Chimie Curs

Legea proportiilor definite=orice substanta este compusa din aceleasi elemente combinate in acelasi raport de masa. Cu alte cuvinte compozitia unei substante este constanta si bine definita. Exemplu este sulfura de fier care se obtine in reactia directa dintre Fe si S. S-a putut constata ca intotdeauna raportul intre masa de fier si masa de sulf care reactioneaza este 7/4.

Legea proportiilor multiple=daca 2 elemente a si b se combine pt a forma mai multe substante diferitele mase ale lementului a, care reactioneaza cu aceeasi masa de elemente b se gasesc intre ele in raport de numere intregi si mici. Pt a ilustra legea proportiilor multiple luam in considerare oxizii azotului. Azotul formeaza cu oxigenul 5 oxozi stabili. Diferitele mase de oxigen care reactioneaza cu aceesi masa de azot se gasesc intr-un raport de 8:16:24:32:40=1:2:3:4:5 adica rapoarte de nr intregi si mici.

Legea volumelor constante=se refera la reactiile chimice intre gaze. L a aceeasi temperatura si presiune intre volumele gazelor care se combina sau rezulta din reactie exista un raport de nr intregi si mici.Un volum de H reactioneaza cu un volum de Cl rezultand doua volume de HCl. Prin urmare raportul dintre volumele de H si Cl care reactioneaza este 1:1. Similar 3 volume de H reactioneaza cu un volum de N rezultand 2 volume de amoniac NH3. Aparent legea volumelor constante contrazice teoria atomista a lui Dlaton comform caruia un atom de H reactioneaza cu un atom de Cl pt a forma o molecula de HCl. Aceasta contradictie rezolvata de catre Avogadro care a aratat ca H si Cl se prezinta sub forma unor molecule diatomice astfel incat reactiile intre gaze pot fi scrise sub forma: H2+Cl2->2HCl, 3H2+N2->2NH3.

Legea lui Avogadro=volume egale de gaze la aceleasi temperaturi si presiuni contin un numar egal de molecule.

Modele atomice si particule elementare. Descoperirea radioactivitatii si a transformarilor radioactive au dovedit complexitatea structurii atomilor.Experienta efectuata de Rutherford a condus la elaborarea primului model rational al atomului.In experienta efectuata Rutherford a trecut un fascicol de particule alfa printr-o foita foarte subtire din aur. Pe un ecran luminiscent a constatat ca majoritatea particulelor alfa trec prin foita de aur fara a fi deviate. O mica parte din particule sunt usor deviate iar o parte infima sunt intoarse din drum. Pe baza acelor experiente a fost elabolart modelul planetar. Rutherford a aratat ca materia are o structura afanata in care masa este concentrata in masa nucleelor atomilor, aceste nucleee avand o sarcina electrica pozitiva. In jurul nucleului se deplaseaza electronii cu masa foarte mica care nu influenteaza prea mult traiectoria particulelor alfa. Particulele alfa ricoseaza doar daca lovesc nucleul atomului. Modelul planetar elaborat de Rutherford contravine legilor electrodinamicii clasice comform carora electronii in deplasarea lor continua in jurul nucleului pierd energie si ar trebui in final sa cada pe nucleu. Aceasta contadictie a fost rezolvata de catre Bohr care a aratat ca electronii se pot deplasa in jurul nucleului doar pe anumite orbite impuse. Deplasarea electronilor pe aceeasi orbita se face fara a pierde energie. Electronul pierde sau castiga energia numai daca trece de pe o orbita pe alta. Aceste postulate au dus la elabolarea modelului Bohr al atomului. Comform modelului Bohr electronii se deplaseaza in jurul nucleului pe orbite circulare care se gasesc la diferite distante fata de nucleu. Studiind spectrul hidrogenului Sommerfeld a ajuns la concluzia ca orbitele pe care se deplaseaza electronii pot fi si eleptice. Se ajunge astfel la o forma rectificata a modelului atomic. Studiul fenomenelor radioactive a condus la concluzia ca atomii au o structura complexa, in constitutia acestora intrand asa numitele particule elementare. Descoperirea electronului si a protonului a fost urmata de descoperirea neutronului. Nr particulelor elementare cunoscute depaseste 30 dar importante pt a explica structura si reactiile subst sunt electronii, neutronii si protonii. Protonii si neutronii intra in constitutia nucleului motiv pt care se numesc nucleoli.

Numar atomic,Numar de masa, element chimic: Nr de protoni din nucleul unui atom reprezentand nr atomic si se noteaza cu Z in timp ce nr de nucleoni desemneaza nr de masa ce se noteaza cu A prin urmare nr de neutroni va fi dat de diferenta N=A-Z.Deoarece atomul este neutru din punct de vedere electronic, nr de electroni ai unui atom e egal cu nr de protoni.Specia de atomi cu acelasi nr de atomi Z reprezinta elementul chimic. Simbolurile chimice ale elementelor au fost propuse de catre Berzelius in 1813.In majoritatea cazurilor ca simbol s-a ales prima sau primele 2 litere ale denumirii latine a elementului chimic.(ex: hidrogenium-H). Restul elementelor au ca simbol prima litera a numelui latin urmata de o consoana si mai rar de o vocala din numele elementului. In situatiile in care este necesar, de exemplu la reprezentarea izotopilor, se pot indica nr atomic Z ca indice in stanga elementului si nr de masa A ca exponent in stanga. Cu mici exceptii, simbolurile elementelor stabilite de Berzelius sunt valabile si astazi. Exista atomi care, desi au acelasi nr atomic Z, difera prin nr de neutroni, acestia numindu-se izotopi. Cel mai simplu element este H. Nucleul de H este format din 1 proton, iar invelisul electronic din 1 electron (H usor). Acesta mai are 2 izotopi: deuterium si titriu.

Abundenta elementelor in scoarta externa a pamantului a fost calculata de Clark. Parametrii Clark redau compozitia scoartei pamantului inclusiv aerul si apa, pana la o adancime de 16 km.In general majoritatea corpurilor materiale sunt formate din substante in componenta carora intra diferite elemente. Dintre cele cca 110 elemente cunoscute pana in prezent 88 din elemente au fost indentificate in scoarta terestra cel mai raspandit element: O2 intr-o proportie de 49,4% acesta exista sub forma celor 3 izotopi: (sus16)(jos8)O=99,759% ; (sus17)(jos8)O=0,037% ; (sus18)(jos8)O=0,204%.

Canatitati mari de O2 se gasesc in stare combinata in apa,in stare necombinata se gaseste in atom si sub forma moleculelor biatomice.Deasemenea se gaseste in atom si sub forma de ozon.

Al doilea element ca raspandire in scoarta terestra este siliciul=25,75%.Acesta se gaseste numai sub forma de combinatie in roci de diferite tipuri. Dintre elementele metalice cele mai raspandite sunt Al:7,51% ; Fe:4,7% ; Ca:3,39% , Mg:1,94%.

Extrem de rar Fe se gaseste in stare pura, provenita din meteoriti si formatiuni telurice.Pe langa O2 exista si alte elemente care in stare necombinata sung gaze,aici intra H,N,F.Si aceste elemente se gasesc mai ales in stare combustibila.Gazele rare(He,Ne,Ar,Kr,Xe,Rn) reprezinta o categorie aparte de elemente care se gasesc in stare gazoasa monoatomica. Singurele elemente lichide la temperature camerei sunt Hg si Br, dar Hg se gaseste rar in stare elementara, iar Br-ul numai in comnbinatii.Abundenta elementelor in scoarta terestra difera essential de abundenta elementelor in univeers. Astfel pe Pamanat He e unul dintre cele mai rare elemente avand parametrul Clark de 4,2*10(-7)% in timp ce in soare acesta e al doilea element ca abundenta dupa H. Masa atomica a unui element arata de cate ori masa atomului respective este mai mare decat a 12-a parte din masa atomului de C. Masele atomice sunt in general nr fractionare, intru-cat elementele sunt constituite din mai multi izotopi.

Structura invelisului electronic al atomului. Luand in considerare modelul Bohr-Sommerfel al atomilor pe baza datelor experimentale: este posibila construirea unei imagini intuitive asupra structurii atomice a diferitelor elemente. Pornind de la spectrul H s-a ajuns la concluzia ca invelisul electronic al atomului are o structura stratificata.Elementele care graviteaza in jurul nucleului pe orbite eliptice se gasesc la distante medii diferite fata de nucleu, electronii care se gasesc la distante medii alcatuiesc un strat electronic.Apartenenta electronilor la un anumit strat electronic. Apartenenta electronilor la un anumit strat e caracterizata de nr cuantic principal n. Cel mai apropiat strat de nucleu e K(n=1). Urmatoarele straturi: L(n=2); M(n=3); N(n=4); O(n=5); P(n=6); Q(n=7).

In atomul de H in stare fundamentala electronii se gasesc pe stratul K. In miscarea sa continua, electronul se poate gasi intr-o anumita regiune a spatiului din jurul nucleului.Acesta portiune a spatiului in care exista probabilitatea de a se gasi electronul poarta numele de orbital.In fiecare orbital pot exista cel mult 2 electroni caracterizati de o miscare de spin opus(miscare de rotatie).

Acesta miscare a electronilor e caracterizata de un nr cuantic de spini care poate lua valori de ±1/2.

Stratul K(n=1) este constituit dintr-un singur orbital de simetrie sferica numit orbital s.

Stratul L(n=2) este constiuit din 2 tipuri de orbitali de simetrii diferite care alcatuiesc 2 substraturi. Pt a caracteriza tipul de simetrie s-a introdus nr cuantic secundar l. Valorile lui l sunt in functie de n l=f(n). Pt n=k, l poate lua valorile 0,1 …, k-1. Prin urmare stratul K(n=1), l are o singura valoare ( l=0), ceea ce inseamna ca stratul K este format dintr-un singur orbital s. Pt stratul L (n=2), l are valorile 0 si 1, adica L contine 2 substraturi: unul compus dintr-un orbital s (l=0) si unul compus din 3 orbitali de tip p (l=1). Orbitalii p au forma a 2 lobi simetrici fata de nucleu.

Orientarea orbitalilor este data de nr cuantic magnetic m care ia urmatoarele valori: -l, -(l-1), … -2, -1, 0, 1, 2, l-1,l. pt cazul orbitalilot p, m are valorile -1, 0, 1. Aceste valori corespund orientarii orbitalilor dupa axele de coordinate.