CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

1

CC.

SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

2

CUPRINS

Introducere ...................................................................................................................................................... 3Capitolul CC.01. Materia i formele sale de existen ................................................................................... 4Capitolul CC.02. Clasificarea i proprietile substanelor chimice ....... 12 CC.02.1. Substane simple i substane compuse ............................................................................... 12 CC.02.2. Compuii anorganici ........................................................................................................... 13 CC.02.3. Compuii organici ............................................................................................................... 15Capitolul CC.03. Amestecuri de substane ..................................................................................................... 34 CC.03.1. Amestecuri omogene (soluii) ............................................................................................. 34 CC.03.2. Amestecuri heterogene ........................................................................................................ 38Capitolul CC.04. Stri de agregare ................................................................................................................. 40 CC.04.1. Starea gazoas ..................................................................................................................... 40 CC.04.1.1. Gazul ideal (perfect). Legile gazelor ideale ......................................................... 40 CC.04.1.1.1. Legea Boyle-Mariotte (legea transformrii izoterme) ......................... 41 CC.04.1.1.2. Legea Gay-Lussac (legea transformrii izobare) ................................. 41 CC.04.1.1.3. Legea Charles (legea transformrii izocore)......................................... 42 CC.04.1.1.4. Legea Avogadro Cannizzaro ............................................................ 43 CC.04.1.1.5. Legea general a gazelor ideale (ecuaia Clapeyron Mendeleev) .... 43 CC.04.1.1.6. O demonstraie pentru legea general a gazelor .................................. 45 CC.04.1.1.7. Legea lui Dalton .................................................................................. 46 CC.04.1.2. Teoria cinetic a gazelor ...................................................................................... 46 CC.04.1.2.1. Ipotezele teoriei cinetice a gazului ideal .............................................. 46 CC.04.1.2.2. Viteze moleculare................................................................................. 48 CC.04.1.2.3. Modelul gazului ideal aplicat la molecule cu mai muli atomi ............ 48 CC.04.1.3. Gazele reale .......................................................................................................... 51 CC.04.1.3.1. Coeficieni viriali ................................................................................. 52 CC.04.1.3.2. Ecuaia de stare a lui van der Waals .................................................... 54 CC.04.2. Starea lichid ....................................................................................................................... 55 CC.04.2.1. Noiuni introductive. Clasificarea lichidelor ....................................................... 55 CC.04.2.2. Modelul cinetic al lichidelor ................................................................................ 56 CC.04.2.3. Viscozitatea .......................................................................................................... 56 CC.04.2.4. Presiunea de vapori .............................................................................................. 57 CC.04.2.5. Modelul cristalin .................................................................................................. 59 CC.04.2.6. Tensiunea superficial ......................................................................................... 60 CC.04.3. Starea solid ........................................................................................................................ 62 CC.04.3.1. Noiuni introductive. Clasificare. Substane cristaline i amorfe ........................ 62 CC.04.3.2. Reele cristaline .................................................................................................... 63 CC.04.4. Transformri de stare .......................................................................................................... 68Capitolul CC.05. Laborator ............................................................................................................................. 69 CC.05.1. Lucrare de laborator Legile gazelor ideale I .................................................................... 69 CC.05.2. Lucrare de laborator Legile gazelor ideale II ................................................................... 71 CC.05.3. Lucrare de laborator Legile gazelor ideale III .................................................................. 72 CC.05.4. Lucrare de laborator Legile gazelor ideale IV ................................................................. 73Capitolul CC.06. Autoevaluare ....................................................................................................................... 76 Capitolul CC.04. Stri de agregare .................................................................................................... 76 Exerciii / probleme rezolvate ..... 76 Exerciii / probleme propuse spre rezolvare ... 77 ntrebri / chestiuni recapitulative .................................................................................................. 78Capitolul CC.07. Bibliografie ......................................................................................................................... 80

CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

3

Introducere

CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

4

Capitolul CC.01. Materia i formele sale de existen

Cuvinte-cheie starea gazoas, starea lichid, starea solid

Chimia studiaz materia i proprietile sale, modificrile acesteia, precum i energia asociat acestor modificri. Pentru chimiti, un interes deosebit prezint compoziia materiei (tipul i cantitatea de substane mai simple din care aceasta este alctuit).

n condiii standard de temperatur i presiune (298 K, 1 atm), substanele pot exista n trei stri de agregare: solid, lichid i gazoas. Prin modificarea temperaturii i presiunii substanele pot fi aduse n oricare dintre cele trei stri, dar i ntr-o a patra stare cea de plasm. Cele trei stri de agregare uzuale, solid, lichid i gazoas, se caracterizeaz prin diferite grade de ordonare a particulelor componente. Astfel, starea caracterizat de ordine perfect este cea de cristal ideal (ntlnit numai n apropiere de 0 K), pe cnd starea cu dezordine total este cea de gaz ideal, ce apare la temperaturi mari i presiuni mici.

Solidele sunt caracterizate de volum i form proprii, particulele constituente prezentnd numai o micare de vibraie. Particulele posed energie potenial maxim i energie cinetic minim. Atomii, moleculele sau ionii care intr n componena unui solid pot fi aranjai ordonat sau neregulat. Solidele cu un grad ridicat de ordonare a atomilor componeni ntr-un aranjament periodic sunt solide cristaline, iar cele care nu prezint o ordonare la distan a particulelor componente sunt solide amorfe. n timp ce solidele cristaline sunt caracterizate de puncte de topire fixe la care substanele trec din stare solid n stare lichid i invers, la solidele amorfe trecerea de la starea solid la cea lichid se realizeaz pe un interval de temperatur. n categoria solidelor amorfe intr sticla i materialele plastice.

n solidele cristaline se manifest patru tipuri de legturi: Legtura metalic, n metale i aliaje; aceasta le confer conductiviti electrice i termice ridicate; Legtura ionic, n cristale ionice (NaCl, CaCl2, TiO2); nodurile reelei sunt ocupate cu ioni pozitivi i negativi. Datorit legturilor puternice de natur electrostatic, cristalele ionice posed temperaturi de topire i de fierbere mari. Duritatea cristalelor ionice crete odat cu scderea distanei dintre ioni i cu creterea valorii absolute a sarcinii lor. De asemenea, cristalele ionice se dizolv n solveni polari, caracterizai de constante dielectrice mari; n soluie ionii sunt solvatai. Conduc curentul electric n topitur i n soluie. Legtura covalent, n cristale covalente (diamant, siliciu, CdS, ZnO); n nodurile reelei se afl atomi. n general, cristalele covalente au puncte de topire i de fierbere ridicate i densiti mari. Nu conduc curentul electric i nu se dizolv n niciun solvent (pot ns reaciona chimic cu solvenii).

CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

5

Legturi intermoleculare, n cristale moleculare (zpad carbonic, ghea, S8, cristale unor compui organici); nodurile reelei sunt ocupate n acest caz de molecule. Cristalele moleculare au punct de topire joase i duritate mic i sunt solubile n solveni nepolari.

Figura CC.01.1. Structura cristalin a TiO2 rutil.

Figura CC.01.2. TiO2 anatas.

Exist ns i reelele stratificate, aa cum este cazul grafitului, n care atomii din straturi sunt legai prin legturi covalente (grafit)sau ionice (ghips), n timp ce ntre straturi se manifest aciunea forelor van der Waals i, respectiv, legturi de hidrogen.

CHIMIE*C* CC. SUBSTANE CHIMICE I STRI DE AGREGARE

6

Figura CC.01.3. Structura cristalin a diamantului.

Figura CC.01.4. Structura cristalin a Si.

Celula elementar a unei structu