Notiuni Fundamentale de Chimie Anorganica

Download Notiuni Fundamentale de Chimie Anorganica

Post on 16-Jan-2016

55 views

Category:

Documents

6 download

DESCRIPTION

Suport de curs

TRANSCRIPT

  • 1

    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

    (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)

    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

    (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

    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.

    Pentru a-i atinge dezideratele, chimia bioanorganic utilizeaz larg achiziiile actuale ale chimiei coordinative, biochimiei, medicinii i fizicii:

    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

    ntr-o reacie chimic nu se creeaz i nu dispar atomi, ei se rearanjeaz n alte molecule sau uniti structurale:

    Exemplul 1 Reacia zincului cu acidul clorhidric: Zn 65 g

    + 2HCl 236,5 = 73 g

    p ZnCl2 136 g

    + H2 2 g

    138 g 138 g Exemplul 2 Reacia azotatului de bariu cu acidul sulfuric:

    Ba(NO3)2 261 g

    + H2SO4 98 g

    BaSO4 233 g

    + 2HNO3 263 g = 126 g

    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

    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:

  • 2

    Exemplul 1 Reacia magneziului cu oxigenul:

    Raportul de mas (g / g) B Mg consumat / O2 consumat = 1,5

    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

    1/8) dac reacioneaz 2 g hidrogen cu 8 g oxigen, rezult 9 g H2O, 1 g hidrogen rmnnd

    nereacionat (exces) dac reacioneaz 11,11 g hidrogen cu 90 g oxigen, rezult 100 g H2O, rmnnd nereacionate

    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

    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:

    Exemplul 1 Reacia carbonului cu oxigenul B monoxid de carbon i dioxid de carbon:

    C + 1/2O2 CO i C + O2 CO2

    Masa nainte de reacie Reactani

    Masa dup reacie

    RRaappoorrtt ddee ccoommbbiinnaarree Carbon / Oxigen

    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

    Raportul cantitilor de oxigen care se combin cu aceeai cantitate de carbon este un numr ntreg i mic = 2

    27,6633,133 =

    Raportul rapoartelor de combinare carbon consumat / oxigen consumat n formarea celor doi oxizi de carbon este 2:

    2375,075,0 =

    Masa substanelor nainte de reacie

    Masa substanelor dup reacie

    Raport de combinare Magneziu / Oxigen

    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

  • 3

    Exemplul 2 Combinarea hidrogenului cu oxigenul B apa i apa oxigenat:

    Raport de combinare

    H2 : O2 (g/g)

    Raport de combinare

    H2 : O2 (mol : mol)

    % H %O

    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

    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

    21632 =

    4. LEGEA PROPORIILOR ECHIVALENTE (WENZEL RICHTER, 1791) Masele elementelor care se combin (mA i mB) sau se substituie sunt proporionale cu

    echivalenii lor chimici (EgA i EgB):

    gB

    gA

    B

    AEE

    mm =

    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

    EgA = valenta

    MA

    EgNa = 123

    = 23 EgCa = 240

    = 20 EgAl = 327

    = 9

    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

    produsul concentraiilor reactanilor este o constant (la o temperatur dat, K = constanta de echilibru):

    aA +bB ' cC + dD

    K = [ ] [ ][ ] [ ]ba

    dc

    BADC

    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

    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

  • 4

    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

    2

    2

    1

    1

    TV

    TV =

    2

    1

    2

    1

    TT

    VV = tcons

    TV tan=

    Exemplul 1 Reacia de obinere a clorurii de hidrogen din elemente: H2(g) + Cl2(g) 2HCl(g)

    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

    egal de molecule Un mol din orice gaz sau de sau de orice substan care poate fi transformat n stare gazoas

    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)

    Volum molar este volumul unui mol de gaz msurat n condiii normale (c.n.) D Vm = 22,4 L/mol.

    8. LEGEA MENDELEEV - CLAPEYRON Aceast lege permite calcularea masei moleculare M pentru substanele gazoase din ecuaia de stare a gazelor ideale: pV = RT = RT

    Mm D M =

    pRT

    Vm

    Deoarece densitatea este masa unitii de volum = Vm , rezult c masa molar a gazului poate fi

    calculat dup relaia: M = p

    RT

    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:

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    //

    ==

    pRTpRT

    MM

    ATOM cea mai mic particul de materie (10-10m) care nu mai poate fi descompus n urma reaciilor

    chimice; este format din nucleu atomic i nveli electronic; este neutru din punct de vedere electric.

    NUCLEU ATOMIC parte a atomului care se afl n centrul atomului, este de dimensiuni reduse (10-14 - 10-15m),

    ncrcat pozitiv din punct de vedere electric (+Ze) i deine aproape ntreaga mas a atomului; este format de nucleoni, n principal protoni i neutroni.

    NVELI ELECTRONIC spaiul din jurul nucleului atomic n care se gsesc electronii unui atom i care are sarcina

    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-

  • 5

    Particula Simbolul Sarcina [C] Masa [Kg] Proton +11p +1,6021910-19 1,6726510-27

    Neutron 01n - 1,6749510-27

    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

    din nveliul electronic al atomului; este numit i numr de ordine, indicnd poziia elementului n sistemul periodic

    NUMR DE MAS, A suma dintre numrul protonilor din nucleul unui atom (Z) i numrul neutronilor din nucleu (N),

    deci numrul de nucleoni: A = Z + N IZOTOPI specii de atomi ai aceluiai element chimic, care au acelai numr de protoni (acelai Z) i

    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

    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.

    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

    reprezint prin simbolul elementului i prin numrul de mas, A, eventual i numrul de ordine, Z:

    o zAE : 612C ; 1735Cl ; 919F , etc. o nuclidul de oxigen: 178O are 8 protoni i 9 neutroni.

    ELEMENT CHIMIC modul de abordare submicroscopic: specie de atomi cu aceeai sarcin nuclear, deci acelai

    numr atomic Z modul de abordare macroscopic: substana a crei atomi componeni au acelai numr de

    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

    u.a.m. = ( )Cm 126121 u.a.m. = Kg2710923,19

    121 = 1,6610-27Kg

    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,

    respectiv 10-27 10-25 Kg/atom masa atomic a atomului de:

    hidrogen este mA (11H) = 1,673210-27Kg carbon este mA (126C) = 1,992310-26Kg

  • 6

    MAS ATOMIC RELATIV = Ar mrime adimensional reprezentnd numrul care arat de cte ori masa unui atom este mai

    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

    masa atomic a izotopului 126C este egal cu masa atomic exprimat n u.a.m. Ar =

    ... mauA

    masa atomic relativ a unui atom de: oxigen, 168O, este Ar(168O) = 99,15

    109923,1121

    106564,223

    23

    =

    g

    g

    magneziu 2412Mg, este Ar(2412Mg) = 004,241066,1

    109847,327

    26

    =

    kgkg

    MAS ATOMIC RELATIV A UNUI ELEMENT Se calculeaz ca media ponderat a maselor atomice relative ale izotopilor constitueni

    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:

    Ar Cl = A100

    4,75 Cl3517 + A1006,24

    Cl3717 = 1004,75 35 +

    1006,24 37 = 35,492

    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:

    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

    nuclidului 126C este suma maselor relative ale atomilor constitueni ai unitii structurale (totalitatea

    ionilor sau atomilor indicai de o formula chimic n cazul substanelor ionice i macromoleculare; cea mai mic unitate structural servete ca unitate ipotetic):

    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

    particulei (atom, ion, molecul) molul de atomi sau molecule = cantitatea dintr-o substan, exprimat n grame, numeric egal

    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:

    n = ( )( )molgMgm/

    sau = ( )( )molggm

    / este echivalentul atomului-gram sau moleculei gram:

    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

    NUMRUL LUI AVOGADRO = NA este o constant universal, cu valoarea 6,0231023, care reprezint numrul de particule (atomi,

    molecule, ioni) care se gsesc ntr-un mol de substan sau numrul de atomi din 12 g de izotop de carbon 12C:

    un mol de clor atomic (Cl) B cntrete 35,5 g Cl i conine 6,0231023 atomi Cl

  • 7

    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

    un mol de ioni de clor, ioni clorur (Cl) B cntrete 35,5 g Cl i conine 6,0231023 ioni Cl

    un mol de acid clorhidric (HCl) B cntrete 36,5 g HCl i conine 6,0231023 molecule de HCl

    un mol de clorur de sodiu (NaCl) B cntrete 58,5 g NaCl i conine 6,0231023 ioni Na+ i 6,0231023 ioni Cl.

    MASA MOLAR = M (sau ) raportul dintre masa i numrul de moli ai unei probe de substan unitatea de msur este Kg/mol sau g/mol valoarea sa numeric, exprimat n g/mol, este egal cu valoarea numeric a:

    masei atomice relative a unui element, Ar masei moleculare relative a unui compus covalent format din molecule, Mr masei relative a unitii structurale a unui compus, Fr (pentru compui ionici sau

    macromoleculari). VOLUMUL MOLAR = Vm Volumul ocupat de un mol al oricrui gaz n condiii normale (t = 0C, p = 1 atm):

    Vm = 22,4 L/mol

    Raportul dintre volumul V i numrul de moli n ai unei probe de substan: Vm = nV

    Unitatea de msur: m3/mol sau L/mol SIMBOL CHIMIC reprezentarea prescurtat a unui element chimic

    semnificaia simbolului chimic, de exemplu Cu: Elementul chimic cupru Un atom de cupru Substana cupru

    n jurul simbolului se pot nota diferite indicaii: Numrul de nucleoni i numrul de protoni:

    numr nucleoni numr protoni

    SIMBOL CHIMIC, zAE: 3517Cl Sarcina ionic reprezentare chimic a ionului de clor (clorur): Cl Indicele, n reprezentarea formulei chimice a substanei formula chimic pentru molecula de clor: Cl2

    COMPUS CHIMIC - modul de abordare submicroscopic grupe de mai muli atomi care sunt unii prin legturi

    chimice - modul de abordare macroscopic substana n care se leag unul de altul atomii unuia sau

    mai multor elemente; ntre masele atomilor constitutivi exist un raport stoechiometric (raport exact, precis, bine determinat).

    o Compus monoelementar format din atomi identici, aparinnd aceleai specii chimice, de exemplu: hidrogenul H2, fosforul P4, sulful S8, etc.

    o Compus polielementar format din atomi diferii, de la specii chimice diferite, de exemplu: sulfura de dihidrogen H2S, dioxidul de carbon CO2, monohidrogenofosfatul de disodiu Na2HPO4, etanolul C2H5OH, etc.

    o Compus de ordin simplu format din atomi provenii de la unul sau mai multe elemente pentru care sunt valabile valenele din starea fundamental, adic numerele de oxidare comune, de exemplu: clor Cl2, metan CH4, clorur de sodiu NaCl, hidrogenocarbonat de amoniu NH4HCO3, etc.

  • 8

    o Compus de ordin superior compui formai prin combinarea compuilor de ordin simplu, ca de exemplu: combinaii complexe: tetrahidroxoaluminat (III) de sodiu Na[Al(OH)4], sulfat

    de tetraammincupru (II) [Cu(NH3)4]SO4, etc. hidrai: carbonatul de sodiu decahidratat Na2CO310H2O, sulfat de cupru

    pentahidratat CuSO45H2O, etc. sruri duble: sulfat dublu de potasiu i aluminiu KAl(SO4)212H2O, etc.

    ORBITAL ATOMIC (O.A.) regiunea de spaiu din jurul nucleului atomic n care probabilitate de a gsi un electron este cea

    mai mare (aproximativ 90%) ntr-un orbital pot exista maxim 2 electroni, obligatoriu de spin opus (principiul lui Pauli) orbitalul unui atom este descris corespunztor subnivelului (substratului) cruia i aparine D

    orbital de tip s, p, d sau f : substratul s este format dintr-un singur orbital atomic s de form sferic B 1OA s B max. 2 e / substrat s

    substratul p este format din 3 OA p, toi echivaleni energetic (degenerai), de form bilobar (2 lobi) B 3 OA B total max. 6 e / substrat p

    substratul d este format din 5 OA d de aceeai energie B 5 OA B total max. 10e/ substrat d

    substratul f este format din 7 OA f degenerai B 7 O.A. B total max. 14e/ substrat f

    x

    yz

    +

    x

    zy

    +

    -x

    z

    y+

    -- + x

    yz

    px py pz orbitalul atomic s cei 3 orbitalii atomici p: px, py i pz B substratul s B substratul p Orbitalii d i f au forma i geometria mai complicat dect a orbitalilor p. STRAT ELECTRONIC = NIVEL ENERGETIC stare energetic a electronilor n atom constituit din electroni care au aproximativ aceeai energie fiecare strat energetic este constituit din substraturi (subniveluri energetice), pe baza diferenierii

    fine a energiei electronilor:

    Stratul electronic K L M N O P Q Numrul stratului 1 2 3 4 5 6 7 Tipul de orbitali coninui

    s s, p s, p, d s, p, d, f s, p, d, f s, p, d, f s, p, d, f

    Numrul maxim de electroni dintr-un strat

    2 12

    2

    2 22

    8

    2 32

    18

    2 42

    32

    2 52

    50

    2 62

    72

    2 72

    94

    Variaia energie

  • 9

    CONFIGURAIA ELECTRONIC distribuia electronilor unui atom pe straturi, substraturi i orbitali, respectnd principiul energetic (minimul de energie), principiul lui Pauli, regula lui Hund: 1. Principiul ocuprii succesive a orbitalilor cu electroni, principiul construciei sau principiul stabilitii: 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, n ordinea: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p ... 2. Principiul excluziunii (Pauli): Un orbital nu poate fi ocupat dect de maximum 2 electroni care trebuie s aib spin opus:

    orbital atomic vacant

    orbital atomic monoelectronic, electron e necuplat, nemperecheat, celibatar

    orbital atomic cu electroni cu spin opus, e cuplai, e mperecheai

    orbital atomic cu electroni cu acelai spin imposibil s exist 2 e cu spini paraleli

    (cu acelai spin) n acelai orbital B nerespectare principiului lui Pauli 3. Regula lui Hund sau regula multiplicitii maxime:

    Orbitalii de energie egal (orbitalii degenerai ai unui subnivel), se ocup pe rnd, nti cu un electron, apoi cu al doilea, astfel ca numrul electronilor necuplai n acel substrat s fie maxim:

    Configuraiile electronice care respect regula multiplicitii maxime a lui Hund:

    i p3 d6

    sunt mai stabile dect configuraiile electronice cu numr minim de e necuplai, care nu sunt adoptate de atomi n stare fundamental:

    i p3 d6 MMMoooddduuulll dddeee ppprrreeezzzeeennntttaaarrreee aaa cccooonnnfffiiiggguuurrraaa iiieeeiii eeellleeeccctttrrrooonnniiiccceee aaa uuunnnuuuiii aaatttooommm

    1) Ordonnd toate straturile i substraturile electronice, precum i orbitalii atomici conform regulilor prezentate:

    a. notnd straturile cu cifre arabe, orbitalii cu litere, iar numrul de electroni dintr-un substrat cu cifre, ca exponent la literele care indic tipul de orbital: Configuraia electronic fundamental a atomului de fosfor este:

    15P0: 1s22s22p63s23p3 b. prin diagrame orbitale, reprezentnd electronii cu spin opus n orbitali, care sunt

    grupai n substraturi:

    15P0:

    1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

    ((( (

    (

    (

    -

  • 10

    2) Indicnd configuraia electronic a gazului rar precedent i electronii stratului de valen: 15P: 10[Ne]3s23p3

    20Ca: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s2 = 18[Ar] 4s2 40Zr: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s23d104p65s24d2 = 36[Kr] 5s24d2 80Hg: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p64s23d104p65s24d105p66s24f145d10 = 54[Xe] 6s24f145d10

    ELECTRON DISTINCTIV electronul prin care se difereniaz configuraia electronic fundamental a atomului unui

    element de configuraia electronic fundamental a atomului elementului care-l precede n sistemul periodic

    tinde s ocupe n configuraia electronic fundamental a atomului locul vacant de energie minim.

    ELECTRONII DE VALEN electronii cu care atomii particip la formarea legturilor chimice D determin proprietile

    chimice ale substanelor elementare ai elementelor reprezentative, elementele din blocul s i p aparin ultimului strat din

    nveliul electronic al atomului ai elementelor din grupele secundare, blocul d, aparin ultimelor dou straturi electronice

    ale atomului, practic ultimelor 2 substraturi: electronii substratului s al ultimului strat ns1-2 i electroni substratului d al penultimului strat (n-1)d1 -10.

    STAREA FUNDAMENTAL A UNUI ATOM starea de energie minim pentru atom, realizat prin distribuia electronilor cu respectarea

    riguroas a principiul energetic, principiul lui Pauli i regulii lui Hund.

    103Lr

    102No

    101Md

    100Fm

    99Es

    98Cf

    97Bk

    96Cm

    95Am

    94Pu

    93Np

    92U

    91Pa

    90Th

    89Ac**Actinide

    71Lu

    70Yb

    69Tm

    68Er

    67Ho

    66Dy

    65Tb

    64Gd

    63Eu

    62Sm

    61Pm

    60Nd

    59Pr

    58Ce

    57La*Lantinide

    118Uuo

    117Uus

    116Uuh

    115Uup

    114Uuq

    113Uut

    112Uub

    111Rg

    110Ds

    109Mt

    108Hs

    107Bh

    106Sg

    105Db

    104Rf**

    88Ra

    87Fr7

    86Rn

    85At

    84Po

    83Bi

    82Pb

    81Tl

    80Hg

    79Au

    78Pt

    77Ir

    76Os

    75Re

    74W

    73Ta

    72Hf*

    56Ba

    55Cs6

    54Xe

    53I

    52Te

    51Sb

    50Sn

    49In

    48Cd

    47Ag

    46Pd

    45Rh

    44Ru

    43Tc

    42Mo

    41Nb

    40Zr

    39Y

    38Sr

    37Rb5

    36Kr

    35Br

    34Se

    33As

    32Ge

    31Ga

    30Zn

    29Cu

    28Ni

    27Co

    26Fe

    25Mn

    24Cr

    23V

    22Ti

    21Sc

    20Ca

    19K4

    18Ar

    17Cl

    16S

    15P

    14Si

    13Al

    12Mg

    11Na3

    10Ne

    9F

    8O

    7N

    6C

    5B

    4Be

    3Li2

    2HeVIII B

    1H1

    Per.

    18VIII

    A

    17VIIA

    16VIA

    15VA

    14IVA

    13IIIA

    12IIB

    11IB

    10987

    VIIB

    6VI B

    5V B

    4IVB

    3IIIB

    2IIA

    1IA

    Gr.

    Gaz nobilHalogen NemetalMetaloidSemi-metal

    Metal de tranzitieActinideLantinide

    M alcalinpamantosMetal alcalin

    SISTEMUL PERIODIC AL ELEMENTELOR

    Descoperit2010

  • 11

    LEGEA PERIODICITII: lege fundamental a naturii, st la baza clasificrii elementelor enunat de D. I. Mendeleev n

    1869: Proprietile fizice i chimice ale elementelor se repet periodic n funcie de masele lor atomice

    i-a permis lui Mendeleev ordonarea celor 63 de elemente cunoscute la aceea vreme, n ordinea cresctoare a maselor lor atomice, ntr-un tabel numit sistemul periodic al elementelor. Aezate n linii i coloane, elementele cu proprieti asemntoare se gseau unele sub altele (n aceeai coloan, adic grup)

    la nceputul secolului al XX-lea, odat cu marile descoperiri din fizica atomului, legea a fost reformulat de Moseley (1913): Proprietile elementelor sunt funcii periodice ale numrului atomic Z

    GRUPELE SISTEMULUI PERIODIC AL ELEMENTELOR: sunt coloanele verticale, numite i grupe sau familii, care conin elemente cu proprieti fizice

    i chimice asemntoare, ale cror atomi au aceeai configuraie electronic n stratul de valen.

    sunt notate cu cifre arabe de la 1 la 18, conform recomandrilor IUPAC din 1986; pn atunci grupele principale erau notate IA, IIA, IIIA ... VIIIA, iar grupele secundare erau notate IIIB, IVB ...VIIIB, IB, IIB. Grupa VIIIB (actualmente grupele 8,9 i 10) conine triada fierului (Fe, Co, Ni) i metalele platinice (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

    sunt numite grupe principale cele care au fost notate cu cifre romane I VIII i litera A, deci grupele 1, 2, 13 18, i conin elementele reprezentative. Grupele secundare sunt notate cu cifre romane I VIII i litera B, deci grupele 3 12, i conin metalele tranziionale i pe cele de tranziie intern

    Elementele din grupele principale au electronul distinctiv ntr-un orbital s (grupele 1 i 2) sau ntr-un orbital p (grupele 13 18) B n total sunt 56 de elemente n grupele principale din blocul s i blocul p

    - Elementele din grupele secundare au electronul distinctiv ntr-un orbital d (metalele tranziionale din grupele 3 12) sau ntr-un orbital f (metalele de tranziie intern: lantanidele i actinidele) B Total 40 metale tranziionale blocul d n grupele 3 (IIIB), 4 (IVB), 5 (VB), 6 (VIB), 7 (VIIB), 8 (VIIIB), 9 (VIIIB), 10 (VIIIB), 11 (IB), 12 (IIB)

    prima serie de metale tranziionale perioada a patra seria 3d conine 10 elemente : 21Sc - 30Zn B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti atomi este: 4s23d1 - 10

    a doua serie de metale tranziionale perioada a cincia seria 4d conine 10 elemente : 39In 48Cd B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti atomi este: 5s24d1 10

    a treia serie de metale tranziionale perioada a asea seria 5d conine 10 elemente : 72Hf 80Hg B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti atomi este: 6s25d1 10

    Numrul grupei

    Configuraia electronic a stratului de valen

    Elemente Numele grupei

    1 = IA ns1 Li, Na, K, Rb, Cs,Fr metalele alcaline 2 = IIA ns2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra metale alcalino- pmntoase 13 = IIIA ns2np1 B, Al, Ga, In, Tl, 13Uut metale pmntoase 14 = IVA ns2np2 C, Si, Ge, Sn, Pb, 14Uuq grupa carbonului 15 = V A ns2np3 N, P, As, Sb, Bi, 15Uup grupa azotului 16 = VIA ns2np4 O, S, Se, Te, Po, 16Uuh grupa oxigenului - calcogeni 17 = VIIA ns2np5 F, Cl, Br, I, At, 17Uus grupa halogenilor 18 = VIII A ns2np6 Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, 13Uuo gaze rare (nobile sau inerte)

  • 12

    a patra serie de metale tranziionale perioada a aptea seria 6d conine 10 elemente : 104Rf 112Uub B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti atomi este: 7s26d1 10

    B Total 28 metale de tranziie intern - blocul f 14 lantanide : 57La 71Lu B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti

    atomi este: 6s2 (5d1) 4f1 14 14 actinide : 89Ac 103Lr B configuraia electronic a stratului de valen pentru aceti

    atomi este: 7s2 (6d1) 5f1 14 CLASIFICAREA ELEMENTELOR DUP CONFIGURAIA ELECTRONIC

    1 2 13 14 15 16 17 18 IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 0

    n=1

    2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3 IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB

    4 ns (n-1) d np 5 6 7

    Bloc s Bloc d Bloc p

    (n-2) f

    Bloc f

    PERIOADELE SISTEMULUI PERIODIC AL ELEMENTELOR:

    o irurile orizontale ale sistemului periodic, cuprinznd elementele dintre dou gaze rare succesive, se numesc perioade.

    o Sistemul periodic conine 7 perioade corespunztoare celor 7 nivele energetice (K, L, M, N, O, P, Q) notate cu cifre arabe de la 1 la 7. Fiecare perioad (mai puin prima perioad care nu conine dect 2 elemente: 1H i 2He) ncepe cu un metal alcalin i se termin cu un gaz nobil

    o Numrul perioadei n care se afl un element este egal cu numrul de nivele energetice (straturi) ocupate cu electroni n configuraia electronic fundamental a atomilor si, deci cu numrul stratului electronic cel mai extern n curs de completare, sau complet ocupat cu electroni.

    o Primele 3 perioade sunt scurte, iar urmtoarele 4 sunt lungi: perioada 1 are 2 elemente, perioadele 2 i 3 au cte 8 elemente, perioadele 4 i 5 au 18 elemente, perioadele 6 i 7 au cte 32 elemente.

  • 13

    REPREZENTAREA SCHEMATIC A SISTEMULUI PERIODIC AL ELEMENTELOR pe blocuri de elemente, numrul elementelor dintr-o perioad i numrul atomic al gazului rar care termin fiecare perioad:

    Bloc s Bloc d Bloc p

    Bloc f PROPORIETILE PERIODICE ale elementelor sunt cele determinate de nveliul electronic al atomilor, att proprieti fizice (raz atomic,

    raz ionic, energie de ionizare, afinitate pentru electroni), ct i proprieti chimice (caracter electropozitiv sau caracter metalic, caracter electronegativ sau caracter nemetalic, valen, respectiv numr de oxidare NO).

    IONI particule de materie provenite din atomi prin cedare sau acceptare de electroni;

    o CATION ion pozitiv Na+, Ag+, Mg2+, Pb2+, Fe2+, Al3+, Cr3+, etc. format din atom prin cedare de electroni din stratul de valen n ordinea descresctoare a energiei orbitalilor, eliminnd mai nti electronii din stratul cel mai ndeprtat de nucleu:

    11Na0: 1s22s22p63s1 e1 Na1+: 1s22s22p6 sau 11Na+: 10[Ne] 26Fe0: 1s22s22p63s23p64s23d6 e2 26Fe2+: 1s22s22p63s23p63d6 sau 26Fe2+: 18[Ar]3d6 82Pb0: [Xe]6s24f145d106p2 e2 82Pb2+: [Xe] 4f146s25d10

    Cationi poliatomici: hidroniu H3O+, amoniu NH4+, etc. o ANION ion negativ - Cl, S2, P3, C4, etc.

    o format din atom prin acceptare de electroni n stratul de valen, pe orbitalii cei mai ndeprtai de nucleu:

    6C0: 1s22s22p2 + e4 C4-: 1s22s22p6 sau 6C4- 10[Ne] 17Cl0: 1s22s22p63s23p5 + e1 17Cl: 1s22s22p63s23p6 sau Cl: 18[Ar]

    Anioni poliatomici: fosfat PO43, sulfat SO42, azotat NO3, hidrogenocarbonat HCO3, etc. sarcina ionic indic printr-o cifr arab scris ca exponent la simbolul chimic, cu

    semnul plus sau minus, numrul de sarcini pozitive sau negative ale unui ion: ionul amoniu, NH4+, are sarcina 1+ ionul fosfat, PO43, are sarcina 3.

    CARACTER ELECTROPOZITIV ~ CARACTER METALIC proprietatea atomilor de a ceda electroni i de a forma ioni pozitivi D metale: Na0, Mg0, Al0,

    Fe0 B Na+, Mg2+, Al3+, Fe2+, Fe3+. n grupele sistemului periodic caracterul electropozitiv al elementelor crete cu creterea

    numrului atomic, iar n perioade scade cu creterea numrului atomic.

    1s 1s 2 ZHe = 2 2s 2p 8 ZNe = 10 3s 3p 8 ZAr = 18 4s 3d 4p 18 ZKr = 36 5s 4d 5p 18 ZXe = 54 6s 5d 6p 32 ZRn = 86 7s 6d 32 ZUuo = 118

    4f 5f

  • 14

    Caracterul electropozitiv cel mai accentuat l are franciul, dar pentru c este radioactiv, cel mai electropozitiv element din sistemul periodic este considerat cesiul Cs.

    CARACTER ELECTRONEGATIV ~ CARACTER NEMETALIC proprietatea atomilor de a accepta electroni i de a forma ioni negativi D nemetale: Cl0, S0, P0,

    C0 B Cl -, S2-, P3-, C4- nemetalele ocup partea dreapt a sistemului periodic, deasupra liniei n zig-zag care le

    delimiteaz de metale n grupele sistemului periodic caracterul electronegativ scade cu creterea numrului atomic, iar

    n perioade crete cu creterea numrului atomic. Caracterul electronegativ cel mai pronunat l are fluorul, F. ELECTRONEGATIVITATEA ELEMENTELOR Caracterul metalic sau nemetalic poate fi stabilit utiliznd conceptul de electronegativitate.

    Aceasta este o mrime relativ care exprim capacitatea unui atom dintr-un compus de a atrage spre sine electronii de legtur. Cu ct electronegativitatea unui element este mai mare, cu att tendina lui de a atrage electronii este mai mare. Linus Pauling a imaginat o scal a electronegativitii n care celui mai electronegativ element din sistemul periodic, fluorul F, i atribuie electronegativitatea 4, iar celui mai electropozitiv, cesiul Cs, valoarea 0,7.

    variaia electronegativitii n sistemul periodic al elementelor: o electronegativitatea elementelor dintr-o perioad crete o dat cu creterea numrului

    electronilor de valen ai atomilor acestor elemente, deci de la stnga la dreapta, o dat cu creterea numrului atomic Z

    o electronegativitatea elementelor dintr-o grup crete cu scderea volumului atomic, deci de jos n sus o dat cu scderea numrului atomic Z

    Electronegativitatea atomilor elementelor implicate n formarea de compui chimici determin tipul de interaciuni dintre acetia. Se consider c legtura dintre doi atomi va fi predominant ionic dac diferena de electronegativitate a atomilor este mai mare dect 1,7:

    o dac electronegativitile atomilor care formeaz o legtur au valori mari i sunt identice, deci diferena de electronegativitate a atomilor este 1,7, se stabilesc legturi covalente nepolare: H H, F F, O = O, etc.

    o dac electronegativitile atomilor care formeaz o legtur au valori mari i apropiate ca valoare, deci diferena de electronegativitate a atomilor este mai mic dect 1,7, se stabilesc legturi covalente polare: H O, S O, P Cl, etc.

  • 15

    o dac electronegativitile atomilor care formeaz o legtur sunt foarte diferite ca valoare, deci diferena de electronegativitate a atomilor este mai mare dect 1,7, se stabilesc legturi ionice: CsF, BaO, NaCl, etc.

    CLORUR NaCl AlCl3 PCl3 Cl2 Diferena de electronegativitate

    3 0,9 = 2,1 3 1,5 = 1,5 3 2,1 = 0,9 3 3 = 0

    Tip de legtur legtur ionic

    compus tipic ionic

    legtur covalent polar Grad mare de

    ionicitate

    legtur covalent polar

    molecul covalent polar

    legtur covalent nepolar

    molecul covalent nepolar

    FORMULA CHIMIC este reprezentarea simbolic a compoziiei unei substane chimice; cuprinde informaii din

    domeniul microscopic i macroscopic o Formula brut indic specia elementelor chimice, raportul atomilor sau grupelor de

    atomi dintr-un compus chimic, fr a reda numrul atomilor dintr-o molecul: CH este formula brut a benzenului (C6H6), NaCl este formula brut a clorurii de sodiu, P2O5 este formula brut a oxidului de fosfor (V) P4O10.

    o Formula molecular red compoziia unui compus chimic, cu numrul atomilor care particip la formarea unei molecule sau a unui ion, dar nu ofer informaii privitoare la structura particulelor i a tipului de legturi dintre ele: C6H6 este formula molecular a benzenului, P4O10 este formula molecular a oxidului de fosfor (V), adic a decaoxidului de tetrafosfor, CnH2n+2 este formula molecular general a alcanilor, C2O42 este formula molecular a ionului oxalat, SO42 este formula molecular a ionului sulfat, etc.

    o Formula structural (formula de constituie detailat) pentru compuii cu legturi atomice (covalente) ofer informaii despre compoziia n elemente i despre legturile chimice dintre atomii unei molecule; nu red aranjamentul spaial al atomilor, legturile covalente dintre acetia fiind reprezentate prin liniue (o liniu semnific legtura covalent de 2 electroni dintre 2 atomi). Exemple, formulele structurale ale moleculelor:

    NN N2 H2O NH3 CO2 H2SO4 azot ap amoniac dioxid de carbon acid sulfuric

    o Formula de valen, formula electronic sau formula Lewis formula structural a unui compus n care sunt reprezentai i electronii neparticipani la legturile chimice. Exemple:

    :NN: N2 H2O NH3 CO2 H2SO4 azot ap amoniac dioxid de carbon acid sulfuric

    o Formula steric sau formula de configuraie este formula structural a unui compus care indic i aranjamentul spaial al atomilor i al grupelor de atomi din miolecul. Formula spaial indic, prin simboluri specifice legturilor, dispoziia spaial a atomilor i grupelor de atomi. Exemple, formulele de configuraie ale moleculelor:

  • 16

    N2 H2O NH3 CO2 H2SO4 azot ap amoniac dioxid de carbon acid sulfuric Scrierea corect a formulei unui compus ionic trebuie s reflecte condiia de neutralitate exprimat astfel: (Cn+)m(B m)2. SCRIEREA FORMULELOR CHIMICE pentru COMPUI BINARI i pentru COMPUI IONICI Etape n stabilirea formulelor chimice pentru compui binari n care elementele se afl n

    raportul stoechiometric dictat de numerele lor de oxidare: Etapa Stabilirea formulei oxidului de aluminiu

    1. Scrierea simbolurilor elementelor chimice din care e format compusul

    Al O

    2. Stabilirea numerelor de oxidare NO ale elementelor

    AlIII OII

    3. Calcularea celui mai mic multiplu comun al NO ale elementelor

    6

    4. Stabilirea numrului n care sunt cuprinse NO ale elementelor n cel mai mic multiplu comun

    Indicarea raporturilor numerice n care particulele sunt coninute n compusul chimic respectiv (stabilirea indicilor)

    de 2 ori de 3 ori 2 : 3

    Al2 O3 5. Scrierea formulei Al2O3 Etape n stabilirea formulelor chimice pentru compui care ionizeaz n soluie apoas: Etapa Stabilirea formulei sulfatului de aluminiu 1. Scrierea simbolurilor / formulelor chimice

    ale ionilor n care disociaz compusul Al3+ SO42

    2. Stabilirea numrului de sarcini ale ionilor +III -II Al3+ (SO4)2

    3. Calcularea celui mai mic multiplu comun al sarcinilor ionice

    6

    4. Stabilirea numrului n care sunt cuprinse sarcinile ionice n cel mai mic multiplu comun

    Indicarea raporturilor numerice n care se afl ionii n compusul chimic respectiv (stabilirea indicilor)

    de 2 ori de 3 ori 2 : 3

    (Al 3+)2 [(SO4)2 ]3

    5. Scrierea formulei Al2(SO4)3 LEGTURA CHIMIC Legturile stabilite ntre particulele unei substane (atomi, ioni molecule) prin fore de atracie, dar i de respingere se clasific astfel: o legtur ionic

  • 17

    o legtur covalent (atomic) o legtura metalic o fore intermoleculare B legturi de hidrogen i fore van der Waals REGULA OCTETULUI atomii gazelor nobile, cu reactivitate chimic foarte redus, inerie chimic i stabilitate mare,

    au n stratul de valen configuraie stabil de 8 electroni ns2np6 (cu excepia He care are configuraie de 2 electroni 1s2). Spre aceast stare energetic sczut, stabil, tind atomii elementelor cnd se combin pentru a forma compui chimici.

    Un atom al unui element accept, cedeaz sau pune n comun electroni de valen astfel nct s-i realizeze pe ultimul strat configuraia stabil a unui gaz rar

    Regula octetului este respectat strict numai de elementele din perioada a doua a sistemului periodic.

    LEGTURA IONIC se realizeaz prin transfer de electroni de la atomii elementului cu caracter puternic

    electropozitiv care pierznd electroni formeaz cationi, la atomii elementului cu caracter puternic electronegativ, care acceptnd electroni formeaz anioni; ntre ionii astfel formai, cationi i anioni, se stabilesc fore de atracie electrostatic

    Exemplu 1 formarea clorurii de sodiu NaCl din atomii de sodiu i cei de clor: 11Na0: 1s22s22p63s1 - 1 e p 11Na+: 1s22s22p6 = configuraia electronic fundamental a 10Ne 17Cl0: 1s22s22p63s23p5 + 1 e p 17Cl0: 1s22s22p63s23p6 = config. electronic fundamental a 18Ar:

    Exemplu 2 formarea clorurii magneziu MgCl2 din atomii de magneziu i clor: 12Mg0: 1s22s22p63s2 - 2 e p 11Mg2+: 1s22s22p6 = configuraia electronic fundamental a 10Ne 17Cl0: 1s22s22p63s23p5 + 1 e p 17Cl0: 1s22s22p63s23p6 = config. electronic fundamental a 18Ar:

    ionii pot fi monoatomici: Na+, Ca2+, Bi3+, I, Se 2, P3, etc. sau poliatomici: H3O+, NH4+,

  • 18

    OH, MnO4, CO32, PO43, etc. metalele blocului s formeaz n majoritatea cazurilor compui ionici, fac excepie unii

    compui ai Li, Be i Mg; sunt compui ionici: MgO, LiF, Na2S, CaC2, CsOH, RbH, Mg3N2, KO2, Na2O2, Li2O, NaNH2, Ca(HCO3)2, KH2PO4, Na2S2O3, etc.

    srurile provenite de la oxoacizi sunt compui ionici prin neutralizarea total sau parial a oxoacizilor cu diferite baze, indiferent de natura acestora se formeaz compui ionici: Co(NO3)2, AgNO2, BiPO4, Fe2(SO4)3, NaMnO4, K2Cr2O7, CuCO3, PbSO3, Ca(ClO)2, etc.

    srurile de amoniu sunt compui ionici: NH4Cl, (NH4)2S, NH4NO2, NH4ClO4, etc. compuii ionici sunt substane solide cristaline, care nu conduc curentul electric n stare solid,

    numai n soluie sau topitur, se dizolv numai n solveni polari, au puncte de topire i fierbere mari, sunt casante.

    LEGTURA COVALENT se realizeaz prin punerea n comun de electroni, adic prin ntreptrunderea, suprapunerea a doi

    orbitali atomici provenii de la 2 atomi A i B, cu formarea unui orbital molecular; se realizeaz ntre atomi de electronegativitate apropiat:

    A + B D A B u u uv

    cnd doi atomi pun n comun 2 sau 3 electroni se realizeaz o legtur dubl, respectiv tripl,

    legturi denumite generic multiple: A B A = B A B

    Legtur simpl Legtur dubl Legtur tripl Legtura Legtura + Legtura + 2

    LEGTURA COVALENT NEPOLAR se realizeaz ntre doi atomi identici de nemetale, deci cu caracter electronegativ, electronii pui

    n comun aparinnd n egal msur ambilor atomi B molecule homonucleare diatomice: N2, O2, F2, Cl2 n general de tipul A2 B molecule nepolare:

    Formarea moleculei de clor Cl2: 17Cl0 : 10Ne 3s2 3p5

    Formarea moleculelor de azot, oxigen i brom: 7N0 : 1s2 2s2 2p3 ; 8O0 : 1s2 2s2 2p4 ; 35Br0 : 18Ar 4s2 3d10 4p5

    LEGTURA COVALENT POLAR se realizeaz ntre doi atomi cu electronegativitate diferit, electronii pui n comun fiind

    deplasai spre atomul mai electronegativ B deplasarea densitii electronice a orbitalului molecular n funcie de electronegativitatea atomilor participani la formarea unei legturi covalente se numete polaritate. Deplasarea sarcinilor electrice ntr-o legtur covalent polar este parial, polii au sarcini electrice subunitare + i , polul negativ fiind reprezentat de atomul mai electronegativ.

    Formarea moleculei de clorur de hidrogen (acid clorhidric):

  • 19

    Formarea moleculei de ap:

    Formarea moleculei de amoniac:

    Formarea moleculei de dioxid de carbon 6C0: 1s22s22p2

    Formarea moleculei de acid cianhidric

    Formarea moleculei de acid sulfuric

    LEGTURA COVALENT COORDINATIV se realizeaz prin punerea n comun de electroni provenii de la un singur atom, de fapt

    ntreptrunderea unui orbital dielectronic al atomului donor de electroni B, cu un orbital vacant (vid, gol) al atomului acceptor de electroni A:

    Formarea ionului de hidroniu H3O+ H2O: + H + D H3O +

    Donor Acceptor

    Formarea ionului de amoniu :NH3 + H+ D NH4+

    D A

    A B + A B A B A B sau sau

    H H

    H

    BASEACID

    OHOH

    H+ ++baz acid

  • 20

    donor acceptor

    Formarea ionului complex de diamminargint (I), [Ag(NH3)2]+ :

    Ag+ + 2 :NH3 D [H3N Ag+ NH3]+

    POLARITATEA MOLECULELOR MOLECULE POLARE

    o moleculele asimetrice formate din atomi diferii, cu electronegativitate diferit, care sunt implicai n legturi covalente polare i la care centrul sarcinilor pozitive nu coincide cu centrul sarcinilor negative. Aceste molecule au momentul de dipol (momentul dipolar) permanent diferit de zero: 0D.

    o cele mai simple molecule polare sunt moleculele heteronucleare diatomice de tip AB: HF, HCl, FCl, etc.

    MOLECULE NEPOLARE o moleculele n care centrul sarcinilor electrice pozitive coincide cu centrul sarcinilor

    electrice negative. Aceste molecule au momentul de dipol (momentul dipolar) permanent zero: = 0D.

    o molecule formate din atomi identici, unii ntre ei prin legturi covalente nepolare: H2, N2, O2, Cl2, etc.

    o molecule formate din atomi cu electronegativitate diferit, unii ntre ei prin legturi covalente polare, dispui simetric n molecul D moleculele simetrice constituite din atomi diferii, unii prin legturi covalent polare: CO2, CS2, CH4, CCl4, C6H6, etc.

    LEGTURA METALIC se formeaz ntre atomii de metal ntr-un cristal metalic prin contopirea orbitalilor stratului

    exterior, rezultnd astfel orbitali extini pe toi atomii din cristalul metalic, care sunt de fapt cationi metalici; nivelele superioare de energie ale tuturor atomilor din cristal se contopesc formnd benzi de energie D electronii din aceste benzi sunt comuni atomilor ntregului cristal D se explic astfel proprietile caracteristice metalelor: conductibilitatea electric i termic, luciul metalic, opacitatea, rezistena mecanic i unele proprieti mecanice (maleabilitate pot fi trase n foi, ductilitate pot fi trase n fire)..

  • 21

    INTERACII INTERMOLECULARE = fore slabe de atracie ntre molecule: Fore de dispersie, London se exercit ntre toate tipurile de molecule (polare sau

    nepolare):

    o ntre moleculele nepolare se exercit numai fore London. Cnd aceste molecule se

    apropie una de alta, electronii atomilor lor se pot deplasa fa de nucleele atomice crendu-se o polaritate temporar n molecul. Sarcinile pariale formate instantaneu n aceste molecule au cu existen limitat n timp i determin atracia dintre aceste molecule iniial nepolare, dar polarizate instantaneu pentru un foarte scurt timp.

    o Intensitate forelor London manifestate ntre molecule crete cu masa lor molecular (deci cu volumul moleculelor) i depinde i de forma/geometria moleculelor.

    o Forele London manifestate ntre molecule nepolare explic lichefierea gazelor rare, existena iodului n stare solid, solidificarea CO2 (formarea zpezii carbonice), etc.

    Interacii dipol-dipol atracia electrostatic stabilit ntre polii de semn contrar ai moleculelor polare nvecinate, deci ntre sarcinile pariale (+ i ) permanente. La aceste interacii ntre moleculele polare se adaug i forele de dispersie.

    o Intensitatea interaciilor dipol dipol depinde de polaritatea i de forma/geometria moleculelor.

    o Legturile dipol dipol se formeaz att ntre molecule polare de acelai tip (H2O, HF, NH3, HCl, H2S, etc.), ct i ntre moleculele polare provenite de la specii chimice diferite (vezi procesele de dizolvare ale moleculelor polare n ap)

    Legturi de hidrogen se formeaz ntre molecule polare care conin atomii de hidrogen legai de atomi ai elementelor din perioada a doua, atomi cu caracter puternic electronegativ (legtur hidrogen-element puternic polar), cu volum mic i cu perechi de electroni neparticipani atomi de F, O i N. Sunt cele mai puternice fore intermoleculare.

    o Practic, legturile de hidrogen se formeaz ntre un atom de hidrogen al unei molecule (atom parial pozitivat ca urmare a implicrii sale ntr-o legtur covalent polar) i o pereche de electroni neparticipani ai unui atom puternic electronegativ i cu volum mic de la o molecul vecin

  • 22

    o Legturile de hidrogen se reprezint prin linie punctat pentru a le diferenia de legturile covalente

    o Formarea legturilor de hidrogen explic asocierea moleculelor (HF)n, H2O)n, (NH3)n, proprieti fizice ale unor molecule capabile s formeze legturi de hidrogen: puncte de fierbere i topire mult mai ridicate pentru H2O comparativ cu H2S (dei structural cele dou molecule se aseamn foarte mult), densitatea mai mic a apei solide fa de apa lichid, solubilitatea mai mare n ap a moleculelor care pot s forma legturi de hidrogen cu moleculele de ap comparativ cu alte molecule polare, etc.

    o Legturile de hidrogen au rol important n structura moleculelor cu rol biologic: proteine, acizi nucleici.

    Formarea legturilor de hidrogen ntre moleculele de fluorur de hidrogen:

    Formarea legturilor de hidrogen ntre moleculele de ap:

    Formarea legturilor de hidrogen ntre moleculele de amoniac:

    VALEN numrul care indic ci atomi de hidrogen poate lega atomul unui element sau pot fi

    nlocuii n molecula unui compus; arat capacitatea de combinare a unui atom, determinat de numrul de electroni cedai, acceptai sau pui n comun de atomul respectiv cnd se combin cu ali atomi (electrovalen sau covalen): o n acidul clorhidric, HCl, Cl este monovalent (ClI sau Cl1-); n clorura de sodiu, NaCl,

    Na este monovalent (NaI sau Na1+) o n ap, H2O, O este divalent (OII sau O2-); n oxidul de calciu, CaO, Ca este divalent

    (CaII sau Ca2+) o n amoniac, NH3, N este trivalent (NIII sau N3-); n tribromura de azot, NBr3, Br este

    monovalent (BrI sau Br) iar N este trivalent (NIII sau N3+) o n metan, CH4, C este tetravalent (CIV sau C4-); n dioxidul de carbon, CO2, O este

    divalent (OII sau O2-) NUMR DE OXIDARE, NO este o alternativ la noiunea de valen, mai generalizat, reprezentnd numrul de electroni

    implicai de un atom n formarea legturilor chimice, ionice sau covalente este sarcina formal atribuit unui element ntr-o combinaie, n raport cu caracterul su

    electrochimic: semnul + este utilizat n cazul electronilor cedai sau pui n comun i deplasai de la

    atomul considerat spre un atom mai electronegativ

  • 23

    semnul - este utilizat n cazul electronilor acceptai sau pui n comun i deplasai spre atomul considerat

    reguli pentru determinarea NO n compui simpli: se atribuie atomilor n stare elementar NO zero NO al metalelor alcaline n compui este ntotdeauna +1 NO al metalelor alcalino pmntoase n compui este ntotdeauna +2 NO al fluorului n compui este ntotdeauna -1 NO al hidrogenului este de obicei +1, cu excepia hidrurilor metalelor puternic

    electropozitive MHx cnd NOH = -1 NO al oxigenului este de obicei -2, cu excepia apei oxigenate H2O2 (peroxidul de

    hidrogen) i peroxizilor metalelor alcaline M2O2 i alcalino pmntoase MO2, deci n gruparea peroxidic O22 cnd NOO = -1. Cum numai fluorul este elementul mai electronegativ dect oxigenul, n compusul su cu fluorul oxigenul are NO pozitiv D n OF2 NOO = +2!

    NO al metalelor n compui este ntotdeauna pozitiv, deci NO minim al metalelor este zero

    NO maxim (pozitiv) pentru un element n compui nu depete de obicei numrul grupei (deci numrul electronilor de valen ai atomului elementului)

    NO minim (negativ) pentru un metal sau un semimetal (metaloid) n compui este egal cu: (8 numrul grupei)

    Suma algebric a NO de oxidare ale tuturor elementelor dintr-o specie chimic este egal cu sarcina speciei chimice respective (zero n cazul moleculelor sau sarcina ionului n cazul unui cation sau anion).

    Atomi dintr-un compus monoelementar

    NO = 0 Na0, O20, P04, Ne0

    Atomi din compui di sau polielementari:

    atomi de hidrogen

    atomi de oxigen

    atomi de fluor

    NO = +1 n majoritatea cazurilor NO = 1 n hidruri metalice MHx NO = 2 n majoritatea cazurilor NO = 1 NO = 1

    HCl H2S (H1+)Cl, (H1+)2S (fa de elemente mai electronegative dect H) NaH CaH2 Na(H1), Ca(H1)2 (fa de elemente mai electropozitive dect H) H2O Al2O3 H2SO4 H2O2, Al2(O2)3, H2S(O2)4

    H2O2 H2(O1) 2 H(O1)(O1)H (electronii din legturile realizate ntre atomi identici aparin n egal msur celor 2 atomi legai) peroxizi ai metalelor din blocul s: (Na+)2(O22 ) i (Ca2+)(O22 ) sau (Na+)2(O1 )2 i (Ca2+)(O1 )2 HF SF6 OF2 H(F1), S(F1)6, O(F1)2,

  • 24

    Ioni simpli NO = sarcina electric a ionului

    NaF Cr2S3 MnO2 Na+F (Cr3+)2(S2)3 Mn4+(O2)2

    Ioni poliatomici NO = sarcina electric a ionului

    H3O+ D [(H+)3(O2)]+ NO3 D [(N5+)(O2)3]

    Molecule Suma tuturor NOE = 0 NH3 D [(N3)(H1+)3]0 H3AsO4 D [(H+1)3(As5+)(O2)4]0

    Grupri de atomi neutre d.p.d.v. electric din moleculele compuilor organici

    Suma tuturor NOE = 0 H3C0 0CH3 [(C3)(H1+)3]0 etan H3C00CH2 0CH3 propan [(C3)(H1+)3]0 [(C2)(H1+)2]0

    Element NO Compus 10Na0 : 10Ne3s1 +1 Na2O 6C0 : 2He2s22p2 4 .... +4

    4 0+2 +4

    CH4 Cgrafit sau Cdiamant CO H2CO3

    7N0 : 2He2s22p3 3 .... +5 3 2 1 0 +1 +2 +3 +4

    +5

    NH3 H2NNH2 H2N OH N2 N2O NO HNO2 N2O4

    KNO3 29Cu0 : 18Ar4s13d10 +1 +2 Cu2O CuSO4 25Mn0 : 18Ar4s23d5 +2 +3

    +4 +6 +7

    MnCl2 Mn2O3 MnO2 K2MnO4

    HMnO4 17Cl0 : 10Ne3s23p5 1 .... +7

    1 +1 +3 +5

    +7

    HCl HClO HClO2 HClO3

    HClO4 16S0 : 10Ne3s23p4 2 .... +6

    2 0 +4 +6

    H2S S8 H2SO3 H2SO4

    CLASIFICAREA SUBSTANELOR

    - Se realizeaz dup diferite criterii, ca de exemplu: puritate, structur, proprieti 1. PURITATEA SUBSTANELOR Substana pur este un compus chimic monoelementar sau polielementar format din acelai tip de particule

    (uniti structurale), cu compoziie, structur i proprieti bine definite; proprietile lor fizice au, n condiii date, valori constante D constante fizice

    exemple: oxigenul alctuit numai din molecule de O2; dioxidul de azot alctuit din molecule de NO2; clorura de sodiu alctuit din uniti structurale compuse fiecare din cte un ion de Na+ i un ion de Cl .

    AAAmmmeeesssttteeeccc dddeee sssuuubbbssstttaaannn eee sistem format din dou sau mai multe substane care nu reacioneaz ntre ele exemple: soluia apoas de glucoz molecule de glucoz i molecule de ap; aerul

    molecule de azot, molecule de oxigen, molecule ale altor gaze i alte particule.

  • 25

    2. STRUCTURA SUBSTANELOR SUBSTAN PARTICULE

    CHIMICE LEGTURA DINTRE PARTICULE

    INTERACII REEA CRISTALIN

    SUBSTANE SALINE, IONICE Clorur de sodiu

    Cationi i anioni Na+ i Cl

    Legtur ionic Fore de atracie electrostatic

    Reea ionic

    SUBSTANE METALICE Cuprul

    Cationi i electroni

    Legtur metalic Fore de atracie electrostatice

    Reea metalic

    SUBSTANE MOLECULARE Iodul

    Molecule I I D I2

    Legtur covalent ntre atomi D molecule

    Fore intermoleculare

    Reea molecular

    SUBSTANE POLIMERE Diamantul

    Atomi C

    Legtur covalent Legturi atomice

    Reea atomic

    3. PROPRIETILE SUBSTANELOR Tipuri de substane simple i combinaii anorganice : SUBSTANE SIMPLE: metale, nemetale i semimetale COMBINAII CHIMICE: oxizi, acizi, baze, sruri METALELE au electronii de valen situai D ntr-un orbital s - metalele din blocul s: grupele 1 (IA) i 2 (IIA) D ntr-un orbital p - metalele din blocul p: grupele 13 (IIIA) 18 (VIIIA) D ntr-un orbital d - metalele tranziionale din blocul d: grupele 3 (IIIB) VIIIB (8,9 10) 11 (IB) i 12 (IIB) D ntr-un orbital f - metalele de tranziie intern, din blocul f: lantanidele din perioada a asea i actinidele din perioada a aptea. NEMETALELE au electronii de valen n numr de 4-8 i electronul distinctiv ntr-un orbital p. Se gsesc n sistemul periodic al elementelor n: D blocul p, n grupele 13 18 deasupra liniei n zig zag (ngroat) D blocul s primele dou elemente ale sistemului periodic, hidrogenul H (1s1) i heliul, He (1s2) au electronul distinctiv ntr-un orbital s. Cel mai adesea hidrogenul figureaz n grupa 1, iar heliul n grupa 18, fiind un gaz nobil. SEMIMETALELE: B, Si, Ge, As, Sb, Se, Te au proprieti mixte metalice i nemetalice.

    Proprieti generale ale principalelor tipuri de substane simple METALE SEMIMETALE NEMETALE

    caracter electropozitiv caracter electronegativ formeaz oxizi bazici din reacia lor cu apa rezult baze Na2O + H2O p 2NaOH

    formeaz oxizi amfoteri sau slab acizi din reacia lor cu apa rezult specii amfotere crora le predomin de obicei caracterul acid SiO2 + 2H2O p H4SiO4

    formeaz oxizi acizi din reacia lor cu apa rezult acizi CO2 + 2H2O p H2CO3

    au conductibilitate electric i termic ridicat

    au conductibilitate electric i termic moderat (sunt semiconductori)

    sunt izolatori

    rezistena lor electric crete cu creterea temperaturii

    rezistena lor electric scade cu creterea temperaturii

    rezistena lor electric nu depinde de temperatur

    sunt maleabile i ductile sunt casante nu sunt nici maleabile, nici ductile

    compuii lor: halogenuri, oxizi, hidruri, nu sunt volatili, au puncte de topire mari

    compuii lor: halogenuri, oxizi, hidruri, sunt volatili, au puncte de topire sczute

    compuii lor: halogenuri, oxizi, hidruri au puncte de topire joase

  • 26

    Proprietile chimice ale elementelor sunt determinate de: structura electronic i electronegativitatea atomilor, de structura substanelor simple i de condiiile de reacie: 1. Structura electronic i electronegativitatea atomilor determin reactivitatea chimic: cu ct

    este mai mare electronegativitatea unui element, cu att este mai accentuat caracterul su oxidant, respectiv cu att este mai redus caracterul su reductor: n general metalele sunt reductori, iar nemetalele oxidani; unele nemetale (H2, C, Si) cu electronegativitate redus sunt utilizate frecvent ca reductori.

    2. Structura substanelor simple natura i tria legturilor dintre atomii substanelor simple determin reactivitatea chimic a acestor specii i condiiile de reacie.

    3. Condiiile de reacie pot declana sau favoriza o anume reacie ntre substane care, n absena acelor condiii reacionale nu ar avea loc. De asemenea, pot determina i conduce acelai sistem de reactani, n condiii diferite de reacie, la ci diferite de reacie, deci la formarea unor produi de reacie diferii.

    TIPURI DE COMBINAII CHIMICE 1. COMBINAII BINARE HIDRURI combinaii cu structur covalent sau ionic ale unor elemente semimetalice i

    metalice cu hidrogenul. Elementele semimetalice mai electropozitive ca hidrogenul (deci mai puin electronegative dect hidrogenul) formeaz hidruri covalente, n timp ce metalele puternic electropozitive formeaz hidruri ionice. Trebuie menionat faptul c elementele nemetalice, cele care au electronegativitatea mai mare dect hidrogenul (deci mai mare dect 2,1) formeaz cu acesta compui hidrogenai, nu hidruri!

    o compuii hidrogenai sunt molecule polare sau nepolare (n funcie de simetria moleculei)

    o unii dintre compuii hidrogenai cu molecule polare de tipul HnE i manifest caracterul acid n soluie apoas (cedeaz protoni) se numesc hidracizi pentru c nu conin atomi de oxigen n moleculele lor

    HALOGENURI combinaii ale elementelor cu halogenii, covalente (cele ale nemetalelor i cele ale unor metalele tranziionale) sau ionice (cele ale metalelor puternic electropozitive); unele gaze rare nu formeaz halogenuri: He, Ne, Ar.

    OXIZI compui ai elementelor cu oxigenul n care acesta are starea de oxidare -2. Sub aspect. structural oxizii sunt de tip covalent, ionic sau intermediar: ionic-covalent sau covalent ionic. existnd urmtoarea corelaie cu caracterul lor acido-bazic: oxizii covaleni au caracter acid, oxizii ionici au caracter bazic, iar oxizii intermediari au caracter amfoter.

    SULFURI compui ai elementelor cu sulful n care acesta are starea de oxidare -2. Sub aspect structural sulfurile sunt de tip covalent, ionic sau intermediar.

    Ali compui: arseniuri, siliciuri, carburi, nitruri, etc. Mg3N2 = nitrura de magneziu. 2. COMBINAII TERNARE HIDROXIZI, substane compuse din ioni metalici i ioni hidroxid. Formula general este

    Mn+(OH)n, indicnd numrul ionilor de hidroxid egal cu NO al metalului: o NaOH hidroxid de sodiu, Ca(OH)2 hidroxid de calciu, Al(OH)3 hidroxid de

    aluminiu, etc. OXOACIZI, HnEOm substane compuse din atomul unui nemetal sau metal tranziional la

    stare de oxidare superioar, atomi de oxigen i unul sau mai muli atomi de hidrogen ionizabili: o HNO3 acid azotic, H2SO4 acid sulfuric, H3PO4 acid fosforic, HMnO4 acid

    permanganic, etc. SRURI (Mn+)m(A m)n substane solide cu structur cristalin ionic alctuit din cationi

    (ioni metalici sau ioni de amoniu) i anioni (ioni radicali acid): o n soluie apoas sau n topitur disociaz n ioni o se formeaz n urma reaciilor de neutralizare acid + baz:

  • 27

    o NaCl clorur de sodiu, KNO3 azotat de potasiu, CaSO4 sulfat de calciu, AlPO4 fosfat de aluminiu, Fe(HCO3)2 hidrogenocarbonat de fier, (NH4)2SO3 sulfit de amoniu, etc.

    ACID specia chimic (molecul sau ioni), care n interaciunea cu o baz (adesea o molecul de ap)

    cedeaz ioni de hidrogen (protoni) donor de protoni - H2O, HCl, H2SO4, H3PO4, CH3COOH, H3O+, NH4+, HSO4, HPO42 etc. BAZ

    specia chimic (molecul sau ioni), care n interaciunea cu un acid (adesea o molecul de ap) accept ioni de hidrogen (protoni) acceptor de protoni H2O, NH3, OH, SO42, H2PO4, CH3COO, [Fe(OH)(H2O)5]2+, etc.

    SUBSTANE AMFOTERE specii chimice care, n funcie de partenerul de reacie, reacioneaz ca acizi sau ca baze. Astfel,

    aceste substane, amfoliii, se comport ca acizi fa de baze tari, respectivi ca baze fa de acizi tari: H2O, HSO4-, H2PO42-, HPO4 -, Be(OH)2, Al(OH)3, Zn(OH)2, Cr(OH)3, etc.

    COMBINAII COMPLEXE combinaii de ordin superior alctuite dintr-un generator de complex care este atomul (ionul)

    central (de obicei metal = M) i un numr (de obicei egal cu numrul de coordinaie = NC) de specii chimice donoare de electroni (atomi, ioni sau molecule), adic liganzi (L) B [MLNC].

    K3[Fe(CN)6] hexacianoferat (III) de potasiu [Cu(NH3)4]SO4 sulfat de tetraaminocupru (II) Na[Al(OH)2(H2O)4] diaquatetrahidroxoaluminat (III) de sodiu.

    NOMENCLATURA COMPUILOR ANORGANICI Reguli IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry),

    Selecionate din RED BOOK 2005

    SCRIEREA FORMULELOR CHIMICE COMPUI IONICI SIMPLI Cationul, provenit din elementul cu caracter electropozitiv cel mai accentuat, se scrie

    ntotdeauna primul, apoi se scrie anionul Pentru compuii cu mai muli cationi i /sau anioni, acetia se scriu n ordine alfabetic, evident

    mai nti cationii urmai de anioni Excepie ionul de H+, protonul, el fiind scris ultimul n grupul de cationi (ionul de H + este denumit hidron) Exemple:

    NaCl clorur de sodiu AlF3 trifluorur de aluminiu KMgClF2 clorurdifluorur de magneziu i potasiu RbHF2 fluorur de hidrogenrbubidiu

    SUCCESIUNEA ATOMILOR N IONI I MOLECULE POLIATOMICE n general, n ionii poliatomici i moleculele neutre se scrie primul atomul central, urmat de

    ceilali atomi sau grupuri de atomi n ordine alfabetic Excepii: acizii, n formulele lor atomii de hidrogen sunt scrii primii speciile liniare, simbolurile chimice fiind scrise n ordinea care red structura speciei (ordinea n

    care se leag atomii) Exemple:

    OH ion hidroxid SO42 ion sulfat

  • 28

    CO2 dioxid de carbon PCl3O triclorur oxid de fosfor (V) HNO3 nitrat de hidrogen -SCN sulfocianur = tiocianat -NCS izotiocianat HOCN acid cianic HONC acid fulminic

    COMPUI COORDINATIVI = COMPLEX METALIC - vezi cursurile COMPUI COORDINATIVI, semestrul II Sunt combinaii de ordin superior alctuite dintr-un generator de complex M (ion sau atom

    central), i un numr de liganzi L (specii chimice donoare de electroni, care pot fi atomi, ioni sau molecule). Numrul de legturi realizate de ionul (atomul) central cu atomii donori dein liganzi reprezint numrul de coordinaie NC. Pentru liganzii donori de o singur pereche de electroni, cazurile simple, numrul de liganzi este egal cu numrul de coordinaie.

    Formula general: [MLn] o Formula unei entiti metal ligand, numit frecvent complex (denumire neacceptat

    de IUPAC) se scrie ntre paranteze drepte, indiferent dac are sau nu sarcin electric [MLn]n

    o Pentru complecii cu sarcini electrice, compleci cationici sau compleci anionici, se scrie ntotdeauna mai nti cationul i apoi anionul, indiferent dac ionul complex este cation sau anion

    o n complex se scrie primul generatorul de complex (atomul sau ionul central), urmat de liganzii anionici n ordine alfabetic i apoi de liganzii neutri tot n ordine alfabetic dup primul simbol din formulele acestora

    o Pot fi introduse ca prefixe simbolurile care indic aranjamentul spaial al liganzilor (cis-, trans, fac-, mer-)

    [Co(H2O)6]Cl2 diclorur de hexaaquacobalt (II)

    [CoCl(NH3)5]Cl2 diclorur de pentaamminclorocobalt (III)

    K3[Cr(OH)6] hexahidroxocromat (III) de potasiu

    cis-[PtCl2(NH3)2] cis-diammindicloroplatina (II)

    DENUMIRI CHIMICE

    SPECII HOMOPOLIATOMICE Pentru moleculele neutre se indic numrul atomilor prin prefixe prin numeralul grecesc

    corespunztor; se folosete prefixul catena pentru lanuri, iar prefixul ciclo pentru cicluri Pentru cationi se menioneaz termenul ion sau cation urmat de numele speciei neutre i

    specificarea ntre paranteze rotunde sarcinii (n cifre arabe) sau a numrului de oxidare (n cifre romane)

    Pentru anioni se menioneaz termenul ion sau anion urmat de rdcina numelui speciei neutre cu terminaia ur sau id (n cazul anionilor derivai de la oxigen)

    Exemple: Formula Denumirea sistematic Denumirea tradiional O2 Dioxigen Oxigen O3 Catena-trioxigen Ozon S8 Ciclo-octasulf Sulf P4 Tetrafosfor Fosfor alb

  • 29

    Hg22+ Dimercur(2+) Ion mercuros O2 Dioxid (1-) Ion hiperoxid sau superoxid O22 Dioxid (2-) Ion peroxid O2+ Dioxigen (1+) Ion dioxigenil C22 Dicarbur (2-) Ion acetilur N3 Trinitrur (-1) Ion azid I3 Triiodur (-1) Ion triiodur

    SPECII HETEROATOMICE Cationi obinui prin adiia unui ion H+ la hidruri binare:

    Polinucleare se adaug terminaia iu la rdcina numelui moleculei de hidrur; dac este cazul, se specific numrul sarcinilor pozitive prin prefixe indicnd numeralul grecesc corespunztor Hidrazina H2N NH2 formeaz cationii:

    [H2N NH3]+ = (N2H5)+ Ion hidraziniu (1+) sau diazaniu [H3N NH3]2+ = (N2H6) 2+ Ion hidraziniu (2+) sau diazanediium

    Mononucleare alternativa mai cunoscut la situaia de mai sus este de a aduga terminaia oniu la un radical provenind de la numele elementului

    NH4+ Ion ammoniu sau azaniu PH4+ Ion fosfoniu H3O+ Ion oxoniu sau oxidaniu, acceptat i hidroniu H3S+ Ion sulfoniu

    Cationi compleci vezi CHIMIA COORDINATIV, semestrul II Cazuri speciale cnd sunt acceptate denumirile triviale, non-sistematice sau semi-sistematice:

    NO+ Cation nitrozil NO2+ Cation nitril OH+ Cation hidroxiliu

    Anioni a cror denumire trivial este nc acceptat:

    OH Hidroxid (NU hidroxil) HS Hidrogenosulfur (1-) NH2 Imidur sau azadiur NH2 Amidur sau azanur SCN Tiocianat NCS Izotiocianat NCO Izocianat OCN Cianat

    Oxoacizi i oxoanionii sunt recomandate folosirea denumirilor tradiionale pentru acizii mai

    cunoscui, i denumirilor sistematice pentru restul compuilor din tabel:

    NUMELE OXOACIZILOR OBINUII I AI ANIONILOR LOR a

    Numele tradiional al

    acidului

    Numele tradiional al anionului

    Denumirea ca specie cu hidrogen

    Denumirea ca acid

    H3BO3 = acid boric

    BO33 = borat Trioxoborat de trihidrogen

    Acid trioxoboric

    (HBO2)n = acid metaboric c

    BO2 = metaborat Poli[dioxoborat(1-) de hidrogen]

    Acid polidioxoboric

  • 30

    H4SiO4 = acid orto silicic b

    SiO44 = ortosilicat Tetraoxosilicat de tetrahidrogen

    Acid tetraoxosilicic

    (H2SiO3)n = acid

    metasilicic c

    SiO32 = metasilicat Poli[trioxosilicat de tetrahidrogen]

    Acid poltrioxosilicic

    H2CO3 = acid carbonic

    CO32= carbonat HCO3 =

    hidrogenocarbonat(bicarbonat)

    Trioxocarbonat de dihidrogen

    Acid trioxocarbonic

    HOCN = acid cianic d

    OCN = cianat Nitrurooxocarbonat de dihidrogen

    Acid nitrurooxocarbonic

    HONC = acid fulminic

    ONC = fulminat Carburooxonitrat de hidrogen

    Acid carburooxonitric

    HNO3 = acid nitric

    NO3 = nitrat Trioxonitrat (1-) de hidrogen

    Acid trioxonitric

    HNO2 = acid nitros

    NO2 = nitrit Dioxonitrat (1-) de hidrogen

    Acid dioxonitric

    HPH2O2 = acid fosfinic

    H3PO2 Acid

    hipofosforos

    PH2O2 = fosfinat

    H2PO2 = PH2O2 hipofosfit

    Dihidrurodioxo fosfat (1-) de hidrogen

    Acid dihidrurodi oxofosforic

    H3PO3 = acid fosforos e

    PO33 = fosfit Trioxofosfat (3-) de trihidrogen

    Acid trihidrurotri oxofosforic (3-)

    H2PHO3 = acid fosfonic e

    PHO3-2 = fosfonat

    Hidrurotrioxofosfate (2-) de dihidrogen

    Acid hidrurotrioxofos foric

    H3PO4 = acid fosforic

    PO43 = fosfat HPO42 =

    monohidrogenofosfatH2PO4 =

    dihidrogenofosfat

    Tetraoxofosfat (3-) de trihidrogen

    Acid tetraoxofosforic

    H4P2O7 = acid difosforic

    P2O74 = difosfat oxo hexaoxodi fosfat de tetrahidrogen

    Acid oxo hexaoxodifosforic

    (HPO3)n = Acid

    metafosforic c

    PO3 = metafosfat Poly[trioxofosfat (1-) de hidrogen]

    Acid polytrioxo- fosforic

    H3AsO4 = acid arsenic

    AsO43 = arsenat Tetraoxoarsenat de trihydrogne

    Acid tetraoxoarsenic

    H3AsO3 = acid arsenios

    AsO3 3 = arsenit Trioxoarsenat (3-) de trihidrogen

    Acid trioxoarsenic

    H2SO4 = acid sulfuric

    SO42 = sulfat

    HSO4 = hidrogenosulfat

    (bisulfat)

    Tetraoxosulfat de dihidrogen

    Hidrogenotetraoxosulfat (VI)

    Acid tetraoxosulfuric

    H2S2O7 = acid disulfuric

    S2O72 = disulfat oxo hexaoxodi sulfat de dihidrogen

    Acid oxo hexaoxodisulfuric

    H2S2O3 = acid tiosulfuric

    S2O32 = tiosulfat Trioxotiosulfat de dihidrogen

    Acid trioxotiosulfuric

    H2S2O6 = acid ditionic

    S2O62 = ditionat Hexaoxodisulfat (S-S) de dihidrogen

    Acid hexaoxodisulfuric

    H2S2O4 = acid S2O42 = ditionit Tetraoxodisulfat Acid tetraoxodisulfuric

  • 31

    ditionos (S-S) de dihidrogen H2SO3 = acid

    sulfuros SO32 = sulfit Trioxosulfat de

    dihidrogen Acid trioxosulfuric

    HClO4 = acid

    percloric ClO4 = perclorat Tetraoxoclorat de

    hidrogen Acid tetraoxocloric

    HClO3 = acid cloric

    ClO3 = clorat Trioxoclorat de hidrogen Acid trioxocloric

    HClO2 = acid cloros

    ClO2 = clorit Dioxoclorat de hidrogen Acid dioxocloric

    HClO = acid hipocloros

    ClO = hipoclorit Monooxoclorat de hidrogen

    Acid monooxocloric

    HIO4 = acid periodic

    IO4 = periodat Tetraoxoiodat de hidrogen

    Acid tetraoxoiodic

    H5IO6 = acid ortoperiodicb

    H4IO6 = ortoperiodat

    Hexaoxoiodat (5-) de pentahidrogen

    Acid hexaoxoiodic (5-)

    H2CrO4 = acid cromic

    CrO42 = cromat Tetraoxocromat de dihidrogen

    Acid tetraoxocromic

    H2Cr2O7 = acid dicromic

    Cr2O72 = dicromat oxo hexaoxodi cromat de dihidrogen

    Acid oxo hexaoxodicromic

    HMnO4 = acid permanganic

    MnO4 = permanganat

    Tetraoxomanganat de hidrogen

    Acide tetraoxomanganic

    CH3COOH = acid acetic C2H4O2

    CH3COO = acetat C2H3O2

    HCN = acid cianhidric

    CN = cianur

    a Numele tradiional al anionului corespunztor este totdeauna obinut prin transformarea terminaiei ic n at i a terminaiei os n it b Prefixul orto indic acidul cel mai hidratat posibil B H3PO4 comparativ HPO3, sau H5IO6 comparativ cu HIO4 c Prefixul meta indic un produs de deshidratare al unui acid : nH3PO4 ( orto ) (HPO3)n ( meta ) + nH2O d Acidul izocianic este HNCO ; acesta nu este un oxoacid, pentru c atomul de hidrogen nu este legat de atomul de oxigen e Ceea ce numim n general acid fosforos este, potrivit acestui sistem, un amestec de acid fosforos i de acid fosfonic Sruri se scriu mai nti cationii apoi anionii, iar pentru srurile cu mai muli cationi i/sau anioni, ordinea scrierii respect att la cationi, ct i la anioni ordinea alfabetic; ionii identici se indic prin prefixele corespunztoare numeralelor greceti:

    Formula Denumirea KMgF3 Fluorur de magneziu-potasiu NaTl(NO3)2 Nitrat de sodiu-taliu(I) sau Dinitrat de sodiu-taliu MgNH4PO46H2O Fosfat de amoniu-magneziu hexahidratat NaHCO3 Hidrogenocarbonat de sodiu LiH2PO4 Dihidrogenofosfat de litiu CsHSO4 Hidrogenosulfat de cesiu

  • 32

    Hidrogentetraoxosulfat (VI) de cesiu Hidrogentetraoxosulfat (1-) de cesiu

    NaClNaF2Na2SO4 Na6ClF(SO4)2

    Clorur-fluorur-sulfat de hexasodiu

    Ca5F(PO4)3 Fluorur-tris(fosfat) de pentacalciu COMPUI COORDINATIVI MONONUCLEARI - CHIMIA COORDINATIV, semestrul II K4[Fe(CN)6] hexacianoferat (II) de potasiu [Zn(NH3)4]SO4 sulfat de tetraamminzinc (II) [Fe(H2O)6]Cl3 triclorur de hexaaquafier (III) [Fe(OH)(H2O)5]Cl2 diclorur de pentaaquahidroxofier (III) [Fe(OH)2(H2O)4]Cl clorur de tetraaquadihidroxofier (III) [Fe(OH)3(H2O)3] triaquatrihidroxofier (III) Na[Al(OH)4(H2O)2] diaquatetrahidroxoaluminat (III) de sodiu Na2[Pb(OH)4] tetrahidroxoplumbat (II) de sodiu K3[Cr(OH)6] hexahidroxocromat (III) de potasiu [Ag(NH3)2]Cl clorur de diamminargint (I) COMPUI COORDINATIVI POLINUCLEARI - CHIMIA COORDINATIV, semestrul II [{Cr(NH3)5}2(-OH)]Cl5 = pentachlorur de hydroxo bis(penta(ammin)crom) (III)

    REACII CHIMICE

    procese n care substanele se transform n alte substane: reactani D produi de reacie sunt reprezentate prin ecuaii chimice care indic reactanii (substanele care intr n reacie),

    produii de reacie (substanele rezultate din reacie), numrul de moli de reactani, respectiv de produi de reacie;

    ecuaiile reaciilor chimice pot oferi informaii suplimentare cu privire la: strile de agregare ale reactanilor i produilor de reacie

    2Fe(s) + 3Cl2(g) 2FeCl3(s) AgNO3(aq) + HCl(aq) AgCl(s) + HNO3(aq) Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s)

    condiiile de reacie (temperatur, presiune etc) CaCO3(s) Ct CaO(s) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O(l) + CO2(g)

    incazireracire Ca(HCO3)2(aq)

    N2(g) + 3H2(g) 3232 OAlOFeatm300C500 NLL 2NH3(g) efectul termic asociat reaciei:

    C(s) + O2(g) CO2(g) + 393,2 kJ ............ reacie exoterm H2O(g) + C(s) + 131,25 kJ Ct CO(g) + H2(g) ......... reacie endoterm

    CLASIFICAREA REACIILOR CHIMICE

    1. dup modul n care reacioneaz substanele: Reacii de combinare: Hg + S HgS Reacii de descompunere: KNO3 Ct o KNO2 + 1/2O2 Reacii de nlocuire (substituie): Fe + H2SO4 H2 + FeSO4 Reacii de dublu schimb: CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

  • 33

    2. dup natura particulelor schimbate de substane n reacie:

    Reacii cu schimb de electroni (reacii de oxidare-reducere) reductorul cedeaz electroni oxidantului n procesul de oxidare, iar oxidantul accept electronii donai de reductor n procesul de reducere

    Mg0 + CuSO4 MgSO4 + Cu0 Cu2+ + 2e = Cu0 | x1 D Reducere D KMnO4 = CO, AO, SO Mg0 - 2e = Mg2+ | x1 D Oxidare D FeSO4 = CR, AR, SR Cu2+ + Mg0 = Cu0 + Mg2+

    CO = caracter oxidant ; AO = agent oxidant ; SO = sistem oxidant CR = caracter reductor ; AR = agent reductor ; SO = sistem reductor

    2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 p p 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

    Mn7+ + 5e = Mn2+ | x1 | x2 D Reducere D KMnO4 = CO, AO, SO Fe2+ - 1e = Fe3+ | x5 | x10 D Oxidare D FeSO4 = CR, AR, SR 2Mn7+ + 10Fe2+ = 2Mn2+ + 10Fe3+

    H2SO4 este mediul de reacie Reacii cu schimb de protoni, H+, (reacii acido-bazice):

    KNO3

    tC

    KNO2 + 1/2O2

    Fe + H2SO4 H2 + FeSO4

    CuSO4 + 2NaOH Cu(OH)2 + Na2SO4

    Hg + S

    HgS

    H2q

    KMnO4 FeSO4 H2SO4

    MnSO4 Fe2(SO4)3

    K2SO4 H2O

    Cu(OH)2

  • 34

    HCl + NaOH NaCl + H2O Reacii cu schimb de ioni:

    NaCl + AgNO3 AgCl + NaNO3

    Este o reacie de precipitare, o reacie total pentru c AgCl est un compus greu solubil n ap

    Reacii cu schimb de molecule: CuSO4+ 4NH3 [Cu(NH3)4]SO4

    3. dup starea de echilibru chimic: Reacii reversibile (se desfoar n ambele sensuri)

    N2 +3H2 ' 2NH3 Reacii ireversibile (se desfoar ntr-un singur sens pn la consumarea total a unuia din reactani)

    Zn(s) + 2HCl(aq) ZnCl2 (aq) + H2(g) Pb(NO3)2(aq) + H2S(aq) PbS(s) + 2HNO3

    4. dup efectul termic: Reacii exoterme (reacii cu degajare de cldur):

    C + O2 CO2 + Q Reacii endoterme (cu absorbie de cldur)

    CaCO3 + Q CaO + CO2 5. dup viteza de reacie:

    NaCl

    AgCl

    [Cu(NH3)4]SO4CuSO4

  • 35

    Reacii rapide: BaCl2 + Na2SO4 BaSO4 + 2NaCl Reacii lente: ruginirea fierului, fermentaia laptelui, oetirea vinului, etc. 6. dup numrul de faze: Reacii care decurg n sisteme omogene (o singur faz):

    2NO(g) + O2(g) ) 2NO2(g) Reacii care decurg n sisteme eterogene (cel puin 2 faze): 3Fe(s) + 4H2O(g) Fe3O4(s) + 4H2(g)

    CLASIFICAREA REACIILOR CHIMICE

    endoterme

    exotermereacii cedecurg frschimbareanumruluide oxidare

    dup nr.de

    oxidare

    dupefectultermic

    redox

    dupsensul

    reaciei

    dupnumrul icompoziiareactanilori produilor

    de schimb

    de descompunere

    de combinare

    de substituiereversibile

    ireversibile

    REACII CHIMICE

    dupviteza de reacie

    rapide lente

  • 36

    Uniti de msur i prefixe SI

    Unitatea de msur este o mrime particular a unei mrimi fizice, definit i adoptat prin convenie, cu care sunt comparate alte mrimi de aceeai natur, pentru exprimarea valorilor lor n raport cu acea mrime. Ansamblul unitilor de msur definite pentru un sistem dat de mrimi fizice formeaz un sistem de uniti de msur. n prezent, unitile de msur cuprinse n Sistemul Internaional de Uniti (SI) sunt divizate n trei clase: uniti fundamentale, uniti derivate, uniti suplimentare. Acestea formeaz mpreun un sistem coerent de uniti de msur, SI, care mai include i prefixe pentru a forma multiplii i submultiplii decimali ai unitilor SI.

    Uniti SI fundamentale Mrime Denumire Simbol

    Lungimea metrul m Masa kilogram kg Timp secunda s Intensitatea curentului electric amper A Temperatura termodinamic kelvin K Cantitate de substan mol mol Intensitatea luminoas candela cd

    Uniti SI derivate Mrime Denumire Simbol

    Arie metrul ptrat m2 Volum metrul cub m3 Viteza metrul pe secund m / s Acceleraie metrul pe secund la ptrat m / s2 Numr de und unu pe metru m-1 Masa volumic (densitate) kilogram pe metru cub kg / m3 Volum specific metru cub pe kilogram m3 / kg Densitate de curent amper pe metru ptrat A / m2 Intensitatea cmpului magnetic amper pe metru A / m Concentraie mol pe metru cub mol / m3 Luminan candela pe metru ptrat cd / m2

    Factor Prefix Simbol Factor Prefix Simbol 1024 = (103)8 yotta Y 10-1 deci d 1021 = (103)7 zetta Z 10-2 centi c 1018 = (103)6 exa E 10-3 = (103) -1 mili m 1015 = (103)5 peta P 10-6 = (103) -2 micro 1012 = (103)4 tera T 10-9 = (103) -3 nano n 109= (103)3 giga G 10-12 = (103) -4 pico p 106 = (103)2 mega M 10-15 = (103) -5 femto f 103 = (103)1 kilo k 10-18 = (103) -6 atto a

    102 hecto h 10-21 = (103) -7 zepto z 101 deca da 10-24 = (103) -8 yocto y