8/13/2019 Teorie chimie anorganica
1/167
NOIUNI ELEMENTARE DE CHIMIE
CHIMIA tiina care studiaz compoziia, structura, obinerea, proprietilesubstanelor i interaciunile (transformrile) lor.
CHIMIA ANORGANICstudiaz elementele chimice i combinaiile lor, cuexcepia combinaiilor organice ale carbonului.
SUBSTANELE specii de materie cu o compoziie definit i constant peparcursul existenei substanei.
SUBSTANELE sunt alctuite din atomi identici (substane simple)sau diferii(substane compuse).
MOLECULELE sunt cele mai mici particule de materie care mai pstreazproprietile substanelor din care provin, dar pot fi descompuse n particule maisimple, numiteATOMI.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
2/167
ATOMUL cea mai mic particul dintr-o substan,care, prin procedee chimice obinuite, nu mai poate fidescompus n particule mai simple.
ELEMENTUL CHIMIC totalitatea atomilor de acelaifel.
SIMBOL CHIMIC - reprezentarea unui element
chimic printr-o liter sau dou litere derivate dindenumirea (greaca sau latin) a atomilor din care este
constituit elementul chimic.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
3/167
FORMULA CHIMIC reprezentarea tuturor elementelor i araportului n care acestea se regsesc n structura unui anumitcompus chimic.
EXEMPLE:
substana CRBUNE este alctuit din atomi de carbon C substana AP este alctuit din 2 atomi de hidrogen (H) i un
atom de oxigen (O) deci formula chimic a acestei substaneeste H2O
LIMBAJUL CHIMIC se bazeaz pe utilizarea unor conveniiacceptate la nivel internaional i utilizate pentru desemnareatermenilor i prescurtrilor utilizate pentru descrierea sistemelorchimice.
Internatinal Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC-
este organismul internaional care stabilete conveniile careguverneaz limbajul chimic, att n ceea ce privetenomenclatura propriu-zis a substanelor chimice ct i unitilede msur i simbolurile chimice (www.iupac.org).
http://www.iupac.org/http://www.iupac.org/8/13/2019 Teorie chimie anorganica
4/167
Pn n prezent au fost identificate 111 elementechimice diferite, dintre care 90 apar n stare
natural iar celelalte au fost obinute nlaborator.
Cele 11 elemente eseniale pentru organizareai funcionarea materiei vii sunt H, O, C, N, Na,K, Ca, Mg, P, S, Cl.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
5/167
Cele mai importante elemente, din punct de vedere cantitativ, prezente
n organismul animal (uman)
Element Simbol %
Oxigen O 61
Carbon C 23
Hidrogen H 10
Azot
(Nitrogen)
N 2,6
Calciu Ca 1,4
Fosfor P 1,1
Sulf S 0,2
Potasiu K 0,2
Sodiu Na 0,14
Clor Cl 0,12
Element Simbol %
Magneziu Mg 0,027
Siliciu Si 0,026
Fier Fe 0,006
Fluor F 0,0037
Zinc Zn 0,0033
Cupru Cu 0,001
Mangan Mn 0,0002
Staniu Sn 0,0002
Iod I 0,0002
Seleniu Se 0,0002
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
6/167
Atomii oricrui element sunt alctuii din doupri distincte:
-nucleul aflaat n centrul atomului,concentreaz aproape ntreaga mas a acestuiai are sarcin electric pozitiv
-nveliul electronic localizat la periferiaatomului, cu mas neglijabil i ncrcat electricnegativ.
Atomul este neutru din punct de vedere electricntruct numrul sarcinilor pozitive din nucleueste egal cu numrul sarcinilor negative din
nveliul electronic.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
7/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
8/167
Atomii se deosebesc ntre ei prin valoareasarcinii nucleare i a masei nucleare.
Pentru a identifica un atom este necesarcunoaterea numrului de protoni i anumrului de neutroni din nucleu:
-numrul de mas (A)reprezint sumadintre numrul protonilor i numrulneutronilor din nucleu;
-numrul atomic (Z)reprezint numrulprotonilor din nucleu care este egal cunumrul electronilor din nveliulelectronic.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
9/167
Particulele fundamentale care intr n structura atomului
PARTICULA Simbol Sarcina
electric relativMasa (unitiatomice de
mas u.a.m.)
PROTON p +1 1
NEUTRON n 0 1
ELECTRON e -1 1/1840
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
10/167
Izotopii (NUCLIZII)sunt specii de atomi ai aceluiai element care auacelai numr atomic (Z) dar numr de mas diferit (A).
EA
Z C
12
2 P
31
15
H
1
1 H
2
1 H
3
1
6p+6n+6e- 15+16n+15e-
protiu deuteriu tritiu
1p+1e- 1p+1n+1e- 1p+2n+1e-
6
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
11/167
Dintre elementele naturale, numai 21 sunt monoizotopice, adicprezint un singur tip de nuclee. Celelalte elemente din natur se
prezint ca amestecuri de izotopi.
Izotopii pot fi naturalii stabili atunci cnd apar i exist n anumiteproporii n materie, sau artficialicnd sunt izotopi radioactivi obtinuiprin reacii nucleare.
Existena izotopilor, ca i diversitatea elementelor din natur sepresupune a fi rezultatul unui eveniment numit Big Bang, care s-a
petrecut cu aproximativ 15 milioane de ani n urm, cnd ntreagamaterie concentrat ntr-un volum foarte mic, datorit temperaturii
foarte ridicate, s-a disipat sub form de particule foarte mici(subatomice sau elementare). Datorit rcirii ulterioare a universului,aceste particule au nceput s se uneasc dnd natere unorstructuri mai stabile, atomii.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
12/167
Teoria Big Bang cu privire la originea elementelor presupune c iniialmateria era compus numai din atomi de H i He, care au rmas idup attea milioane de ani cele mai rspndite elemente din
univers, celelalte elemente formndu-se prin reacii nucleare. Reaciile nucleare au loc prin bombardarea nucleelor int cuparticule elementare (protoni, neutroni) sau cu alte particule deenergie nalt.
n medicin este folosit marcarea unor substane cu izotopiradioactivi, care, dup introducerea n organism permit att
evidenierea, distribuia dar i determinarea cantitilor de substanecare i conin, prin msurarea emisiei radioactive. n acest scop sefolosesc izotopi ai iodului, fosforului, sulfului sau hidrogenului.Radioizotopii cobaltului se folosesc pentru distrugerea celulelortumorale, chiar sub numele de cobaltoterapie.
Izotopul 14C este folosit pentru stabilirea vrstei substanelor careconin carbon, deci i a fosilelor, obiectelor de art obinute dinmateriale organice, vrsta erelor geologice.
Utilizrile izotopilor radioactivi trebuie s fie corelate cu msuri deprotecie speciale, datorit efectelor nocive pe care acetia le inducasupra organismului viu.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
13/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
14/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
15/167
Stare extrema de existenta a materiei, sub forma unei supe de particule
subatomice: formarea unui proton din 3 quarcuri
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
16/167
Particule subatomice
Particula Simbolul Numr de mas Sarcinaelectric
foton
foton (radiaie
electomagnetic)
0 0
particul 0 -1
neutrino 0 0
particul
(nucleu de He)
4 0
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
17/167
Nucleuleste nconjurat de un nor de electroni, care reprezint osarcin negativ difuz, de intensitate variabil.
nveliul electroniceste reprezentat de totalitatea elctronilor dintr-
un atom, care se afl n micare permanent n jurul nucleului.Electronii nu se deplaseaz haotic n jurul nucleului ci sunt distribuiipe anumite nivele energetice.
Electronii cu o energie aproximativ egal constituie un stratelectronic.
Fiecrui strat electronic i pot corespunde mai multe substraturi
alctuite din orbitali. Orbitalulreprezint starea posibil a electronilor n atomcaracterizat printr-o anumit cantitate de energie i o anumitforma geometric, iar n ansamblu reprezint traiectoria n t impparcurs de electoni.
Energia orbitalilor este cu att mai mic cu ct se afl mai aproape
de nucleu:
Orbital: s p d f
energie
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
18/167
Starea energetic a electronilor din nveliul electronic al unui atomeste caracterizat de patru parametri numii numere cuantice.Fiecare dintre aceti parametri are anumite valori numerice isemnificaie fizic proprie.
Numrul cuantic principal, n, indic nivelul energetic respectivstratul de electroni n care se afl electronul, are valori de la 1 la 7pentru elementele descoperite pn n prezent dar poate creteteoretic pn la .
Numrul cuantic secundar, l,indic substratuldin cadrulstratului, are valori de la 0la n-1. Valoarea 0 a numrului cuantic
secundar o au electronii aflai n orbital de tip s, care au simetriecircular, iar valorile diferite de 0 caracterizeaz electroni din orbitalicu simetrie eliptic.
Numrul cuantic magnetic, m, indic poziionarea n spaiu aorbitei fa de o anumit direcie reprezentat de cmpul magnetic(sau electric), i are valori exprimate de relaia (2l+1),cuprinse nintervalul [ -l , +l ].
Numrul cuantic de spin, s, indic rotaia electronului n jurulpropriei axe, n sens orar sau antiorar, i are valori + 1/2.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
19/167
DESCOPERIREA ELEMENTELOR I
PRIMELE CLASIFICRI
Elementele carbon, sulf, fier, cupru, argint, aur i mercurse cunoteaunc din antichitate.
Pn la sfritul secolului al XIX-leanumrul de elemente cunoscute acrescut rapid datorit avantajelor aduse de progresele din fizic i
mbuntirii tehnicilor experimentale de cercetare: electroliza,spectroscopia atomic de mas (prin excitaie termic, atomii emit radiaiicu frecvene de unde caracteristice).
Dup elementul cu numrul 106,denumit iniial Unihexium,obinutartificial n 1974, s-au mai obinut nc 12, astfel c putem spune n
prezent c numrul elementelor cunoscute este de 118, iar numrul lormai poate crete. Aa cum s-a menionat n capitolul anterior,Copernicium,elementul 112 este ultimul recunoscut oficial de IUPAC, iarnumele lui este nc n discuia comunitii tiinifice.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
20/167
Democritatomos = indivisible
Dalton said:Stuff can be broken into elements (the things listed on the periodic table).Elements are atoms with different masses.Compounds are a combinations of elements. You know, like water, salt or pizza.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
21/167
J.Jonah Jameson Thomson - (AKA J.J.)
Rutherford Scattering
the atom must have a small positive nucleus with theelectrons around them.
Electrons are small and negatively
chargedProtons are in the nucleusFor a particular element, onlycertain frequencies (colors) of lightare absorbed or emitted.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
22/167
Schrodinger and HeisenbergModel
Scientists build models. When new evidence is collected, the models change.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
23/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
24/167
Una dintre primele tentativede clasificare -
Dbereiner,1829propune o sistematizare aelementelor sub form detriade,n care masaelementului din mijlocultriadei era foarteapropiat de mediaaritmetic a celorlaltedou:
Li Cl S
Na Br Se
K I Te
Folosind acest criteriu de clasificare, la 1850 se cunoteauaproximativ 20 de triade.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
25/167
-Legea octavelor,alctuit de Newlands, n 1864, se bazeaz pe faptulc, dup o niruire a elementelor n ordinea cresctoare a maselor
atomice, fiecare al VIII-lea element prezenta asemnri cu primul.
-Mendeleeveste primul care realizeaz o clasificare tiinific
a elementelor, iar n forma propus de el, tabelul avea 8 grupeverticalei 12 iruri orizontale, masele atomice ale elementelor crescnd de lastnga la dreapta.-Mendeleeva putut anticipa descoperirea unor elemente noi, crora le-arezervat csue goale n tabelul su, dar le-a putut anticipa, uneori cu mareprecizie, unele dintre proprietile fizice i chimice.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
26/167
-Legea octavelor,alctuit de Newlands, n 1864, se bazeaz pe faptulc, dup o niruire a elementelor n ordinea cresctoare a maselor
atomice, fiecare al VIII-lea element prezenta asemnri cu primul.
-Mendeleeveste primul care realizeaz o clasificare tiinific
a elementelor, iar n forma propus de el, tabelul avea 8 grupeverticalei 12 iruri orizontale, masele atomice ale elementelor crescnd de lastnga la dreapta.-Mendeleeva putut anticipa descoperirea unor elemente noi, crora le-arezervat csue goale n tabelul su, dar le-a putut anticipa, uneori cu mareprecizie, unele dintre proprietile fizice i chimice.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
27/167
Mendeleev
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
28/167
Prediciile lui Mendeleev
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
29/167
LEGEA PERIODICITII
Tabelul periodic al elementelor chimice nforma actual are la baz trei ideifundamentale:
1.tendina gsirii unei clasificri naturale;2.recunoaterea existenei unei legturi ntremasa atomic i proprietile chimice ifizice;
3.periodicitatea proprietilor chimice ifizice.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
30/167
Legea periodicitii (Mendeleev) proprietileelementelor precum i ale combinaiilor lor sunt funciiperiodice ale masei atomice.
Legea periodicitii (actual) n tabelul periodic elementele suntaezate n ordinea cresctoare a sarcinilor nucleelor atomice iarproprietile elementelor sunt funcii periodice ale numrului atomicZ.
Tabelul periodic al elementelor n forma actual cuprindeelementele aezate n ordinea creterii valorii unei proprieti
fundamentale a acestora, numrul atomic Zi nua numrului demasA. irurile orizontaleale tabelului se numesc perioade, iar
coloanele verticale grupe. Numerotarea grupelor se face n dou moduri, fie cu cifre romane
de la I la VIII grupele principale i cu cifre arabe de la 1 la 10
grupele secundare, fie, n conformitate cu recomandrile recente aleIUPAC toate grupele, n ordine, cu cifre arabe, de la 1 la 18.Perioadele sunt numr de 7 i se noteaz cu cifre arabe.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
31/167
S-a observat ca periodicitatea proprietilor elementelor estelegat de modificrile produse la nivelul nveliului electronic idepind mai ales de modul n care se completeaz straturile
externecu electroni
PERIODICITATEA CONSECIN A CONFIGURAIEINVELIULUI ELECTRONIC
nveliul electroniceste reprezentat de totalitatea elctronilor dintr-un atom, care se afl n micare permanent n jurul nucleului.Electronii nu se deplaseaz haotic n jurul nucleului ci sunt distribuiipe anumite nivele energetice.
Electronii cu o energie aproximativ egal constituie un stratelectronic.
Fiecrui strat electronic i pot corespunde mai multesubstraturi alctuite din orbitali.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
32/167
nveliul electroniceste reprezentat de totalitatea elctronilor dintr-un atom, care se afl n micare permanent n jurul nucleului.Electronii nu se deplaseaz haotic n jurul nucleului ci sunt distribuii
pe anumite nivele energetice. Electronii cu o energie aproximativ egal constituie un stratelectronic.
Fiecrui strat electronic i pot corespunde mai multesubstraturi alctuite din orbitali.
Orbitalulreprezint starea posibil a electronilor n atom
caracterizat printr-o anumit cantitate de energie i o anumitforma geometric, iar n ansamblu reprezint traiectoria n t impparcurs de electoni.
Energia orbitalilor este cu att mai mic cu ct se afl mai aproapede nucleu:
Orbital: s p d f
energie
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
33/167
Starea energetic a electronilor din nveliul electronic al unui atomeste caracterizat de patru parametri numii numere cuantice.Fiecare dintre aceti parametri are anumite valori numerice i
semnificaie fizic proprie. Numrul cuantic principal, n, indic nivelul energetic respectivstratul de electroni n care se afl electronul, are valori de la 1 la 7pentru elementele descoperite pn n prezent dar poate creteteoretic pn la .
Numrul cuantic secundar, l,indic substratuldin cadrul
stratului, are valori de la 0la n-1. Valoarea 0 a numrului cuanticsecundar o au electronii aflai n orbital de tip s, care au simetriecircular, iar valorile diferite de 0 caracterizeaz electroni din orbitalicu simetrie eliptic.
Numrul cuantic magnetic, m, indic poziionarea n spaiu aorbitei fa de o anumit direcie reprezentat de cmpul magnetic(sau electric), i are valori exprimate de relaia (2l+1),cuprinse nintervalul [ -l , +l ].
Numrul cuantic de spin, s, indic rotaia electronului n jurulpropriei axe, n sens orar sau antiorar, i are valori + 1/2.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
34/167
Orientarea n spaiu a orbitalilor s i p
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
35/167
PRINCIPII DE COMPLETARE A STRATURILOR CUELECTRONI
-electronii tind s ocupe nivelele energetice ct maijoase, orbitalii fiind ocupai cu electroni n ordineacreterii energiei: nivelul ns se ocup naintea nivelului(n-1)d, (n-2)f dup completarea ns;
-fiecare orbital poate fi ocupat de maximum doi
electroni cu aceeai stare energetic, de spin opus; -completarea orbitalilor care au energia egal se
face n aa fel nct numrul de electroni necuplai s fiemaxim;
-orbitalii substraturilor primesc cte un electron cuacelai spin i doar dup ceau fost completai cu cteun electron se trece la completarea cu cel de-al doileaelectron de spin opus:
Substrat Nr de Orbitali Numr total de electroni
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
36/167
s 1s 2 s2
p 3p 6 p6
d 5d 10 d10
f 7f 14 f 14
Ordinea completrii cu electroni nu respect ntotdeauna ordinea cresctoare anumrului de straturi deoarece sunt orbitali care au energie inferioar numrului stratuluidin care fac parte, exemplu elementul Kripton, Z = 36:
1s2 2s22p6 3s2 3p6 4s23d 104p6(1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s24p64d10)
Straturile, substraturile i orbitalii fiecrui element sunt aceleai i ocuparea cu electronise face n mod identic la toi atomii unui element dar i la atomii tuturor elementelor.ntre ele, elementele se deosebesc prin configuraia electronic a ultimului strat n care
se afl electronul distinctiv:H Z = 1 1p, 1e configuraia 1s1
He Z = 2 2p, 2e configuraia 1s2
Li Z = 3 3p, 3e configuraia 1s2, 2s1
Elementele la care electronul distinctiv se afl n orbitalul ssau pse numesc tipice
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
37/167
p p
sau
reprezentative:
ns1-2 np1-6
Elementele la care electronul distinctiv se afl n orbitalul dse numesc
tranziionale:
(n-1)d1-10ns0-2
Elementele la care electronul distinctiv se afl n substratul fse numesc
lantanoidei actinoide:
(n-2)f1-14(n-1)d0-10ns2
* n reprezint numrul stratului de electroni.Configuraia electronica elementului potasiu (K), cu Z = 19
1s22s22p63s23p64s1
Configuraia electronic a elementului calciu (Ca) cu Z = 20
1s2
2s2
2p6
3s2
3p6
4s2
ELECTRONII DUN STRATULEXTERIOR DETERMIN xx
Ocuparea cu e-a primelor 4 straturi
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
38/167
EXTERIOR DETERMINPROPRIETILE CHMICE ALESUBSTANELOR I SE NUMESCELECTRONI DE VALEN
Un strat electronic se noteaz cu cifracare indic stratul, urmat de literacare indic tipul de orbital, iar numrulelectronilor din orbital se noteaz caexponent.
STRUCTURI ELECTRONICESTABILE SUNT:
-dublet pe primul strat 1s2(K)
-octet pe ultimul strat ns2np6 -substraturile semiocupate d5, f7
Stratul 1(K) 2(L) 3(M) 4(N)
Nr. max. dee- pe strat
2 8 18 32
Substratul 1s 2s 2p 3s3p3d 4s4p4d4f
Nr. max. dee-pesubstrat
2
2
2 6
8
2 6 10
18
2 6 10 14
32
xxp p
Substratul de tip d semiocupat sau complet ocupat
cu e-este mai stabil i de aceea are loc saltul unuielectron din orbitatlul de tips n cel de tip d.Cr Z=24 1s22s22p63s23p64s13d5salt din 4s n 3dCu Z=29 1s22s22p63s23p64s13d10 salt din 4s n 3d
3s2p3p
4s3d
4pEnergia orbitalilor
Tabelul periodic al elementelor n forma actualcuprinde elementele aezaten ordinea creterii alorii nei proprieti f ndamentale a acestora n mr l atomic Z
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
39/167
p p n ordinea creteriivalorii unei proprietifundamentale a acestora, numrulatomic Zinu a numruluide masA.
irurile orizontale ale tabelului se numesc perioade, iar coloanele verticalegrupe. Numerotarea grupelor se face n doumoduri, fie cu cifre romane de la I laVIII grupele principale i cu cifre arabe de la 1 la 10 grupele secundare, fie, nconformitate cu recomandrile recente ale IUPAC toate grupele, n ordine, cu cifrearabe, de la 1 la 18. Perioadele sunt numr de 7 i se noteaz cu cifre arabe.
S-a observat ca periodicitatea proprietilor elementelor este legat demodificrileproduse la nivelul nveliuluielectronic idepind mai ales de modul ncare se completeazstraturile externe cu electroni.
Din configuraia electronic a elementelor din sistemul periodic se desprind treitipuri de structuri:
1. structuri electronice n care electronul distinctiv se gsetepe ultimulstrat ntr-un orbital ssau p, aceste elemente fiind plasate n grupele principaleale sistemului periodic:
-elementele din grupa VIII (18) se numesc gaze rare sau nobile deoareceau ultimul strat al nveliului cu electroni complet;
- elementele din grupele I (1), II (2), III (3) care conin pe ultimul strat 1,2,3electroni au tendina de a cedaaceti electroni ajungnd ca pe ultimul strat s aibconfiguraia electronic a ultimului element gazul rar- din perioada anterioar;
- elementele care cedeaz electroni (1,2,3) se transform n ioni pozitivideoarece n nucleu se creeaz astfel un excedent de protoni; aceti ioni pozitivisenumesc cationi; elementele care au tendina de a se transforma n cationi senumesc metale i au caracter electropozitiv;
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
40/167
- elementele din grupele V (15), VI (16), VII (17) au tendinade a acceptaelectronicompletndu-iultimul strat pentru a ajunge la configuraiaelectronica gazului rardin aceeaiperioad; acceptnd electroni aceste elemente devin ioni negativi sauanioni, se manifestca nemetale iau caracter electronegativ;
2. Structrurile electronice n care electronii de valenpot fi distribuiipedoustraturi exterioare incomplete ise pot afla n dis, d ipsau numai n disunt plasate n grupele secundare ale sistemului periodic (grupele 11-14):
-acestea se numesc tranziionale i au caracter electropozitiv mai slab, deci
sunt metalein combinaiilelor apar n mai multe stride valen;
3. Structurile electronice la care electronii din ultimul strat se pot afla
chiar pe trei substraturi incomplete f, d, s numindu-se lantanide (lantanoide) iactinide (actinoide) iau n sistemul periodic o poziieseparat.
Numrulperioadei indicnumrulstratului electronic exterior, respectiv numruldestraturi electronice ocupate, iar numrulgrupei notat cu cifre romane (I-VIII) aratnumrulelectronilor de pe ultimul strat.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
41/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
42/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
43/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
44/167
Forma modern recomandata deIUPAC
Unde ar trebui plasat H?
http://www.iupac.org/reports/periodic_table/8/13/2019 Teorie chimie anorganica
45/167
Unde ar trebui plasat H?
-n grupa 1 (I) plasat deasupra Li, deoarece formeaz ioni H+
-n grupa 17 (VII) deasupra F, deoarece formeaz ioni H
-n deasupra i ntre B i C, deoarece are electronegativittae intermediar
-sus n mijloc, deoarece nicieri nu se afl poziia ideal!
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
46/167
Careeste poziia ideal pentru Al?
Fathi Habashi propune, n Chemistry in Education (1994)ca Al s fie plasat deasupra scandiului i ncontinuare dup Mg:
Tabelul periodic Bayley-Thomsen-Bohr
http://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/Al_in_PT.pdfhttp://www.meta-synthesis.com/webbook/35_pt/Al_in_PT.pdf8/13/2019 Teorie chimie anorganica
47/167
ntr-o formulare adaptat de Eric Scerridup tabelele concepute de Thomas Bayley, Jrgen Thomsen andNeils Bohreste subliniat natura asimetric a legii periodicitii:
Eric Scerri, The Evolution of the Periodic System, American Scientist, November-Decembe, 1997,546-553
http://www.americanscientist.org/template/OlderIndex;jsessionid=aaa7ddkgIKxSEqhttp://www.gerstein.info/fun/alt-periodic-tbl.big.gifhttp://www.americanscientist.org/template/OlderIndex;jsessionid=aaa7ddkgIKxSEq8/13/2019 Teorie chimie anorganica
48/167
http://www.plan59.com/av/av474.htm8/13/2019 Teorie chimie anorganica
49/167
http://www.apsu.edu/robertsonr/xem/ACS%20Conference%20in%20New%20Orleans/page_1.htm8/13/2019 Teorie chimie anorganica
50/167
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pb Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac
Element esenial pentruconstruirea biomoleculelor
Nutrient important pentruanimale i om
Element utilizat nmedicin
Prezent norganism, posibil
toxicMineral esenial pentruanimale i om
Prezent n organism, nu secunoate dac are rol nutritivsau aciune toxic
Elemnt consideratotrvitor pentruanimale i om
Importana elementelor din tabelul periodic pentru sistemele vii
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
51/167
31.X.2011
Periodicitateaproprietilor elementelor este legat demodificrile produse la nivelul nveliului electronic i
depind mai ales de modul n care se completeazstraturile externe cu electroni.
proprieti periodice determinate de structura
nveliului electronic i care se repet la anumiteintervale de variaie a numrului atomic, nfuncie de repetabilitatea configuraieielectronice a ultimului strat;
proprieti neperiodice-determinate direct denucleu i sunt reflectate de variaia numruluiatomic (Z) i de numrul de mas (A).
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
52/167
Proprietile elementelor
Proprieti neperiodice-masa atomic
-sarcina nuclear
-spectre de raze X
Proprieti periodice -razele atomice i razele ionice-energia de ionizare
-afinitatea pentru electron ielectronegativitatea
-caracterul electrochimic
-caracterul acido-bazic al oxizilori hidroxizilor
- caracterul oxido-reductor
- densitatea, punctele de fierberei de topire
-proprietile magnetice
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
53/167
PROPRIETILE NEPERIODICE ALE ELEMENTELOR
Numrul atomic Z numrul de ordine n tabelul
periodic, crete continuu, de la 1, pentru H, la 112 (116)pentru ultimul element descoperit; n csuele tabeluluise noteaz deasupra simbolului elementului.
Masa atomic relativ se noteaz sub simbolulelementului n tabelul periodic, este de obicei un numr
zecimal deoarece se calculeaz n funcie de numrul demas al tuturor izotopilor elementului i de frecvena cucrea acetia apar; se msoar n uniti atomice demas u.a.m.
1 u.a.m. = a 12-a parte din masa izotopului de carbon12C (1,66057 10 -27kg)
Exemple: Ar Li este 6,941, Ar H este 1,008
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
54/167
PROPRIETILE PERIODICE ALE ELEMENTELOR
Raza atomic reprezint jumtatea distaneidintre nucleele a doi atomi identici aflai n staregazoas. Se msoar n (Angstrom)
1 = 10-10m
n grup, raza atomic crete de sus n jos,pe msur ce crete numrul de straturi alenveliului electronic.
n perioad raza atomic scade de la stnga
la dreapta, datorit creterii numrului de sarcininucleare, n vreme ce numrul de straturi alenveliului electronic rmne constant.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
55/167
Raza ionicreprezint distana dintre centrul nucleuluii ultimul strat ocupat cu electroni. Este o mrime carecaracterizeaz dimensiunea relativ a unui ion ntr-un
cristal ionic;- razele cationilor sunt mai mici dect razele atomilorcorespunztori;
- razele anionilor sunt mai mari dect razele atomilorcorespunztori;
-n aceai perioad, raza unui ion este cu att mai mic cuct numrul protonilor din nucleu este mai maredeoarece se produce o contracie a straturilor de e-datorit forei mai mari de atracie a nucleului:
Na+Mg2+ Al3+ As3- Se2- Br -
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
56/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
57/167
pierznd electroni, un atom se transform ntr-un cation cu aceeai sarcin nuclear ca a
atomului, care atrage un numr mai mic deelectroni, ceea ce are ca rezultat scderea razeiatomice
acceptnd electroni, un atom se transform ntr-un anion cu aceeai sarcin nuclear ca aatomului, care atrage un numr mai mare deelectroni, ntre care se manifest i respingerile
electrostatice, fapt ce determin extindereanorului electronic i deci creterea razei ionice
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
58/167
Energia de ionizare: reprezint cantitatea de energieconsumat pentru a ndeprta un electron din nveliulelectronic al unui atom aflat n stare gazoas.
Cele mai mici energii de ionizare se ntlnesc laelementele grupei 1, ntruct pe primul strat al nveliuluielectronic se afl un singur electron.
Cele mai mari energii de ionizare se ntlnesc laelementele din grupele 17 i 18, pentru c au 7 irespectiv 8 electroni pe ultimul strat.
n grup, energia de ionizare scade de sus n jos. Cu ctnumrul de straturi din nveliul de electroni este maimare, cu att scade fora de atracie a nucleului fa deelectronii periferici.
Elementele care formeaz uor ioni pozitivi (au energiede ionizare mic) au caracter electropozitivsaumetalic.
Elementele au energie de ionizare mare, formeazgreu ioni pozitivi, au caracter nemetalic.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
59/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
60/167
Electronegativitateaeste o mrime relativ carereflect capacitatea unui atom de a atrage sau respingeelectronii de legtur dintr-un compus chimic.
n tabelul periodic, cesiul (Cs), care este ultimul elementdin grupa 1, are electronegativitatea minim, caracterulelectropozitiv cel mai puternic, caracterul metalic cel maipronunat, iar florul (F) este cel mai electronegativ
element i cel mai reactiv nemetal.
n tabelul periodic electronegativitatea crete n grup dejos n sus, iar n perioad crete de la stnga la dreapta.
Exist i elemente care au caracter de tranziie ntremetale i nemetale, prezentnd proprieti ale ambelortipuri de elemente. Ex: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, At
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
61/167
C t l t li l t iti d
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
62/167
Caracterul metalic sau electropozitivscade nperioad de la stnga la dreapta i crete n grupde sus n jos. Toate elementele din grupele
secundare au caracter metalic slab electropozitivcare variaz invers dect n grupele principale adicscade de sus n jos.
Caracterul nemetalic sau electronegativcrete n
perioad de la stnga la dreapta i n grup de jos nsus.
Caracterul electrochimic al elementelor este oproprietate periodic.
Caracterul combinaiilor cu oxigenulreflectvariaia de electropozitivitate sau electronegativitate
n sistemul periodic.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
63/167
Combinaiile binare ale elementelor cu oxigenul senumesc oxizi.
Oxizii metalelorau caracter bazic, deoarece n reaciecu apa formeaz hidroxizi.Caracterul bazic alhidroxizilor scade n perioad, la fel ca ielectropozitivitatea, de la stnga la dreapta:
Na2O + H2O 2 NaOHbaz tare
toCMgO + H2O Mg(OH)2
baz slab
Al2O3 + 3 H2O 2Al(OH)3caracter amfoter
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
64/167
Caracter amfoter prezint substanele care n reacie cubazele se comport ca acizi, iar n reacie cu acizii se
comport ca baze.tetrahidroxoaluminat de sodiu
Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH)4]
Al(OH)3 + 3 HCl AlCl3 + 3 H2O
clorur de aluminiu
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
65/167
Oxizii nemetalelorau caracter acid, deoarece n reacie cu apaformeaz hidroxiacizi. Caracterul acid al hidroxiacizilor crete nperioad, la fel ca i electronegativitatea, de la stnga la dreapta:
C + O2 CO2
CO2 + H2O H2CO3acid carbonic acid slab
S + O2 SO2
SO2 + H2O H2SO3acid sulfuros acid slab
2 SO2 + O2 2 SO3
SO3 + H2O H2SO4acid sulfuric acid tare
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
66/167
C
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
67/167
Caracterul acido-bazic al elementelor este o proprietateperiodic:
-n grupele principale cretede sus n jos odat cucreterea caracterului
electopozitiv (exemplugrupa 2):
BeMg
Ca
SrBa
Be(OH)2 caracteramfoter (secomport att caacid ct i ca
baz)Ba(OH)2caracterbazic puternic
C t l id b i l l t l t i t t
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
68/167
Caracterul acido-bazic al elementelor este o proprietate
periodic:
n perioade caracterul bazic scade de la stngala dreapta:
LiOH caracter bazic puternic
Be(OH)2 caracter amfoter
B(OH)3 caracter slab acid
C t l id l bi iil bi hid l d
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
69/167
Caracterul acidal combinaiilor binare cu hidrogenuldetipul HnA crete n grup de sus n jos:
F Cl Br I
HF HCl HBr HIacid slab cel mai tare acid
-in perioade caracterul acid al combinaiilor binare cuhidrogenul creteodatcu numrulgrupei:
S Cl
H2S < HCl
Acid sulfhidric Acid clorhidric
V l t t fl t it t d
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
70/167
Valena este un numr ntreg care reflect capacitatea decombinare a atomilor unui element cu ali atomi.
Electrovalenareprezint numrul de electroni cedai sauacceptai de atomii unui element n procesul de formarea ionilor, deci electrovalena reprezint valenaelementelor n combinaii ionice.
Covalenareprezint numrul de electroni pe care atomiiunui element i pun n comun cu electronii altor atomiidentici sau diferii.
n tabelul periodic, valena maxim este aceeai pentru
toate elementele din aceeai grup, iar pentru grupeleprincipale 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 este egal cu numrulde electroni de pe ultimul strat.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
71/167
Valena elementelor reprezentative
Nr.grupei 1 2 13 14 15 16 17 18
Nr. e- de peultimul strat
1 2 3 4 5 6 7 8
Nr. e-
de peultimul strat 1 2 3 4253
64
2
75
3
1
0
Elementele cu 1, 2 i 3electroni pe ultimul strat al
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
72/167
, pnveliului electronic au valen invariabil, egal cunumrul acestor electroni.
Elementele cu 4, 5, 6, 7electroni pe ultimul strat alnveliului electronic au valen variabil n funcie decombinaiile n care se afl.
Elementele care au 8electroni pe ultimul strat alnveliului electronic nu particip la interaciuni cu aliatomi, ntruct au o configuraie electronic stabil. Elese numesc gaze rare sau nobile.
Elementele tranziionaledin grupele secundare 3 12ale sistemului periodic, care au ultimul substrat d n cursde completare, au valen variabil de la 1 pn lanumrul grupei din care fac parte.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
73/167
n strile inferioare de valen se comport ca
metale, formnd oxizi bazici (MnO, CrO,) care nreacie cu apa genereaz hidroxizi (Mn(OH)2,Cr(OH)2) i sruri ionice cu formula generalMeXn.
n strile superioare de valen se comport canemetale, formnd oxizi acizi (Mn2O7, Cr O3)care genereaz acizi HMnO4, H2CrO4ioxosruri precum K2Cr2O7, KMnO4.
n stri intermediare formeaz compui cucaracter amfoter (MnO2, Cr2O3)
LEGTURA COVALENT
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
74/167
LEGTURA COVALENT
DEFINIIE: legtura chimic stabilit ntre elemente cuelectronegativitate apropiat sau egal, care pun n comunelectroni pentru a putea dobndi configuraie stabil peultimulstratalnveliuluielectronic.
N URMA STABILIRII DE LEGTURI COVALENTE SEFORMEAZMOLECULE.moleculelesuntcele maimici particuledintr-osubstancaremaipstreazproprietilefiziceichimice aleacesteia
Punerea n
comun de
electroni se
realizeaz
prin
ntreptrunderea orbitalilor care conin cte un electron despinopus. Se formeaz astfel orbitali extini numiiorbitalimoleculari.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
75/167
CLASIFICAREA LEGTURILOR COVALENTE
Dup numrul electronilor pui n comun: SimpleDubleTripleH H H Cl
O O C O
N N H C N
up natura atomilor participani la legtur: OmogenesaunepolarentreatomiidenticiH H O O N N
Eterogenesaupolarentreatomidiferii
H Cl C O H C N
legtura covalent coordinativ sau dativ
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
76/167
legtura covalent coordinativ sau dativ-acest tip de covalen se realizeaz ntre un
atom care dei este implicat n alte legturi mai
posed un dublet electronic neparticipant(donor)pe care l poate pune n comun cu un altatom (sau ion) care are orbital(i) exterior(i) liber(i) (neocupat cu e-) care devine acceptor; atomul
donor dobndete astfel o sarcin electricparial pozitiv iar cel acceptor o sarcinparial negativ, motiv pentru care legturacoordinativ a mai fost denumit semi-ionic;
aceast legtur poate fi reprezentat fie ca ocovalen simpl fie ca o sgeat de la donorctre acceptor.
H+
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
77/167
H O H + H O H
H O H
+ HO-
.. .. .. ..
HNO2 H O N :: O: H-O-N=O acid azotos..
..
:O : O.. .. ..
HNO3 H O N :: O: H-O-N=O acid azotic
O O
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
78/167
.. ..
H2SO4 HOSOH H2SO3 HOSOH.. ..
O
OH
H
3PO
4 O :POH
OH
Leg.coordinativsentlnetencombinaiicomplexe sau compleci
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
79/167
2+NH3
H3NCu NH3 2HO-
NH3
[Cu (NH3)4](OH)
2hidroxidul tetraaminocupric
Cu Z=29 3s23p63d104s1
Cu2+ 3d94s04p0
NH3 NH3 NH3NH3.... .. .. ..
Ion central acceptorLigand donor Numr de coordinare
Ion contrar
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
80/167
K4[ Fe(CN)6] - hexacianoferat divalent de potasiu Fe _ _ _ _ _
3d 4s 4pFe2+: -CN:-CN: -CN: -CN: -CN: -CN:
-
CN-CN -CN
4 K1+ Fe2+-
CN-
CN-CN
4-
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
81/167
Structura clorofilei A Structura hemului
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
82/167
Combinaiile complexe care conin un singur atom sau ioncentral se numesc combinaii complexe mononucleare,iarcombinaiile complexe care conin mai muli atomi sau ioni
centrali se numesc combinaii complexe polinucleare. Liganzii pot fi identici sau diferii iar numrul de liganzilegai de un atom sau ion central se numete numr decoordinare.
Dei, cu excepia gazelor nobile, toate elementele
sistemului periodic pot funciona ca atom central, s-aconstat c tendina maxim de formare a combinaiilorcomplexe o prezint elementele tranziionale.
Ca liganzi pot funciona att ioni anorganici saumolecule anorganice care au dublete electronice
neparticipante la unul dintre atomi, dar i structuri organicecomplexe care au n molecula lor atomi capabili sfuncioneze ca donori de electroni.
Formarea leg coordinative att ntre nemetale ct i ntre metale i
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
83/167
nemetale a determinat introducerea unei noiuniconvenionale,numitnumrde oxidareNumrulde oxidare reprezintnumrulde electroni aparinnd
unui atom cu care acestaparticipla formarea de legturichimice.Numrulde oxidare este reprezentat prin cifre arabe n faacroraestetrecut semnul + sau - , iar numrul de oxidare se pune deasupra
simbolului elementului.n cazul legturilorcovalente polare, atunci cnd se calculeaznumrul
de oxidare, electronii sunt atribuiin totalitate elementului celui maielectronegativ, iar n legturilecovalente nepolare electronii aparinn egalmsuratuturor particulelor de legatur,ca urmare numrulde oxidare este egal cu zero.
Substaneleelementare au pentru fiecare element numrulde oxidareegal cu 0.
n compuiipolielementali se calculeaznumrulde oxidare al tuturorelementelor din moleculn aafel nct suma numerelor de oxidaresfie zero.
Anumite elemente au valori constante ale numrului de oxidare:hidrogenul, cu excepiahidrurilor metalelor, n toate combinaiilearenumrul de oxidare +1, oxigenul are ntotdeauna numrul deoxidare 2, cu excepiaperoxizilor n care numrulde oxidare este
1)
H2O2 H+1- O-1-O-1-H+1 peroxid de hidrogen sau apa oxigenata
Ionii metalici au numrul de oxidare egal cu sarcina ionului:
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
84/167
Ionii metalici au numrul de oxidare egal cu sarcina ionului:
K+1Mn+7O4-2 permanganat de potasiu K2+1Cr2+6O7-2dicromat de potasiu
H2SO4O-2 S+6 O-2 H+1
O-2 O-2 H+1
H2S H+1 S2- H+1 acid sulfhidric sau hidrogen sulfurat
O-2
HClO4O-2 Cl+7 O2- H+1 acid percloric
O-2
O-2 H+1
H3PO4 H+1 O-2 P+5 O-2 H+1 acid fosforic
O-2
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
85/167
Teoria formarii legaturilor covalente coordinative are ns oserie de limitri.
S-a constat c n cazul HNO3, dar i n alte numeroasetipuri de compui covaleni lungimile legturilor covalenteduble i coordinative pe care atomul de N (atom central)le face cu oxigenul sunt egale, ceea ce a condus la
ideea existenei unei delocalizri a electronilori a uneidistribuii mai puin rigide a acestora.Aceasta teorie nu face distincie ntre legturile simple i
multiple.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
86/167
Progresele nregistrate n fizic i matematic - elaborareaa dou metode de evaluare a interaciunilor interatomice
care se petrec n cursul stabilirii de legturi covalente:-metoda legturii de valen MLV
-metoda orbitalilor moleculari MOM
MLV consider c legtura covalent este rezultatulsuprapunerii orbitalilor atomici monoelectronici nedeformaicare coninelectroni de spin opusMOM presupune c n timpul stabilirii de legturi
covalente se produce deformarea orbitalilor atomici, carese suprapun dnd natere unui orbital molecular delegtur, iar micarea e- n moleculele poliatomice seproduce simultan n cmpul tuturor nucleelor atomilor din
molecul.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
87/167
MLVpropune existena mai multor tipuri de covalenedeterminate de modul n care are loc suprapunereaorbitalilor atomici care particip la formarea covalenelor
i care sunt ocupai fiecare de cte un e-de spin opus:-covalena este cea mai stabil legtur covalentcare se formeaz prin ntreptrunderea unui orbital de tipscu un lob al unui orbital de tip p, d, sau f,sau prinsuprapunerea prin cte un singur loba orbitalilor p, d,
sau f; legturile au simetrie cilindric, sunt legturile debaz dintr-o molecul creia i determin configuraia.-covalena se formeaz dupstabilirea legturilor ,dac mai rmn e-necuplaila atomii participani lalegtur, prin ntreptrunderea orbitalilor p, d, sau f princte doi lobi
; aceast suprapunere inducerigiditate,
atomii participani la legtur nu se mai pot roti liber;-legturile au o energie mai mare dect cele i suntcaracteristice legturilor multiple (duble i triple).
HIBRIDIZAREA
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
88/167
HIBRIDIZAREA
presupune modificareaformei, energiei i distribuieispaiale a e-din stratul de valen astfel nct srealizeze o structur ct mai simetric;
explic formarea, n cazul unor elemente, a unui numrmai mare de covalene dect numrul electronilornecuplaidin ultimul strat aa cum este el prevzut deconfiguraia electronic.
Exemple de elemente care prezint un numr real
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
89/167
p pde covalene mai mare dect cel teoretic
Element Configuraiaultimului
strat
Nr. de e-
necuplaiNr.
teoretic
covalene
Nr.
teoretic
covalene
Be 2s2 0 0 2
B 2s22p1 1 1 3
C 2s22p2 2 2 4N 2s22p3 3 3 3, 5
S 2s22p4 2 2 2,4,6
C 1 22 22 2 energie
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
90/167
C 1s22s22p2
_
spp
Stare fundamental
Hibridizare sp3
Hibridizare sp2 Hibridizare sp
energie
energie energie energie
3
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
91/167
-hibridizarea sp3 - atomii au o geometrie tetraedric
formeaz 4 legturi covalente sigma ()
-hibridizarea sp2 - atomii au o geometrie trigonalse formeazo legturdubl: 1+ 1
-hibridizarea sp - atomii au o geometrie liniar sau diagonalse poate forma o legtur tripl: 1 + 2
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
92/167
Elementele care au n stratul de valenorbitali d sau f prezint i alte tipuri dehibridizri, cu geometrii mult mai
complexe.n pentahalogenurile de fosfor PX5, fosforulprezint hibridizare sp3d cu geometrie debipiramid trigonal iar n hexafluorura de
sulf, SF6, sulful este hibridizat sp3d2,avnd o geometrie de ocatedru regulat.
Amoniac NH3 cu N sp3Metilamina CH3-NH2 cu N sp3
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
93/167
Apa H2O cu O sp3
Acid etanoic sau acetic cu 1 o sp3si 1 O sp2cu N sp2
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
94/167
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
95/167
PCl5 SF6
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
96/167
PROPRIETILE LEGTURII COVALENTE cea mai puternic legatur chimic; este dirijat n spaiu;
este saturat dar se poate polariza; ntre legturile covalente ale aceluiai element exist unghiuri ale
cror valori sunt constante pentru o anumit substan; atomii participani la legatur sunt situai la distane fixe unii de alii,
distane ce se pstreaz pe parcursul existenei substanei; numai prin legturi covalente se formeaz moleculele propriu-zise.
PROPRIETILE SUBSTANELOR COVALENTE nu conduc curentul electric n stare solid; au puncte de fierbere i de topire ridicate; la lovire cele solide se sfrm deoarece legturile nu suport
abateri de la unghiurile formate.
LEGTURA METALIC
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
97/167
LEGTURA METALIC
Proprietile specifice ale metalelor, precum opacitatea,
luciul metalic, conductibilitatea electric i termic,plasticitatea, ductilitatea, rezistena la solicitri mecanicesunt determinate de existena ntre atomii metalelor aunor interaciuni particulare, diferite de cele care apar nformarea legturilor ionice i covalente.
Dintre teoriile enunate pentru explicareainteraciunilor dintre atomii metalici, cele mai recente i
care explic n mare msur proprietile specifice alemetalelor, sunt metoda legturii de valen enunat dePauling (MLV) i metoda orbitalilor moleculari (MOM)cunoscut i sub numele de teoria benzilor sau a zonelor
( Fermi, Bloch, Brillouin). Teoria dezvoltat de Pauling asimileaz legtura
metalic unei covalene delocalizate pe direciile n carese afl atomii n reeaua cristalin.
Teoria benzilor consider c n metale, straturile
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
98/167
,periferice ale atomilor individuali se unesc unele cu alteleformnd benzi de energie mai largi care se mai numescorbitali moleculari extini. Aceti orbitali aparin tuturoratomilor dintr-un metal, ceea ce nseamn c electroniide valen aflai ntr-o band energetic comun sedistribuie aleator ctre atomii izolai.
Atunci cnd temperatura metalului crete, electroniide pe nivelele inferioare pot sri pe nivelul extern,permind astfel transportul cldurii n toat suprafaametalului.
Faptul c electronii de valen implicai n legturametalic sunt mobili permite i transportul curentuluielectric.
Practic, intre atomii metalelor, prin intermediulelectronilor de valen, n permanen se formeaz i sedesfac noi legturi chimice.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
99/167
Electroni delocalizaiUn grup de ioni pozitvi ntr-o mare de electroni
In 1931, theAmerican Chemical Societyawarded Pauling theLangmuirPrizefor the most significant work in pure science bya person 30 years of age or younger The following year
http://en.wikipedia.org/wiki/American_Chemical_Societyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Irving_Langmuirhttp://en.wikipedia.org/wiki/Irving_Langmuirhttp://en.wikipedia.org/wiki/Irving_Langmuirhttp://en.wikipedia.org/wiki/Irving_Langmuirhttp://en.wikipedia.org/wiki/American_Chemical_Societyhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:LinusPaulingGraduation1922.jpg8/13/2019 Teorie chimie anorganica
100/167
Linus Pauling n 1922a absovirea Colegiului
de Agricultur Oregon
a person 30 years of age or younger. The following year,Pauling published what he regarded as his most important paper,in which he first laid out the concept of hybridization of atomicorbitalsand analyzed the tetravalencyof the carbonatom. Pauling
introduced the concept of electronegativityin 1932. Using thevarious properties of molecules, such as the energy required tobreak bonds and the dipolemomentsof molecules, he establisheda scale and an associated numerical value for most of the
elements the Pauling Electronegativi ty Scale.1954 Nobel Prize in Chemistry
1962 Nobel Peace Prize
Francis Crickacknowledged Pauling as the"father of molecular biology" . His discoveryof sickle cell anemiaas a "molecular disease"opened the way toward examining geneticallyacquired mutations at a molecular level
Interaciuni intermoleculare
http://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_hybridizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_hybridizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Tetravalencehttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativityhttp://en.wikipedia.org/wiki/Moleculehttp://en.wikipedia.org/wiki/Dipolehttp://en.wikipedia.org/wiki/Moment_(physics)http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativityhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Chemistryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/Francis_Crickhttp://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_biologyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Sickle_cell_anemiahttp://en.wikipedia.org/wiki/Sickle_cell_anemiahttp://en.wikipedia.org/wiki/Molecular_biologyhttp://en.wikipedia.org/wiki/Francis_Crickhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Peace_Prizehttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Chemistryhttp://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativityhttp://en.wikipedia.org/wiki/Moment_(physics)http://en.wikipedia.org/wiki/Dipolehttp://en.wikipedia.org/wiki/Moleculehttp://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativityhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Tetravalencehttp://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_hybridizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Orbital_hybridizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/File:LinusPaulingGraduation1922.jpg8/13/2019 Teorie chimie anorganica
101/167
Interaciuni intermoleculareDefiniie: interaciuni slabe ntre molecule sau atomi care explic
rcireagazelor comprimate la destindere (efectul Joule-Thomson),lichefierea isolidificarea gazelor, inclusiv a gazelor rare.
Forele van der Waals - interacii de natur electrostatic ce semanifestntre specii chimice independente;
-sunt mult mai slabe dect atraciile dintreionii de semn contrar ise exercitntre dipolii electricicare existn moleculele polare sau iau natere prin inducia mutual ntremolecule.
Forelevan der Waalspermit apropierea moleculelor nepolare unelede altele pe toate direciiledin spaiupna la anumite distane,cnd
apar forede repulsie.
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
102/167
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
1.Interaciilede dispersie (London)- cele mai des ntlnite forevander Waals. Stabilirea acestor forese datoreazfaptului celectroniipui n comun, chiar ntre atomi identici, sau n cazul altor legturinepolare, se afl n continu micare n jurul celor dou nuclee.Astfel apar stritranzitorii n care distribuiaelectronilor este diferit
ntre atomii moleculelor nvecinate. Astfel iau natere fore deatraciede scurtduratntre moleculele nepolare
N2 N- N+ N- N+ stri tranzitorii
O2 O-=O+ O-=O+
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
103/167
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
104/167
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
Forele van der Waals de orientare (interacii Debye)se stabilesc ntremoleculele polare i sunt fore de atracie dipol-dipol.Aceste foreimpun orientarea moleculelor polare, n mediul n care se afl, nfuncie de polaritate.
HH 3CCl
H
C +
Cl -H
+ +
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
105/167
TIPURI DE FORE VAN DER WAALS
Forele van der Waals repulsive sunt tipuri particulare de interaciunicare se exprim atunci cnd moleculele se apropie suficient de multastfel nct straturile exterioare ale atomilor se resping. Aceste foreprotejazpractic identitatea fiecrei molecule.
Ele au rolul de a echilibra forele de atracie n aa fel nctmoleculele se afl ntr-un echilibru spaial i energetic unele
fa de altele.
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
106/167
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
Definiie: interaciuniprin care atomii de hidrogen, legai covalent deatomi ai unor elemente electronegative, sunt atrai de atomii maielectronegativi ai moleculelor nvecinate.
Legturile (punile) de hidrogensunt interaciuni mai puternice dect
forele van der Waals i mai slabe dect legturile covalente.
Legturile de hidrogennu au ca rezultat obligatoriu ndeprtareahidrogenului din molecul dar implic asocierea moleculelor ntreele; astfel, moleculele se asociaz n aa fel nct hidrogenul legatde oxigenul unei molecule s fie atras de oxigenul unei moleculenvecinate.
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
107/167
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
108/167
LEGTURILE (PUNILE) DE HIDROGEN
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
109/167
Formarea legturilorde hidrogen explico serie de proprietifizice alesubstanelor ale cror molecule sunt asociate prin astfel de puni.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
110/167
substanelorale crormolecule sunt asociate prin astfel de puni.
Formarea legturilor de hidrogen determin creterea punctelor de
fierbere ide topireale substanelorcare le conin.CH3 CH2- OH etanol sau alcool etilic 700CCH3- CHO etanal sau aldehida acetica 210CCH3 COOH acid etanoic sau acetic 1180C
Se observ c cel mai ridicat punct de fierbere l are acidul etanoic,care formeazdimeri, datorit legturilorde hidrogen stabilite, apoietanolul, care de asemenea formeaz legturide hidrogen, imultmai mic etanalul, care nu formeaz legturi de hidrogen (cum s-amai precizat, legturileCH pot fi considerate nepolare).
Solubilitatea substanelor este influenat de proprietile lor
moleculare, de exemplu substanele nepolare sunt solubile tot nsolveni nepolari, deoarece ntre moleculele solventului i alesubstaneidizolvate se stabilesc forevan der Waals, iar substanelepolare sunt solubile n solvenipolari.
Comportamentul fizico-chimic al substanelor este rezultatul
interaci nilor dintre atomii indi id ali repre entate de
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
111/167
interaciunilor dintre atomii individuali reprezentate de
legturile chimice- i suma interaciunilor stabilite ntre
molecule reprezentate de legturile van der Waals i de
hidrogen.
Interaciunile dipol-dipol i legturile de hidrogen confer
moleculelor de approprietiunice.
Molecula de ap are un caracter polar, comportndu-se ca un dipol.Aceast nsuire face ca cele mai multe substane ionice sdisocieze complet n ap.
Distana ntre ionii aflai n soluie crete datorit moleculelor de apcare nconjoar fiecare ion. Acest proces determin scdereaatraciei dintre ioni i explic proprietile dielectrice ale apei.
Un dielectric este o substan care micoreaz cmpul produs ntre
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
112/167
dou sarcini electrice contrare, comparativ cu situaia n caresarcinile s-ar gsin vid.
Substanelese dizolvn solvenicu care au asemnristructurale. Deexemplu substanele nepolare se vor dizolva n solveni nepolari,pentru c ntre moleculele solventului i subsatnei dizolvate sestabilesc interaciunide tip van der Waals.
Substanele polare se dizolv n solveni polari deoarece ntremoleculele lor se pot stabili interaciuni ion-dipol i/sau legturi dehidrogen, fiecare ion nconjurndu-se de un strat de molecule desolvent, orientate astfel nct sexpunctre ion polii lor de semnopus.
Numrulde molecule de apcare nconjoarun ion este cu att maimare cu ct sarcina ionului este mai mare ivolumul sueste maimic.
Structura de dipola moleculei de apface ca aceasta sprezinteo organizare intermolecular specific:
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
113/167
o organizare intermolecularspecific:fiecare moleculde ap formeazun numar demaximum patrupuni
de hidrogen care determin asocierea moleculelor de ap nstructuri tetraedice.
Organizarea supramolecular a moleculelor de ap de tip integraltetraedic se ntlnete numai n ghea i i confer acesteiacaracterul cristalin isolid.
Deiluate individual legturilede hidrogen au o energie mai micdectcele chimice, numrul lor mare confer stabilitate apei n aceast
organizare.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
114/167
Structura macromolecular biochimic care determin i funciileifi i l l t i t i t i
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
115/167
specifice i complexe ale acestor compui este asigurat prinstabilirea de foreintermoleculare de tip covalent dar iionic, de tipvan der Waals
ipuni
de hidrogen.
APA este un compus indispensabil vieii ntruct intr n structuratuturor celulelor.
Importana apei pentru organizarea materiei vii este explicat prin
proprietile sale speciale care i permit s reprezinte mediul lichid ncare se desfoar toate reaciile biochimice al cror rezultat esteviaa.
n acelai timp reprezint i un solvent ideal pentru moleculelebiochimice polare .
Apa particip direct la reacii biochimice:
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
116/167
Apa particip direct la reacii biochimice:
reacii de hidratare A + H-OH B
reacii de hidroliz A + H-OH B + C
reacii de deshidratare A B + H-OH
reacii de condensare A + B A-B + HOH
Organizarea materiei vii se bazeaz pe stabilirea de interaciuni atthi i t i fi i i t i i t l l d t i
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
117/167
chimice ct i fizice, intra- i intermoleculare care determinadoptarea unor conformaiiale macromoleculelor adecvate funcieibiologice. Moleculele de ap au un rol esenial n organizareamateriei vii deoarece impun organizarea supramolecular amacromoleculelor componente:
cele hidrofobe (nepolare) se vor asocia ntre ele astfel nct smicorezezona de contact cu apa;
cele hidrofile (polare) vor disocia sau vor expune gruprile polarectremoleculele de ap.
Complexitatea structural a compuilor biochimici (care alctuiescmateria vie) impune formarea tuturor tipurilor de interaciuni
intermoleculare. De exemplu, n compoziia tuturor membranelorbiologice, att ale celulelor ct i ale organitelor, intr fosfolipide,care coninn structura lor att domenii nepolare ct iun domeniupolar.
*Molecule amfipatice sunt n general compui
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
118/167
Molecule amfipatice sunt n general compuiorganici cu caracter dual, hidrofil (polar) i
hidrofob (nepolar) Mediul predominant apos n care a aprut viaa
a impus organizarea acestor molecule astfelnct s formeze un bistrat n care domeniilenepolare se orienteaz ctre interiorulbistratului, asociindu-se prin fore van der Waals,reducnd contactul cu apa, iar cele polare se
orienteaz ctre exterior, pentru c pot forma cuapa interaciuni de tip dipol-dipol i de hidrogen.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
119/167
Organizarea spontana a moleculelor amfipatice in contact cu apa - monostrat, cucoada hidrofoba catre aer, cu care stabileste interactiuni van der Waals si cucapetele polare catre apa cu care stabileste interactiuni de tip dipol sau de hidrogen,bistrat si micela, in care cozile hidrofobe se orienteaza unele catre altele pentru areduce contactul acestora cu mediul polar
STRI DE AGREGARE
Materia are o structur structur discret care este alctuit din
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
120/167
Materia are o structur structur discret care este alctuit dinparticule aflate n micarecontinu.
Existenaunei anumite substanen stare gazoas,lichid,solid,nanumite condiii de temperatur i presiune depinde de energiaparticulelor componente ide interactiunile dintre ele.
Modificarea condiiilor externe, n principal de temperatur ipresiune, pot conduce la trecerea unei substane dintr-o stare deagregare n alta.
Reaciilechimice au loc n oricare dintre strilede agregare cai la suprafaa de separare dintre dou stri distincte iardesfurareareacieichimice este dependentde condiiilepecare le ofermediul de reacie.
Se consider c exist trei stri distincte de agregare a materiei:solid,lichid,gazoas.
STRI DE AGREGAREExistenaunei anumite substanen stare gazoas,lichid,solid, n anumitecondiiide temperaturipresiune depinde de energia particulelor componente i
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
121/167
de interaciuniledintre ele.Modificarea condiiilor externe, n principal de temperatur i presiune, poateconduce la trecerea unei substanedintr-o stare de agregare n alta.
STAREA GAZOAS
- nu au volum propriu, ocup tot volumul disponibil- sunt compresibile(i micoreaz volumulsub aciunea unei presiuni externe)
- au densitate mult mai micdect lichidele- materia aflat n stare gazoas este mult mairarefiat dect cea n stare lichid sau solid.
ntre part iculele gazelor
fore van der Waals
Parametrii care descriu starea gazoas se numesc parametri de stare:Temperatura absolut ToK 0oC = +273,15 oK T= toC + 273
Presiunea atmVolumul L
LEGILE GAZELOR IDEALE (PERFECTE)
Legea lui Avogadro: volume egale de gaze diferite aflate n aceleai condiii de
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
122/167
Legea Boyle-Mariotte: la temperaturconstant,volumul unei mase de gaz este
inversproporionalcu presiunea la care se aflgazulp 1V1=p 2 V 2 T = constant
Legea lui Avogadro: volume egale de gaze diferite, aflate n aceleai condiii depresiune i temperatur, conin acelai nr. de molecule
Un mol din orice substan conine 6,0231023particule (nr. lui Avogadro, NA)
Condiii normale : temperatura 0oC sau +273oK, presiunea 1 atmVo- volumul unui mol din orice gaz aflat n condiii normale =22,4LEcuaia de stare a gazelor ideale sau perfecte
pV = nRT, n nr. moli , R =0,082L atm/mol K
Legea Charles: la volum constant,presiunea unui gaz variaz directproporional cu temperatura absolut
p = p0T/T0V = constant
Legea Gay-Lussac: la presiune constant, volumul unui gaz variaz directproporional
cu temperatura absolut
V=V0T/ T
0p = constant
STAREA LICHID
l i t t i l l li hid l
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
123/167
-au volum propriu-nu au form proprie, iau forma vasului n care se afl-sunt fluide
-au densitatea mai maredect a gazelor
ntre part iculele lichidelorlegturi de hidrogenfore van der Waals
fore de tip dipol
STAREA SOLID
-volum propriu-form proprie-densitate mai mareca a lichidelor
stare solid cristalinconstituit dinparticule care ocup poziii fixe unelefa de altele i sunt localizate la
distane egale i fixe, la microscop auforme geometrice caracteristice
stare solid amorfcnd particulele carealctuiesc materia sunt localizate unelefa de altele la distane variabile; acest
mod de organizare determin existenapunctelor de topire pe intervale detemperatur
Toate tipurile de legturi chimicei interaciuni intermoleculare
TIPURI DE REELE CRISTALINEReeaua cristalin - aranjamentul ordonat regulat al unitilor structurale
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
124/167
Reeaua cristalin - aranjamentul ordonat, regulat, al unitilor structurale(atomi, ioni, molecule) din care este format o substan solid cristalin.Structura unei reelecristaline poate fi determinat prin difracia cu raze X
Celula elementar reprezint cea mai mic entitate a structurii cristaline, care repetatn spaiu formeaz reeaua cristalin.Solidele cristaline exist n7 sisteme cristaline i 32 de clase de cristalizare,Clasificate dup lungimea muchiilor(axele a, b, c) i mrimea unghiurilor pe carele formeazn celula elementar (, , ) :
1.cubic 2.hexagonal3.tetragonal
4.rombic
5.ortorombic
6.monoclinic7.triclinic
Reea cubic simpldiamant
Reea cubic centrat internCsCl
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
125/167
diamant CsCl
Reea cubic cu fee centrate
NaCl
Substansolid Substanlichid Substangazoaspt pf
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
126/167
sublimare
condensare
REACII CHIMICE
Reacii chimice -procesele de transformare a unei substane sau mai
multor sunstane n altele, cu proprieti noi.Substanele care existaunainte de desfurarea reaciei chimice se
numesc reactaniiar cele care rezultdin reacie se numescprodui de reacie.Reaciile chimice decurg cu transformarea particulelor n particule de alt tip
i cu alt structur.n cursul reaciilor chimice au loc ruperi i refaceri de legturi chimicei se
produc schimburi de energientre reactani.
Formarea combinaiilor chimice este guvernat de o serie de legi:
LEGEA CONSERVRIIMASEI (IENERGIEI)
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
127/167
Primul care a intuit aceastlege a fost filosoful antic Democrit, care consideracnimic nu vine din nimic inu dispare n nimic.
Lavoisier enunlegea conservriimasei astfel:n naturnimic nu se pierde,nu se creeaz,totul se transform.
n reaciile chimice masa total a sistemului ca i masa fiecrui element se conserv.
Suma maselor substanelor care intr n reacie este egal cu suma maselorproduilorde reacieCantitatea atomilor participanila reaciese conserv.
Legea lui Avogadro: volume egale de gaze diferite, aflate n aceleai condiii depresiune i temperatur, conin acelai nr. de molecule
Un mol din orice substan conine 6,0231023particule (nr. lui Avogadro, NA)
Condiii normale : temperatura 0oC sau +273oK, presiunea 1 atmVo- volumul unui mol din orice gaz aflat n condiii normale =22,4LEcuaia de stare a gazelor ideale sau perfecte
pV = nRT, n nr. moli , R =0,082 L atm/mol K
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
128/167
b.reacii de descompunere CaCO3temp CaO + CO2
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
129/167
c.reacii ionice se petrec ca urmare a schimbului de ioni aflai n soluie apoas
-reacii ionice cu dublu schimb
(Ag++ NO-3) + (Na++ Cl-) AgCl + (Na++ NO-3)
(K++ Cl-) + (Na++ NO-3) (Na++ Cl -) + (K++ NO-3)
dactemperatura mediului este constantn soluiese regsescn echilibru toiionii;
dactemperaturile sunt sczute,se formeazcristale de clorurde potasiu (KCl),echilibrul se deplaseazctrestnga;la temperaturi crescute este favorizat procesul invers deoarece cretefoarte multsolubilitatea azotatului de potasiu (KNO3).
-reacii ionice de deplasare - acizii tari i bazele tari deplaseaz
acizii slabi i bazele slabe dinsrurile lor
2CH3COONa + H2SO4 (2Na++SO4
2-)+2CH3COOHsare acid slab acid tare sare acid tare acid slab
NH4Cl + NaOH NH3 + NaCl + H2Osare b. slab baztare bazslab
-reacii ionice cu formare de combinaii puin disociate
(Hg2++ 2NO-3) + 2(Na++ Cl-) HgCl2+ 2(Na
++NO3-)
Clorura mercuric HgCl este puin disociat n mediul apos
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
130/167
Clorura mercuricHgCl2 este puindisociatn mediul apos.
-reacii chimice cu schimb de protoni (H+)
1. reacii de neutralizare decurg ntre un acid i o baz i conduc laformarea unei sri i a apeiacid + baz sare + ap
(H++ Cl-) + (Na++ HO-) (Na++ Cl-) + H2O
(2H++ SO42-) + 2(K++ HO-) (2K++ SO4
2-) + H2O
2.reacii de hidroliz ntre moleculele unei sri i moleculele deap,rezultacidul ibaza din care s-a format sarea;
-hidroliza unei sriprovenite dintr-un acid slab io baza tare
(2Na++CO3
2-)+2HOH 2(Na++HO-)+H2CO
3(CO
2, H
2O)
-hidroliza unei sriprovenite dintr-un acid tare io bazslab
(NH4++ Cl-) + HOH NH3+ (H3O++ Cl-)
Na2CO3este o sare cu hidroliz bazic
Clorura de amoniu este o sare cu hidroliz acid.
-hidroliza unei sriprovenite dintr-un acid slab io bazslab
(NH4+ + CH3 COO
-) + HOH NH3 + CH3 COOH
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
131/167
(NH4 CH3 COO ) HOH NH3 CH3 COOH
II.Reaciicare se petrec cu schimbarea striide oxidare (redox)
OXIDAREAeste procesul prin care se cedeaz electronii crete valoareaalgebric anumrului de oxidare; elementul care cedeaz electroni are caracter reductor.REDUCEREA reprezint procesul n care se accept electroni i scade valoareaalgebrica numruluide oxidare;acceptorul de electroni are caracter oxidant
n orice proces redox este necesar prezena simultan a oxidantului i reductorului
10 Fe+2SO4+ 2KMn+7O4+ 8H2SO4 5Fe3+2(SO4 )3 + K2SO4+ 2Mn+2SO4+ 8H2O
2Fe+2 2Fe+3 5 se oxideazagent reductor
Mn+7 Mn+2 se reduce agent oxidant
-1e
+5e
n reaciile biochimice, oxidarea este asociat cu pierderea de hidrogen sau cucombinarea direct cu oxigenul, iar reducerea este asociat cu ctigul dehidrogen sau cu pierderea de oxigen din molecul
ECHILIBRUL CHIMIC. FACTORII CARE
INFLUENEAZ ECHILIBRUL CHIMIC
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
132/167
INFLUENEAZ ECHILIBRUL CHIMIC.
CONSTANTE DERIVATE DIN ECHILIBRUL CHIMICReaciile la care, dup stabilirea echilibrului ntre reactani i
produiide reacie, randamentul este de 100% se numesc totalesauireversibile.
Reaciileireversibile se desfoarntr-un singur sens isuntpractic totale.
Atunci cnd reactanii se afl n cantiti stoechiometrice setransformcomplet nproduide reacie.
Reaciileparialesau reversibilesunt acele reacii n care i
produii de reacie interacioneaz ntre ei refacnd parial substana
iniial. Acestea se mai numesc i reacii de echilibru.
Condiii pentru ca o reacie s fie ireversibil: unul dintre produii de reacie este volatil prsete
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
133/167
unul dintre produii de reacie este volatil, prsetesistemul:
CaCO3 + 2HCl CaCl2 + + H2O+ CO2 dioxidul de carbon este gaz
atunci cnd una din substanele rezultate se separ subforma unei combinaii greu solubile (precipitat), ieind din
sistem :AgNO3 + NaCl AgCl + NaNO3 atunci cnd unul dintre produii de reacie (dei este
solubil) este puin disociat i sechestreaz ionii
mpiedicnd reacia invers:Hg(NO3)2 + 2KCN Hg(CN)2+ 2KNO3(puin disociat)
A + B C + D
C + D A + B
Dupatingerea echilibrului reacia care areloc ntre componentele sistemului nu
nceteaz ci continu n ambele sensuri cu
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
134/167
A + B C + D
nceteaz ci continu n ambele sensuri cuviteze egale, ceea ce semnificfaptul cs-astabilit un echilibru.
Legea aciunii maselor : dup stabilirea echilibrului chimic, raportul
dintre produsul concentraiilor molare ale produilorde reacieridicate
la puteri avnd valoarea coeficieniloriprodusul concentraiilor molare
ale reactanilor ridicate la puteri avnd valoarea coeficienilor esteconstant la o temperatur dat, oricare ar fi compoziia amestecului
iniial.
K =
[C]c
[D]d
[A]a [B]b
aA + bB cC + dD
4500
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
135/167
I2+ H2 2 HI
45002 HI I2+ H2
I2+ H2 2 HI
La momentul t valorile concentraiilor [H2], [I2] i [HI] suntconstante indiferent dac se pleac de la HI sau de la H2i I2.
K > 1arat c la atingerea strii de echilibru, namestecul de reacie se afl produii de reacie n
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
136/167
p concentraie mult mai mare dect reactanii, ca urmareechilibrul este deplasat spre dreapta (n sensul formrii
produilor de reacie); atunci cnd ordinul de mrimeeste mai mare de 103se consider c reacia este total. K < 1arat c la atingerea strii de echilibru
concentraiile produilor de reacie sunt mai mici dectcele ale reactanilor, fiind favorizat deplasarea
echilibrului ctre stnga; reaciile care la echilibru suntcaracterizate de valori foarte mici ale K pot s fieconsiderate imposibile n condiiile date; se poate nsaciona asupra sistemului pentru a-l scoate din starea deechilibru ceea ce va determina desfurarea reaciei.
K = 1se constat n reaciile la care n momentulatingerii echilibrului toi membrii sistemului se afl naceleai proporii.
Factorii determinani ai echilibrului i sensului reaciilor chimice
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
137/167
Echilibrul chimic al unei reacii reversibile se menine constant attatimp ct nu se modific niciuna dintre condiiile sale de desfurare.
Factorii care influeneaz echilibrul chimic producnddeplasarea lui sunt:
concentraia reactanilor i a produilor de reacie, presiunea i
temperatura.
Aciunea acestor factori se face n conformitate cu principiulLe Chatelier-Braun:
dac asupra unui sistem aflat n echilibru acioneaz un factorextern, echilibrul sistemului se deplaseaz n sensul n careefectul aciunii este micorat.
Concentraia: la creterea concentraiei unuia dintre membriisistemului de echilibru, sensul reaciei se deplaseaz astfel nctconcentraia acestuia s scad:
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
138/167
concentraiaacestuia sscad:
R COOH + HO R R CO O R + H2O
, ,
Acid
carboxilic
Alcool Ester Ap
K=[Ester] [Ap]
[Acid] [Alcool]
La echilibru n mediul de reacie avem:
0,33 moli acid, 0,33 moli alcool,0,66 moli ester,0,66 moli ap.
[0.66][0.66]
K = = 4
[0.33][0.33]
Deplasarea echilibrului n sensul obinerii unei cantiti mai mari deester se face fie prin creterea concentraiei unuia dintre reactani fie prineliminarea continudin sistem a unuia dintre produiide reacie.
K+OOC-(CHOH)2-COOH+HClHOOC- (CHOH)2-COOH + KCl
Acid tartric Tartrat monopotasic CH3COONa
+
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
139/167
Aceastreacien mod normal nu este una de echilibru ci decurge n sensuleliberriiacidului tartric din sarea sa de ctreacidul clorhidric, mai tare.Deplasarea echilibrului n sensul formriiunei cantitimai mari de sare esterealizatprin adugarean mediu a acetatului de sodiu, care reacioneazcu acidul clorhidric, l scoate din sistem iechilibrul se deplaseazctredreapta.
Influena temperaturiieste sesizabil la reaciile care decurg cu degajare sauabsorbie de caldur; n cazul reaciilor reversibile, dac o reacie esteendoterm ntr-un sens va fi exoterm n cellalt sens:
CO + H2O CO2+ H2crete temperatura/ scade temperatura
CH3COONa
Presiuneadeplaseazechilibrul reaciilorn care existvariaiede volum ntrereactaniiproduiide reacie:
I2+ H2 2 HI volumul reactanilor=volumul produilor,
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
140/167
presiunea nuinflueneaz
N2 + 3H2 2 NH3 volumul reactanilor >volumul produilor
cretereapresiunii deplaseaz
C2H6 C2H4+ H2volumul reactanilor
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
141/167
[AH] [H2O]
[A-][ H3O+]
[AH]
K x [H2O] = K x [H2O] = Kaconstanta de aciditate
2)Constanta de bazicitatese aplicla dizolvarea n apa bazelor fade care apa
se comportca un acid slab:
NH3+ H2O NH4+ + HO-
baza1 acid2 acidul
conjugat1
baza
conjugat 2
A- + H2O AH + HO- K =
[AH] [ HO-]
[A-] [H2O]
[H2O] = const.
Kb=[AH] [ HO-]
[A-]
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
142/167
3)pH-ul. Apa este un electrolit slab cu grad de ionizare foarte mic:
H2O + H2O HO- + H3O
+ H2O HO-+ H+
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
143/167
2 2 3 2
K =[H+] [ HO-]
[H2O]
K x [H2O] = [H+] [ HO-] = 1 x 10-14 t= 250C
[H+] [ HO-] se mai numete i produsul ionic al apei.
[H+]=[ HO-]= 10-7ion gram/litru sau mol/litru, mediul este neutru
[H+] > 10-7 ion gram/litru sau mol/litru,mediul este acid
[H+] < 10-7 ion gram/litru sau mol/litru,mediul este bazic
pH-ul reprezint logaritmul zecimal cu semn schimbat din concentraiaIonilor de hidrogen(sau a ionilor hidroniu)
pH= -lg [H+]
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
144/167
ACIZI, BAZE, SISTEME TAMPON
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
145/167
Arhenius, n 1890
Brnsted- Lowry
acidul este substana capabil s elibereze sau s cedeze
protoni (H+);
bazaeste substana capabil s cedeze HO-.
acidul specie chimic (molecule sau ioni) capabile s cedeze H+
baza- specie chimiccapabilsaccepte unul sau mai muliH+,datorita posesiei de dublete de e-neparticipanti
AH + H2O A- + H3O
+
R-NH2+ HOH R-NH3++HO-
Acid Baza conjugat
HCl Cl
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
146/167
HCl Cl-
H2SO4 HSO
4-
HSO4- SO4-2
NH4+ NH3
H2CO3 HCO3-
HCO3- CO32-anion bicarbonat sau carbonat acid
H2PO4- HPO4
-2
anion fosfat primar sau diacid
HPO4-2 PO43-
anion fosfat secundar sau monoacid anion fosfat tertiar sau neutru
Substanelecare pot reacionaatt ca acizi ct ica baze se numesc amfolii
au caracter amfoter.
Importante pentru biochimie sunt reaciile cu transfer de protoni care se petrec n
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
147/167
Importante pentru biochimie sunt reaciile cu transfer de protoni care se petrec nmediu apos deoarece acesta este mediul intern al organismului.
Meninerea constant a pH-ului n mediul intern al organismului se realizeazprinparticiparea coordonata mai multor sisteme tampon
Sistemele tampon sunt perechi de acizi slabi ibazele lor conjugate care la
adugareaunor cantitilimitate de acizi sau baze se opun modificrii de pH.
Capacitatea de tamponare nu este nelimitat,ci depinde de concentraiileacidului ibazei conjugate.
Cele mai importante sisteme tampon din organismul animal sunt:
-sistemul tampon fosfai: MeH2PO4 H2PO4- acid
Me2HPO4 HPO4-2
baza conjugat-sistemul tampon acid carbonic/bicarbonat
H2CO3 H2CO3 acid
MeHCO3 HCO3- baza conjugat
Meninerea pH-ului mediului intern al organismului la valoriconstante, n ciuda numrului imens de reacii biochimice caresusin viaa este o sarcin dificil i nu se poate realiza dect prin
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
148/167
susin viaa este o sarcin dificil i nu se poate realiza dect princooperarea mai multor sisteme tampon.
n afar de cele menionate, mai intervin i aminoacizii, proteinelesolubile, peptidele.
GLUCOZA CH3-CHOH-COOH CH3-CHOH-COO-+H+
enzime scade pH-ul in citosol
are loc inactivarea enzimelorSistemele tampon din citosol se opun scaderii pH-ului
Noiuni de termodinamic
Termodinamica studiaz procesele chimice din punctul de vedere
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
149/167
Termodinamica studiaz procesele chimice din punctul de vedere
al transferului de energie care le insoteste si care are loc mai
ales sub form de caldur.Clasificarea proceselor chimice definite ca sisteme termodinamice:
a)sisteme termodinamice izolatenu au loc schimburi de energie sau
de substane cu mediul
b) sisteme termodinamice nchisenu realizeaz schimburi desubstane cu mediul dar pot face schimb de lucru mecanic saucldur;
c)sisteme termodinamice deschise realizeaz schimburi vizibile cumediul, att n ceea ce privete masa (schimbul de substane) ct
i lucrul mecanic sau cldura;d)sisteme termodinamice adiabaticecare nu schimb cldur sau
masa cu mediul, dar schimb lucru mecanic.
Starea termodinamic se refer la totalitatea proprietilor carecaracterizeaz un sistem termodinamic ntr-un anumit moment.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
150/167
O stare termodinamic se poate reproduce dac se asigur oreproducere a parametrilor ce o definesc (temperatura, presiunea,
concentraia, energia proprie).
Principii le termodinamicii
Principiul zero: dou sisteme termodinamice au temperatura egaldac la contactul lor nu se modific echilibrul niciunuia dintre
sisteme. dac se aduc n contact dou sisteme termodinamice cu temperaturi
diferite acest contact determin iniierea unor transformri n ambelesisteme ca urmare a redistribuirii cldurii care este forma demanifestare a energiei interne a sistemului;
energia sistemului termodinamic se manifest fie termic, fiemecanic, fie electric, sau radiant.
Principiul 1: n cursul transformarilor chimice energia se conserv;funcia matematic ce definete energia intern a sistemului senumete entalpie (H) i se reprezint ca o variabil a cldurii
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
151/167
numete entalpie (H) i se reprezint ca o variabil a clduriiinterne proprii a sistemului n funcie de presiunea i volumul
mediului n care se afl.
Principiul 2: se refer la sensul de desfurare a reaciei chimicede echilibru i spune c este imposibil s treci cldura de la un corprece la unul cald fr s efectuezi lucru mecanic adic este
imposibil s creezi un mecanism care efectueaz continuu lucrumecanic pe seama energiei preluate de la aceeai surs.
TERMOCHIMIA studiaz schimburile de caldur ce nsoesc reaciilechimice.
Cantitatea de cldur eliberat sau absorbit n cursul reaciei chimice
se numete cldur de reacie.
La toate nivelurile de organizare a materiei vii se manifest doutendine opuse: una de mprtiere i ndeprtare dezordonat a
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
152/167
p p pparticulelor ce alctuiesc materia i alta de apropriere i de ordonare
a particulelor.
Aceast ipotez demonstreaz existena a dou stri extreme alesubstanelor care s exprime ordinea maxim i dezordineamaxim:starea de gaz ideal si starea de solid ideal
ntre aceste stri extreme exist numeroase stri intermediare,particulele materiei ca i transformrile pe care le pot suferi se aflsub controlul transformrilor energetice.
- starea de gaz ideal reflect dezordinea maximi
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
153/167
g presupune c orice substan aflat la o presiune
suficient de mic i la o temperatur suficient de mare seprezint sub form de particule aflate n micaredezordonat care se rspndesc uniform n spaiu fr ase influena unele pe altele; aceast ipotez presupune
c volumele egale de gaz aflate n aceleai condiii depresiune i temperatur conin acelai numr demolecule (particule);
- starea de solid idealpresupune c poziia fiecreiparticule este exact determinat n raport cu poziiaparticulelor vecine i reflect ordinea maxim.
NOIUNI CARE DESCRIU STRILE DE ENERGIE APARTICULELOR I TRANSFORMRILE LOR
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
154/167
PARTICULELOR I TRANSFORMRILE LOR
Energia intern (U, E)cantitatea total de energie coninut de
un mol substan, reprezint suma energiilor de micare aparticulelor, a energiilor de interaciune att ntre ele ct i cuexteriorul i a energiilor intramoleculare date de legturilechimice i intraatomice
La 00K (-273 0C) energia interna a particulelor este minim;
energia intern a unei substane sau a unor particule nu sepoate determina n valoare absolut, ci n mod practic prinevaluarea variaiei energiei interne ntre dou stri distincte:
starea iniial Ui U= U
f U
istarea final Uf
Entalpia (H)reprezint suma dintre energia intern a sistemului ilucrul mecanic necesar pentru a ocupa volumul propriu la o presiuneconstant.
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
155/167
Ca i energia intern nu poate fi msurat direct, ceea ce se poate
detrmina experimental este variaia de entalpie
H, ntre stareainiial i final a sistemului care a parcurs un proces fizic sauchimic.
Se consider c att variaia energiei interne ct i variaia entalpieinu depind de etapele intermediare i nici de timpul necesartransformrii, ci numai de strile iniial i final ale sistemului.
Daca ntr-un proces, sistemul sufer o transformare prin carecedeaz cldurvecintilor sale atunci variaia, H< 0iarprocesul este exoterm.
Dac ntr-un proces, sistemul sufer o transformare prin careabsoarbe clduravecintilor sale atunci variaia H> 0iarprocesul este endoterm
Entropia (S)reprezintmsura fizic a dezordinii particulelor dinsistem deci a probabilitii strii unui ansamblu de particule
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
156/167
p pmateriale.
Aceast mrime exprim tendina sistemului de a evolua spontanspre starea cea mai stabila, adic cea mai srac n energie.
Entropia particulelor aflate n stare gazoas este mai mare dectcea a particulelor n stare lichid, iar particulele materiei n staresolid au entropia minim.
Combinaiile chimice au entropii mai mici dect ale particulelor,ionilor sau moleculelor din care provin.
Entalpia liber sau funcia Gibbs (G)este o mrimetermodinamic prin care se poate aprecia probabilitatea i sensul dedesfurare spontana unei reacii chimice.
Reprezint acea parte din entalpia de reacie care poate fi
valorificat sub form de lucru util dac procesul decurge n condiiiizobare (presiune constant) i izoterme (temperatur constant)
Entalpia libernu se poate msura ca valoare absolut ci se determinexperimental variaia entalpiei libere:
8/13/2019 Teorie chimie anorganica
157/167
G = H-TS
TS cantitatea de caldur care nu se mai poate transforma. G exprim relaia dintre entalpie i entropie adic tendina
evoluiei sistemelor ctre un minim de energie i un maxim dedezordine.
Go
entalpia liber molar, se refer la variaia entalpieilibere a unui mol de reactani la temperatur i presiune constante.
Reactani Produi
G
Top Related