMBINRII GAZELOR (GAY-LUSSAC, 1808) Volumul substanelor simple, gazoase, care se combin, se afl ntre ele i fa de volumul </p><p>substanei compuse gazoase rezultate din reacie, ntr-un raport de numere ntregi i mici, dac sunt msurate n aceleai condiii de temperatur i presiune B la presiune constant, volumul ocupat de o mas determinat de gaz variaz direct proporional cu temperatura absolut B </p></li><li><p> 4</p><p>ntr-o transformare izobar (presiune constant) a unei cantiti bine determinate de gaz, volumul i temperatura gazului variaz direct proporional B legea proporiilor definite n volume </p><p>2</p><p>2</p><p>1</p><p>1</p><p>TV</p><p>TV = </p><p>2</p><p>1</p><p>2</p><p>1</p><p>TT</p><p>VV = tcons</p><p>TV tan= </p><p>Exemplul 1 Reacia de obinere a clorurii de hidrogen din elemente: H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g) </p><p>D1 mol H2 se combin cu 1 mol Cl2 (un volum) i rezult 2 moli HCl (dou volume) D VH 2 : VCl 2 = 1 : 1 sau VH 2 : V HCl = 1 : 2 sau VCl 2 : V HCl = 1 : 2 7. LEGEA LUI AVOGADRO Volume egale de gaze diferite n aceleai condiii de temperatur i presiune conin un numr </p><p>egal de molecule Un mol din orice gaz sau de sau de orice substan care poate fi transformat n stare gazoas </p><p>fr descompunere n condiii normale (temperatura de 0C sau 273K, i presiunea de 1 atm sau 760 mm coloan de Hg) ocup acelai volum, adic 22,4 L i conine Numrul lui Avogadro de particule B NA = 6,0231023 particule (atomi, molecule) </p><p> Volum molar este volumul unui mol de gaz msurat n condiii normale (c.n.) D Vm = 22,4 L/mol. </p><p>8. LEGEA MENDELEEV - CLAPEYRON Aceast lege permite calcularea masei moleculare M pentru substanele gazoase din ecuaia de stare a gazelor ideale: pV = RT = RT</p><p>Mm D M = </p><p>pRT</p><p>Vm </p><p>Deoarece densitatea este masa unitii de volum = Vm , rezult c masa molar a gazului poate fi </p><p>calculat dup relaia: M = p</p><p>RT </p><p>Pentru dou gaze cu masele molare M1 i M2, respectiv densitile 1 i 2, aflate n aceleai condiii de temperatur i presiune se poate scrie relaia: </p><p>2</p><p>1</p><p>2</p><p>1</p><p>2</p><p>1</p><p>//</p><p> ==</p><p>pRTpRT</p><p>MM </p><p>ATOM cea mai mic particul de materie (10-10m) care nu mai poate fi descompus n urma reaciilor </p><p>chimice; este format din nucleu atomic i nveli electronic; este neutru din punct de vedere electric. </p><p>NUCLEU ATOMIC parte a atomului care se afl n centrul atomului, este de dimensiuni reduse (10-14 - 10-15m), </p><p>ncrcat pozitiv din punct de vedere electric (+Ze) i deine aproape ntreaga mas a atomului; este format de nucleoni, n principal protoni i neutroni. </p><p>NVELI ELECTRONIC spaiul din jurul nucleului atomic n care se gsesc electronii unui atom i care are sarcina </p><p>negativ (Ze) asigurnd neutralitatea atomului. PROTON particul din nucleul atomic cu masa i sarcina relativ +1B +1 1p NEUTRON particul din nucleul atomic masa relativ 1 i neutr din punct de vedere electric B 01n ELECTRON particul cu masa relativ zero i sarcina relativ -1 B -10e sau e- </p></li><li><p> 5</p><p>Particula Simbolul Sarcina [C] Masa [Kg] Proton +11p +1,6021910-19 1,6726510-27 </p><p>Neutron 01n - 1,6749510-27 </p><p>Electron -10n -1,6021910-19 9,1094310-31 Sarcina elementar se noteaz cu e i este sarcina unui proton, deci +1,6021910-19C NUMR ATOMIC, Z numrul protonilor din nucleul unui atom sau sarcina nuclear; este egal cu numrul electronilor </p><p>din nveliul electronic al atomului; este numit i numr de ordine, indicnd poziia elementului n sistemul periodic </p><p>NUMR DE MAS, A suma dintre numrul protonilor din nucleul unui atom (Z) i numrul neutronilor din nucleu (N), </p><p>deci numrul de nucleoni: A = Z + N IZOTOPI specii de atomi ai aceluiai element chimic, care au acelai numr de protoni (acelai Z) i </p><p>numr diferit de neutroni (A diferit). Izotopii unui element sunt izoelectronici (au acelai numr de electroni): B izotopii hidrogenului : 11H (protiu), 12H (deuteriu), 13H (tritiu) au toi n nucleu un </p><p>proton, n nveliul electronic un electron, n consecin difer prin numrul de neutroni din nucleu: protiul nu are niciun neutron, deuteriul are un neutron, iar tritiu are doi neutroni. </p><p>B izotopii carbonului : 612C (98,89%) ; 613C (1,11%) ; 614C (urme). NUCLID specia atomic a unui element chimic cu un anumit numr de protoni i de neutroni; se </p><p>reprezint prin simbolul elementului i prin numrul de mas, A, eventual i numrul de ordine, Z: </p><p>o zAE : 612C ; 1735Cl ; 919F , etc. o nuclidul de oxigen: 178O are 8 protoni i 9 neutroni. </p><p>ELEMENT CHIMIC modul de abordare submicroscopic: specie de atomi cu aceeai sarcin nuclear, deci acelai </p><p>numr atomic Z modul de abordare macroscopic: substana a crei atomi componeni au acelai numr de </p><p>sarcini nucleare (substana elementar) B Toi atomii elementului carbon au un numr de 6 sarcini nucleare. UNITATE ATOMIC DE MAS = u.a.m. unitate de mas din fizica atomic reprezint a 12-a parte din masa unui atom de carbon al nuclidului 126C </p><p> u.a.m. = ( )Cm 126121 u.a.m. = Kg2710923,19</p><p>121 = 1,6610-27Kg </p><p> u.a.m. = 1,6610-24g sau 1 u = 1,6610-24g MAS ATOMIC sau MASA ATOMIC ABSOLUT = mA sau A masa unui atom dintr-un element se exprim n g/atom sau Kg/atom B are valori mici, cuprinse ntre: 10-24 10-22 g/atom, </p><p>respectiv 10-27 10-25 Kg/atom masa atomic a atomului de: </p><p> hidrogen este mA (11H) = 1,673210-27Kg carbon este mA (126C) = 1,992310-26Kg </p></li><li><p> 6</p><p>MAS ATOMIC RELATIV = Ar mrime adimensional reprezentnd numrul care arat de cte ori masa unui atom este mai </p><p>mare dect a 12-a parte din masa atomic a izotopului 126C raportul dintre masa unui atom dintr-un element (masa atomic absolut) i a 12-a parte din </p><p>masa atomic a izotopului 126C este egal cu masa atomic exprimat n u.a.m. Ar = </p><p>... mauA </p><p> masa atomic relativ a unui atom de: oxigen, 168O, este Ar(168O) = 99,15</p><p>109923,1121</p><p>106564,223</p><p>23</p><p>=</p><p>g</p><p>g </p><p> magneziu 2412Mg, este Ar(2412Mg) = 004,241066,1</p><p>109847,327</p><p>26</p><p>=</p><p>kgkg </p><p>MAS ATOMIC RELATIV A UNUI ELEMENT Se calculeaz ca media ponderat a maselor atomice relative ale izotopilor constitueni </p><p> Elementul clor este format din 2 izotopi: 3517Cl n proporie de 75,4% i 3717Cl n proporie de 24,6%. Masa atomic relativ a elementului clor este: </p><p>Ar Cl = A100</p><p>4,75 Cl3517 + A1006,24</p><p>Cl3717 = 1004,75 35 + </p><p>1006,24 37 = 35,492 </p><p>MASA MOLECULAR RELATIV = Mr este mrimea care arat de cte ori masa moleculei unei substane este mai mare dect u.a.m. raportul dintre masa unei molecule i a 12-a parte din masa unui atom al nuclidului 126C este suma maselor relative ale atomilor moleculelor: </p><p>Mr HCl = Ar H + Ar Cl = 1 + 35,5 = 36,5 MASA RELATIV A UNITII STRUCTURALE = Fr raportul dintre masa unitii structurale a unui compus i a 12-a parte din masa unui atom al </p><p>nuclidului 126C este suma maselor relative ale atomilor constitueni ai unitii structurale (totalitatea </p><p>ionilor sau atomilor indicai de o formula chimic n cazul substanelor ionice i macromoleculare; cea mai mic unitate structural servete ca unitate ipotetic): </p><p>Fr MgCl2 = Ar Mg + 2Ar Cl = 24 + 235,5 = 95 MOL cantitatea de substan a crei mas, exprimat n grame, este numeric egal cu masa relativ a </p><p>particulei (atom, ion, molecul) molul de atomi sau molecule = cantitatea dintr-o substan, exprimat n grame, numeric egal </p><p>cu masa atomic sau molecular i care cuprinde 6,023.1023 atomi sau molecule numrul de moli n (sau ) dintr-o cantitate de substan m se calculeaz dup relaia: </p><p>n = ( )( )molgMgm/</p><p> sau = ( )( )molggm</p><p>/ este echivalentul atomului-gram sau moleculei gram: </p><p>o 1 atom-gram de hidrogen = 1,00797 g sau 1 atom-gram de oxigen = 15,99 g o 1 molecul-gram de clor = 71 g sau 1 molecul gram de HCl 0 36,5 g </p><p>NUMRUL LUI AVOGADRO = NA este o constant universal, cu valoarea 6,0231023, care reprezint numrul de particule (atomi, </p><p>molecule, ioni) care se gsesc ntr-un mol de substan sau numrul de atomi din 12 g de izotop de carbon 12C: </p><p> un mol de clor atomic (Cl) B cntrete 35,5 g Cl i conine 6,0231023 atomi Cl </p></li><li><p> 7</p><p> un mol de clor molecular (Cl2) B cntrete 71 g Cl2 i conine 6,0231023 molecule Cl2; cum molecula de clor este diatomic, 1 mol de clor molecular conine 2 moli de atomi de clor, respectiv 2x6,0231023 atomi de clor </p><p> un mol de ioni de clor, ioni clorur (Cl) B cntrete 35,5...</p></li></ul>