Chimie generală

Chimia este ştiinţa fundamentală a naturii, care se află la baza proceselor ce susţin viaţa, controlează evenimentele din lumea înconjurătoare şi este vitală pentru cele mai multe activităţi. În ultimele decenii, se constată o evoluţie rapidă în cunoaşterea chimică, prin numărul mare de substanţe descoperite în natură sau sintetizate în laboratoarele de cercetare şi prin perfecţionarea aparaturii utilizate în laboratoarele de cercetare ştiinţifică.

Studiul chimiei generale are drept scop stimularea interesului pentru chimie şi furnizarea de informaţii utile, în vederea abordării la un nivel superior a disciplinelor cuprinse în programele analitice ale anilor de studii. Textul introduce o serie de noţiuni fundamentale utilizate pentru descrierea comportării materiei, legi, metode, proprietăţi ale substanţelor, modele cu care operează chimia etc, subliniind importanţa acestei discipline pentru lumea vie.

Problemele, uneori complexe, pe care le pune chimia nu se rezolvă prin simplă memorizare, ci prin abordarea lor critică şi creativă, utilizând noţiunile de bază. Cursul ajută la înţelegerea modelelor fundamentale ale chimiei, arată implicarea acestei discipline în lumea reală şi dezvoltă aptitudini de rezolvare a problemelor pe care le implică această disciplină.

1. Baze teoretice ale chimiei

1.1. Definiţie şi ramuri ale chimiei

CHIMIA este ştiinţa fundamentală a naturii care studiază în mod sistematic: structura, compoziţia şi proprietăţile substanţelor; reactivitatea, transformările pe care le suferă substanţele, precum şi legile care guvernează aceste procese; sinteza de noi substanţe, cu proprietăţi specifice; producerea de energie prin reacţii chimice; conexiunile dintre lumea cotidiană şi cea moleculară, interpretarea naturii substanţelor pe baza structurii lor, precum şi utilizările substanţelor în diferite domenii de activitate.

Principalele ramuri ale chimiei sunt:

Chimia anorganică - studiul elementelor chimice şi al compuşilor acestora, cu excepţia hidrocarburilor şi a derivaţilor lor.

Chimia organică - ramura descriptivă a chimiei care se ocupă cu sinteza, identificarea, modelarea, precum şi cu reacţiile compuşilor care conţin carbon legat chimic de hidrogen.

Chimia fizică – ramura care relizează studii ale legilor şi fenomenelor chimice, precum şi a structurii combinaţiilor chimice prin metode teoretice şi experimentale ale fizicii,.

Chimia analitică – ramura care elaborează şi foloseşte metode, mijloace si metodologii de obţinere a informaţiilor legate de compoziţia şi natura substanţelor.

Biochimia - ştiinţa care se ocupă cu studiul structurii şi funcţiilor compuşilor prezenţi în organismele vii, precum şi cu funcţionarea şi transformările acestora în cursul vieţii.

Chimia ecologică - ştiinţa care se ocupă cu detecţia, monitorizarea, transportul şi transformările chimice ale substanţelor naturale şi sintetice prezente în mediul înconjurător.

1.2. Unităţi de măsură

Observaţia ştiinţifică cantitativă are drept rezultat un număr şi o unitate de măsură, ambele componente ale valorii măsurabile conferind semnificaţie determinării.

Sistemul Internaţional de unităţi (SI) conţine şase unităţi fundamentale (tabelul 1.1.), două unităţi suplimentare, radianul (rad) şi steradianul (sr), precum şi un mare număr de unităţi derivate. Multiplii şi submultiplii zecimali ai unităţilor de măsură se denumesc cu ajutorul unor prefixe.

Tabelul nr. 1.1. - Unităţi de bază în Sistemul Internaţional

Nr. crt. Mărime fizică Unitate de măsură Simbol

1. Lungime metru m

2. Masă kilogram kg

3. Timp secundă s

4. Intensitate curent electric amper A

5. Temperatură Kelvin K

6. Intensitate luminoasă candelă cd

Mărimi fizice importante pentru chimie sunt volumul, masa, temperatura, timpul, cantitatea de substanţă etc.

Volumul reprezintă spaţiul pe care îl ocupă o substanţă sau un obiect oarecare. Unitatea de măsură este m3, unitate derivată din unitatea de lungime, (1dm3=1l; 1cm3=1ml). Unitatea utilizată în laborator este mililitrul (ml).

Masa unui obiect nu este influenţată de câmpul gravitaţional şi reprezintă cantitatea de materie pe care o conţine acesta, indiferent de locul unde se consideră determinarea (pe pământ, pe lună etc.). Greutatea unui obiect este răspunsul masei la gravitaţie şi variază în raport cu tăria câmpului gravitaţional. Dacă tăria câmpului gravitaţional se consideră relativ constantă, masa se poate considera egală cu greutatea. În sistemul internaţional, unitatea pentru masă este kilogramul (kg).

Densitatea unei substanţe este raportul dintre masă şi volum, două caracteristici care depind de cantitatea de substanţă studiată. Unitatea de măsură a densităţii este raportul unităţilor de masură ale masei şi volumului (g/cm3 sau g/ml). Greutatea specifică este raportul dintre densitatea substanţei studiate şi densitatea unei substanţe de referinţă (în mod obişnuit apa la temperatura de 4oC a cărei densitate este egală cu unitatea). Greutatea specifică este un număr fără unitate de măsură.

Temperatura caracterizează starea de încălzire a unui sistem fizic. Valoarea sa depinde de scara termometrică în care este exprimată (Dima, et al., 1972). În Sistemul Internaţional, temperatura se măsoară în grade Kelvin, dar este destul de frecventă şi exprimarea temperaturii în grade Celsius (oC) sau grade Fahrenheit (oF).

Pentru timp, unitatea din Sistemul Internaţional este secunda (s) dar, se mai folosesc şi unităţi cum ar fi minutul, ora, ziua sau anul (nu se foloseşte luna, din cauza mărimii variabile).

Masa atomică este un număr ce reprezintă de câte ori masa unui atom este mai mare decât unitatea de masă atomică, considerată iniţial, de către Dalton, a fi masa atomului de hidrogen. Mai târziu, Aston, a utilizat drept unitate de masă atomică a 16-a parte din masa atomului de oxigen. Prin convenţie internaţională unitatea de masă atomică a fost definită ca fiind a 12-a parte din masa izotopului 12C. Această unitate de măsură nu este inclusă în Sistemul Internaţional, dar este acceptată în acest sistem sub denumirea de unitate unificată de masă atomică şi se desemnează cu simbolul “u”. În general, masele atomice se scriu fără unitate de măsură. În biochimie şi biologia moleculară, cu precădere în cazul proteinelor, se utilizează unitatea numită Dalton (1u=1Da=1/NA[g]=1/1000xNA[kg]=1,660539x10-27[kg], unde NA reprezintă numărul lui Avogadro)