TEMATICA CHIMIE ANORGANICA1. Structura atomului2. Repartizarea electronilor n nveliul electronic3. Legturi chimice;Legturi fizice4. Soluii:Tipuri, concentraii, amestecuri tampon5. Reacii chimice: Neutralizare, Precipitare, Complexare, Reacii redox6. Elementele Sistemului Periodic;Grupa I-Hidrogenul7. Elementele Sistemului Periodic;Grupa a II-a8. Elementele Sistemului Periodic;Grupa a III-a9. Elementele Sistemului Periodic;Grupa a IV-a10. Elementele Sistemului Periodic;Grupa aV-a11. Elementele Sistemului Periodic;Grupa a VI-a12. Elementele Sistemului Periodic;Grupa aVII-a13. Elementele Sistemului Periodic;Metale tranziionale Partea 114. Elementele Sistemului Periodic;Metale tranziionale Partea 215. Elementele Sistemului Periodic;Metale tranziionale Partea 31. Structura atomului

NOIUNI FUNDAMENTALE

1.1. Materia.

Universul este format din materie, prezent sub dou forme: substan i

energie radiant.

Materia este n continu transformare.

Substana reprezint o form de existen a materiei cu o compoziie i

structur definit.

O anumit cantitate dintr-o substan sub o form i un volum oarecare,

reprezint un corp realizat din substana respectiv (de exemplu: dac

considerm ca substan - fierul, un cui reprezint un corp realizat din fier).

Substanele se clasific n substane pure i amestecuri.

Substana pur are o compoziie determinat, indiferent de modul de

obinere i are proprieti fizice constante (densitate, temperatura de topire, de

fierbere, lichefiere etc.), iar prin procedee fizice obinuite, nu poate fi

descompus n alte substane.

n natur, n cele mai multe cazuri, substanele nu sunt pure, ci impure,

adic conin i alte substane denumite impuriti .

Purificarea substanelor impure poate fi realizat prin diferite procedee,

funcie de starea de agregare: filtrare, decantare, distilare, evaporare, cristalizare.

Substanele pure pot fi:

- substane simple, care prin metode chimice nu pot fi descompuse n alte

componente - cu caracter de metal ( cupru, sodiu, calciu, fier), cu caracter de

nemetal (oxigen, azot, clor, sulf, carbon)) sau cu caracter de metal i nemetal

(stibiu, arsen);

- substane compuse (denumite i combinaii) care rezult din combinarea a

dou sau mai multe substane simple i pot fi descompuse n substanele din care

s-au obinut ( sulfat de sodiu, sulfur de fie, carbonat de calciu).

Amestecurile sunt formate din diferite cantiti de substane diferite,

putnd fi omogene sau eterogene.

Amestecul omogen are aceleai proprieti n tot volumul su (de exemplu:

soluia de zahr), spre deosebire de amestecul eterogen (de exemplu: laptele).

n amestecuri, fiecare substan component i pstreaz proprietile

specifice (de exemplu: amestecul de pilitur de fier i sulf). n anumite condiii,

de exemplu , sub aciunea cldurii, dintr-un amestec de dou sau mai multe

substane se formeaz una sau mai multe substane cu proprieti diferite de cele

ale componentelor; nseamn c a avut loc o transformare chimic (reacie

chimic), iar rezultatul este o combinaie chimic (de exemplu: prin nclzirea

amestecului de pilitur de fier i sulf se obine sulfura de fier).

1.2. Transformrile materiei

Transformrile materiei au loc prin micare, care reprezint o form de

existen a materiei. Fenomenele care au loc n univers se datoreaz

diferitelor tipuri de micare a materiei: mecanic, fizic, chimic, biologic, ce

constituie obiectul de studiu a diferitelor ramuri ale chimiei. Micarea mecanic

a materiei reprezint deplasarea unui corp n spaiu; micarea fizic const n

micarea moleculelor (cldura); micarea fotonilor cauzeaz lumina, micarea

electronilor electricitatea; micarea chimic const n cedarea i acceptarea de

electroni ai atomilor; micarea biologic reprezint o form complex de

micare a materiei vii ( organisme vegetale, animale).

Chimia este tiina fundamental care studiaz materia i transformrile

sale.

Transformrile suferite de materie pot fi de natur fizic sau chimic.

Prin transformrile fizice (fenomene fizice) se modific proprietile

fizice ale materiei, fr a rezulta substane noi, pe cnd transformrile chimice

(fenomenele chimice) modific proprietile chimice ale materiei, ducnd la

apariia de substane noi.

Chimia studiaz starea general, compoziia, structura, obinerea,

proprietile i tranformrile substanelor, cauzele i legile dup care au loc

acestea din urm. Chimia cuprinde dou mari domenii: chimia organic n

cadrul creie se studiaz materia alctuit din compuii carbonului (hidrocarburi

i derivaii acestora) i chimia anorganic care studiaz subtanele care nu

conin carbon, cu excepia unor compui simpli ai carbonului (oxizi, carbonai,

carburi).

Proprietile substanelor, modalitile i procedeele utilizate, fac obiectul

de studiu i cercetare a ramurilor chimiei:

- chimia fizic studiul proprietile fizice ale substanelor i relaia dintre

energie i transformirile chimice;

- electrochimia- studiul reaciilor chimice, ca urmare a efectului

electricitii i a reaciilor chimice nsoite de fenomene electrice;

- fotochimia studiul proceselor chimice produse sub influena luminii;

- radiochimia studiul proprietilor subtanelor radioactive;

- chimia analitic identificarea i determinarea cantitativ a elementelor

compomnente ale substanelor;

- chimia nuclear studiul transformrilor nucleelor atomice, procesele

nucleare i a atomilor obinui prin reacii nucleare;

- chimia industrial studiul obinerii substanelor chimice la scar

industrial ( procedee, instalaii i tehnologii industriale);

- chimia biologic (biochimia) studiul mecanismelor n organismele vii;

- chimia agricol (agrochimia)) studiul proceselor chimice din domeniul

agriculturii (cultura, creterea plantelor);

- geochimia studiul compoziiei straturilor geologice ale Pmntului.

Chimia studiaz compoziia substanelor compuse, prin doua metode

fundamentale:

- analiza chimic, metoda de descompunere a substanei compuse n

componentele din care este alctuit ( determinarea identitii i /sau a

cantitii fiecrui component);

- sinteza chimic, obinerea unei substane compuse din substanele componente

din care trebuie format.

n natur, substanele simple se gsesc n stare liber, dar n compoziia

substanelor nou formate, ele devin elemente chimice.

NUCLEUL ATOMICScurt istoric:

Nucleul atomic a fost descoperit in anul 1912 de catre E. Rutherford, care a aratat ca sarcina pozitiva a atomului si cea mai mare parte a mesei atomului sunt localizate in nucleu.

Modelul propus de E. Rutherford era revolutionar pentru acea vreme si avea la baza imaginea sistemului solar cu Soarele in centru si planetele care se rotesc in jurul lui, de aceea s-a numit modelul planetar al atomului. Nucleul este situat in centrul atomului si electronii se rotesc in jurul sau. Intre nucleu si electroni se stabilesc forte de atractie asemanatoare gravitatiei. Tot E. Rutherford a fost cel care a inteles ca nucleul este la randul sau format din nucleoni: particulele incarcate pozitiv au fost numite protoni si cele neutre, neutroni. Neutronii au fost descoperiti in anul 1932 de J. Chadwick.Structura:

Dup descoperirea neutronului de ctre Chadwick n 1932, Heisenberg i Ivanenko au elaborat n 1933 modelul protono-neutronic al nucleului. Conform acestui model, nucleul este alctuit din protoni i neutroni. Un nucleu este format din Z protoni i A-Z neutroni.

Z = numr de ordine

A = mas atomic

Acest model este n concordan cu rezultatele experimentale referitoare la sarcina, masa i spinul nuclear.

n funcie de numrul de protoni i neutroni nucleele au fost mprite n:

- Izobari au aceeai greutate, acelai A:

- Izotopi au acelai numr de ordine, acelai Z:

- Izotoni acelai numr de neutroni, acelai A-Z:

- Izomeri acelai Z, acelai A, dar au timpul de via diferit, ceea ce nseamn c izomerii constituie acelai mediu n diverse stri de excitare. Trecerea dintr-o stare n alta se face prin emisia unui foton de la unul la altul.

Sarcina nucleului atomic reprezint numrul de protoni din nucleu:. Determinarea sarcinii nucleului nseamn determinarea numrului de ordine Z.

Masa nucleului se poate scrie ca suma maselor nucleonilor componeni i se exprim n uniti de mas.1u=m(12C)/12. Unitatea de mas are valoarea u=1,66 10-27Kg.2. Repartizarea electronilor n nveliul electronic

3. Legturi chimice; Legturi fiziceLEGTURI CHIMICE

Pentru a forma combinaii chimice stabile din punct de vedere energetic, atomii se combin intre ei, fiind foarte reactivi datorit energiei mari pe care o posed.

Legtura chimic este fora exercitat intre grupuri de atomi sau ioni care determin formarea unei uniti stabile, care reacioneaz ca grupare sau specie de sine stttoare.

G.N.Lewis, W.Kossel i I. Langmuir explic natura legturilor chimice ca fiind dat de electronii necuplati de pe stratul exterior al inveliului electronic al atomilor care reacioneaz in procesul chimic respectiv.

Teoria lui Lewis denumit teoria electronic a valenei sau a valenei directe, explic formarea legturilor chimice dintre elemente in scopul formrii de substane compuse cu molecule i structuri stabile, prin tendina acestora de a realiza configuraia stabil de dublet sau octet, a stratului electronic exterior.

Majoritatea atomilor tind ctre configuraia de octet (regula octetului), fie prin cedare sau acceptare de electroni (electrovalena), fie prin punere de electroni

in comun (covalena ).

Tipurile de legturi chimice sunt:

1. legturi ionice (de exemplu: NaCl, AlCl3)

2. legturi covalente:

a) simple : omogene, (Cl2, H2, O2)

eterogene (HCl, NH3 )

b) multiple: omogene (N2)

eterogene ( HCN)

c) coordinative ( [NH ]+, [Cu (NH3) 4 +]2+ )

3.1. Legtura ionicLegtura ionic sau electrovalent sau heteropolar reprezint fora de atracie electrostatic dintre ionii pozitivi i ionii negativi, formai prin cedare i respectiv, prin acceptare de electroni, adic prin transfer de electroni. In acest

mod se formeaz un compus ionic.

Un exemplu clasic il constituie formarea moleculei de clorur de sodiu (NaCl) prin realizarea unei legturi ionce, de atracie intre ionii Na+ i Cl-,formai prin transferul unui electron cedat de atomul de sodiu i acceptat de atomul de clor:

- cedarea unui electron din stratul exterior al atomului de sodiu, cu formare de ion pozitiv:

Na - e- Na+

- acceptarea electronului cedat de atomul de sodiu, pentru completarea stratului su electronic in configuraie de octet, cu formare de ion negativ:

Cl + e- Cl-

Datorit atraciei electrostatice dintre cei doi ioni cu sarcini electrice de semn contrar, se realizeaz o legtur ionic, formndu-se o molecul de clorur de sodiu:

Na+ + Cl- Na +Cl-

Electrovalena reprezint numrul de electroni cedai din stratul electronic exterior - valena pozitiv de la (+1) la (+4), in cazul elementelor din grupele

principale IA-IVA ale tabelului periodic i respectiv, numrul de electroni acceptai pe stratul electronic exterior de la (-4) la (-1), valena negativ, pentru a atinge configuraia electronic stabil de octet a ultimului strat electronic.

Aceasta reprezint regula octetului de valen.

Elementele de tranziie, metalele din grupele IB-VIIB, pot realiza configuraia stabil de octet prin cedare de electroni ai orbitalilor d sau f, cu posibilitatea de a se transforma in mai muli ioni pozitivi cu diferite valene:

Fe 2+, Fe 3+,Cu 2+, Cu +, Mn 2+, Mn 7+.

Compuii ionici in stare solid sunt caracterizai prin stabilitate i ordonare a particulelelor in celule elementare care formeaz reele cristaline unde ionii pozitivi i negativi alterneaz in mod regulat i uniform.

Substanele cristaline nu sunt formate din molecule, ci din cristale cu form spaial determinat, caracteristic substanei respective (cubic, tetragonal, rombic, hexagonal etc.) cu o distribuie uniform alternant a ionilor pozitivi i negativi. Numrul ionilor de semn contrar din jurul unui ion

reprezint numrul de coordinare a acestui ion, fiind determinat de forma geometric spaial a celulei elementare a reelei ionice.

In soluie, legtura ionic (electrovalent) d posibilitatea ionilor din molecule de a se mica liber, astfel incat substanele disociaz.

3.2. Legtura covalentTeoria electronic a valenei lui G.Lewis i dezvoltat de I.Lamgmuir a explicat formarea moleculelor formate din atomi identici (H2, N2, Br2) prin punerea in comun de ctre fiecare atom, a cate unui electron necuplat i realizarea configuraiei stabile.

Legtura format intre atomi de nemetale prin punerea in comun a uneia sau mai multor perechi de electroni se numete legtur covalent.

Legtura covalent se poate forma intre atomi de nemetal identici (legtur covalent nepolar) sau intre atomi diferii (legtur covalent polar).

3.2.1. Legtura covalent nepolarFormarea moleculei de hidrogen, H+ este reprezentat astfel:

H E + E H = H E E H sau H . H

Intre atomii identici de hidrogen s-a format o legtur covalent datorit perechii (dubletului) de electroni pui in comun i care aparin ambilor atomi.

Intrucat centrul sarcinii pozitive coincide cu centrul sarcinii negative, molecula este nepolar. Molecula de azot (N2) este nepolar, legtura dintre cei doi atomi de azot fiind format din trei perechi de electroni pui in comun de fiecare atom de azot (legtur covalent tripl nepolar): N N

3.2.2. Legtura covalent polar

Formarea unei molecule de amoniac, NH3 sau a unei molecule de acid clorhidric, HCl are loc prin punerea in comun a cate un electron de ctre atomii fiecrei molecule, avand electronegativiti diferite.

De aceea, sarcina negativ are centru deplasat spre atomul elementului cu un caracter mai puternic electronegativ Molecula format este un dipol, cu centrul de sarcin negativ (-) deplasat spre Cl i centrul de sarcin pozitiv

(+) deplasat spre H, fiind denumit i molecul polar.

+ -

H . Cl sau H . Cl

Legtura dintre atomi realizat prin punerea in comun a unor perechi de electroni necuplati din stratul de valen se numete legtur covalent, care, spre deosebire de legtura ionic, este rigid i orientat in spaiu.

De exemplu, molecula de CO2 este linear (O=C=O), iar molecula de tetraclorura de carbon, CCl4, are o simetrie tetraedric. Molecula de ap, H2O ( H . O . H) nu este linear, unghiul format de cele dou legturi H . O , fiind de 104,300 .

3.3. Legtura coordinativIn cazul in care perechea de electroni pus in comun provine de la un singur atom dintre cei doi atomi participani la reacie, se realizeaz o legtur coordinativ. Ionul complex este format dintr-un ion de metal (ion central) i molecule sau ioni (liganzi), intre care exist legturi covalente coordinative.

De exemplu intre ionul de Cu2+ i molecule de amoniac:

Cu 2+ + 4NH3 [Cu (NH3 )4 ] 2+

ionul de tetraaminocupru (II)

Dar i intre ali ioni metalici i alte molecule sau ioni:

Cr 3+ + 6H2O [Cr( H2O )6 ] 3+

ion de hexahidroxocrom (III)

Zn 2+ +4OH- [Zn (OH )4] 2-

ionul de tetrahidroxozinc (II)

Combinaia complex se formeaz prin legatura dintre ionul complex i un ion de semn opus acestuia (cationi metalici): [Co(NH3)6]Cl3 clorur de hexaaminocobalt (III).

Atomul care cedeaz perechea de electroni se numete donor, iar atomul care accept aceeai pereche de electroni, se numete acceptor. In cazul formrii ionului de amoniu +4 NH i a ionului de hidroniu [ H3O ]+ , donorul este atomul de azot i respectiv, de oxigen , iar acceptorul este ionul de hidrogen (protonul).

4. Soluii:Tipuri, concentraii, amestecuri tampon

SOLUII

Soluiile reprezint amestecurile omogene a dou sau mai multe

componente n diferite proporii.

Funcie de starea de agregare a componentelor (solid, lichid i gazoas),

exist urmtoarele tipuri de soluii: gaze n gaze, gaze n lichide, gaze n solide,

lichide n lichide, lichide n solide, lichide n lichide, solide n solide.

Dizolvantul (solventul) este componenta n exces, iar substana dizolvat

(solutul) este componenta care se afl n proporie mai mic n soluia

respectiv.

4.1. Dizolvarea

Dizolvarea este procesul prin care particulele solutului difuzeaz printre

cele ale solventului, datorit att a micrii moleculare, ct i datorit

interaciunii moleculelor de ap.

Fenomenul de desprindere a particulelor de pe suprafaa solutului i

difuzarea acestora printre moleculele solventului (dizolvarea) este un proces

fizic, endoterm.

Fenomenul de interaciune a particulelor de solut (molecule, ioni) i cele

ale solventului este un proces chimic, exoterm denumit i solvatare. n cazul n

care solventul este apa, procesul se numete hidratare.

Apa este cel mai rspndit dizolvant n natur, putnd dizolva substane

solide, lichide i gazoase.

Concentraia unei soluii reprezint cantitatea sau volumul de solut

existent ntr-o anumit cantitate sau volum de solvent.

Soluiile care conin mici cantiti (volume) de solut sunt diluate, iar n

caz contrar, soluiile sunt concentrate.

Cantitatea de substan dizolvat existent n soluie poate fi exprimat

prin:

- concentraie procentual (C% - procente de mas)), care reprezint masa de

substan dizolvat la 100 de uniti de mas de soluie (de exemplu: soluie

10% NaCl);

- concentraie procentual ( procente de volum) exprimat n uniti de volum a

unei substane lichide la 100 de uniti de volum de soluie (de exemplu: soluie

de alcool 80%);

- concentraie molar sau molaritatea soluiei notat CM, M sau [X], care

reprezint numrul de moli (molecul-gram) de substan dizolvat ntr-un litru

de soluie (de exemplu: soluie semimolar, 0,5M, molar, 1M, dublu-molar.

2M, decimolar, 0,1M);

- concentraie normal sau normalitatea soluiei notat cu CN care reprezint

numrul de echivaleni-gram de substan dizolvat ntr-un litru de soluie (de

exemplu: soluie decinormal, 0,1N, seminormal, 0,5N, normal, 1N, dublunormal,

2N);

4.2. Solubilitatea

Solubilitatea sau gradul de solubilitate a unei substane dizolvate (solut)

reprezint cantitatea maxim de substan care se poate dizolva ntr-o anumit

cantitate de dizolvant (solvent) n condiii de echilibru,la o anumit temperatur.

Procesul de dizolvare a unei substane ajunge la un moment dat, la o stare

de echilibru dinamic ntre cantitatea de substan nedizolvat i substan

dizolvat, dup care, concentraia soluiei nu mai crete:

substan nedizolvat substan dizolvat (n soluie).

Deci la o anumit temperatur, la echilibru, soluia conine cantitatea

maxim de substan dizolvat ntr-un dizolvant, fiind considerat soluie

saturat. n cazul n care o soluie conine o cantitate mai mic de substan

dizolvat, soluia este o soluie nesaturat; soluia care conine o cantitate mai

mare de substan dizolvat dect soluia saturat, reprezint o soluie

suprasaturat..

COMBINAII ANORGANICE

Fie naturale, fie de sintez, combinaiile anorganice se clasific n oxizi,

acizi, baze i sruri, funcie de compoziia, proprietile fizice i chimice.

5.1. Scurt istoric

n secolul al XVII-lea, Tachenius a introdus noiunea de acid (acidus

nseamn acru) i a stabilit c n reacia acidului cu o baz se formeaz o

substan denumit sare. De asemenea, noiunea de baz a fost definit ca

urmare a experimentului prin care a obinut o substan de mas constant la

calcinarea unei sri, denumit basis.

n secolele XVII i XIX, teoriile multor savani, Lavoisier, Berthollet,

Gay-Lussac, Berzelius, au contribuit la elaborarea teoriei acizilor polibazici alui

J. Von Liebig, a legii bazicitii acizilir a lui Ch. Gerhardt, ct i a determinrii

oxizilor ca anhidride ale acizilor de ctre A. Hantsch.

Compoziia, structura i comportamentul acizilor i bazelor au fost

explicate prin:

Teoria ionic

Chimistul suedez Svante Arrhenuis a stabilit, n 1887, c proprietile

unor soluii pot fi nelese pe deplin numai admind c la dizolvarea n ap a

acizilor, a bazelor, sau a srurilor, moleculele lor se disociaz n ioni:

substanele ionizeaz.

Arrhenuis a dat urmtoarele definiii:

Un acid este o substan care se dizolv n ap punnd n libertate ionul de

hidrogen H+.

O baz este o substan care se dizolv n ap punnd n libertate ionul

hidroxil HO.

Teoria protolitic

n anul 1923, chimistul danez J.N. Brnsted i chimistul englez T.N.

Lowry au propus noi definiii pentru noiunile de acid i baz, lund n

considerare schimbul de ioni H+ care poate avea loc ntre unele specii chimice.

Pentru ionul H+ se folosete n general denumirea de proton. Nu trebuie

s uii ns c H+ este nucleul atomului de H. H+ este alctuit din particulele

elementare: un proton, p+ i un neutron n0. S nu confuzi deci protonul H+ cu

particula elementar proton p+.

J.N. Brnsted i T.N. Lowry au dat definiia protolitic a acizilor.

Un acid este o substan care poate s cedeze protoni.

Protonul H+, este o particul foarte mic i extrem de reactiv, de aceea, el

nu poate exista liber n soluie.

n toate reaciile protonul cedat de acid este acceptat de o alt specie

chimic.

Pe baza proprietii lor de a accepta protoni n reacii chimice, J.N.

Brnsted i T.N. Lowry au dat definiia protolitic a bazelor.

O baz este o substan care poate accepta protoni.

Conform acestei definiii, noiunea de baz se lrgete, cuprinznd alturi

de hidroxizi i substane care nu conin gruparea HO.

Teoria electronic

G. N. Lewis a formulat n anul 1938 urmtoarele definiii pentru acizi i

baze:

Un acid este o substan care poate juca rol de acceptor de electroni.

O baz este o substan care poate juca rol de donor de electroni.

Aceast teorie este cea mai general. Toate bazele de tip Brnsted

Lowry sunt i baze Lewis. Acizii Lewis sunt ns mult mai numeroi i includ

substane care au un atom cu octet incomplet (AlCl3) sau cationi metalici.

5.2. Oxizi

5.2.1. Clasificare

Oxizii sunt combinaiile oxigenului cu un alt element chimic cu formula

general a oxizilor este X2O, n cazul uniu elementul chimic monovalent.

Exemple de oxizi: oxid de sodiu, NaO, oxid de calciu, CaO, oxid de

magneziu, MgO, oxid feros, FeO, oxid feric, Fe2O3, oxid de carbon, CO, dioxid

de carbon, CO2, dioxid de sulf, SO2, , monoxid de azot, NO, dioxid de azot,

NO2, trioxid de azot, N2O3, pentoxid de azot, N2O5.

Peroxizii sunt combinaii care conin n molecule gruparea O O

numit peroxidic, caracteristic apei oxigenate (H2O2).

Funcie de comportarea oxizilor cu apa, oxizii sunt clasificai n oxizi

acizi (anhidride acide), oxizi bazici (anhidride bazice) i oxizi amfoteri.

5.2.2. Proprieti generale

Oxizii acizi reacioneaz cu apa, formnd un acid, conform unor reaciei

generale, cum sunt:

X2O + H2O = HXO

X O2 + H2O = H2XO3Exemple:

- reacia cu apa a monoxidului de clor gazos trecut peste oxid mercuric, la 4C

Cl2O + H2O = 2HClO

Monoxid + apa = acid hipocloros

(gaz) (lichid) (soluie)

- reacia dioxidului de sulf cu apa

SO2 + H2O = H2SO3Oxizii bazici reacioneaz cu apa, formnd o baz:

M O + H2O = M(OH)2Exemplu:

CaO + H2O = Ca(OH)2Oxid de calciu Hidroxid de calciu

Oxizii amfoteri formeaz cu apa acizi sau baze, n funcie de condiii;

Exemplu: formarea hidroxidului de aluminiu prin reacia cu apa a oxidului de

aluminiu care poate disocia att ca o baz, ct i ca un acid:

Al2O3 + H2O = Al(OH)3 care poate disocia ca o baz Al3+ + 3OHsau

H3AlO3 care poate disocia ca un acid 3H+ + AlO33-

Exist oxizi care nu sunt anhidride nici de baze i nici de acizi, denumii

oxizi indifereni, cum sunt: oxidul de carbon, monoxidul de azot.

5.3. Acizi

Acizii sunt substane care conin n molecula lor ioni de hidrogen, care n

soluie apoas disociaz astfel:

acizii tari:

HX H+ + Xunde

HX poate fi de exemplu: acid clorhidric, HCl, acid sulfuric, H2SO4 n

prima treapt de ionizare, acid percloric, HClO4.

acizii slabi:

HX + H2O H 3O+ + X

n soluie, molecula de acid disociaz n ion de hidroniu (H3O+) i ion

radicalul acid, X-:

HX + H2O H 3O+ + XUnde HX poate fi de exemplu: acid fosforic, H3PO4 , acid sulfhidric, H2S, etc.

5.3 .1. Clasificare

a) Funcie de compoziia molecular, acizii sunt clasificai n:

- hidracizi( HX ), compui binari, n molecula crora ionul de hidrogen este legat

direct de elementul central, nemetalul fiind notat cu X (de ex.: HCl, H2S) ;

- oxoacizii ( H O X ) , compui multiatomici n molecula crora protonul

este legat de atomul de oxigen care este legat i de atomul central, nemetalul X,

( de exemplu: H2CO3, H2SO4, HNO3, H3PO4, H3AsO4).

b) Funcie de numrul de protoni (H+) din molecule, pe care i poate pune

n libertate n soluie sau care pot fi nlocuii de cationi, acizii se clasific n:

acizi monobazici:

HCl H + + Cl-HCl + Na+ H + + NaCl

- acizi bibazici:

H2SO4 + H2O H3O+ + HSO4-HSO4- + H2O H3O+ + SO42-- acizi tribazici:

H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-H2PO4- + H2O H3O+ + HPO42-HPO42- + H2O H3O+ + PO4 3-Molecula de acid disociaz punnd n libertate a unui proton sau a mai

multor protoni i radicalul acid, format din elementul central sau gruparea

format din atomii elementului central i cei ai oxigenului ( de exmplu: Cl-,

SO42-, CO32-, NO3-, PO43-).

Radicalul acid se comport ca o grupare stabil i particip n aceeai

compoziie i structur n reacii chimice:

De exemplu: H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O

5.3.2. Acizi tari i acizi slabi

Bazicitatea unui acid ( valena radicalului acid) este dat de numrul atomilor de

hidrogen care pot fi pui n libertate sau nlocuii.

n soluie apoas, acizii disociaz n ionul de hidroniu i ionii radicalilor acizi.La

o concentraie dat, acizii sunt tari sau slabi, funcie de concentraia de ioni din

soluie.

Acizii tari sunt complet disociai n soluie, pe cnd acizii slabi sunt

caracterizai de constanta de aciditate, Ka.

Acizii polibazici disociaz n mai multe etape de ionizare, crora le

corespunde cte o de constant de aciditate, K1,K2, K3.

n cazul acidului fosforic, de exemplu, pentru cele trei etape de disociere,

corespund trei constante de aciditate:

Etapa 1

H3PO4 + H2O H3O+ + H2PO4-K1 = [ H3O+ ] [H2PO4-] / [H3PO4]

K1 = 7,510-3

Etapa 2

H2PO4- + H2O H3O+ + HPO4K2 = [ H3O+ ][HPO42-] / [ H2PO4- ]

K2 =0,2 10-8

Etapa 3

HPO42- + H2O H3O+ + PO4 3-K3 = [ H3O+ ][PO43-] / [ HPO42- ]

K3 = 4,8 10-13

5.3.3. Proprieti generale

Acizii sunt caracterizati prin:

- reacia cu bazele, cu formare de sruri i ap:

HX + M OH = M X + H2O

acid baz sare ap

HCl + KOH = KCl + H2O

- reacia cu oxizi bazici, cu formare de sruri i ap:

2HX + M O = M X2 + H2O

acid oxid sare ap

2HCl + CuO = CuCl2 + H2O

- reacia cu metale, cu formare de sruri i degajare de hidrogen:

2HX + M = M X2 + H2

acid metal sare hidrogen

2HCl + Zn = ZnCl2 + H2

- ionizarea n soluie:

Cu ct concentraia de ioni din soluie la o diluie dat, este mai mare,

acidul este mai puternic disociat, fiind considerat un acid tare. Acizii tari sunt

complet disociai n ionul de hidroniu i radicalul acid, pe cnd acizii slabi sunt

caracterizai de prin constanta de echilibru :

HX + H2O X- + H3O+K = [ X- ] [ H3O+ ] / [HX ] [H2O ]

Valoarea concentraiei de ap fiind constant ntr-o soluie diluat,

constanta de echilibru devine constanta de aciditate, Ka denumit i constanta de

ionizare:

Ka = [ X- ] [ H3O+ ] / [HX ]

n cazul acizilor polibazici, fiecare etap de ionizare succesiv n care se

desprinde cte un proton i ionul radicalului acid corespunztor, are cte o

constant de ionizare (acidul sulfuric, H2SO4 are dou constante de ionizare ,

H3PO4 are trei constante de ionizare).

5.4. Baze

Conform teoriei disociaiei electrolitice, bazele sunt compui chimici care

au n molecul ioni de hidroxid, OH- (gruparea hidroxil, OH), i care n soluie,

disociaz astfel:

MOH M + + OHn molecula hidroxidului, gruparea hidroxil este legat de atomul metalic

prin atomul de oxigen: M O H, caz n care metalul este monovalent.

5.4.1. Clasificare

a) Funcie de solubilitatea bazelor n ap, se clasific n:

- baze solubile: hidroxizii metalelor alcaline (LiOH, NaOH, KOH, RbOH,

CsOH) denumii alcalii; hidroxizii metalelor alcalino-pmntoase sunt mai puin

solubili n ap ( BeOH)2, Mg(OH)2,Ca(OH)2, SR(OH)2, Ba(OH)2.

- baze insolubile: hidroxizii de cupru, fie, aluminiu.

b) Funcie de gradul de disociere n soluie apoas, deci de concentraia

ionilor de hidroxid n soluie, la o concentraie dat, se clasific n:

- baze tari

- baze slabe

5.4.2. Baze tari i baze slabe

Tria bazelor este determinat direct de concentraia ionilor de hidroxid n

soluie, la o concentraie dat. Bazele tari sunt complet disociate n soluii

( NaOH, KOH), iar bazele slabe sunt caracterizate de constanta de bazicitate:

MOH M+ + OHKb= [M+ ] [OH- ] / [MOH ]

Cu ct electronegativitatea elementului central este mai mic, hidroxidul este

o baz mai tare (NaOH), iar o dat cu creterea acesteia, baza este mai slab, de

exemplu Mg(OH)2.

n soluie, bazele se comport diferit, disocierea moleculelor caracteriznd

caracterul amfoter:

- punerea n libertate a protonilor determin caracterul de acid al hidroxidului:

M O H + H2O H3O+ + MO-- punerea n libertate a ionilor de hidroxid, determin caracterul de baz al

hidroxidului:

M O H OH- + M+- punerea n libertate att a ionilor de hidroniu, ct i a ionilor de hidroxid,

demonstreaz caracterul amfoter al hidroxidului ( ex.:hidroxidul de aluminiu)

M+ + OH- + H2O MO- + H3O

5.4.3. Proprieti generale

Bazele alcaline sunt caracterizare prin:

- reacia cu acizii, cu formare de sruri i ap:

MOH + HX = MX + H2O

NaOH + HCl = NaCl + H2O- reacia cu un oxid acid, cu formare de acid i ap:

2MOH + XO2 = M2XO3 + H2O :

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

- reacia cu o sare ( reacie de dublu schimb), cu formare de o alt baz i o alt

sare:

MOH + NX = NOH + MX

2KOH + MnCl2 = 2KCl + Mn(OH) 2- reacia cu un metal, cu formare de sare i degajare de hidrogen

+1 +3

2MOH +2 N + 6H2O = 2 M [ N (OH)4 ] + 3H22NaOH + 2Al + 6H2O = 2Na [ Al (OH)4 ] + 3H25.4.4. Teoria teoria protolitic

n cadrul teoriei protolitice, J.N.Brnsted a considerat acid, orice

substan care are tendina de a ceda protoni i baz, orice substan care are

tendina de a accepta protoni.

ntre un acid i o baz exist un transfer de protoni, reacia fiind denumit

reacie protolitic :

ACID BAZ + H+

Sistemul se numete acid-baz conjugat, acidul i baza respectiv, fiind

conjugate sau corespondente.De exemplu, n soluie apoas:

HCl + H2O Cl- + H3O+acid baz conjugat

NH3 + H2O NH4 ++ HObaz acid conjugat

5.4.5. Teoria electronic a acizilor i bazelor

Din punct de vedere electronic G.N. Lewis a definit acidul i baza, ca

fiind molecula capabil s s accepte o o pereche de electroni i respectiv, s

furnizeze o pereche de electroni.

Astfel, baza are rol de donor de electroni i acidul are rol de acceptor,

legtura dintre ionii formai fiind o legtur coordinativ.

De exemplu:

H+ + H O H H3O+baz acid conjugat

5.5. Sruri

Prin reacia dintre un acid i o baz rezult, pe lng ap, o substan

denumit sare, MX, format din cationul bazei ( ionul de metal, M)) i anionul

acidului ( radicalul acid, X):

De exemplu, reacia:

NaOH + HCl = NaCl + H2O

baz acid sare

5.5.1.Clasificare

Funcie de comportamentul n reaciile chimice la care particip, srurile

se clasific n sruri acide, bazice i neutre.

Srurile acide provin din acizi care conin n molecula lor doi atomi de

hidrogen ( acizi bibazici sau biprotonici) i respectiv, trei atomi de hidrogen

(acizi tribazici sau triprotonici), prin nlocuirea unui singur atom de hidrogen i

respectiv, a doi atomi de hidrogen, i anume.

- sruri primare sau biacide

ex.: carbonatul acid de sodiu, NaHCO3 care provine de la acidul carbonic,

H2CO3 , sulfatul acid de potasiu, KHSO4 care provine de la acidul sulfuric, H2SO4 ;

- sruri secundare sau monoacide:

ex.: fosfat acid de sodiu, Na2HPO4 care provine de la acidul fosforic, H3PO4,

arsenat acid de sodiu, Na2HAsO4 care provine de la acidul arsenic, H3AsO4.

Srurile bazice

Moleculele srurilor bazice conin una sau mai multe grupri de hidroxid

(OH) de la baza din care provine sarea respectiv. Astfel, exist sruri

monobazice i sruri bibazice a cror molecule conin o grupare OH i

respectiv, dou grupri OH; de exemplu: BiOH(NO)3 , Bi(OH)2NO3 care provin

de la Bi(NO)3 .

Srurile neutre

Prin reacia dintre cantiti echivalente de acid i respectiv, baz, rezult o

substan a crei molecul conine ionul metalului din molecula bazei i anionul

acidului (radicalul acid), denumit sare.

H2SO4 + NaOH = Na2 SO4 + H2O

acid baz sare

Srurile care conin n molecul doi cationi de metale diferite, srurile se

numesc sruri duble, ca de exemplu: sulfatul dublu de potasiu i aluminiu.,

KAl(SO4)2.

5.5.2. Proprieti generale

Majoritatea srurilor sunt substane solide, majoritatea fiind substane

cristaline de diferite solubiliti. n soluii, srurile disociaz n cationi metalici

(M) i anioni (radicali acizi, X):

MX M+ + X

Srurile au urmtoarele proprieti generale:

- reacia cu metale:

CuCl2 + Zn = Cu + ZnCl2Funcie de potentialele standard ale metalelor, o soluie de sare poate

reaciona cu un metal mai activ. Metalele mai active, care se afl naintea

hidrogenului n seria activitii electrochimice cunoscut ca seria Beketov- Volta

(zincul), pot nlocui din sruri, metalele mai puin active (cuprul):

Zn + Cu2+ = Cu + Zn2+Funcie de potenialele standard ale metalelor, o soluie de sare poate

reaciona cu un metal mai activ. Metalele mai active care se afl naintea

hidrogenului n seria activitii electrochimice cunoscut ca seria Beketov-

Volta, de exemplu zincul, pot nlocui din sruri, metalele mai puin active, de

exemplu, cuprul.

- reacia cu hidroxizi alcalini (reacie de dublu schimb), cu formare de sare i o

alt baz:

FeCl3 + 3KOH = Fe(OH)3 + 3KCl

- reacia cu acizi (reacie de dublu schimb), cu formare de sare i un alt acid:

2NaNO3 + H2SO4 = Na2SO4 + 2HNO3- reacia cu o alt sare:

2NaCl + CuSO4 = Na2SO4 + CuCl2- reacia cu apa (hidroliza), cu formare de acid i o baz:

MX + H2O HX + MOH

n cazul n care acidul sau baza din care s-a format sarea este electrolit

slab, hidroliza are loc astfel:

- hidroliza unei sri care provine dintr-un acid slab i o baz tare:

X- + H2O HX + OH- anion acid

De exemplu, hidroliza acetatului de sodiu ( CH3COONa ) are loc astfel:

CH3COONa CH3COO- + Na+2 H2O OH- + 3H3O+CH3COO- + H3O+ CH3COOH + H+ + OH- sau

CH3COO- + H2O CH3COOH + OHPrin

hidroliza srurilor se formeaz cantitile echivalente de acid slab,

acid acetic (CH3COOH) care disociaz puin i hidroxid de sodiu (NaOH)

complet disociat n ioni de Na+ i OH- . Reacia este bazic, deoarece n soluie

se gsesc un numr mare de ioni de hidroxid.

- hidroliza unei sri care provine dintr-un acid tare i o baz slab:

MH+ + H2O MOH + H3O+-

Sare baz

De exemplu, prin hidroliza azotatului de aluminiu, Al(NO3)3 se formeaz

cantitile echivalente de acid azotic, HNO3 complet disociat i hidroxidul de

aluminiu, un electrolit slab parial disociat. Deci, reacia este acid:

Al(NO3)3 Al3+ + 3NO36H2O 3OH- + 3H3O+Al3+ + 3 OH- Al(OH)3Al(NO3)3 + 6 H2O Al(OH)3 + 3H3O+ + 3 NO3- sau

Al3+ + 6 H2O Al(OH)3 + 3H3O+- hidroliza unei sri care provine dintr-un acid slab i o baz slab

MH+ + X- M + HX

soluie de sare baz acid

De exemplu, n soluia de acetat de amoniu (CH3COONH4 ) exist ionii

de CH3COO- i amoniu, NH4+, sarea fiind complet disociat i ionii rezultai

din ionizarea apei:

CH3COO NH4 CH3COO- + NH4+2H2O OH- + H3O+n soluie, prin combinarea cationilor NH4+ i H3O+ se combin cu

anionii OH- i respectiv, CH3COO- , formnd hidroxidul de amoniu, NH4OH

i acidul acetic, CH3COOH.:

CH3COO- + H3O+ CH3COOH + H2O

NH4+ + OH- NH3 + H2O

Att acidul acetic, ct i hidroxidul de amoniu sunt electrolii slabi., deci

slabi disociai.n acest caz, datorit diferenelor foarte mici dintre gradele de

disociere ale celor doi electrolii slabi, soluia are un caracter aproape neutru.

Reacia de hidroliz poate fi considerat ca reacia invers reaciei de

neutralizare:

sare + ap baz + acid

Gradul de hidroliz () reprezint raportul dintre cantitatea de substan

hidrolizat i cantitatea total de sare dizolvat pentru realizarea soluiei

respective:

= cantitate substan hidrolizat / cantitate total dizolvat

Gradul de hidroliz poate fi exprimat n procente (%) sau fracii.

Gradul de hidroliz este direct proporional cu diluia soluiei i

temperatura i invers proporional cu constanta de disociere a acidului sau bazei.

Totodat crete i concentraia ionilor H3O+ i OH- , ceea ce determin

exprimarea gradului de hidroliz astfel:

Kw Kac

unde: Kw este produsul ionic al apei; Ka este constanta de aciditate a acidului

slab, respectiv, al bazei slabe; c este concentraia soluiei.

5.6. Apa

Una din cele mai rspndite substane din natur este apa, sub forma

gazoas (vapori), lichid ( apele de suprafa, apele freatice, apele subterane,

apele minerale) i solid (zpad, grindin).

Din punct de vedere chimic, apa din natur nu este pur, coninnd

substane chimce, n special sruri n cantiti mai mici ( ape moi) sau mai mari

( ape dure). Substanele minerale greu solubile (ex. carbonaii de calciu i

magneziu) se ndeprteaz prin procesul de dedurizare.

Pentru ndeprtarea substanelor dizolvate n ap, se procedeaz la

distilarea apei, adic aducerea apei n stare de vapori, urmat de condensarea

acestora prin instalaii de rcire. De asemenea, deionizarea apei se realizeaz

prin ndeprtarea anionilor i cationilor care impurific apa, uitliznd

schimbtori de ioni.

Apa este indispensabil vieii organismelor vegetale i animale, activitatea

vital scznd o dat cu reducerea cantitii acesteia.

Apa potabil trebuie s ndeplineasc condiia de fi inodor, incolor,

insipid, fr impuriti anorganice sau organce, fr microorganisme patogene.

Coninutul impuritilor apei potabile trebuie s se ncadreze n limittele

prevzute n normele legale, i anume: reziduu uscat 500-600 mg/L, oxid de

calciu 130-150 mg/L, oxid de magneziu 40-50 mg/L , clor 20-30 mg/L, acid

sulfuric exprimat n mg SO3 70-80 mg/L, oxigen 2-4 mg/L, duritatea n grade

18-20.

5.6.1.Structura moleculei de ap

Molecula de ap nu are o structur linear, coninnd un atom de oxigen

central i doi atomi de hidrogen care formeaz ntre ei un unghi de 1040 30',

(formula chimic, H2O). La formarea celor dou legturi covalente O H

particip doi electroni necuplai de doi orbitali px i p z ai atomului de oxigen i

doi electroni ai celor doi atomi de hidrogen.

Molecula de ap are un moment electric, , de 1,84. n stare lichid,

moleculele de ap sunt asociate datorit legturilor de hidrogen.

n stare solid, conform cercetrilor lui L.Pauling, un atom de oxigen este

nconjurat de nc patru atomi de oxigen ntr-o structur spaial tetraedic,

legai prin atomi de hidrogen poziionai ntre fiecare pereche de atomi de

oxigen.Molecula de ap poate forma patru legturi de hidrogen, att n stare

solid, ct i n stare lichid.

Distana dintre doi atomi de oxigen legai prin intermediul atomului de

hidrogen este de 2,76 , iar protonul se afl la o distan de 1,00 de un atom

de oxigen i la 1,76 de cellalt atom de oxigen.

5.6.2. Proprieti generale

Apa reacioneaz cu metale, nemetale, oxizi i unii compui organici ( ex.

metanul):

- reacia cu metalele cu punere n libertate a hidrogenului are loc n

condiii diferite de temperatur, funcie de potenalul electrochimic al metalelor

(seria Beketov- Volta).

Astfel, sodiu i potasiu reacioneaz violent cu apa n stare lichid

(reacie puternic exoterm), calciu reaioneaz mai lent la temperatura objnuit,

magneziu numai prin nclzire, aluminiu nu reacioneaz nici la fierbere, pe

cnd fierul reacioneaz numai n condiii speciale de temperaturi nalte.

Na + H2O = NaOH + H2

- reacia cu nemetale, de exemplu carbon are loc n condiii speciale ( la

temperaturi nalte) , formnd gazul de ap:

C + H2O = CO + H2

- reacia cu oxizi ai metalelor:

MgO + H2O = Mg(OH)2- reacia cu oxizi ai nemetalelor:

SO3 + H2O = H2SO4- reacia cu metanul, la temperaturi nalte:

CH4 + H2O = CO + 3H2gaz de ap

5.6.3. Cristalohidrai

Unele substane conin n cristale , molecule de ap denumit ap de

cristalizare, de exmplu: CuSO45H2O (piatra vnt), CaCl26 H2O, MgCl26

H2O, FeSO47 H2O, Na2CO310H2O(soda cristalizat), Ca(SO)42H2O (gipsul),

Al2(SO4)318 H2O.Aceste substane numite cristalohidrai, au proprieti

diferite de substanele de la care deriv.

Dup modul n care se leag molecula de ap de substana anhidr, exist

ap cationic ( prin legturi coordinative), apa ionic ( prin legturi de

hidrogen), apa de reea (nelegat de cationi sau anioni). n cazul rinilor

schimbtoare de ioni, apa se afl n golurile reelelor cristaline fr a le modifica

structura.

Cristalohidraii pot pierde apa de cristalizare fie la temperatura camerei,

prin eflorescen, precum Na2CO310H2O, fie prin fierbere precum

CuSO45H2O, tranformndu-se n substanele anhidre respective.

Na2CO310H2O = Na2CO3 + 10H2O

CuSO45H2O = CuSO4 + 5H2O

Substanele care absorb vaporii de ap din atmosfer transformndu-se n

cristalohidrai, se numesc higroscopice ( de exemplu MgCl2 care devine

MgCl22H2O, MgCl24H2O , MgCl26H2O).TABELUL PERIODIC

Scurt istoric

De-a lungul timpului, pe msur ce s-au descoperit elementele chimice

oamenii de tiin au ncercat s le clasifice de cele mai multe ori n funcie de

comportarea lor n prezena altor elemente sau compui chimici.

J. Berzelius i A. Lavoisier au fcut, la sfritul secolului al XIX-lea,

prima clasificarea a elementelor n metale i nemetale. Aceast clasificare se

pstreaz i n zilele noastre.

n istoria descoperirii i clasificrii elementelor chimice a rmas important

J. Dobereiner prin a sa clasificare a elementelor n triade, pe baza proprietilor

lor fizico-chimice asemntoare; triadele conineau, de exemplu, metale

alcaline: Li, Na, K sau halogeni, Cl, Br, I.

Observaia care avea s duc spre clasificarea cunoscut n zilele noastre a

fost fcut de J. Newlands n anul 1864. Acesta a enunat regula octavelor: dac

se ordoneaz elementele n ordinea cresctoare a maselor atomice, la fiecare al

optulea element proprietile sunt asemntoare.

n acelai an L. Meyer a prezentat pentru prima dat un tabel periodic

incomplet. Toate aceste ncercri de sistematizare i clasificare a elementelor

chimice l-au ajutat pe chimistul rus Dimitri Mendeleev s formuleze una dintre

cele mai importante legi din istoria chimiei: legea periodicitii.

Mendeleev a enunat legea periodicitii astfel: proprietile fizice i chimice

ale elementelor, care se manifest n proprietile substanelor simple i

compuse pe care le alctuiesc, sunt ntr-o dependen periodic de masele lor

atomice. Mendeleev a aranjat cele 63 de element cunoscute pe vremea lui ntr-un

tabel numit Tabelul Periodic.

Corelaia dintre structura nveliului electronic al atomului i poziia elementului chimic n Tabelul Periodic

Tabelul periodic este format din grupe (iruri verticale), notate cu cifre

arabe de la 1 la 18 i perioade (iruri orizontale), notate cu cifre arabe de la 1 la

7. n acest Tabel Periodic elementele sunt aranjate n ordinea creterii numrului

atomic Z. Numrul atomic Z indic poziia unui element n tabelul periodic, el

fiind numrul de ordine al elementului. Fiecare element difer de elementul

precedent prin electronul distinctiv.

Poziia unui element n Tabelul Periodic este determinat de configuraia

sa electronic, iar la rndul ei aceasta determin poziia n Tabelul Periodic. n

csua fiecrui element din Tabelul Periodic este notat configuraia electronic

a elementului.

Astfel, numrul perioadei este egal cu numrul de straturi electronice. De

exemplu elementul Na se afl n perioada a 3-a, are deci un nveli electronic

format din 3 straturi; elementul Br se afl n perioada a 4-a are un nveli alctuit

din 4 straturi.

Numrul grupei este egal cu numrul de electroni de pe ultimul strat, dac

este vorba de elemente din grupele principale. Elementele din grupele secundare

au pe ultimul strat un numr de electroni egal cu numrul grupei (grupele 11 i

12) sau diferit de numrul grupei.

n funcie de tipul de orbital n care se gsete electronul distinctiv

electronul distinctiv elementele se pot clasifica n grupe sau blocuri:

- toate elementele care au electronul distinctiv n orbital de tip s formeaz

blocul elementelor de tip s; acest bloc este format din elemente situate n

Tabelul Periodic n grupele principale 1 (IA) i 2 (IIA);

- toate elementele care au electronul distinctiv n orbital de tip p formeaz

blocul elementelor de tip p; acest bloc este format din elemente situate n

Tabelul Periodic n grupele principale 13(IIIA), 14(IVA), 15(VA), 16(VIA) i

17(VIIA);

- toate elementele care au electronul distinctiv ntr-un orbital de tip d, al

penultimului strat alctuiesc blocul elementelor de tip d; ele se mai numesc i

elemente tranziionale;

- elementele la care electronul distinctiv ocup un orbital de tip f al

antepenultimului strat alctuiesc fie blocul lantanidelor (dac electronul este n

stratul 4 f) fie pe cel al actinidelor, dac electronul distinctiv este ntr-un orbital

de tip 5 f.

8.3. Corelaii ntre poziia elementului n Tabelul Periodic

i proprietile lui fizice i chimice

n funcie de felul n care variaz de la un element la altul proprietile

elementelor sunt:

- neperiodice variaz continuu de la un element la altul: numrul atomic i

masa atomic.

- periodice care se repet la un numr de elemente i sunt funcii periodice de

numr atomic Z. Proprietile periodice sunt att fizice ct i chimice.

8.3.1. Proprieti periodice fizice

Proprietile periodice fizice sunt: volumul atomic, raza atomic, volumul

ionic, raza ionic, energia de ionizare, afinitatea pentru electroni.

Volumul atomic i raza atomic

Volumul atomic este direct proporional cu numrul de straturi ocupate cu

electroni n nveliul electronic al atomului. El este invers proporional cu

sarcina nuclear.

Raza atomic variaz similar volumului atomic. Pentru elementele din grupele

principale, razele i volumele atomice cresc n grup de sus n jos i scad n

perioad de la grupa 1 la grupa 18, o dat cu creterea sarcinii nuclare.

Pentru elementele tranziionale volumele atomici sunt mici deoarece au o

sarcin nuclear mare ceea ce face ca electronii s fie mai puternic atrai de

nucleu i deci volum atomului s scad.

Volumul ionic i raza ionic

Elementele i realizeaz configuraia stabil de dublet sau de octet pe

ultimul strat prin cedare sau acceptare de electroni, transformndu-se n ioni

pozitivi i respectiv negativi.

E ne-E n+

Ion pozitiv

E + ne- E n-

Ion negativ

Razele ionilor pozitivi sunt mai mici dect ele atomilor din care provin.

Razele ionilor negativi sunt mai mari dect ale ionilor din care provin.

Razele ionilor cresc n perioade de la grupa 18 la grupa 1 i n grupe de la

perioada 1 la perioada a 7-a.

Energia de ionizare

Energia de ionizare reprezint cantitatea de energie necesar pentru a

smulge un electron dintr-un atom al unui element aflat n stare gazoas. Atomul

se transform astfel n ion pozitiv. Atomii care au muli electroni n nveliul

electronic au energie de ionizare mic, deoarece stratul exterior este mai

ndeprtat de nucleu i energia necesar pentru a smulge un electron este mai

mic.

Eg - e- E g

+

E g

+ - e- E g

2+ sau

Eg + I1 E g

+ + e- ,

unde I1 reprezint energia primar de ionizare; cantitile de energie necesare

pentru cedarea urmtorilor electroni (de la 2 la n), notate cu I2.....In , sunt mai

mari dect n primele cazuri:

I1 < I2 < ....... < In

n perioade energia de ionizare crete de la grupa 1 la grupa 18 o dat cu

creterea numrului atomic. Elementele tranziionale nu respect periodicitatea,

deoarece aceste elemente i completeaz orbitali de tip d, situai n interiorul

nveliului electronic pentru care se manifest fenomenul de ecranare. Cele mai

mici energii de ionizare le au metalele alcaline situate n colul din stnga jos a

tabelului periodic, iar cele mai mari le au elementele situate n colul din dreapta

sus a tabelului periodic.

Afinitatea pentru electroni

Pentru a se transforma n ioni negativi unii atomi, care un numr mare de

electroni pe ultimul strat atomul accept electroni. Prin acceptare de electroni

atomii se transform n ioni negativi. Energia eliberat la captarea unui electron

se numete afinitate pentru electron. Cea mai mare afinitate pentru electroni o au

halogenii situai n colul din dreapta sus a Tabelului Periodic.

Proprieti periodice chimice

n funcie de poziia elementelor n tabelul periodic acestea au proprieti

chimice care se repet periodic. Aceste proprieti sunt: valena, numrul de

oxidare, electronegativitatea, caracterul metalic, caracterul nemetalic, caracterul

acido-bazic.

Valena. Numrul de oxidare

Valena este un numr ntreg i caracterizeaz capacitatea de combinare a

unui atom cu un alt atom.

Elementele ai cror atomi au mai puin de 4 electroni pe ultimul strat au

valena egal cu numr de electroni de pe ultimul strat. De exemplu elementele

din grupa 1 principal au valena, 1, cele din grupa 2 au valena 2, iar cele din

grupa 3 au valena 3.

Elementele ai cror atomi au mai mult de 4 electroni pe ultimul strat au

valena egal cu 8 numrul grupei, exprimat n cifre romane: de exemplu

oxigenul este n grupa a VI-a principal (grupa 16) i are valena 8-6 = 2.

Atunci cnd atomii cedeaz sau accept electroni i se transform n ioni

pozitivi i respectiv negativi ei sunt caracterizai prin electrovalen.

Cnd atomii pun n comun electroni ei sunt caracterizai prin covalen.

Covalena este numrul de electroni pe care un atom i pune n comun cu un alt

atom.

Toate aceste noiuni de electrovalen i covalen au fost reunite n

noiunea de numr de oxidare sau stare de oxidare. Numrul de oxidare este o

msur a numrului de electroni pe care un atom i poate ceda, accepta sau pune

n comun pentru a se lega cu ali atomi identici sau diferii.

n tabelul 8 sunt trecute elementele cu mai multe N.O., cel mai des

ntlnite n practic.

Reguli pentru stabilirea numerelor de oxidare

Numerele de oxidare se stabilesc dup urmtoarele reguli:

1. Elementele n stare liber (atomi sau molecule) au numrul de oxidare zero.

2. n compuii ionici elementele au numrul de oxidare egal cu numrul de

electroni cedai sau acceptai n procesul de formare a ionilor.

Exemplu:Na+ ,Cl- ,Ca2+ ,F-3. n compuii covaleni, de regul, atomului de hidrogen i se atribuie N.O. + 1

i atomului de oxigen N.O. -2; numrul de oxidare al celorlalte elemente se

stabilete innd seama de regula urmtoare : suma algebric a numerelor de

oxidare ale tuturor elementelor componemte ale compusului covalent este egal

cu zero. Exemplu:-3 1 2 -2 1 -1 4 -4NH3 , H2O, HCl, SO24. ntr-un ion poliatomic atomul de hidrogen are totdeauna N.O. +1 i cel de

oxigen N.O. -2. Suma algebric a N.O. ale tuturor elementelor componente ale

ionului poliatomic este egal cu sarcina sa. n ionul5

NO3-5. Excepii: n peroxizi atomul de oxigen are N.O. -1. Exemplu:

2 -2H2O2 n hidruri ale metalelor alcaline i alcalino-pmntoase atomul de hidrogen are

N.O. -1. Exemplu :1 -1 2 -2NaH, Ca H2+ +

Electronegativitatea

Capacitatea unui atom fcnd parte dintr-o legtur chimic de a atrage

electronii spre el se numete electronegativitate.

Noiunea de electronegativitate a fost introdus de S.Mulliken care a

realizat i o scal a electronegativitii cu valori cuprinse ntre 1 i 4. Elementele

situate n grupele 17, 18 perioadele 2 i 3 au electronegativitate mare, iar cele

situate n grupele 1 i 2 perioadele 5,6 i 7 au cele mai mici valori ale

electronegativitii.

METALE

9.1. Rspndirea n natur

Cele mai multe dintre elementele din Tabelul Periodic sunt metale. Ele

se gsesc n natur sub form de minerale i foarte puine n stare nativ, adic

libere, necombinate.

Metalele care se gsesc n stare nativ sunt de obicei cele preioase ca

argintul, aurul, platina.

Metalele se gsesc n scoara terestr n diferite forme n funcie de

solubilitatea srurilor metalului i de uurina cu care metalele reacioneaz cu

apa sau sunt oxidate.

Metalele situate n seria potenialelor electrochimice mult dup hidrogen

precum aurul, argintul, platina se gsesc n natur n stare elementar. Metalele

mai reactive, dar situate tot dup hidrogen, se gsesc sub form de sulfuri:

sulfur de cupru, sulfur de plumb. Sulfurile sunt compui greu solubili i au

rezistat aciunii apei.

Metalele situate imediat naintea hidrogenului au fost oxidate i se gsesc

sub form de oxizi : oxid de mangan, oxid de aluminiu, oxid de titan. Metalele

mai reactive precum calciul i magneziul se gsesc sub form de sruri:

carbonai, sulfai, silicai. Cele mai reactive metale se gsesc n natur sub form

de sruri solubile sau ca aluminosilicai insolubili : albit (NaAlSi3O8).

Mineralul este un component al rocilor si al minereurilor i s-a format n

urma proceselor geologice. Este reprezentat printr-o combinaie chimic i

mai rar prin elemente native. Minereul este format din unul sau mai multe

minerale, din care se pot extrage pe unul sau mai multe metale. Minereul din

care se extrage metalul este nsoit adeseori de minerale nemetalifere, care

formeaz ganga sau sterilul.

Procedeele extractive erau cu secole n urm artizanale. Metode de obinere

a metalelor din minereuri au fost cunoscute nc din antichitate. Cu timpul au

fost puse bazele metalurgiei, ca tiin i tehnologie a metalelor, avnd ca obiect

obinerea, purificare i prelucrarea fizic i chimic a acestora. Treptat

metalurgia a devenit o industrie cu procedee specifice i foarte rentabil.

Problemele de rentabilitate i de ecologizare a industriei metalurgice au dus

la gsirea unor soluii practice prin care s se diminueze haldele de steril, s se

recicleze i s se recupereze nu numai produi utili ci i produse derivate.

Metalele cele mai frecvent ntlnite n natur sunt aluminiul, fierul, calciul,

sodiul si potasiul; cele mai rare sunt manganul, zincul, cuprul, plumbul,

argintul, aurul.

n general metalele din grupa I A (Na, K) se gsesc n natur sub form

de sruri uor solubile n ap: halogenuri (cloruri), silicai i azotai. Metalele

din grupa a Il-a A (Mg, Ca) se gsesc n sruri greu solubile n ap, n

carbonai i sulfai.

Aluminiul, metalul cel mai rspndit n scoara terestr, se gsete n

aluminosilicai i feldspai; el nu se extrage ns din aceste minerale, deoarece

au un coninut mare de steril. Aluminiul se obine industrial din bauxit.

9.2. Metode de obinere a metalelor

Pentru a obine metale n stare pur trebuie parcurse n general,

urmtoarele etape: concentrarea minereului, extragerea metalului din minereul

concentrat, adic reducerea metalului i obinerea lui n starea de oxidare 0,

purificarea metalului obinut.

Extragerea metalului este de fapt o prelucrare chimic a materialului

obinut dup etapa de concentrare. Prelucrarea chimic depinde de natura

minereului i a metalului care trebuie extras.

Procedeele cel mai frecvent utilizate pentru obinerea metalelor pot fi

clasificate n trei categorii: procedee electrometalurgice, procedee

pirometalurgice, procedee hidrometalurgice.

Procedeele electrometalurgice constau n electroliza unor compui ai

metalelor, n stare de topitur sau n soluie apoas.

Electroliza este procesul care se produce la trecerea curentului electric

prin soluia unui electrolit sau printr-un electrolit topit. Celula n care are loc

electroliza se numete celul electrolitic. O celul electrolitic se aseamn din

punct de vedere constructiv cu o celul electrochimic. Deosebirea const n

faptul c ntr-o celul de electroliz se folosete curentul electric pentru a

produce o reacie redox. Cu alte cuvinte, n absena curentului electric reacia

redox nu este spontan.

9.3 Materiale anorganice cu importan practic

9.3.1. Clasificare. Compoziie

Aliajele sunt materiale metalice obinute prin difuzia n stare topit a dou

sau mai multe metale; uneori aliajele rezult din metale cu adaosuri de nemetale.

Aliajele pot fi omogene sau eterogene (neoinogene); aliajele omogene se

mai numesc soluii solide. Ca aliaje omogene se cunosc: aurul cu argintul (aurul

dentar), aurul cu argint i cupru (aurul pentru bijuterii), fierul cu nichelul, fierul

cu cobaltul etc.

Metalele care se afl departe unul de altul n sistemul periodic formeaz

aliaje care conin dou metale cu o compoziie chimic definit (compui

intermetalici); n aceti compui raportul de combinare al metalelor nu

corespunde valenelor lor. De exemplu, aurul cu zincul dau aliaje omogene,

formate din urmtorii compui intermetalici: AuZn, Au3Zn5, AuZn3. Tot astfel

de aliaje formeaz cuprul cu zincul, aluminiul cu magneziul, sodiul cu plumbul.

Exemple de aliaje eterogene sunt: aliajul de lipit (plumb cu staniu), aliajul

tipografic (plumb cu staniu i stibiu), aliajul staniului cu zincul etc. Alte aliaje

reprezint compui ntre metale i nemetale. Un exemplu l constituie fonta, un

aliaj eterogen, care conine compusul chimic Fe3C, numit cementit.

9.3.2. Obinerea aliajelor

Sunt mai multe procedee industriale de obinere a aliajelor.

a) Obinerea aliajelor prin topire. Metalele sunt fie topite separat i apoi

amestecate, fie se topete nti un metal i n topitura lui se dizolv celelalte

componente (de ex.feroaliajele).

b) Obinerea aliajelor din componente. Minereurile complexe care conin mai

multe metale se prelucreaz direct i se transform n aliaje ale metalelor

componente (de ex. aliajele de cupru i nichel).

c) Obinerea aliajelor prin reducere concomitent. Se supune reducerii un

amestec de oxizi metalici care se transform n metalele respective i se aliaz

chiar n cuptorul de reducere. Astfel se obine aliajul plumbului cu stibiul.

9.3.3. Proprietile fizice ale aliajelor

Densitatea (greutatea specific) a aliajelor este de cele mai multe ori

intermediar ntre densitile metalelor constituente.

Duritatea aliajelor este mai mare dect a metalelor pure care le compun.

Astfel, oelurile (aliaje ale fierului cu carbonul) au duritatea mult mai mare dect

a fierului pur. Un adaos de carbon i wolfram dubleaz duritatea fierului.

Mrirea duritii prin aliere este unul din motivele pentru care se

elaboreaz aliajele. Temperatura de topire este mai mic n cazul aliajelor, dect

temperaturile de topire ale metalelor respective; proprietatea se folosete n

procesele de prelucrare la cald.

Conductibilitatea electric a aliajului este mai mic dect conductibilitatea

componentelor; pe aceast proprietate se bazeaz obinerea unor aliaje

(constantan, nichelin) cu rezisten electric mare, folosite n electrotehnic.

Rezistena mecanic a metalelor crete prin aliere: de exemplu, alama,

aliaj de cupru i zinc este de aproape dou ori mai rezistent dect cuprul pur i

de patru ori mai rezistent dect zincul. Rezistenta la coroziune se mrete dac

metalele se aliaz; aliajele sunt rezistente la aciunea agenilor fizici i chimici

din atmosfer.

9.3.4. Aliaje cu importan industrial

Fonta este un aliaj al fierului cu carbonul n procent de 1,7-5%C. Exist

trei categorii de fonte.

- fonta de turntorie, n care carbonul este coninut sub form de grafit, are n

compoziie siliciu, mangan i procente mici de fosfor i sulf. Este folosit pentru

confecionarea de radiatoare, calorifere, plite, ceaune etc;

-fonta de afinare, care conine carbonul sub form de cementit (Fe3C), are

duritatea mai mare si constituie materia prim pentru prepararea oelurilor.

-feroaliajele conin procente mai mari de mangan (feromangan), de

crom (ferocrom), de molibden (feromolibden), de vanadiu (ferovanadiu). Ele

servesc la fabricarea oelurilor speciale, cu caliti superioare.

Oelurile conin fier i procent mai mic de carbon dect fontele (0,3

2%C);~ de asemenea, elementele siliciu, mangan, sulf i fosfor sunt n procente

foarte reduse (urme).

Otelurile-carbon, aliaje ale fierului cu carbonul, care mai pot conine

mangan, siliciu, sulf i fosfor, sunt ntrebuinate n construcii mecanice i pentru

unele piese metalice.

Oelurile speciale conin i alte metale care le mbuntesc calitile:

nichel, crom, vanadiu, cobalt, wolfram etc.

Oelurile cu nichel sunt rezistente la solicitri mecanice i de aceea se

utilizeaz n construcii de maini.

Oelurile cu crom au o duritate mare i se folosesc la fabricarea de unelte,

bile i roi dinate, piese inoxidabile etc.

Oelurile rapide, care conin pe lng fier i carbon elemente ca: wolfram,

crom, vanadiu, cobalt, mangan, siliciu sunt folosite la fabricarea cuitelor

pentru maini achietoare i a burghielor rezistente la viteze mari de tiere.

Alamele sunt aliaje ale cuprului cu zincul; ele se prelucreaz la strung, dar

nu pot fi turnate. Se folosesc la confecionarea de ventile, piulie, inele, buce

etc.

Bronzurile sunt constituite din cupru i staniu; se pot turna foarte bine,

sunt dure i rezistente. Din ele se confecioneaz lagre, armturi speciale, table,

srme, statui etc.

Aliajele de lipit sunt aliaje ale plumbului cu staniul.

Aliajele tipografice conin plumb, stibiu i staniu.

Duraluminiul este un aliaj al aluminiului cu procente mici de cupru,

mangan i magneziu; are o mare duritate i se folosete n industria aeronautic

i a automobilelor.

Amalgamele sunt aliajele mercurului cu diferite metale; se folosesc n

tehnica dentar i n procese electrolitice.

9.3.5.Aliajele folosite n industria produselor alimentare

Aliajele folosite n industria produselor alimentare trebuie s respecte

normele de calitate impuse de standardele europene. Principala destinaie a

aliajelor n industria alimentar este ambalajul.

Prin ambalaj se desemneaz orice obiect, indiferent de materialul din care

este confecionat ori de natura acestuia, destinat reinerii, protejrii, manipulrii,

distribuiei i prezentrii produselor, de la materii prime la produse procesate, de

la productor pn la utilizator sau consumator.

Obiectul nereturnabil destinat acelorai scopuri este, deasemenea,

considerat ambalaj. Exist mai multe tipuri de ambalaje:

ambalaj primar - ambalaj de vnzare - ambalaj conceput i realizat pentru

a ndeplini funcia de unitate de vnzare, pentru utilizatorul final sau

consumator, n punctul de achiziie;

ambalaj secundar - ambalaj grupat, supraambalaj conceput pentru a

constitui la punctul de achiziie o grupare a unui numr de uniti de vnzare,

indiferent dac acesta este vndut ca atare ctre utilizator sau consumatorul final

ori dac el servete numai ca mijloc de umplere a rafturilor n punctul de

vnzare; el poate fi separat de produs fr a afecta caracteristicile produsului;

ambalaj teriar - ambalaj pentru transport - ambalaj conceput pentru a

uura manipularea i transportul unui numr de uniti de vnzare sau ambalaje

grupate, n scopul prevenirii deteriorrii n timpul manipulrii ori transportului.

Ambalajul pentru transport nu include containerele rutiere, feroviare, navale sau

aeriene.

Ambalajele din metal sunt confecionate din oel sau din aluminiu.

Oelul se utilizeaz n producerea de recipiente pentru ambalarea unei

game largi de produse, cum sunt produsele alimentare, vopselele, etc.

Ambalajele din aluminiul se utilizeaz pentru realizarea de recipiente

pentru alimente i buturi, folii i laminate.

De exemplu, dozele de bere aflate pe pia sunt fabricate din oel (greutate

medie 30 g) sau din aluminiu (greutate medie 16 g). Dei ndeplinesc aceeai

funcie dozele din oel au greutatea mai mare cu peste 50 %; greutatea mai mare

a ambalajului din oel se datoreaz greutii specifice mai mari a acestuia (7,8

g/cm3 fa de 2,7 g/cm3 la aluminiu).

9.4. Proprieti fizice ale metalelor

Metalele au proprieti fizice specifice determinate de structura specific a

reelei metalice.

Starea de agregare. n condiii normale de temperatur i presiune

metalele sunt solide. Excepie face mercurul care este lichid la temperatura

camerei.

Luciul metalic. Metalele n stare compact au luciu, datorit proprietii

suprafeei lor de a reflecta lumina incident. Cnd se gsesc n stare fin divizat

majoritatea metalelor i pierd luciul, numai magneziului i aluminiului i-l

pstreaz.

Opacitatea. Deoarece radiaia luminoas care vine n contact cu metalul

ntlnete electronii mobili din structura specific a reelei metalice, ea este fie

reflectat, fie absorbit, dar nu poate trece prin metale (nu poate fi transmis).

Din acest motiv, metalele nu sunt transparente nici cnd se afl sub form de

foie; metalele sunt opace.

Culoarea. Majoritatea metalelor sunt colorate n alb-argintiu (de exemplu:

Na, K, Ca, Mg, Al, Cr, Hg) sau n cenuiu (de exemplu: Pb, Fe). Cuprul si aurul

au culoarea galben-rocat.

Densitatea metalelor variaz n limite foarte largi, de la valori subunitarc,

pn la valori de ordinul zecilor de grame/cm3. Dup densitate, metalele se pot

mpri n dou categorii: metale uoare (cu densitate mai mic de 5 g/cm3) si

metale grele.

Temperatura de topire. Temperatura la care metalele trec din stare solid

n stare lichid, numit temperatur de topire, variaz ntre limite foarte largi.

Conductibilitatea electric. Datorit existenei electronilor mobili din

structura metalelor, acestea au proprietatea de a conduce curentul electric. Dac

se aplic o diferen de potenial orict de mic la extremitile unei buci de

metal (fir sau plac), electronii mobili din reeaua metalic i ordoneaz

micrile, deplasndu-se n direcia egalizrii potenialului.

Metalele cu cea mai bun conductibilitate electric sunt: Ag, Cu, Au, Al.

Conductibilitatea electric a metalelor este micorat de neregularitile care

exist n structura reelei metalice, precum si de prezenta unor atomi strini

coninui ca impuriti n metal.

Conductibilitatea termic este proprietatea metalelor de a fi bune

conductoare de cldur. Aceast proprietate se explic tot prin existena

electronilor mobili n reeaua metalic. Metalele cu Conductibilitatea termic

cea mai mare sunt: Ag, Cu, Al.

Duritatea este o proprietate mecanic a metalelor, care indic rezistena

lor la aciunea unor fore exterioare (zgriere, lovire). Pentru aprecierea duritii

se folosete scara M o h s care are 10 uniti: l corespunde duritii talcului, iar

10 duritii diamantului. Exist metale cu duritate foarte mic, sub-unitar (K,

Na), altele au duritate mic sau medie (de exemplu: Pb, Ca, Mg, Sn, Ag, Au), iar

unele sunt foarte dure (de exemplu: Cr, W). .

Plasticitatea este o proprietate mecanic a metalelor, care le permite s

sufere deformri permanente sub aciunea unor fore exterioare, fr s se rup

reeaua metalic. Pe baza plasticitii, unele metale pot fi trase n fire

(proprietate numit ductilitate) sau n foi (maleabilitate).

Operaia prin care metalele (de exemplu: Ag, Cu, Al) se trag n fire poart

numele de filare (de exemplu, dintr-un gram de Ag se poate trage un fir att de

subire, nct lungimea lui i-ar permite s nconjoare Globul pmntesc la

ecuator).

Operaia de tragere n foi a unor metale (de exemplu: Au, Cu, Zn) se

numete laminare. Deoarece plasticitatea crete cu temperatura, metalele se

nclzesc pentru a fi prelucrate mecanic.

Insolubilitatea n dizolvani comuni. Metalele se dizolv numai n alte

metale, cu formare de aliaje. De cele mai multe ori, metalele sunt folosite n

industrie sub form de aliaje, care au caliti superioare metalelor pure

componente.

9.5. Proprietile chimice ale metalelor

Metalele sunt caracterizate prin tendina de a ceda electroni din straturile

electronice exterioare, transformandu-se in ioni pozitivi.

Reprezentarea schematic a oxidrii unui metal (M) prin cedare a unui

numr de n e- este:

M0 - n e- Mn+

Datorit tendinei de a ceda electroni, n majoritatea reaciilor chimice,

metalele acioneaz ca reductori.

Funcie de potenialele de oxidare, metalele sunt aezate n ordinea

descresctoare a potenialelor normale, primul fiind potasiul, metatul cel mai

activ - cel mai puternic pozitiv.

Potenial normal. Seria potenialelor electrochimice

Pe baza proprietilor chimice ale metalelor a fost realizat seria de

activitate a metalelor, seria activittii electrodinamice sau seria Beketov-Volta

Primul element (K) din aceast serie este cel mai activ metal, cel mai

electropozitiv, care se oxid cel mai uor, iar la sfritul seriei se afl metalele

preioase:Ag, Pt, Au.

Seria potenialelor electrochimice

K, Na, Ca, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Bi, Sb, Hg, Ag, Pt, Au

Pe baza poziiei metalelor n seria potenialelor electrochimice,

determinat de configuraia electronic a acestora se pot prevedea reaciile

chimice ale metalelor i ale compuilor lor.

n general metalele situate la stnga hidrogenului n seria potenialelor

electrochimice, numite i metale comune, se oxideaz uor, reacioneaz cu

nemetale, ap, acizi i compui ai unor metale mai puin active. Metalele situate

dup hidrogen, numite metale nobile, se caracterizeaz printr-o activitate

chimic redus, se oxideaz greu.

Metalele reacioneaz uor cu nemetalele: halogeni, oxigen, sulf, azot,

fosfor i carbon formnd compuii corespunztori.

Fe + S FeS Mg + O2 2MgO

Metalele cu E0 cele mai negative pot reaciona cu hidrogenul formnd

hidruri.

Caracterul reductor al metalelor n reacia cu acizii se manifest diferit

n funcie de poziia metalului n seria potenialelor electrochimice. Astfel:

metalele situate naintea hidrogenului reacioneaz cu acizii cu degajare

de H2Zn + H2SO4 ZnSO4 + H2n general

Metal situat naintea hidrogenului + Acid Sare + H2 metalele situate dup hidrogen, dar aproape de el, reacioneaz numai cu

acizii cu caracter oxidant (HNO3, H2SO4 concentrat). n aceast reacie nu se

degaj hidrogen deoarece reaciile redox au loc ntre metal i nemetalul din acid.

De exemplu, reacia dintre cupru i acid azotic:

3Cu + 8HNO3 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

n general

Metal situat imediat dup hidrogen + Oxid de nemetal cu N.O. mai mic dect n acid (Acid cu caracter oxidant) Sare + Ap

metalele situate dup hidrogen, la captul seriei, nu reacioneaz nici cu

acizii cu caracter oxidant; ele se numesc metale inerte, sau nobile; de exemplu :

Au, Pt, Pd. Aceste metale reacioneaz numai n amestecuri de acizi, de exemplu:ap regal (HCl : HNO3 = 3 : 1)

Caracterul reductor al metalelor n reacia cu apa se manifest diferit n

funcie de poziia metalului n seria potenialelor electrochimice. Astfel:

metalele cu valori ale Eo cele mai negative reacioneaz violent cu apa la

temperatura camerei

2Na + H2O 2NaOH + H2 metale cu valori ale Eo negative, dar apropiate de zero reacioneaz cu

apa la temperatur

3Fe + 4H2O Fe3O4 + 4H2 metalele cu valori ale Eo pozitive nu deplaseaz hidrogenul din ap.

Caracterul reductor al metalelor este pus n eviden i n reacii cu

compui ai altor metale.

Orice metal poate reduce ionii tuturor metalelor situate dup el n seria

activitilor electrochimice i poate fi la rndul su redus din compuii s de

metalele care l preced n seria potenialelor electrochimice:

toC

Cu + HgO CuO + Hg

Metalelor le sunt carcateristice urmtoarele reaciile chimice:

- reacia cu hidrogenul:

Metalele poziionate naintea hidrogenului, pot intra n combinaii, cu atat mai

energic cu ct se afl se afl la nceputul seriei Beketov-Volta:

n cazul metalelor Li, K, Ba, Sr, Ca, Na, Al:

M + H2O H2

lichid

n cazul metalelor ncepnd cu K pn la Fe, inclusiv:

M + H2O H2

gaz

n cazul metalelor ncepnd cu K pn la Pb, inclusiv:

M + acid H2

- reacia fa de oxigen : ncepnd cu potasiul i pna la mercur,

inclusiv, metale pot reaciona cu oxigenul , cu formare de oxizi acizi, bazici sau

amfoteri;

- reacia faa de acizi: metalele situate la nceputul seriei pna la H

reacioneaz cu acizii diluai, cu eliberare de hidrogen, iar cele dup H, Cu, Bi,

Sb, Hg i Ag reacioneaza numai cu acizi oxidani ( HNO3 si H2SO4 ) cu formare

de ap:

Cu + 2HNO3 = CuO + 2NO2 + H2OCuO + 2HNO3 = Cu(NO3) + H2O2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 +SO2+2 H2OMetalele preioase, platina i aurul, situai la sfaritul seriei Beketov-

Volta, nu sunt atacai de nici un acid;

- reacia cu halogenii: metalele se combin direct, formnd halogenuri:

2Na + Cl = 2NaCl

Metalele puternic active (Na,Cl), reacioneaz violent cu clorul,bromul, pe

cnd Pt si Au pot forma cloruri numai prin reacia cu apa regal (raportul HNO3: HCl este de 1:3)

- reacia cu sulful: toate metalele cu excepia Au, formeaz sulfuri:

metalele alcaline se combine energic prin nclzire, pe cand platina reacioneaz

numai n stare de pulbere.

n majoritatea cazurilor, metalele sunt utilizate n laboratoare i n

industrie sub form de sruri solide sau dizolvate n ap. n soluii, srurile

metalice disociaz n anioni i cationi (ionii pozitivi ai metalelor).

NEMETALE

10.1. Generaliti

Nemetalele sunt situate n tabelul periodic n partea stng a acestuia, n

grupele IV-VII.

Dup structura electronic, primele dou elemente, hidrogenul i heliul,

sunt de tip s, respectiv 1s1 i 1s2, restul elementelor nemetalice i semi-metalice

fiind de tip p, cu electronul distinctiv situat ntr-un orbital npx, unde n = 26,

iar x = 16 electroni.

Cu toate c membrii unei grupe conin acelai numr de electroni n

ultimul strat electronic, n trecere de la primul element al fiecrei grupe la

urmtoarele, se constat o modificare n structura penultimului strat ns sau nsp i

anume de la doi electroni, n cazul elementelor din perioada II, la 8 electroni, n

cazul celor din perioadele III i IV, i 18 electroni, pentru cele din perioadele V

i VI. Drept urmare, efectul de ecranare, datorat nveliurilor electronice

interioare, este diferit de la un element la altul, crescnd n grup de sus n jos i

prin aceasta slbind atracia electronilor exteriori de ctre nucleu. Aa se explic

motivul pentru care, elementele din perioada II: bor, carbon, azot, oxigen i

fluor, se deosebesc mult de omologii lor din grup, ocupnd o poziie special.

Dispunnd numai de un nveli interior s2 cu un efect de ecranare foarte sczut,

electronii exteriori p snt strns legai de nucleu. n acest sens se remarc fluorul,

care mi poate forma dect combinaii n stare de oxidare 1 i oxigenul care nu

prezint dect o singur stare de oxidare 2 fa de toate elementele. Totodat,

elementele din perioada II se distaneaz de omologii lor i prin faptul c nu

dispun n structura lor de orbitali d. De aceea, n compui cum snt oxoacizii,

numrul maxim de coordinare este 3, iar legturile snt de tip a i 7t (pp). De

exemplu, azotul dei aparent penta-covalent n acid azotic, n realitate nu poate

exista dect cel mult n stare de oxidare (III).

Strile maxime de oxidare pozitive ale elementelor de tip p n

combinaiile cu elemente mai electronegative ca ele, fiind egale cu numrul

grapei din care fac parte i ionii pozitivi rezultai prin pierdere de electroni,

ajung la structura gazului rar dinainte.

n combinaii cu elemente mai electropozitive ca ele, strile de oxidare

snt negative i egale cu 8n, unde n este numrul grupei, ionii negativi

rezultai prin acceptare de electroni posednd structura gazului rar urmtor.

Datorit acestor structuri, precum i a existenei unei perechi de electroni

s2, denumit pereche de electroni ineri", situai ntr-un orbital de nelegtur al

ultimului nveli electronic, mai puternic atrai de nucleu, se observ o variaie

mai puin regulat a proprietilor fizice i chimice n grupe i perioade dect ar

fi de ateptat. Efectul atribuit acestor electroni ineri crete cu numrul atomic i

este mai puternic la elementele din grupele IVA YIIA, deci la elementele

grele.

Desigur c la evaluarea global a proprietilor care caracterizeaz

elementele p, trebuie avui n vedere i ali factori, cum ar fi cei legai de

dimensiunile atomice i ionice, de prezena efectului de contracie d sau /, de

structura cristalin etc. Elementele chimice electronegative practic lipsite de

eonuctibilitate termic i electric se numesc nemetale. n mediul ambiant, ele

apar sub form de gaze, lichide sau solide, fiind situate n sistemul periodic n

partea dreapt i de sus a grupelor principale, cuprinznd : hidrogenul, gazele

rare, haogenii, oxigenul, sulful, azotul, fosforul i carbonul. Nemetalele, n

afar de gazele rare, se combin cu hidrogenul rezultnd combinaii volatile, iar

cu oxigenul, oxizi acizi. Structural, gazele rare snt monoatomice, iar celelalte

nemetale gazoase (H2, N2, O2, F2 i Cl2) n condiii normale, au moleculele

diatomice, diamagnetice, cu excepia O2 paramagnetic, proprietate rar ntlnit

la elementele din grupele principale i la compuii lor. Totodat, oxigenul este i

singurul element n stare gazoas la temperatura obinuit, cruia i corespund

dou forme alotropice: oxigenul propriu-zis i ozonul. Singurul nemetal lichid n

condiii normale este bromul, de asemenea diatomic. Restul nemetalelor,

substane solide (C, P i S) posed o mare varietate de structuri, radical diferite

unele de altele, chiar i de vecinii din sistemul periodic, alotropici fiind o

caracteristic a lor. Elementele chimice B, Si, Ge, As, Sb, Se i Te, care, prin

proprietile i comportarea lor general ocup o poziie intermediar ntre

nemetale i metale, se numesc semimetale. Dei, dup aspect, adesea

caracterizat prin luciul metalic, se apropie de metale, dup structura cristalin, se

aseamn mai mult cu nemetalele. Toate elementele semimetalice snt substane

cristaline, dominate de asemenea de fenomenul de alotropie, cu o chimie

structural foarte dificil i greu de sistematizat i tendin accentuat la cele cu

electronegativiti apropiate de a carbonului, de a forma polimeri

(macromolecule).

Principalele caracteristici ale nemetalelor i semimetalelor sunt: alotropia,

tendina de a forma combinaii covalente, n unele cazuri polimeri-zate, iar unii

compui lichizi cu constant dielectric mare (NH3, HF, SO2 i alii) au

capacitatea de a se comporta ca solveni neapoi.

De aceea, n caracterizarea elementelor nemetalice i semimetalice,

s-a apreciat c ar fi cel mai potrivit s se urmreasc variaia proprietilor fizice

i chimice pe grupe, iar n cazul oxigenului i azotului, prezentarea se va face

separat de omologii lor, de care se distaneaz apreciabil prin structura i poziia

n grup.

10.2. Hidrogenul

Hidrogenul este primul element din grup, dar are careateristici

asemntoare elementelor din grupa VIIA.

Configuraia electronic a atomul de hidrogen este 1s1 .

Atomul de hidrogen are tendina att de a ceda, ct i de a accepta un

electron :

- cedarea electronului duce la tranformarea n ion pozitiv (proton, H+) :

H0 e- H+

Hidrogenul este legat covalent de carbon, azot, oxigen, sulf, halogeni (

CH4, NH3, H2O, HS, HCl, HBr, HI,etc.)

- acceptarea de electron pentru a realiza configuraia electronic stabil (1s2) a

gazului rar care ncheie perioada 1, heliul, He:

H0 + e- H- ionul de hidrur

Hidrurile se clasific n urmtoarele categorii:

- hidruri ionice ale metalelelor ( notate M) din grupele IA i IIA, cu

formulele generale MH i respectiv, MH2; moleculele lor sunt legate

prin puni de hidrogen (hidruri polimere);

- hidruri volatile ale elementelor din grupele IVA, VA, VIA,VIIA , cu

care hidrogenul formeaz legturi covalente;

- hidruri interstiiare formate cu metalele grele din grupele secundare, cu

compoziie stoechiometric.

n atmosfer, hidrogenul se gsete sub form de urme (n procent de

10-4 %). Fiind component al apei i al compuilor organici, hidrogenul este

prezent n organismele vii.

10.2.1.Proprieti fizice

Hidrogenul este un gaz inodor, incolor i insipid, mai uor dect aerul,

avnd o mare conductibilitate termic i electric.

Hidrogenul are trei izotopi:

- hidrogenul uor sau protiu, H, cu nucleul H+ (protoniul) cu

- hidrogenul greu 1H sau deuteriu 1D, cu nucleu D+ (deuteronul)

- izotopul 3 1H, numit tritiu, 3 1T.Caracteristicile fizice ale hidrogenului

Masa atomic 1,008

Densitatea in raport cu aerul,g/cm3 0,069

Punctul de lichefiere C -252,8

Punctul de topire,C -257,3

Conductibilitatea termica (0C) 0,000412cal/cm s grd

Solubilitatea in apa (18C) 0,0185 vol/1 vol. apa

Caldura de formare a moleculei de H2 102,72 din atomi (0K);kcal/mol H2

10.2.2. Proprieti chimice

La temperatura obinuit, hidrogenul este puin reactiv, dar poate

reaciona cu elemente sau ali compui chimici n anumite condiii:

1. reacia cu oxigenul ( reacie exoterm), are loc n flacr sau scnteie electric,

cu formare a unui amestec numit gaz detonant (H2:O2 de 2:1)

2H2 + O2 = 2H2O H = - 57,85 Kcal/mol

2. reacia cu halogenii, din care rezult acizi halogenai:

H2 + F2 = 2HF H = - 64,2 Kcal/mol ( reacie cu explozie)

H2 + Cl2 = 2HCl H = - 21,9 Kcal/mol ( reacie sub influena

luminii)

3. reacia cu sulful

H2 + S = H2 S H = - 4,8 Kcal/mol

4. cu azotul n condiii de presiune, temperatur ( 500 C), n prezena unui

catalizator

3H2 + N2 = 2NH3 H = - 11 Kcal/mol

5. reacia cu metale alcaline, cu formare de hidruri , de exemplu:

H2 + 2Na = 2NaH

6. reacia de reducere a oxizilor pn la metal, n condiii deosebite de

temperatur i presiune . Oxizi metalelor aflate n apropierea hidrogenului n

seria Beketov-Volta, sunt redui la metal (fier, cobalt, nichel, staniu, plumb,

stibiu, cupru):

Ag2O + H2 = Ag + H2O

CuO + H2 = Cu + H2O

10.3. GRUPA A VII-A

Grupa a VIl-a a Tabelului Periodic se numete grupa halogenilor, datorit

proprietii elementelor componente de a forma sruri (halogen = generator de

sare). n aceast grup snt situate elementele cu o comportare foarte

asemntoare, i anume: fluorul F, clorul CI, bromul Br, iodul I i astatinul At.

Ultimul element emite n mod spontan i continuu radiaii, este deci radioactiv.

Din aceste ultime exemple se deduc urmtoarele:

- halogenii au molecule diatomice;

- n molecul, atomii de halogen snt legai prin legturi covalente

nepolare;

- acizii halogenai prezint legtur covalent polar;

- in acizii halogenai, halogenii snt monocovaleni;

- valena lor fa de hidrogen este dat de diferena dintre opt i numrul

grupei: 8 7 = 1.

10.3.1. Proprieti fizice

Cu excepia fluorului, ceilali halogeni pot avea i covalente superioare

(tri-, penta- i heptacovalen).

n grup variaz i o serie de proprieti fizice ale halogenilor dup cum se

poate observa n tabelul 12.

Tabelul 12. Proprieti fizice ale halogenilor

HalogenulFluorClorBromIod

Stare de agregareGazGazLichidSolid

CuloareSlab-verzui

Galben-verzui

Brun Cenuiu

cu aspect

metalic

Temperatura de topire-223-102-7.3+114

Solubilitate n ap-0,09 mol/l

0,210 mol/l

0,001 mol/l

* Bromul .este singurul nemetal lichid.

10.3.1. Proprieti chimice

Halogenii snt elemente cu caracter nemetalic pronunat, puternic electronegativ

i foarte reactive, proprieti care n grup descresc n ordinea: F>Cl>Br

>I. Fluorul este cel mai reactiv dintre toate elementele cunoscute. Halogenii

reacioneaz direct cu majoritatea nemetalelor (S, P, As, Sb, C (crbune de

lemn), Si i B), cu dezvoltare de cldur i lumin, mai ales fluorul i clorul

destul de energic, bromul trecnd n halogenuri covalente. Nu reacioneaz direct

cu oxigenul, azotul i carbonul, n schimb fluorul este singurul halogen care

se combin direct cu carbonul cu formare de CF4 gaz stabil. Cu hidrogenul, toi

halogenii se combin direct formnd hidruri (HX), gaze incolore, pe baza unor

reacii exoterme, cu excepia HI endoterm. De remarcat faptul c fluorul se

combin direct cu hidrogenul chiar la rece i ntuneric, reacia fiind violent, iar

flacra fluor-hidrogen, atinge temperaturi de 40005000O. i clorul se

combin direct i energic cu hidrogenul la temperatura obinuit i n prezena

luminii, bromul numai la 150C n prezen de catalizatori sau sub aciunea

descrcrilor electrice, iar iodul se combin cel mai greu, la nclzire peste

200C. Principalele combinaii ale halogenilor sunt prezentate n tabelul 13.

Tabelul 13. Principalele combinaii ale halogenilor

ElementHBCSiNPAsSbOSSeTe

FluorHFBF3CF4SiF4-PF3,PF5AsF5SbF5-SF6SeF4TeF4

ClorHClBCl3-SiCl4-PCl3,PCl5AsCl3,AsCl5SbCl3-SCl2SeCl4TeCl4

BromHBrBBr3-SiBr4-PBr3,PBr5AsBr3,AsBr5SbBr3-S2Br2SeBr4TeBr4

IodHIBI3-SiI4-PI3, PI5AsI3,AsI5SbI3---TeI4

Halogenii sunt oxidani puternici i reacioneaz cu un numr mare de

compui ai diferitelor elemente.

Ei se nlocuiesc n ordinea fluor, clor, brom i iod din halogenurile ionice:

2MX + F2 X2 + 2 MF,X : Cl, Br, I;

Reacioneaz diferit cu apa:

- fluorul o descompune cu degajare de oxigen:

- F2 + H2O 1/2O2 + 2HF

- clorul i bromul formeaz apa de clor (amestec de HCl i HClO) i

respectiv apa de brom (amestec de HBr i HBrO), ambele oxidani

puternici:

- X2 + H2O HX + HXO,X : Cl,

- iodul reacioneaz cu apa numai nmediu alcalin.

10.4. GRUPA A VI-A

( OXIGENUL SI SULFUL )

Grupa a V a A cuprinde elementele : O,S ,Se ,Te ,Po ( radioactiv) . Oxigenul

se deosebeste de celelalte elemente , fiind singurul element gazos ;

S , Se , Te , formeaza molecule ( catene ) din 8 atomi , a caror stabilitate creste

in ordinea S< Se < Te . Configuratia exterioara a elementelor grupei