Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de ...acces.chimie.upb.ro/doc/materiale-suport-suplimentare/2015-2016/... · foarte rapidă în jurul nucleului, ... denumită orbital

Investeşte în oameni !FONDUL SOCIAL EUROPEANProgramul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 –2013 Axa prioritară nr. 1 „Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere”Domeniul major de intervenţie 1.2 „Calitateînînvăţământulsuperior”

Numărulde identificareal contractului:POSDRU/156/1.2/G/138821 Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din BucureştiTitlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic

Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

1

MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE

Curs: 1

Grupele: G4, G5, G6

Formator: conf. dr. ing. Aurelian Cristian Boscornea

Octombrie/ 2015

Atomul: - este cea mai mică particulă dintr-o substanță care prin procedee chimiceobișnuite nu poate fi divizată în alte particule mai simple, fiind unitatea structuralaa chimiei.

Element: o substanta compusa din acelasi tip de atomi (toti atomii au acelasinumar de protoni)

Molecula: unitate compusa din doi sau mai multi atomi legati prin legaturichimice;

Molecula este cantitatea cea mai mica dintr-o substanţă care poate exista ȋn stareliberă şi care posedă proprietăţile substanţei respective.

Compus chimic: o substanta formata din 2 sau mai multe elemente diferitelegate prin legaturi chimice .

Amestec: o combinatie din doua sau mai multe substante care nu sunt legateprin legaturi chimice.

Notiuni fundamentale

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

2

Atomul

-particulă materială universală;-este constituit din particulele subatomice.

De interes în studiul chimiei sunt particulele subatomice: protonul, neutronul şi

electronul.

-constă într-un nor de electroni care înconjoară un

nucleu atomic dens.

Nucleul conține sarcini electrice încărcate pozitiv

(protoni) și sarcini electrice neutre (neutroni), fiind

înconjurat de norul electronic încărcat negativ.

Particula Sarcinaelectricarelativa*

Masa(Kg)

Masa

Relativă*

Proton +1 1,672621×10−27 1

Neutron 0 1,674927×10-27 ≈1

Electron -1 9,109382×10−31 1/1836

* relativ la proton

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

3

Numărul protonilor din nucleu, denumit număr atomic (Z) este egal cu

numărul electronilor din învelişul de electroni al unui atom, astfel încât, atomul

este neutru din punct de vedere electric.

Suma dintre numărul particulelor grele, numărul neutronilor (N) şi

numărul protonilor (Z) reprezintă numărul de masă (A).

Atomii caracterizaţi de acelaşi număr atomic Z, dar care au numere de masă A

diferite (număr de neutroni diferit) reprezintă izotopii unui element.

Totalitatea izotopilor cu acelaşi număr atomic Z constituie un element

chimic..

EA

Z

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

4

Exercitii:1. Un izotop al cobaltului (Z=27) este utilizat in terapia prin radiatie a cancerului. Acest izotop are 33 de neutroni. Care este simbolul sau?

2. Unul din cele mai periculoase componente ale deseurilor radioactive este

care este un izotop radioactiv al strontiului. Cati protoni are in nucleu? Dar cati neutroni?

3. Un element oarecare din sistemul periodic are simbolul

Precizati cati protoni, neutroni si electroni are.

Sr90

38

356

26 E

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

5

Unitatea atomică de masă , (notaţie: u.a.m, u sau dalton -Da), care reprezintă

fracţia 1/12 din masa izotopului 12C

u.a.m= 1,660538782×10-27 kg

.Masa atomică relativă a unui element E (notaţii: Ar(E), MA) reprezintă numărul

care arată de câte ori este mai mare masa atomului unui element faţă de u.a.m.

Se exprimă în u , u.a.m sau dalton.

Deoarece majoritatea elementelor sunt poliizotopice, se calculează o masă medie

-ponderată (funcţie de abundenţa terestră şi masa) astfel încât, adesea rezultă

valori fracţionare.

În calcule uzuale se pot folosi numere întregi. De exemplu cazul oxigenului:

Ar(O) = 15,9994 u reprezintă masa medie, aproximată la Ar(O) = 16 u(izotopi: 16O, 99,760%; 17O, 0,039%, 18O, 0,201%).

Masa moleculară relativă(notaţie Mr) reprezintă numărul care arată de câte ori

este mai mare masa unei molecule faţă de unitatea atomică de masă, u.

Unitatea de măsură a cantităţii de substanţă chimică se numeşte mol;

acesta conţine un număr de entităţi materiale (atomi, molecule, ioni) egal cu numărul lui

Avogadro, NA=6,02214179×1023 mol-1

mol day : 6:02 10/23

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

6

Exercitii1. Calculati masa atomica a clorului cunoscand urmatoarele date:

Abundenta naturala (%)

Masa atomica (dalton)

75.77 34.9689

24.23 36.9659

Cl35

17

Cl37

17

2. Cat este masa atomica a clorului exprimata in kg?

3. Care este masa unui mol de Cl?

4. Cati atomi de Cl se gasesc in 71g Cl?

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

7

Sistemul periodic al elementelor

Primul sistem unitar de clasificare a elementelor a fost elaborat de către D. I. Mendeleev

având drept criteriu iniţial, masa atomică a elementelor.

Cele 63 de elemente cunoscute în acea perioadă au fost organizate în şiruri orizontale

(perioade) şi verticale (grupe) păstrând câteva locuri libere acolo unde nu se cunoştea

elementul, dar a cărui existenţă era anticipată..

Legea periodicităţii elaborata de Mendeleev: proprietăţile elementelor sunt funcţii

periodice ale maselor atomice.

Ulterior, studiul sistematic al spectrelor de raze X efectuat de G. Moseley(1913-1914) a

confirmat valabilitatea unui nou criteriu, cel al numerelor atomice Z, care a dus la

reformularea legii periodicităţii: proprietăţile elementelor sunt funcţii periodice ale

numărului atomic, Z.

Sistemul periodic folosit ȋn momentul de faţă este format din şiruri orizontale,

numite perioade, ȋn număr de 7 şi coloane verticale, numite grupe, ȋn număr de

18.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

8

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

9

- configuraţia electronică a atomilor variază periodic odată cu creşterea

numărului atomic Z;

- ȋn consecinţă toate proprietăţile atomice ce depind de structura ȋnvelişului

electronic vor varia ȋntr-un mod periodic.

Structura învelişului electronic al atomului Electronul este interpretat, conform mecanicii cuantice, ca o particulă în mişcare

foarte rapidă în jurul nucleului, căreia i se asociază imaginea unui nor de

sarcină negativă, de densitate variabilă în raport cu sistemul de axe de

coordonate.

Teoria lui E. Schrődinger arată că, din considerente energetice, electronul există

cu o anumită certitudine (probabilitate ≈ 95 %) într-o zonă (element de volum),

denumită orbital atomic, în care norul electronic are densitate maximă.

Electronii sunt asociaţi cu mici sfere încărcate electric,

care generează un câmp magnetic, prin mişcarea de spin.

Teoria consideră că densitatea de sarcină este maximă,

prin ocuparea orbitalului cu doi electroni de spin opus,

denumiţi electroni cuplaţi; notaţie, două săgeţi paralele,

de sens opus ↑↓

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

10

Învelişul electronic al atomului -este constituit din totalitatea electronilor care gravitează în spaţiul din jurul

nucleului;

-aceştia sunt grupaţi în straturi electronice (nivele energetice), care diferă prin

distanţa faţă de nucleu şi prin energia electronilor (E1, E2.,.En);

fiecare strat este format din unul sau mai multe substraturi electronice.

Substraturile unui strat diferă prin energie şi prin numărul maxim de electroni pe

care îi pot conţine.

Electronii care aparţin unui anumit substrat au aceeaşi energie .Într-un atom pot exista n straturi electronice; acestea se notează, cu litere: K, L,

M, ...., Q sau cu numere arabe, respectiv n=1, 2, 3,...7.

Energia electronilor depinde de distanţa (interacţia) faţă de nucleu. Stratul cel mai

apropiat de nucleu (K) are energia minimă şi se numeşte nivel / strat

fundamental.

Electronii unui atom, care populează ultimul strat electronic (cel mai îndepărtat

de nucleu, considerat exterior) au cea mai mare energie şi sunt denumiţi

electroni de valenţă.

Un strat n conţine maximum 2n2 electroni.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

11

Substraturile electronice ale unui strat au energii apropiate şi sunt formate din

orbitali atomici de acelaşi tip.

Substraturile se notează cu litere s, p, d, f precedate de numărul stratului

electronic (1s, 2s, 2p,...4d,..5f).

Numărul electronilor este marcat prin indicele superior (1s2., 4f14).

Fiecare orbital atomic se caracterizează printr-o anumită energie şi formă, în

funcţie de distanţa faţă de nucleu.

Un orbital poate fi ocupat de maximum doi electroni de spin opus.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

12

Orbitalii reprezintă regiuni în jurul nucleului, de energie, formă şi orientare

exact determinate de funcţia de undă Ψ n l m , în care electronii au acces (există

cu probabilitate maximă), dar care nu sunt întotdeauna populate cu electroni.

Cea mai uzuală reprezentare grafică a acestora redă suprafeţele de maxim şi

de minim ale soluţiilor matematice ale ecuaţiei lui Schrődinger.

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

13

Configuraţia electronică a atomilor reprezintă distribuţia electronilor în

învelişul de Z electroni al unui atom. Popularea cu electroni se face prin amplasarea succesivă în orbitali atomici, pe

nivele şi subnivele energetice a câte unui electron (electron distinctiv) până la

realizarea numărului atomic Z.

Principiul de construcţie a învelişului de electroni.

Principiul energetic: nivelele energetice existente în atom se ocupă consecutiv,

în ordinea crescătoare a energiei acestora: E1 < E2 <... < En. Succesiunea

ocupării nivelelor este dată de sensul creşterii valorilor lui n. (principiul Aufbau).

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

14

Principiul lui Pauli (principiul excluziunii): într-un orbital nu pot exista doi

electroni cu aceeaşi stare energetică .

Regula lui Hund (regula multiplicităţii maxime).

Se referă la ocuparea cu electroni a orbitalilor care fac parte din acelaşi substrat

energetic.

Aceasta stabileşte că: un orbital (np, nd, nf) nu poate fi ocupat cu doi electroni

decât după ce toţi orbitalii substratului respectiv au fost ocupaţi cu câte un

electron de spin paralel (electroni impari).

Starea de semiocupare (p3, d5, f7) conferă o anumită stabilitate structurii

electronice.

Stabilitatea maximă este atinsă în stările cu toţi electronii cuplaţi (exemplu

gazele nobile).

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

15

Exercitii 1. Completati configuratiile electronice pentru urmatorii compusi precizand si

dispunerea energetica a electronilor pe stratul de valenta:

Z = 1 Hidrogen Z = 2 Heliu Z = 3 Litiu Z = 4 Beriliu Z = 5 Bor Z = 6 Carbon Z = 7 Azot Z = 8 Oxigen Z = 9 Fluor Z = 10 Neon

Z = 20 Calciu Z = 21 Scandiu Z = 22 Titan Z = 23 Vanadiu Z = 24 Crom Z = 25 Mangan Z = 26 Fier Z = 27 Cobalt

Z = 34 Seleniu

Z = 35 Brom

Z = 36 Kripton

a. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2

2. Pentru urmatoarele elemente stabiliti pozitia in sistemul periodic:

b. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

c. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4 p5

d. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

16

2. Elementul X are urmatoarea configuratie electronica:1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3104p4

a. Localizati pozitia sa in tabelul periodic.

3. Pe baza datelor din sistemul periodic identificaţi elementele corespunzatoare :

Caracteristicile elementului Element

Element din perioada a treia, cu substratul p semiocupat

Ionul divalent are configuraţia electronică:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

Au substratul d semiocupat şi aparţin perioadelor 4 şi 5

Au substratul d semiocupat şi aparţin perioadelor 4 şi 5

Are configuraţia electronică cu 10 orbitali d, 9 orbitali p,

5 orbitali s, cu toţi electronii cuplaţi

Formează ioni monovalenţi izoelectronici cu 36Kr

PO

SDR

U/1

56

/1.2

/G/1

38

82

1

17