CAIET DE PROBLEME LA CHIMIE Al studentului .............................................. Grupa ............ ................................. AN COLAR 2005-2006

1. CALCULE CU MRIMI I UNITI IMPORTANTE N CHIMIE Executarea corect a calculelor n cadrul diverselor operaii de laborator si aplicaii de chimie, presupune cunoaterea principalelor noiuni care stau la baza evalurii can titative a transformrilor fizico-chimice. Aceste noiuni vor fi prezentate mai jos: substan chimic, element chimic, compus chimic; mas atomic; atom-gram; kiloatom-gr mas molecular; molecul-gram; milimol, kilomol; mas echivalent sau echivalent-gram alcul de numr de moli sau atom-gram cunoscnd masa substanei; raportul de mas; compo iia procentual. SUBSTAN CHIMIC, ELEMENT CHIMIC, COMPUS CHIMIC Substana chimic este d nit ca fiind un tip omogen de materie, cu o compoziie chimic bine definit. Substanele chimice pot fi submprite n dou categorii: substane elementare (elemente chimice) i stane compuse (compui chimici). Elementul chimic poate fi definit ca fiind tipul d e materie care const din atomi de acelai fel (adic din atomi ale cror nuclee au toat e aceeai sarcin electric). Elementele sunt reprezentate printr-un simbol, compus di ntr-o liter sau dou, de exemplu, simbolul hidrogenului este H, al oxigenului O, al clorului Cl etc. Simbolurile tuturor elementelor chimice sunt trecute n sistemul periodic al lui Mendeleev. Elementele chimice pot fi formate din unul sau mai m uli atomi. Astfel gazele rare (argonul, neonul etc.) sunt elemente monoatomice, n otndu-se cu Ar, Ne etc. n timp ce majoritatea gazelor obinuite (oxigenul, clorul, a zotul etc.) sunt biatomice, notndu-se cu O2, H2, Cl2, N2 etc. Exist i elemente poli atomice, ca de exemplu fosforul, P4, sulful, S8 etc. Gradul de asociere al atomi lor ntr-un element poate s varieze n funcie de condiiile n care se afl elementul res tiv. De exemplu, n intervalul de temperatur 20 10000C, sulful octoatomic S8 trece succesiv, pe msura creterii temperaturii, n S6, S4 i S2. De aceea, trebuie reinut fap tul c denumirea de element biatomic, triatomic, tetratomic etc. se refer la starea elementului respectiv n condiii obinuite de temperatur i presiune. Compusul chimic p oate fi definit ca fiind substana rezultat prin combinarea, n anumite proporii, a do u sau mai multe elemente chimice. Compusul chimic rezultat are proprieti diferite d e ale elementelor care l compun. Orice compus chimic se reprezint printr-o formul c himic, care indic numrul de atomi ai diferitelor elemente care intr n compoziia sa. D exemplu, formula acidului azotic HNO3, a oxidului de magneziu MgO, a clorurii d e zinc ZnCl2 etc. Moleculele chimice rezult prin unirea (n anumite condiii i dup anum ite reguli) a doi sau mai muli atomi. Atomii pot fi de acelai fel sau diferii. n pri mul caz se obin molecule de substane elementare, ca de exemplu Cl2, O2, P4 etc, n t imp ce n al doilea caz se obin molecule de substane compuse cum sunt MgO, ZnCl2, SO 2, H2O etc. MAS ATOMIC, ATOM-GRAM, KILOATOM-GRAM 2

Masa atomic este o mrime relativ care arat de cte ori atomul unui element este mai ma re dect unitatea atomic de mas (u.a.m). Drept unitate atomic de mas s-a ales daltonul , care reprezint a dousprezecea parte din masa atomului de carbon. Rezult c masa ato mic este un numr fr dimensiuni. De exemplu, masa atomic a hidrogenului este 1,008, a oxigenului 16, a clorului 35,453 etc. Masele atomice se noteaz cu litera A urmat d e indicele care indic substana. Exemple: AH = 1, AC = 12, AFe = 56 Atomul-gram (at om-g) este o mrime dimensional ce reprezint cantitatea n grame dintr-un element, num eric egal cu masa lui atomic. Se calculeaz exprimnd masa atomic n g. Exemple: 1 atomO = 16g, 1 atom-g Al = 27g Kiloatom-gram (katom-g) este o mrime derivat: 1 Katomg = 103 atom-g, i se definete ca mrime dimensional ce reprezint cantitatea n kg dintr un element, numeric egal cu masa lui atomic. Se calculeaz exprimnd masa atomic n kg. xemple: 1 katom-g Cu = 64 kg, 1 katom-g C = 12 Kg MAS MOLECULAR, MOLECUL-GRAM, MILI MOL, KILOMOL Masa molecular, M, este o mrime relativ ce arat de cte ori molecula unui element poliatomic sau molecula unei combinaii este mai mare dect u.m.a. Masa mol ecular reprezint suma maselor atomice ale elementelor componente (innd cont de coefi cienii stoechiometrici). n calcule masele moleculare se rotunjesc. Exemple: MHCl = 1 + 35,5 = 36,5 MNaOH = 23 + 16 + 1 = 40 Molecula-gram, mol, este cantitatea n g rame dintr-o substan numeric egal cu masa molecular a substanei. Molul reprezint cant tatea n grame dintr-o substan egal cu suma maselor absolute a N particule, reprezent ate printr-o formul chimic. Se calculeaz exprimnd masa molecular n g. Termenul de mol se aplic la: - substane cu formule moleculare cunoscute: H2O, HCl etc.; - substane ce nu formeaz molecule: NaCl, CaCl2 etc.; - la atomii liberi: H, Cl etc.; - la io ni: Na+, Cl- etc.; - la particule subatomice: e-. Exemple: 1 mol O2 = 32 g, 1 mo l CaO = 56g Milimol, mmol, este o mrime derivat: 1 mmol = 10-3 mol i reprezint canti tatea n mg dintr-o substan, numeric egal cu masa ei molecular. Se calculeaz exprimnd sa molecular n mg. Exemple: 1 mmol F2 = 38 mg, 1 mmol H3PO4 = 98 mg Kilomol, kmol, este o mrime derivat: 1 kmol = 103 mol i reprezint cantitatea n kg dintr-o substan, meric egal cu masa ei molecular. Se calculeaz exprimnd masa molecular n kg. 3

Exemple: 1 kmol Cl2 = 71 kg, 1 kmol HNO3 = 63 kg

MAS ECHIVALENT SAU ECHIVALENT-GRAM Echivalent chimic (gram) al unui element, este acea cantitate, exprimat n grame, din acest element care se combin cu 1 g de hidrog en sau 8 g oxigen. n sensul teoriei atomice, echivalenii chimici reprezint mase rel ative ale atomilor care se combin, raportate la masa atomului de hidrogen (cel ma i uor atom). Echivalentul gram: - la elemente se calculeaz prin mprirea masei atomice la valen. - la sruri se calculeaz mprind masa molecular la produsul dintre valena lui i numrul atomilor de metal; - la oxizi se obine mprind masa molecular a oxidului produsul dintre numrul atomilor de metal sau nemetal i valena acestuia; - la acizi i baze, se calculeaz mprind masa molecular la numrul atomilor de hidrogen care se p locui prin metale, respectiv numrul gruprilor oxidril, (OH). Exemple: ACa 40 = = 2 0 ECa 2 2 g/echivalent = M CaO 56 ECaO = = = 28 g/echivalent 1x 2 2 M H 2 SO4 98 EH 2 SO4 = = = 49 g/echivalent 2 2 M 40 ENaOH = NaOH = = 40 g/echivalent 1 1 M Ca3 ( PO4 ) 2 310 ECa3 ( PO4 ) = = = 51, 7 g/echivalent 2 2 x3 6 CALCUL DE NUMR D E MOLI SAU DE ATOM-GRAM CUNOSCND MASA SUBSTANEI Numr de moli: se calculeaz mprind ma substanei, exprimat n grame, la masa ei molar. Numr de atomi-gram, se calculeaz mpr sa substanei elementare exprimat n grame la masa atomic a elementului. RAPORTUL DE M AS reprezint raportul cantitativ al elementelor care compun unitatea de structur a substanei chimice compuse. COMPOZIIA PROCENTUAL 4

A calcula compoziia procentual a unei substane compuse nseamn a calcula % n care sunt coninute elementele respective n unitatea de structur. PROBLEME REZOLVATE: Problema nr.1 Ci atom-g reprezint: 60 g C; 0,4 katom-g N? 60 g C = 60 : 12 = 5 atom-g C 0,4 katom-g N = 0,4 103 = 400 atom-g N Problema nr.2 Cte grame reprezint: 8 mol H2; 500 mmol CaO; 0,02 kmol H2SO4? 8 mol H2 = 8 2 = 16 g H2 500 mmol CaO = 500 55 10-3 = 27,5 g CaO 0,02 kmol H2SO4 = 0,02 103 98 = 196 g H2SO4 Problema nr.3 Ci moli reprezint: 4 g CuSO4; 300 mmol KOH; 0,4 kmol HNO3? 4 g CuSO4 = 4 : 160 = 0,025 mol CuSO4 300 mmol KOH = 300 10-3 = 0,3 mol KOH 0,4 kmo l HNO3 = 0,4 103 = 400 mol HNO3 Problema nr.4 S se calculeze masa molar pentru: H2 O, CaCO3? M H O = (1 2) + 16 = 18 g H2O 2 M CaCO3 = 40 + 12 + (3 16) =100 g CaCO3 Problema nr. 5 S se calculeze raportul de mas al apei. M H O = (2 1) + 16 = 18 H : O = 2 : 16 = 1 : 8 2 Problema nr. 6 S se calculeze raportul de mas pentru CaCO3. M CaCO = 40 + 12 + (3 16) = 100 Ca : C : O = 40 : 12 : 48 = 10 : 3 : 12 3 Problema nr. 7 S se calculeze compoziia procentual a apei. M H O = (2 1) + 16 = 18 18 g H2O ............................ 2 g H 100 g H2O .......................... .. x x = 11,11% H y = 100 x = 100 11,11 = 88,89 % O 2 Problema nr.8 5

S se calculeze masa de sulf existent n 680 g de CaSO4 anhidru. M CaSO = 40 + 32 + ( 16 4) = 136 136 g CaSO4 ..................................... 32 g S 680 g CaSO4 ..................................... x x = 160 g S 4 Problema nr.9 Determinai formula unei substane care conine : 43,39% Na, 11,32% C i 4 5,28% O. NaxCyOz x = 43,39 : 23 = 1,89 atom-g Na 1,89 : 0,94 = 2,01 y = 11,32 : 12 = 0,94 atom-g C 0,94 : 0,94 = 1 z = 45,28 : 16 = 2,83 atom-g O 2,83 : 0,94 = 3,01 x:y:z=2:1:3 NaxCyOz = Na2CO3 PROBLEME PROPUSE: 1. Cte grame reprezint: 10 ato m-g Ca; 5 atom-g Al; 2 atom-g S; 0,5 katom-g O; 0,2 katom-g C; 0,1 katom-g Fe? 2. Ci atom-g reprezint: 70 g N; 80 g O; 3,55 g Cl; 0,5 katom-g Cu; 0,4 katom-g Ag; 0,3 katom-g Au? 3. Ci katom-g reprezint: 200 g H; 420 g O; 660 g N; 50 atom-g Zn; 40 atom-g Cd; 30 atom-g Hg? 6

4. Ci mol reprezint: 6,2 g C2H2; 30 mmol Fe2O3; 0,6 kmol CO2? 5. Cte kg reprezint: 0,4 kmol Ca(OH)2; 5 kmol CaCO3; 0,06 kmol HNO3? 6. Ci kmol reprezint: 1,2 kg FeS2; 3,4 kg Fe2O3; 0,23 kg C2H5OH? 7. Calculai masa molar pentru: Ca3(PO4)2; Na2S; CaCl2; AlCl3; Na3PO4; NH4H2PO4; Al 2(SO4)3? 7

8. Calculai echivalentul-gram pentru: Na; Al; SO2; Al2O3; HCl; H3PO4; Ca(OH)2; Al (OH)3; CuSO4; Al2(SO4)3; HNO3; KOH; Ba(OH)2; Fe(OH)3; MgO; Fe2O3. 9. S se calculeze raportul de mas al elementelor care compun CaCO3. 10. S se calculeze raportul de mas al elementelor care compun CaO. 8

11. S se calculeze raportul de mas al elementelor care compun Al2(SO4)3. 12. S se calculeze compoziia procentual a Ca3(PO4)2. 13. S se calculeze compoziia procentual a Na2SO4. 9

14.S se calculeze compoziia procentual a Al2(SO4)3. 15. S se afle compoziia procentual a unui aliaj format din 140 g argint i 260 g aur. 16. La analiza a 2 g aliaj Cu-Au-Ag s-a gsit 0,4Au; 1,2 gCu i 0,02 g impuriti. Deter minai compoziia procentual a aliajului. 10

17. Determinai masa fierului existent n 111,2 kg calaican (FeSO4 7 H2O). 18. Determinai masa fosfatului monoacid de amoniu n care se gsesc 4,5 kg hidrogen. 11

19. Aflai formula substanei care conine: 28,67 % K; 1,47 % H i 22,8 % P. 20. S se afle formula substanei al crui raport de mas este: H : S : O = 1 : 16 : 24. 21. Determinai formula chimic a substanei al crui raport de mas este: Ca : H : P : O = 20 : 2 : 31 : 64 12

22. Determinai formulele combinaiilor cu compoziia procentual: a). 43,09% K; 39,21 % Cl; 17,7 % O b). 36,67 % K; 33,33%; 30 % O c). 31,8 % K; 28,9 % Cl; 39,3 % O d) . 28 % K; 25,7 % Cl; 46,3 % O 23. Determinai formulele substanelor n care raportul de mas al elementelor component e este: a). Ca : S : O = 5 : 4 : 6 b). Ca : S : O = 5 : 4 : 8 c). Ca : P : O = 6 0 : 31 : 48 d). Ca : P : O = 60 : 31 : 64 e). Ca : H : P : O = 40 : 1 : 31 : 64 13

2. CONFIGURAIA ELECTRONIC A ATOMILOR Mrimile caracteristice nucleului sunt: Z: numr de ordine, numr atomic, numr de proto ni ( = numrul de electroni); A: numr de mas, mas atomic, sum de nucleoni; N = A mr de neutroni: N Z : numr izotopic. izotopi = acelasi Z izobari = acelai A izotoni = acelai N REGULI DE OCUPARE CU ELECTRONI A ORBITALILOR ATOMICI a). Ocuparea cu electroni se face n ordinea creterii energiei; b). Principiul excluziunii lui Paul i Conform acestui principiu, ntr-un atom nu pot exista doi sau mai muli electroni care s aib toate cele patru numere cuantice (n, l, m, ms) identice. Toi electronii unui atom trebuie s difere ntre ei cel puin prin unul din cele patru numere cuantic e. c). Regula lui Hund electronii se repartizeaz n numrul maxim de orbitali de acel ai fel care le st la dispoziie. Cu alte cuvinte, mai nti se ocup pe rnd fiecare orbi cu cte un electron i numai dup aceea cu cel de-al doilea. SUCCESIUNEA DE OCUPARE A NIVELELOR I SUBNIVELELOR ENERGETICE CU ELECTRONI a). Regula sumei n + l Conform acestei reguli valoarea cresctoare a pturilor i nivelelor energetice este dat de val oarea cresctoare a sumei n + l. Dac dou sau mai multe nivele au aceeai valoare a sum ei n + l, nivelele corespunztoare numrului cuantic n cel mai mic are energia mai m ic. b). Tabla de ah Goldanski 1s 2s 2p 3p 3d 4d 4f 5f 5d 6d 4p 5p 6p 7p 3s 4s 5s 6 s 7s 8s c). Cu ajutorul sistemului periodic. Orbitalii de tip: s = 2 e-; p = 6 e-; d = 1 0e-; f = 14 e-; 14

IA s1 IIA s2 III -B d1 IV- V- VI- VII- VIII-B B B B B d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 IB d9 IIB d10 III -A p1 IV- V- VI- VII- VIIIA A A A A p2 p3 p4 p5 p6

Exemple: Pentru Z = 11 s se scrie configuraia electronic. Z = 11 1s2 2s2 2p6 3s1 Nu mrul din faa ultimului orbital de tip s ne d numrul perioadei, iar ultimul orbital n e d numrul grupei. n cazul Z = 11 avem perioada a 3-a, grupa I-A. PARTICULE EMISE D IN NUCLEE RADIOACTIVE Partea central a atomului n care este acumulat aproape toat ma sa atomului are dimensiuni de ordinul a 10-15 m n comparaie cu dimensiunile atomil or care sunt de ordinul de mrime a 10-10m. n nucleu exist protoni particule cu sarc in electric pozitiv i neutroni particule neutre. Un nucleu (sau denumit mai general nuclid) oarecare este exprimat simbolic sub forma A Z X , n care s-a notat cu X s imbolul atomului din care face parte nucleul respectiv; cu Z s-a notat numrul de protoni sau numrul de sarcini electrice elementare a nucleului, iar cu A s-a nota t numrul de nucleoni sau masa aproximativ a nucleului exprimat n uniti atomice de mas Numrul de neutroni se obine scznd din numrul de nucleoni, numrul de protoni. Deci num l de neutroni este A Z. Doi nuclizi X i Y sunt izotopi dac au acelai numr de protoni sau altfel spus dac atomii corespunztori ocup acelai loc n sistemul periodic al elem entelor. Aceti nuclizi A A izotopi se exprim simbolic: Z X ; ZY . Doi nuclizi X i Y sunt izobari dac au acelai numr de nucleoni sau daca atomii au A A aceeai mas. Aceti uclizi izobari se exprim simbolic sub forma: Z X ; Z Y . Doi nuclizi X i Y sunt izo toni dac au acelai numr de neutroni. Aceti nuclizi A A izotoni se exprim simbolic sub forma: Z X ; Z Y , cu condiia: A Z = A - Z . Configuraia unui nuclid instabil se mo ific prin dezintegrare, conducnd la o alt configuraie care poate fi stabil, sau de as emenea instabil. n funcie de particula emis din nucleu, exist diferite tipuri de dezi ntegrri: a). Dezintegrarea Procesul n c re un nucleu de m s A i sarcin Z emite n mo pontan particule ( 4 4 2 He s u 2 ) cu eliber re unei c ntiti de energie sub form a energiei cinetice a particulelor , se numete dezintegrare . Schem tic procesul de dezintegr re se reprezint astfel: A 4 A 4 Z X 2 + Z 2Y n urm dezintegrrii se ob un nou nucleu al unui atom situat n sistemul periodic cu dou csue mai la stnga. b). D ezintegrarea Nucleele radioactive sunt cele mai numeroase. Acest tip de dezinteg rare apare natural la nucleele cu Z 81. 15

Dezintegrarea radioactiv : A Z X 0 1 + A Z +1 Y

PROBLEME REZOLVATE Pro lema nr.1 137 Se d nuclidul 56 X . S se scrie mrimile caracteristice nucleului, valori, semni ficaii. S se scrie cte 2 izotopi, 2 izobari i 2 izotoni. Z = 56 numr de ordine, num e protoni, numr atomic; + 0 A = 137 numr de mas, mas atomic, p + n ; A Z = 81 n0; N Z = 25 numr izotopic. 137 138 139 izotopi Z = 56 56 X 56 Y 56 Z izobari A = 137 izotoni N = 81 Problema nr.2 137 56 137 56 X X 137 55 138 57 Y Y 137 57 139 58 Z Z

Grupai urmtorii nuclizi pe specii caracteristice: 17 8 16 17 6 8O 5 B 8O 7 N 3 Li Izotopi: Izobari: Izotoni: Problema nr.3 238 S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 92U prin emite rea a 6 particule i 4 particule . Precizai grupa, perioada i principalele proprieti e noului element format. 238 92 17 8 17 8 8 5 O O 16 8 O 17 7 6 3 N B Li U 6 2 + 4 1 + 4 0 214 84

X 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p4 perioada a 6 a grupa VI A, metal 16

PROBLEME PROPUSE 1. S se stabileasc poziia n sistemul periodic i caracterul chimic al elementelor cu Z: 12, 16, 24, 26, 29, 32, 36, 47, 64, 83. 2. S se scrie configuraia elementului E1 din perioada a 5-a, grupa V-A i a elementu lui E2 din perioada a 4-a, grupa V-A. S se stabileasc caracterul chimic al element elor respective. Care este valoarea Z1 i Z2 pentru cele dou elemente? tiind c A1 = 1 22 i A2 = 75 s se calculeze mrimile caracteristice nucleelor respective i s se scrie un izotop pentru E1 i un izobar pentru E2. 17

3. O specie atomic are Z = 16 i A = 32. Ci e-, p+, n0 are specia i cum poate fi redat simbolic? Scriei cte un izotop, izoton i izobar al speciei. Precizai poziia n sistemu periodic i caracterul chimic al elementului. 4. Se d urmtoarea serie de nuclizi: 50 38 40 42 36 50 V 23 18 Ar 20 Ca 20 Ca 16 S 22 Ti S se grupeze nuclizii pe baza relaiei dintre A, Z, N.

5. Se d izotopul cu urmtoarea compoziie a nucleului: 15 p+ i 16 n0. Scriei configurai electronic a elementului, mrimile caracteristice nuclidului, poziia n sistemul peri odic, un izotop, un izobar i un izoton posibil. Elementul formeaz un acid cu compo ziia procentual: H - 3,06%, X 31,63%. Care este formula acidului i ce stare de oxid are are X? Mase atomice: H 1, O 16. 18

6. Elementul X din perioada a 3-a, grupa VI-A are n nucleu i 16 n0. Scriei configur aia electronic a elementului, mrimile caracteristice nuclidului, un izotop, un izob ar i un izoton posibil. Elementul formeaz un acid n care starea lui de oxidare este 4+. Care este formula acidului i compoziia lui procentual? Mase atomice: H 1, O 16 . 238 7. S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 92U prin em iterea a 7 particule i 5 particule . Precizai grupa, perioada i principalele proprie ti ale noului element format. 238 8. S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 92U prin em iterea a 7 particule i 6 particule . Precizai grupa, perioada i principalele proprie ti ale noului element format. 19

232 9. S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 90Th prin e miterea a 5 particule i 4 particule . Precizai grupa, perioada i principalele propri eti ale noului element format. 232 10. S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 90Th prin emiterea a 6 particule i 5 particule . Precizai grupa, perioada i principalele propr ieti ale noului element format. 232 11. S se scrie configuraia nveliului electronic a nucleului obinut din 90Th prin emiterea a 7 particule i 4 particule . Precizai grupa, perioada i principalele propr ieti ale noului element format. 20

3. PROPRIETI FIZICE I CHIMICE ALE ELEMENTELOR Proprieti fizice i modul de variaie corelat cu poziia elementelor n sistemul periodic 1. Volumul atomic Volumul atomic este definit prin relaia: masa atomica kg Vat . = 3 densitate m este o funcie periodic de numrul atomic. Volumele atomice cele mai ri le au metalele alcaline, iar cele mai mici, metalele tranziionale. crete VI B c rete VIII A scad 2. Razele atomice O periodicitate analog prezint i razele atomice. Cele mai mari raze atomice prezint metalele alcaline, iar cele mai mici, metalele tranziionale. Raza atomic (ra): crete VI B crete VIII A crete 3. Razele ionice Razel e ionice variaz la fel ca i razele atomice. Cu ct sarcina pozitiv a ionilor pozitivi este mai mare cu att raza este mai mic. Razele ionilor negativi sunt mai mari dect razele atomilor. Cu ct sarcina negativ a ionilor negativi este mai mare, raza ion ilor este mai mare. crete VI B crete VIII A crete 4. Energia de ionizare Una dintre cele mai importante mrimi fizice ale atomilor este energia de ionizare. Prin ene rgie de ionizare se nelege energia cheltuit pentru smulgerea unui electron dintr-un atom. Ea se exprim de obicei n electroni voli (eV). Cele mai mici energii de ioniz are le au metalele alcaline, deoarece ele pot pierde cel mai uor electronul de pe ultimul strat. Energia de ionizare crete paralel i cu creterea numrului atomic Z pe ntru elementele din aceeai perioad. Aceasta se explic prin creterea puterii de atraci e a electronilor de ctre nucleu. Ei crete crete 21

5. Afinitatea pentru electroni Prin afinitate pentru electroni se nelege energia e liberat la alipirea unui electron la un atom, cu formarea unui ion negativ. Faptu l c atomul neutru poate s accepte electroni, arat c nucleul nu are cmpul electric com plet saturat i tinde spre o saturare formnd ioni negativi prin acceptare de electr oni. Stabilitatea ionului negativ astfel format este mult mai mare dect a atomulu i neutru. Aa se explic de ce ionul de fluor F- este mai stabil ca atomul de fluor, iar anionul OH- este mai stabil dect radicalul OH. Afinitatea variaz invers cu en ergia de ionizare: crete crete Proprieti chimice i modul de variaie corelat cu pozii lementelor n sistemul periodic. 1. Starea de oxidare O proprietate periodic este i starea de oxidare (numr de oxidare, treapt de oxidare). Se nelege prin stare de oxid are o sarcin electric formal, pozitiv sau negativ ce se atribuie unui element n combi aiile sale. Se atribuie sarcin pozitiv sau negativ n funcie de caracterul electropozi iv sau electronegativ al partenerului. Ca regul, putem spune c n combinaiile cu elem ente mai electronegative dect ele, strile de oxidare maxime ale elementelor din gr upele principale, sunt pozitive egale cu numrul grupei din sistemul periodic. n co mbinaiile lor cu elemente mai electropozitive dect ele, strile de oxidare sunt nega tive i egale cu 8 - numrul grupei n care se gsete elementul. Starea de oxidare reprez int numai ntmpltor sarcina ionului real (de exemplu n Na2S, Na2O, NaCl etc.). Metalel e de regul au numr de oxidare pozitiv, iar nemetalele au numr de oxidare i pozitiv i negativ. Valena elementelor ntr-o perioad crete de la stnga spre dreapta. 2. Electron egativitatea. Electropozitivitate. Fiecare perioad se termin cu un gaz rar, formnd m preun grupa a VIII-a A. Aceste elemente se caracterizeaz printr-o mare inerie chimi c, explicat printr-o structur electronic stabil. Dup gazele rare urmeaz metalele alc ne care formeaz grupa IA i se caracterizeaz toate prin uurina de a pierde electronul s, transformndu-se ntr-un ion pozitiv. Elementele care prezint o tendin accentuat de primi electroni se numesc electronegative, iar cele care pierd uor electronii pe riferici, se numesc electropozitive. Caracterul electronegativ crete de la stnga s pre dreapta n rndurile orizontale ale sistemului periodic, iar caracterul electrop ozitiv se atenueaz. De asemenea se constat o scdere a caracterului electronegativ n grupe, de sus n jos. Aceasta nseamn c cele mai electropozitive elemente se gsesc n st a jos a sistemului periodic, iar cele mai electronegative n dreapta sus. n grupele din mijlocul sistemului periodic se gsesc elementele care nu au un caracter elec tropozitiv sau electronegativ pronunat, ele sunt practic neutre. 3. Caracterul ac ido-bazic Exist un paralelism ntre electronegativitate i caracterul acid sau bazic. Elementele electropozitive (sau cu electronegativitate mic) formeaz oxizi cu cara cter bazic, iar elementele electronegative (sau cu electronegativitate mare) for meaz oxizi cu caracter acid. 22

Caracterul acid crete n grup de jos n sus, iar n perioad crete de la stnga la dreap el mai puternic caracter acid se ntlnete la elementele situate n colul din dreapta, s us a sistemului periodic. Caracterul bazic crete n grup de sus n jos, iar n perioad c ete de la dreapta spre stnga. Elementele aflate n colul din stnga, jos al sistemului periodic au caracterul bazic cel mai pronunat. Elementele din grupele secundare n u se supun regulilor de mai sus. Majoritatea elementelor din grupele secundare ( tranziionale) apar n mai multe stri de oxidare. 4. Punctele de topire i de fierbere Desfacerea reelei cristaline prin topire depinde de forele de legtur dintre particul ele constituente. Aceste fore depind de caracteristicile particulelor (volum, sar cin electric, nveli electronic, etc.). Elementele cu volum atomic mic i valen mare f eaz cristale n care forele de legtur sunt foarte mari. Punctele de topire sunt funcie de numrul atomic, Z. n grupele principale, I IV, temperaturile de topire scad cu c reterea numrului atomic, pe cnd n grupele IV VIII principale i n grupele secundare sc cu numrul atomic. n perioad, temperatura de topire a elementelor crete pn la grupa a IV-a, apoi, scade. n acelai mod se comport i temperatura de fierbere. PROBLEME REZ OLVATE Problema nr.1 Ordonai urmtoarele elemente n sensul creterii electronegativitii lor: 9 F 17 Cl 8 O 15 P 16 S

Se scrie configuraia electronic a elemenetelor i se poziioneaz n sistemul periodic. O : 1s2 2s2 2p4 perioada a 2-a, gr. VIA F : 1s2 2s2 2p5 perioada a 2-a, gr. VIIA S : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4 perioada a 3-a, gr. VIA P : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3 perioada a 3-a, gr. VA 2 2 6 2 5 Cl : 1s 2s 2p 3s 3p perioada a 3-a, gr. VIIA innd cont de variaia electronegativitii elementelor n grupe i perioade, se ordoneaz elementele n sul creterii electronegativitii: per. 2 3 P P < S < Cl < O < F Problema nr. 2 Care din elementele urmtoare are energia de ionizare mai mare? 11 gr VA VIA O S VIIA F Cl Na 19 K

20 Ca 13 Al 23

Se scrie configuraia electronic a elemenetelor i se poziioneaz n sistemul periodic. N : Al : K: Ca: 1s2 2s2 2p6 3s1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 1s2 2 s2 2p6 3s2 3p6 4s2 perioada a 3-a, gr.IA perioada a 3-a, gr. IIIA perioada a 4-a , gr.IA perioada a 4-a, gr. IIA

innd cont de variaia energiei de ionizare elementelor n grupe i perioade, se ordoneaz elementele n sensul creterii energiei de ionizare: per. gr IA Na IIA IIIA Al 3 4 K Al < Ca < Na < K Problema 3. Ca

Care dintre metalele Zr (Z=40), V (Z=23) i Ir (Z=77) va avea duritatea mai mare? (Toate metalele cristalizeaz n reea compact.) Se scrie configuraia electronic a metal lor i se stabilete numrul de electroni de pe ultimul strat cu care metalul particip la formarea legturii metalice: Zr Z=40 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2 4eV Z=23 1 s22s22p63s23p64s23d3 5e2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 14 7 Ir Z=77 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 9eSe ocup cu electroni banda de valen pentru a stabili care este gradul de ocupare cu electroni a acesteia. Duritatea cea mai mare o are V, deoarece el are cel mai mare grad de ocupare cu electroni a benzii de valen. Urmeaz apoi Zr i Ir. PROBLEME PROPUSE 24

1. S se discute comparativ proprietile metalelor: Ti Z = 22; Cr Z = 24; Mo = 42; Mn Z = 25; W Z = 74; Rb Z = 37; Nb Z = 41. Cu excepia Rb care cristalizeaz n reea afnat restul metalelor cristalizeaz n reea compact. 2. Care din elementele urmtoare are caracterul cel mai metalic? 11 Na 19 K 20 Ca 13 Al 3. Care dintre urmtoarele elemente are raza cea mai mic? 25

1 9 K 20 C a 12 M g 13 A l 5. Aranjai elementele de mai jos n ordinea creterii energiei de ionizare: 17 Cl 11 Na 12 Mg 20 Ca 37 Rb 9 F 10 Ne 6. Se dau elementele chimice A cu numrul atomic Z = 11 i B cu Z = 17. Se cere: 26

a) valena metalelor date; b) poziia n sistemul periodic. 7. Ordonai n sensul creterii temperaturilor de topire urmtoarele metale: Ti Z= 22; M o Z = 42; Ag Z = 47. Scriei configuraiile electronice i poziiile n sistemul periodic al elementelor. 4. CONCENTRAIA SOLUIILOR 27

Concentraia unei soluii exprim raportul dintre substana dizolvat i soluie sau solven Exist numeroase moduri de exprimare a concentraiei soluiilor, n funcie de unitile de r n care se exprim cele dou componente (dizolvatul i soluia sau solventul). 1. Concen raia procentual 1.1. Concentraia procentual de mas: reprezint cantitatea de substan lvat, exprimat n grame din 100 g de soluie. m c% m = d 100 , ms ms = md + msolv. und e: c%m concentraia procentual de mas[%] ; md masa soluie [g]; ms masa soluiei [g olv. masa solventului [g]. 1.2. Concentraia procentual de volum: exprim numrul de li tri de dizolvat din 100 l de soluie. V c% v = d 100 , Vs = Vd + Vsolv. Vs unde: c %v concentraia procentual de mas[%] ; Vd volumul soluiei [l]; Vs volumul soluiei Vsolv. volumul solventului [l]. Acest mod de exprimare a concentraiei se aplic at unci cnd componentele soluiei sunt gaze. 1.3. Concentraia procentual volumetric: repr ezint grame de solut la 100 ml soluie. 2. Concentraia molar (molaritatea) - reprezin t numrul de moli de substan dizolvat ntr-un litru de soluie. md [ mol / l ] m= M d nde: m concentraia molar [mol/l]; Md masa molar a solvatului [g]. 3. Concentraia no mal (normalitatea) - reprezint numrul de echivaleni-gram de solut dintr-un litru de soluie. md [ echiv / l ] n= E d VS unde: n concentraia normal, [val/l]; Ed echival ntul gram al solutului, [g]; VS volumul soluiei [l]. 4. Concentraia molal (molalita tea) - este definit ca fiind moli de solut la 1000 g de solvent. m 1000 a= d [ mol i / 1000 gsolvent] M d m solv unde: a concentraia molal, [moli/1000 g solvent]; Md masa molar a solutului, [g]; m2 masa solutului, [g]. 5.Fracia molar 28

Considernd o soluie binar ce conine n1 mol solvent i n2 mol substan dizolvat, atunc ciile molare x1 (a solventului) i x2 ( a substanei dizolvate) sunt: n1 n2 x1 = x2 = n1 + n 2 n1 + n 2 unde: x1 + x2 = 1. 6.Titrul soluiei - reprezint cantitatea de s ubstan dizolvat, exprimat n grame, ntr-un mililitru de soluie. m T= d [ g / ml ] VS e: T titrul soluie, [g/ml]; md masa de substan , [g]; VS volumul soluiei, [ml]. A relaii utilizate n calcule de concentraii: c c m n T m = c m c = m 1000 M 100 1000 n = c E 100 c T = 100 M 100 n c =n E 100 T 1000 m =T M 1000 n =T E c =T 100 1000 M E M T = m 1000 n = m 1000 E m = n M T =n E 1000 PROBLEME REZOLVATE: P oblema n .1: Reacioneaz 200 g soluie NaOH 20% cu 200 g soluie HCl 18,25%. S se arate dac reacia este total. NaOH + HCl = NaCl + H2O MNaOH = 23 + 1 6 + 1 = 40 MHCl = 1 + 35,5 = 36,5 Pentru NaOH: c = md c m s 20 200 100 m NaOH = = = 40 g NaOH ms 100 100 18 ,25 200 = 36 ,5 g HCl 100 Pent u HCl: m HCL = 40 g NaOH 36,5 g HCl 36,5 36,5 = 0 Rezult c reacia este total. Problema nr.2 29

Se d 100 g soluie x% H2SO4, care dizolv 13 g zinc. Se cere x. H2SO4 + Zn AZn = 64 9 8 g H2SO4 64 g Zn y g H2SO4 13 g Zn y= 98 13 = 19 ,90 g H2SO4 64 ZnSO4 + H2 x=c= md 19,90 100 = 100 = 19,90% ms 100 Problema nr.3 Se amestec dou soluii ale unei 1 : 16 : 32, astfel: - 800 cm3 soluie 4% cu = 1435 kg/m3 Desp e ce substan este vorba? S ar, normal, molal i titrul soluiei finale. 1 1 16 = 0,5 S: y = 32 32 =2 O: z = 16 H : x = =1 H=1 x2 S=1 O=4 H2SO4 acidul sulfuric M H 2 SO4 = (1 2) + 32 + (16 4 ) = 98 98 = 49 2 m Din relaia = ms = V V E H 2 SO 4 = m s1 = 1 V1 = 800 1,025 = 820 g m s2 = 2 V2 = 500 1,435 = 717 ,5 g m s = m s1 + m s2 = 820 + 717 ,5 = 1537 ,5 g Din elaia c% m = m d1 = md 2 = c1 ms1 100 c 2 m s2 = md 100 ms md = c ms 100 substane cu raportul molar: H : S : O = = 1025 kg/m3 - 500 cm3 soluie 54% cu se determine concentraia procentual, mol HxSyOz

100 md = md1 + md 2 = 30

4

820 = 32,8 g 100 54

717,5 = 387,45 g 100 = 32,8 + 387 ,45 = 420 ,25 g

c = m=

md 420 ,25 = = 3,29( mol / l ) M VS 98 1,3 md 420 ,25 = = 6,59( val / l ) E VS 4 9 1,3 md 1000 420,25 1000 = = 3,83( mol / 1000 gsolvent ) M ( ms md ) 98 (1537 , 5 420,25 ) md 420 ,25 = = 0,32( g / ml ) Vs 1300 VS = V1 + V2 = 800 + 500 = 1300 cm3 = 1,3l n= a= T= Pro lema nr.4 Se amestec: - 1,2 kg soluie H2SO4 4,9% - 2 l soluie H2SO4 0,2M; - 1 l soluie H2SO4 0,2 N; - 0,25 kmol ap. Considernd denstitatea soluiei ca fiind aproxim ativ egal cu 1 g/cm3, s se exprime concentraia soluiei finale n toate modurile posibi le. M H 2 SO4 = (1 2) + 32 + (16 4 ) = 98 98 = 49 2 m s = ms1 + m s2 + m s 3 + m s4 = 1200 + 1200 + 1000 + 0,25 10 3 18 = 8700 g E H 2 SO 4 = m d = m d1 + m d 2 + m d 3 = c= m= c ms 4,9 1200 + 2 0,2 98 + 1 0,2 49 = + 39,2 + 98 = 107,8 g 100 100

c 10 1,23 1 10 = = 0,12( mol / l ) M 98 c 10 1,23 1 10 n= = = 0,24( val 49 md 1000 107,8 1000 107800 a= = = = 0,12( mol / 1000 gsolvent ) M ( m s md ) 9 8 ( 8700 107,8) 842035,6 T= c 1,23 1 = = 0,0123( g / ml ) 100 100 PROBLEME PROPUSE: 1. Reacioneaz 300 g soluie KOH 28% cu 500 g soluie HNO 3 12.8%. S s e arate dac reacia este total. 31

md 107,8

100 =

md 420,25

100 =

100 = 27,33% ms 1537 ,5

100 = 1,23% ms 8700

2. Reacioneaz 500 cm3 soluie H2SO4 51% cu = 1,4 g/cm3 cu 500 cm3 soluie KOH 50% cu 1500 kg/m3. S se arate dac reacia este total. 3. Se d 200 g soluie y% HNO3 care dizolv 4,8 g magneziu. Se cere y. 32

4. La neutralizarea a 500 g soluie z% H2SO4 se consum 28 g KOH. Se cere z. 5.Ce cantitate de substan este necesar pentru a obine: a) 250 g soluie 35%; b) 50 g s oluie 2,5%; c) 2 kg soluie 10%; d) 0,8 kg soluie 20%. 33

6.S-au dizolvat 20 g dintr-o substan cu raportul molar Mg : S : O = 3 : 4 : 8 i s-a adus la 3 l de soluie. Densitatea acestei soluii este 1125 kg/m3. Despre ce subst an este vorba? S se exprime concentraia soluiei n toate modurile posibile.

7. Se amestec dou soluii ale unei substane cu urmtoarea compoziie procentual: H = 3, , P = 31,63%, astfel: - 400 g cu c = 13,76% i = 1075 kg/m3 - 200 g cu c = 44% i = 1575 kg/m3 Desp e ce substan este vorba? S se determine concentraia procentual, molar normal, molal i titrul soluiei finale. 34

8. Se amestec dou soluii ale unei substane cu urmtoarea compoziie procentual: H = 2. , S = 32.65%, astfel: - 500 g soluie 20% cu = 1140 kg/m3 - 300 g soluie 60% cu = 1 500 kg/m3 Desp e ce substan este vorba? S se determine concentraia procentual, molar, normal, molal i titrul soluiei finale. 9. Se amestec: a) 400 cm3 soluie de HCl 0,4 m cu 0,8 l soluie HCl 0,1 m b) 600 cm3 soluie H2SO4 0,5 n cu 1,2 l soluie H2SO4 n. Se cere m i n a soluiei finale. 35

10. Se amestec: a) 0,4 kg soluie de NaOH 40% cu 600 cm3 ap distilat b) 0,4 l soluie C uSO4 20% cu = 1,2 g/cm3 cu 0,6 l ap distilat.. Se cere c% a soluiei finale. 11. Se amestec: a) 400 g soluie H2SO4 40% cu 600 cm3 ap distilat. Se cere c% a soluie i finale. b) 500 cm3 soluie H2SO4 0,5 m cu 500 g ap distilat. Se cere molaritatea i normalitatea soluiei finale. 36

11. 49 g soluie 10% H2SO4 se neutralizeaz cu x g soluie NaOH 8%. Se cere x. 12. 400 g soluie 28% KOH se neutralizeaz cu y g soluie 6,3% HNO3 .Se cere y. 37

13. 300 g soluie 11,2% KOH se neutralizeaz cu z g soluie 49% H2SO4. Se cere z. 14.Se amestec: - 600 g soluie H2SO4 20% cu = 1,14 g/cm3 - 600 g soluie H2SO4 60% cu = 1,52 g/cm3 - 600 g soluie H2SO4 14% cu = 1,09 g/cm3 - 0,25 kmol ap. S se exprime concentraia soluiei finale n toate modurile posibile. 38

5. TERMODINAMICA CHIMIC 1. CONSIDERAII TEORETICE 39

O reacie chimic este nsoit de un schimb energetic, de cele mai multe ori de cldur. T sferul de cldur se ia n considerare fie la volum constant, fie la presiune constant. Dac are loc un transfer de cldur la volum constant atunci transferul de cldur este e gal cu variaia energiei interne (U). Dac se lucreaz la presiune constant, atunci schi mbul de cldur este egal cu variaia de entalpie (H). n condiii obinuite, se lucreaz esiune constant i ca urmare, se ia n considerare variaia entalpiei, H. Reaciile n ca >0 se numesc endoterme, cele n care H