Chimie Generala

Definitia chimieiChimia este stiinta care studiaza compozitia,

structura, proprietatile si diferitele transformari ale substantelor.Ramurile chimiei se deosebesc intre ele prin temele de studiu si metodele de lucru. Aceste ramuri se gasesc in interconexiune permanenta.

Chimia este stiinta care se ocupa cu studiul atomilor, moleculelor, ionilor, cristalelor, cerceteaza compozitia si structura substantelor, studiaza conditiile si caile prin care substantele se transforma unele in altele.

Toate fenomenele cu modificarea naturii substantelor face obiectul chimiei.

Chimie Generala

Ramurile chimiei:Chimia generala: se ocupa cu studiul legilor chimiei, a tipurilor de reactii chimice si a legilor care le guverneaza, studiaza structura atomului, legaturile chimice, starile de agregare ale materiei , proprietatile substantelor.Chimia analitica: Stabileste compozitia chimica a substelor. Este impartita in doua subramuri si anume:chimie analitica calitativa – stabileste calitatea componentelor unor substantechimie analitica cantitativa – stabileste compozitia procentuala a substantelor precum si rapoartele de combinare intre componenti.Chimia anorganica: este partea chimiei care se ocupa cu studiul compusilor anorganici. Mai precis chimia anorganica studiaza metalele, nemetalele, substantele compuse in faza gazoasa, lichida, solida. Se ocupa cu studiul structurii, reactivitatii, catalizei si tehnicilor experimentale utilizate.Chimia organica: studiaza compusii organici. Studiaza in principal moleculele alcatuite din carbon , hidrogen dar si alti atomi cum ar fi azot, oxigen, sulf, etc.Chimia fizica: studiaza legile fizice si procesele care guverneaza transformarile chimice. Are ca subramuri: termodinamica, cinetica, electrochimia, chimia coloizilor, fotochimia, chimia cuantica.Chimia tehnologica: procesele prin care se fabrica industrial produsii chimici. Studiaza tehnicile de lucru si procedeele utilizate.Biochimia: are ca obiect studiul reactiilor chimice din organismele vii.Geochimia: studiaza compozitia si reactiile chimice din scoarta pamantului.Chimia mediului: studiaza influenta substantelor chimice asupra mediului, analiza si metodele de protejare a mediului.

Chimie Generala – Ramurile Chimiei

Chimie Analitica

ChimieAnorganica

ChimieOrganica

Biochimie

Chimie Fizica

ChimieTehnologica

Chimia Mediului

Chimie Generala

Scurt istoric al dezvoltarii chimiei.

Principalele perioade de dezvoltare a chimie pot fi considerate ca fiind:-perioada antica - dureaza din comuna primitive pana in primele secole ale erei noastre. In aceasta perioada se cunosc doar 9 elemente chimice si aume: aurul, argintul, cuprul, staniul, plumbul, fierul, mercurul, sulful si carbonul. In perioada antica in China si Egipt incepe fabricarea sticlei, apare olaritul si se fabrica portelanul (in China in jurul anului 300 i.C.). Tot chinezii (2200 i.C.) inventeaza hartia de matase si prin 105 (d.C) se inventeaza hartia din scoarta copacilor. Tot chinezii sunt cei care au dus practica imbalsamatului la arta si in anul 2000 i. C. inventeaza praful de pusca, care s-a folosit in Europa abia din sec. al VII d.C.

-perioada alchimiei - este guvernata de credinta existentei unei forte superiare care transforma substantele in aur. Alchimistii credeau in existenta pietrei filosofale ce se putea obtine prin combinarea mercurului cu sulf (mercurul reprezenta lichidul,

apa, sulful pamantul) si a sulfului filosofic (focul) sau in alte concepte aerul.

-iatrochimia - (chimia medicala) chimia pusa in slujba medicinii. Un reprezentant de marca este Paracelsius care gaseste

diferite utilizari medicale pentru elemntele chimice.

-perioada flogisticului - (sec XVII) se caracterizeaza prin aparitia furnalelor, dezvoltarea metalurgiei, analiza minereurilor, aparitia de noi aliaje. In acesta perioada se considera ca toate corpurile sunt alcatuite din metal plus flogiston (flacara), partea care duce la combustia metalelor si care determina profunde transformari ale corpurilor la incalzire. In acesta era se face o clasificare a materialelor in functie de modul lor de ardere si anume in combustibile si necombustibile.

-perioada moderna - este legata de explicatia stiintifica a fenomenelor arderii, introducerea experimentului chimic riguros efectuat. Apar principalele legi ale chimiei (Lavoisir, legea proportiilor multiple, Legea lui Gay-Lussac, legea lui Avogadro, Berzelius, etc).

- perioada contemporana - se dezvolta chimia moderna

Chimie Generala

Materie, corp, substanta, element

Modelele microscopice imagineaza materia ca fiind alcatuita din particule foarte mici (atomi, molecule) fiecare dintre acestea pastrand inca proprietatile materiei. Atomii compun mai departe elementele chimice in timp ce moleculele formeaza compusi. Acesta este modelul macroscopic al alcatuirii materiei. Relatia dintre modelul microscopic si cel macroscopic este ilustrata in schema urmatoare

MATERIA

Amestecuri

Omogene Eterogene

Compusi

Molecule Atomi

Elemente

Nucleu Electroni

ProceseChimice

ScaraMacroscopica

Scara Microscopica

ProceseChimice

Chimie Generala

Tot ceea ce exista se numeste materie si se afla in continua miscare si dezvoltare.Materia se prezinta sub doua forme si anume: substanta si energia radianta (materia care se deplaseaza cu viteza luminii).Proprietatile fundamentale ale materiei sunt timpul, spatiul si miscarea. Materia se afla in continua miscare si dezvoltare.

Corpurile sunt parti din materie cu forma proprie si volum determinat.Partea materiei cunoscuta sub numele de substanta se caracterizeaza prin masa. Orice cantitate de substanta aflata pe pamant este atrasa de acesta cu forta gravitatiei, atractie ce poarta numele de greutate.

Expresia dintre masa si energie este stabilita de Einsten (1905): E=mc2, unde E = cantitatea de energie, m = masa in Kg, c = viteza luminii in vid (2,9979x108 m/s). Energia se masoara in Jouli (J). Aceasta relatie demonstreaza ca si energia este caracterizata de masa.

Chimie GeneralaSubstante

Substanta este aceea parte a materiei care are compozitie chimice bine definita, constanta si invariabila, aceleasi proprietati fizice si chimice in toata masa.Substantele se pot clasifica in:

substante simplesubstante compuse

Substantele simple (sau elementare) sunt acele substante care nu pot fi descompuse in substante mai simple prin nici o metoda fizica sau chimica uzuala. Nu pot fi subiectul unei sinteze si nici a unei analize chimice. Exemple: metalele, nemetalele, etc.Substantele simple se caracterizeaza prin proprietati fizice si chimice definite. De exemplu, metalele prezinta stare de agregare solida (sunt cristaline) cu exceptia mercurului, prezinta luciu metalic, conduc curentul electric, prezinta conductibilitate termica, etc.

Substantele simple sunt formate din atomi sau molecule ale aceluiasi element chimic. Exemplu: oxigenul este o substanta simpla formata din doi atomi de oxigen, diamantul, este o substanta simpla alcatuita din atomi de carbon.

Chimie Generala

Unele substante simple pot aparea sub forma mai multor specii numite forme alotropice. Aceasta proprietate apare datorita existentei unor specii moleculare care contin fie un numar diferit de atomi, fie o aranjare cristalina diferita. De exemplu diamantul, grafitul si fulerena reprezinta formele alotropice ale aceluiasi element chimic si anume carbonul. In diamant avem o aranjare cubica in care fiecare atom de carbon este legat de alti 4 atomi de carbon.

Unghiul de legatura are valoarea de 109o28’. Datorita impachetarii compacte in retea structura este foarte rigida, din acest motiv, dimantul este cea mai dura substanta care se gaseste in natura. Topeste in jur de 3500o C, iar densitatea este de 3.5 gm/cm3.

Chimie Generala

Grafitul natural (beta-grafitul) cristalizeaza in forma hexagonala. Grafitul se prezinta ca o masa gri unsuroasa, opaca, care prezinta luciu metalic. Fiecare atom de carbon este legat de alti 3 atomi, al patrulea electron ramanand nelegat. Acest electron care se poate misca in retea, confera grafitului proprietati de bun conducator de electricitate si caldura. Reteaua grafitului este una stratificata in care straturile pot aluneca unele peste altele, proprietate cunoscuta sub denumirea de clivaj. Densitatea grafitului este de 2.2 gm/cm3. Punctul de topire al grafitului este 3700oC.

Fulerena reprezinta o stare alotropica a carbonului mai nou descoperita (in anul 1985) care are minim 60 de atomi in molecula aranjati in structura sferica. Fulerenele pot contine pana la 500 de atomi de carbon in molecula. Pot ingloba in spatiile goale atomii altor elemente chimice.

Chimie Generala

Substantele compuse rezulta prin combinarea a doua sau mai multe substante simple care se afla intre ele in raport bine definit. Exemple: NaCl, H2O, HCl. Substanta are aceleasi proprietati fizice si chimice in toata masa ei. Substantelecompuse se mai numesc si combinatii chimice. Substantele compuse se pot descompune pe diferite cai in substantele simple din care s-au format, sau in altesubstante compuse :

2NaClelectroliza in topitura 2Na + Cl2

(NH4)2CO3descompunere 2 NH3 + CO2 + H2O

Proprietatile substantelor simple nu se mai regasesc in substantele compuse pecare le formeaza.

H2 + 1/2 O2 H2O

Chimie Generala

Substantele pot fi: pure sau amestecuri de substante.Substantele pure sunt acele substante care au in constitutia lor doar un anumit component.Proprietatile fizice ale substantelor pure sunt exprimate de constante fizice masurate experimental.Exemplu de astfel de constanta este densitatea substantei care reprezinta raportul dintre masa si volumul substantei respective (g/cm3).Alte proprietati fizice ale substantei determinate de structura substantei ca intreg si nu de proprietatile particulelor constituente sunt: temperatura de topire, temperatura de fierbere, conductibilitatea electrica, capacitatea calorica, etc.

In natura substantele se gasesc sub forma de amestecuri. De exemplu apa din natura contine saruri dizolvate. Substantele obtinute in sinteza, contin intotdeauna o cantitate de alti compusi (reactanti, produsi secundari etc.) pe care ii numim impuritati. Functie de cantitatea de impuritati dintr-o substanta, aceasta se defineste ca:-substanta de puritate comerciala (p.c.),-produsi puri (p),-produsi analitic puri (p.a),-produsi chimic puri (p.c),-produsi de puritate speciala (p.s), etc..Continutul impuritatilor dintr-o substanta se stabileste prin standarde de stat.

Chimie GeneralaElement, Simbol, Formula, Ecuatie

Elementul chimic este specia de atomi caracterizata de o serie de proprietati definite, in primul rand de sarcina pozitiva a nucleului. Tipul de materie care este alcatuita din atomi cu aceasi sarcina electrica se numeste element. De fapt materia este alcatuita din elemente. De exemplu, toti atomii de carbon constitue elementul carbon, toti atomii de sulf constitue elementul chimic numit sulf, toti atomii de oxigen constitue elementul chimic numit oxigen.Forma de existenta in stare libera a elementelor reprezinta substantele simple.Elementele chimice sunt reprezentate prin simboluri. Acestea au fost introduse de Berzelius (1811) si constau in prima sau primele litere ale numelui latin al elementului. Ex: Carbon (C ), Kaliu (K), Calciu (Ca), Sulf (S), etc. Simbolul chimic, pe langa abrevierea elementului, reprezinta o masa definita a elementului (un atom, un mol de atomi).Reprezentarea prin simboluri chimice a compozitiei unei substante constituie formula chimica. Daca dintr-o specie chimica exista mai multi atomi, acestia se marcheaza prin indice asezat in dreapta simbolului jos. Indicele este intotdeauna un numar intreg deoarece in compozitia substantelor nu pot intra jumatati de atomi.

Chimie Generala

Numarul de ordine= numarul atomic Z= numarul de electronidin invelisul electronic= numarul de protonidin nucleu

Numarulde masaA=Z+N

Denumireaelementului

14

Azot

7 N

Chimie Generala

Formula chimica are aspect:-calitativ (tipul de atomi)-cantitativ (raportul masic de combinare al atomilor)Ex : H2O – 2 atomi de hidrogen : 1 atom de oxigenNO2 – 1 atom de azot : 2 atomi de oxigenH2O2 - 2 atomi de hidrogen : 2 atomi de oxigenCO – un atom de carbon : un atom de oxigenCO2 - un atom de carbon : 2 atomi de oxigenUn numar distinct de atomi sau molecule se desemneaza printr-o cifra situata in fata simbolului chimic. Acest numar se numeste coeficient.Ex : 2H2O: 2 molecule de apa2H2: 2 molecule de hidrogen.

Chimie Generala

Formula Bruta : arata speciile de atomi ale elementelor componente si raportulnumeric dintre acestea.-Ex. CH este formula bruta a benzenului. Ne arata ca in molecula de benzen avem atomi de H si C in raport de 1:1.-Pentru clorura de sodiu: NaCl

Formula Moleculara: formula reala a unui compus chimic, reda compozitia si numarul atomilor care participa la formarea unei molecule sau ion.-La benzen formula moleculara este C6H6. Pe langa tipul de atomi si raportul de combinare, mai avem informatii si cu privire la numarul real de atomi din molecula.H2SO4 , in molecula avem 2 atomi de H, unul de S, 4 de oxigen.

Chimie Generala

.Formula structurala reda modul de legare al atomilor intre ei si pozitiile relative a atomilor in molecule.-formula structurala la H2SO4 , ne indica si cum sunt pozitionati atomii in molecula:Pe langa aceste tipuri de formula mai exista formulelesterice, formulele spatiale, formulele de proiectie, formulele de schelet (aprofundate la chimie organica).

SO OH

OHO

Formulele de schelet sunt acele formule in care sunt omise simbolurile atomilor de C si H ca si liniile de legatura dintre carbon si hidrogen.Exemplu :

COOHC

Chimie Generala

Formula sterica (de conformatie) reda forma structurala a unui compus chimic, aranjarea spatiala a atomilor si grupurilor de atomi in molecula .Exemplu

C C

CH3H3C

H H

C C

CH3H

H3C H

Formula de proiectie reda proiectareamoleculelor spatiale in planul hartiei, la care trebuie luate in considerare anumite reguli, exemplu - proiectii Ficher.Regulile spun ca atomii de carbon se ordoneazavertical pe catena principala astfel incat atomul cucel mai mare numar de oxidare sa fie asezat catmai departe posibil de atomul chiral iar ceilaltiatomi sau grupe de atomi de la atomul chiral suntasezati de-a drapta si de-a stanga lui cu liniiorizontale.

COOH

C

CH3

HH2N

Chimie Generala

Formulele spatiale redau prin simboluri specifice legaturii aranjarea acestora in spatiu.Exemplu: COOH

C

CH3

HNH2N H

HH

S

F

F

FF

FFP

O

ClCl

Cl

Principalele etape in scrierea unei formule chimice sunt:Scrierea simbolurilor elementelor chimice din care este format compusulStabilirea valentei acestor elementeCalcularea celui mai mic multiplu comun al valentelorStabilirea numarului in care sunt cuprinse valentele in cel mai mic multiplu comunIndicarea raporturilor numerice in care particulele sunt continute in compusul chimic (indicii)Compunerea formulei

Chimie Generala

Exemplu.Pentru a scrie corect formula compusului ce rezulta la combinarea Al cu O:Al si OAl (III) si O (II)cmmmc: 6de 2 ori de 3 oriAl2 si O3Al2O3

Chimie Generala

Ecuatiile reactiilor chimiceDaca intr-o reactie chimica se indica reactantii si produsii de reactie, atuncispunem ca am realizat schema reactiei chimice.

H2SO4+ NaOH Na2SO4 + H2OIn aceasta reactie intra acid sulfuric si hidroxid de sodiu si rezulta sulfat de sodiu si apa. Am precizat reactantii si produsii, fara sa precizam cantitatile exacte dinfiecare, deci am stabilit schema reactiei chimice.Daca precizam numarul de molecule participante la reactie, respectiv numarul de molecule de reactant si numarul de molecule de produsi de reactie spunem ca am scris ecuatia reactiei chimice

La reactia de mai sus am precizat si cantittatile exacte de reactanti si produsi de reactie, deci am scris ecuatia reactiei chimice. Aratam de fapt ca doi moli de hidroxid de sodiu reactioneaza cu un mol de acid sulfuric pentru a rezulta un mol de sulfat de sodiu si doi moli de apa, sau 98 g acid sulfuric reactioneaza cu 80 g de hidroxid de sodiu pentru a forma 142 g sulfat de sodiu si 36 g apa. De fiecare data, in orice unitati am calcula, suma maselor de reactanti este egala cu suma maselorprodusilor de reactie.

H2SO4+ 2 NaOH Na2SO4 + 2 H2O

Chimie Generala

StoechiometriaRamura chimiei care se ocupa cu stabilirea relatiilor cantitative dintre participantii la o recatie chimica se numeste stoechiometrie, iar calculele referitoare la aceasta se numesc calcule stoechiometrice. Ele se bazeaza pe legea conservarii masei, legea proportiilor definite, legea proportiilor multiple, legea lui Avogadro si legea lui Gay-Lussac.

Chimie GeneralaMarimi si unitati importante in chimie

C126

Unitatea atomica de masa (u.a.m) reprezinta a 12-a parte din masa atomului de

Molul, m

Cantitatea de substanta a carei masa, exprimata in grame este numeric egala cu masa relativa a particulei. Termenul de mol se aplica la substante moleculare, substante ionice, atomi, ioni, etc. Numarul entitatilor elementare continute intr-un mol de substanta este egal cu numarul lui Avogadro.

(u.a.m = gmC2423 1066,11099,1

121

121 −− ∗=∗= )

Chimie GeneralaMarimi si unitati importante in chimie

Constanta lui Avogadro NAReprezinta numarul de particule continute intr-un mol de substanta si este egala cu NA=6,02214*1023 mol-1.Masa atomica mAMasa unui atom dintr-un elementMasa atomica a atomului de carbon mA (126C) = 1,993 * 10-26 KgMasa atomica relativa ArRaportul dintre masa atomica a unui element si a 12-a parte din masa atomica a nucleului de carbon 126C ; egala cu masa atomica in unitati atomice de masa (u).Masa atomica relativa a unui element se calculeaza ca fiind

maumEAr E

..)( =

Chimie GeneralaMarimi si unitati importante in chimie

Masa molara MReprezinta masa unui mol dintr-o substanta (g/mol). Deoarece un mol de orice substanta contine acelasi numar de unitati elementare masa molara a unei substante este egala cu masa ei moleculara (u.a.m).Volumul molar VmReprezinta raportul dintre volumul si numarul de moli a unei probe de substanta Vm = V/n (m3/mol).Legatura dintre volumul molar, masa molara si densitate este data de relatia :

Vm=M/ρ.

Un mol al oricarei substante gazoase ocupa un volum de 22,4 l (in conditii normale) numit volum molar al gazului respectiv. Volumul molar al gazului ideal este de 22,4138 l in timp ce volumele gazelor reale variaza putin de la aceasta valoare. De exemplu pt un mol de Cl2 volumul gazului este 22,0616 l, pentru un mol de oxigen volumul gazului este 22,394. In calcule se accepta pentru toate gazele reale valoarea de 22,4 l.