CHIMIA PENTRU TOȚI

BRĂȚAN IULIA, elevă clasa a-X-a B, Colegiul Naţional ,,Iulia Hasdeu”, Bucureşti

CONSTANTIN MARINA CRISTINA ALEXANDRA, elevă clasa a-X-a B, Colegiul Naţional ,,Iulia

Hasdeu”, Bucureşti

BADEA MARIANA LILI, profesor coordonator , Colegiul Naţional ,,Iulia Hasdeu”, Bucureşti

Summary: Chemistry is the composition, structure, properties, and reactions of a substance. Main branches of the

chemistry are: inorganic chemistry, organic chemistry, physical chemistry, biochemistry, ecological chemistry, chemical bonds, greenhouse effect.

CAPITOLUL 1. ISTORIA CHIMIEI

În urmă cu aproape 4000 de ani, vechii egipteni au fost primii care au descoperit, și mai târziu

și aplicat, arta chimiei sintetice. Pe la sfârșitul celui de-al doilea mileniu î.Hr., populațiile antice

dețineau deja tehnologiile necesare care urmau să formeze bazele mai multor ramuri ale chimiei

cum ar fi: extragerea metalelor din minereuri, obținerea vaselor de lut, fermentarea berii și a vinului,

crearea de pigmenți pentru cosmetice și picturi, extragerea substanțelor din plante în scopul

utilizării lor ca medicament sau ca parfum, obținerea brânzei, obținerea sticlei și obținerea de aliaje

precum bronzul.

Nașterea chimiei poate fi atribuită fenomenului foarte comun al arderii, care a dus la apariția

metalurgiei (arta și știința care se ocupă cu procesarea minereurilor de fier pentru obținerea

metalelor). Goana după aur a dus la descoperirea procesului purificării lui, chiar dacă principiile

care stăteau la baza ei nu erau prea bine înțelese - se credea că este o transformare, nu o purificare.

Mulți școlari din acea vreme considerau că transformarea metalelor de bază în aur este posibilă,

lucru care a dus la formarea alchimiei și căutarea pentru piatra filozofală, despre care se credea că

va aduce astfel de transformări la o singură atingere.

Unii consideră arabii și perșii ca fiind cei mai vechi chimiști, cei care au introdus observarea

precisă și experimentarea controlată și astfel descoperind multe substanțe chimice. Cei mai influenți

chimiști musulmani erau Geber, al-Kindi, al-Razi și al-Bruni. Lucrările lui Geber au ajuns în

Europa în secolul al XIV-lea, în Spania prin traducerile unui pseudo-Geber, care și-a semnat cărțile

cu numele de „Geber”. Contribuția alchimiștilor și metalurgiștilor indieni a adus de asemenea o

contribuție importantă.

Apariția chimiei în Europa a avut loc datorită epidemiilor frecvente de ciumă și molimi (cum

ar fi moartea neagră) din așa-numitele Vremuri Întunecate, care a dus la o creștere a nevoii de

medicamente. Se credea că există un medicament universal numit elixirul vieții care poate vindeca

toate bolile, dar care, precum piatra filozofală, nu a fost niciodată găsit.

Deoarece pentru unii practicanți, alchimia era o ocupație intelectuală, în timp, au excelat în

acest domeniu. Paracelsus, spre exemplu, respingea teoria celor patru elemente și cu o înțelegere

destul de vagă a substanțelor chimice și medicamentelor, a format o formă hibridă de alchimie și

știință, numită și chemiatrie sau iatrochimie.

De asemenea, influențe ale filozofilor cum ar fi Sir Francis Bacon sau René Descartes, care

voiau o anumită rigoare în matematică și cereau eliminarea dogmelor și subiectivismului din

observațiile științifice, au dus la revoluția științifică. În chimie, ea a început cu Robert Boyle (1627-

1691), care formulat ecuații precum Legea lui Boyle, cu privire la proprietățile stării gazoase. Mai

târziu au urmat legea conservării masei substanțelor în 1783 și dezvoltarea teoriei atomice a lui

John Dalton în jurul anului 1800. Legea Conservării Masei a dus la reformularea chimiei bazată pe

această lege dar și teoria combustiei oxigenului, care a fost mult bazată pe baza cercetărilor lui

Lavoiser. Acestea și alte astfel de schimbări înțelese de largile mase de oameni au fost denumite

generic revoluția chimică. Contribuțiile lui Lavoisier au dus la ceea ce acum se numește chimie

modernă - chimia studiată în instituțiile de învățământ în toată lumea.

CAPITOLUL 2. RAMURILE CHIMIEI

Principalele ramuri ale chimiei sunt:

a) Chimia anorganică - studiul elementelor chimice și al compușilor acestora, cu excepția

hidrocarburilor și a derivațiilor lor.

b) Chimia organică - ramura descriptivă a chimiei care se ocupă cu sinteza, identificarea,

modelarea, precum și cu reacțiile compușilor care conțin carbon legat chimic de hidrogen.

c) Chimia fizică – ramura care realizează studii ale legilor și fenomenelor chimice, precum și a

structurii combinațiilor chimice prin metode teoretice și experimentale ale fizicii.

d) Chimia analitică – ramura care elaborează și folosește metode, mijloace și metodologii de

obținere a informațiilor legate de compoziția și natura substanțelor.

e) Biochimia - știința care se ocupă cu studiul structurii și funcțiilor compușilor prezenți în

organismele vii, precum și cu funcționarea și transformările acestora în cursul vieții.

f) Chimia ecologică - știința care se ocupă cu detecția, monitorizarea, transportul și

transformările chimice ale substanțelor naturale și sintetice prezente în mediul înconjurător.

CAPITOLUL 3. CONCEPTELE FUNDAMENTALE

3.1. ATOMUL

Atomul este cea mai mică particulă dintr-o substanță care prin procedee chimice obișnuite nu

poate fi divizată în alte particule mai simple. Este unitatea de bază a unui element chimic. Este o

grupare de materie care conține un nucleu încărcat cu o sarcină electronică pozitivă, care este

format din protoni și neutroni și un înveliș electronic în jurul nucleului datorită căruia atomul are

sarcina electrică 0. Atomul este de asemenea cea mai mică particulă care poate reține unele

proprietăți chimice ale elementului, ca potențialul de ionizare.

3.2. ELEMENTUL CHIMIC

Conceptul de element chimic este legat de cel de substanță chimică. Un element chimic e

reprezentat de un anumit număr de protoni în nucleii atomilor. Acest număr e cunoscut ca numărul

atomic Z. Spre exemplu, toți atomii cu 6 protoni în nucleu formează elementul carbon, toți atomii

cu 92 de protoni în nucleu formează elementul uraniu. Totuși elementul poate avea mai mulți

izotopi, care diferă de la unul la altul prin numărul de neutroni din nucleu.

.

Descoperirea elementelor chimice cunoscute este unul dintre cele mai importante și lungi

procese din istoria descoperirilor, și continuă încă și astăzi.

Lista este concepută cronologic, unde elementele sunt listate în general în ordinea în care au

fost categorizate ca elemente pure, cu toate că data exactă a descoperirii unor elemente nu este prea

clară (unele elemente sunt cunoscute încă din Antichitate).

De-a lungul timpului s-a încercat prin multe metode clasificarea elementelor chimice iar cea

mai convenabilă metodă - folosită și în ziua de azi - tabelul periodic al elementelor, numit și tabelul

periodic al lui Mendeleev, cuprinde într-o formă tabulară elementele chimice aranjate în funcție de

proprietățile fizice și chimice ale acestora.

În tabel mai apare și denumirea, simbolul, numărul atomic, anul primelor informații despre

element, numele descoperitorului și mici detalii despre metoda prin care elementul a fost descoperit.

Se consideră că aurul a fost primul metal cunoscut de către omul preistoric. Odată cu trecerea

timpului, și metodele de obținere a elementelor au evoluat; astfel, după anul 1900, majoritatea

elementelor au fost descoperite cu ajutorul fisiunii sau fuziunii nucleare.

3.3. COMPUSUL

Un compus este o substanță care conține o combinație a atomilor a doua sau mai multe

elemente chimice într-o anumită proporție, astfel încât îi determină compoziția și organizarea

particulelor din el, care îi determină proprietățile chimice. Spre exemplu, apa este un compus de

hidrogen și oxigen în proporția 2/1, atomul de oxigen fiind între cei doi atomi de hidrogen la un

unghi de 104,5°. Compușii sunt formați și interconvertiți de reacțiile chimice.

3.4. SUBSTANȚA CHIMICĂ

O substanță chimică este o formă de materie cu o compoziție proprie și un set de proprietăți.

Strict vorbind, un amestec de componente,elemente sau componente și elemente nu e o substanță

chimică, dar poate fi numită chimică. Cele mai multe din substanțele pe care le întâlnim în viața de

zi cu zi sunt amestecuri, ex. aerul, aliajele, biomasele etc.

Nomenclatura substanțelor este o parte critică din limbajul chimiei. La începuturile chimiei,

numele substanțelor erau date de către descoperitor, lucru ce ducea adeseori la confuzii și dificultăți.

Totuși, astăzi sistemul IUPAC al denumirilor chimice le permite chimiștilor de a specifica prin

nume componentele specifice dintre o varietate infinită de chimicale. Denumirea standard a unei

substanțe chimice este stabilită de către IUPAC (International Union of Pure and Applied

Chemistry). Există sisteme bine definite pentru a denumi diferitele specii chimice. În completare,

Chemical Abstracts Service a dezvoltat o metodă de a indexa substanțele chimice. În acest sistem

fiecare substanță chimică este identificată cu ajutorul unui număr cunoscut ca numărul CAS.

3.5. MOLUL

Un mol este cantitatea de substanță care conține un număr de entități elementare (atomi,

molecule sau ioni), după cum există în atomi 0.012 kilograme (sau 12 de grame) de carbon-12, în

cazul în care atomii de carbon-12 sunt nelegați și inerți. Acest număr este cunoscut sub numele de

constantă Avogadro, și este determinată empiric. În prezent, valoarea sa acceptată este de

6.02214179(30) × 1023 moli. Este la fel ca termenul de o „duzină”, în sensul că este un număr

absolut (care nu are unități) și poate descrie orice tip de obiect elementar, deși folosirea molului este

limitată la măsurarea structurilor subatomice, atomice, și moleculare.

Numărul de moli a unei substanțe într-un litru de soluție este cunoscut sub numele de

molaritate. Molaritatea este una din modalitățile folosite pentru a exprima concentrația unei soluții

în chimia fizică, alături de concentrația masică.

3.6. STAREA DE AGREGARE

În plus față de proprietățile chimice specifice în care se disting diferitele clasificări chimice,

chimicalele pot exista în mai multe stări de agregare. În cea mai mare parte, clasificările chimice

sunt independente de aceste clasificări de stare; cu toate acestea, unele stări mai exotice sunt

incompatibile cu anumite proprietăți chimice. O stare de agregare este un set de stări ale unui sistem

fizic macroscopic care au o compoziție chimică și proprietăți fizice relativ uniforme (așa cum sunt

temperatura, structura cristalină, presiunea, etc.). Proprietăți fizice, cum ar fi densitatea și indicele

de refracție tind să se încadreze în valorile caracteristice de fază. Starea materiei este definită de

starea de tranziție, care are loc când energia introdusă sau luată dintr-un sistem merge în

reorganizarea structuri sistemului, în loc de a schimba condițiile.

Uneori distincția între faze poate fi continuă în loc de a avea o graniță discretă, în acest caz,

chestiunea se consideră a fi într-o situație supercritică. Când cele trei stări să îndeplinesc, pe baza

condițiilor, este cunoscut ca un triplu punct și deoarece acest lucru este invariant, este un mod

convenabil de a defini un set de condiții.

Cel mai cunoscute exemple de stări de agregare sunt solid, lichid și gazos. Multe substanțe

prezintă mai multe faze solide. De exemplu, există trei faze solide ale fierului (alfa, gama, și delta),

care variază în funcție de temperatură și presiune. O diferență principală printre fazele solide este

structura de cristal, sau aranjament, a atomilor. Mai puțin cunoscute sunt stările de agregare precum

plasma, condensările Bose-Einstein și condensările fermionice și fazele paramagnetice și

feromagnetice ale materialelor magnetice.

4.LEGATURĂ CHIMICĂ

4.1.SCURTĂ ISTORIE

Teoria legăturii chimice a evoluat paralel cu dezvoltarea chimiei:

formulă structurală;

orientarea tetraedrică a covalenţelor carbonului.

G.N.Lewis (1916) şi Langmuir (1919).

evoluează şi

teoria legăturii chimice

4.2.CLASIFICARE

In compuşii chimici legăturile se clasifică în funcţie de energiile de legătură în:

de legătură de 90-200 Kcal/mol, (aşa cum se află în legătura

ionică, legătura covalentă, coordinativǎ şi legătura metalică)

-chimice, cu energii de legătură mici, de 5-10 Kcal/mol (aşa cum se află în

legăturile de hidrogen, legăturile dipol-dipol şi legăturile van der Waals).

4.3. LEGĂTURĂ IONICĂ SAU ELECTROVALENTĂ

Formarea legăturii ionice în clorura de sodiu:

. . transfer de e- . . forte electrostatice

Na + . Cl : Na+ + : Cl- : Na + Cl-

Legătura ionică ia naştere între ioni de semn contrar monoatomici (Na+, Mg2+,O2-, Cl-, F-)

sau poliatomici ( NH4+, NO3

-, SO42-, HO-)

Legătura ionica se întâlneşte la unele săruri , unii oxizi ai metalelor şi în majoritatea

hidroxizilor.

electroni – este energia necesară pentru extragerea unuia sau a mai multor electroni din atomul aflat

în fază gazoasă pentru a forma io

energia necesară pentru extragerea primului electron.

electronegativitatea – capacitatea unui element de a accepta electroni, în tendinţa de a forma

o conformaţie stabilă, de gaz rar, pe ultimul strat electronic

electropozitivitatea - capacitatea unui element de a ceda electroni în tendinţa de a forma o

conformaţie stabilă, de gaz rar, pe ultimul strat electronic.

Proprietaţile substanţelor ionice

În condiţii normale de temperatură , substanţele ionice sunt solide , cristalizate.

Punctele de topire şi de fierbere ale compuşilor ionici au valori mari, deoarece

legătura ionică este o legătură puternică.

Cristalele ionice sunt casante ( se sfărâmă sub acţiunea unei forţe mecanice)

Majoritatea compuşilor ionici sunt solubili îm solvenţi polari, aşa cum este apa.

Cristalele ionice nu conduc curentul electric în stare solidă, deoarece ionii ocupă poziţii fixe

în reţeaua cristlină

4.4.LEGĂTURĂ COVALENTĂ

În cazul hidrogenului, tendinţa pronunţată de a forma covalenţe rezultă din structura

electronică: cedarea unui electron necesită un consum foarte mare de energie (314 Kcal/mol), iar

protonul rezultat are sarcina pozitivă concentrată într-un volum foarte mic. Din această cauză, în

soluţii apoase acide, protonul este legat covalent de molecula de apă, formând ionul de hidroniu,

H3O+. H . + . H H . . H H – H sau H2

Figura 1.Formarea moleculei de apă .

: O – H

|

H

Tendinţa majoră a hidrogenului este însă de a forma legături covalente prin punerea în comun

a electronului.

Oxigenul are doua perechi de electroni neparticipante si poate forma doua legaturi covalente

(intervine fenomenul de hibridizare), iar azotul trei legaturi covalente avand o pereche de electroni

neparticipanti.

Moleculele pot fi :

- monoatomice: He , Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (gaze rare);

- diatomice: - din atomi identici: H2 , O2 , N2 , Cl2 , I2 ;

- din atomi diferiţi : HCl , HBr , CO;

- poliatomice: - din atomi identici : P4 , S8. ;

- din atomi diferiţi : H2O , NH3 , CH4 , H2SO4 .

5. EFECTUL DE SERĂ

Efectul de seră poate fi descris ca fiind rezultatul interacţiunii dintre lumina solară şi straturile

de gaze cu efect de seră din atmosfera terestră, care se întinde până la înălţimi de 100 Km deasupra

suprafeţei planetei.

5.1. GAZE CU EFECT DE SERĂ

Principalele elemente responsabile de producerea efectului de seră sunt:

- vaporii de apă ( 70% )

- dioxidul de carbon ( 9% )

- metan ( 9% )

-ozonul ( 7% ).

Figura 2 Efectul de seră

Materialele folosite pentru realizarea acestui experiment sunt:

– un bidon de plastic

– o bucată de hârtie neagră ce reprezintă pământul (20x20cm)

– o plantă ce sugerează natura

– 2 termometre

– o lampă cu bec de 75W

- o ţigară

Figura 3 Experiment efectul de seră

Descrierea experimentului:

În prima etapă a experimentului am introdus în bidonul de plastic bucata de hârtie neagră şi

un termometru pentru a observa diferenţa de temperatură dintre mediul interior şi cel exterior.

Lampa am aşezat-o la o distanţă egală faţă de cele 2 termometre, la 15 cm.

Am înregistrat temperatuta aerului simultan în interiorul si exteriorul recipientului. După 27

de minute observăm că temperatura din interiorul recipientului este mai mare cu un grad Celsius

faţă de temperatura din mediul exterior. Pereţii bidonului simulează atmosfera terestră, care reţine o

parte din radiţia infraroşie, determinând efectul de seră.

In cea de a doua etapă am adăugat CO2, emanat de o ţigară. Dioxidul de carbon reprezintă

unul din elementele ce contribuie la poluarea mediului şi accentuează efectul de seră, contibuind la

apariţia fenomenului de încălzire globală.

Am înregistrat simultan temperatura în aerul din interiorul şi exteriorul recipientului de

plastic.

În acest caz, temperatura din interiorul sticlei este de 30 de grade, cu două grade mai mult decât

temperatura din exterior, după doar 30 de minute.

Datele experimentale ilustrează că prezenţa dioxidului de carbon duce la încălzirea suplimentară a

aerului din recipient

5.2.ELEMENTE RESPONSABILE DE EFECTUL DE SERĂ

Fenomene sinergice:

Vulcanismul -contribuie la încălzirea globală producând gaze cu efect de seră(CO2)

conţinute în magmă.Cenuşa vulcanică conţine şi aerosoli sulfuroşi care opturează radiaţia

solară.

Efectul antropic-activităţile oamenilor au dus la creşterea emisiei de CO2 datorită

defrişărilor şi la creşterea emisiei de metan ca urmare a activităţilor agricole.

5.3. AVANTAJELE EFECTULUI DE SERĂ

Efectul de seră este benefic,asigurând încălzirea suficientă a Pământului pentru a permite

dezvoltarea plantelor şi a vieţii.

5.3.CONSENCINȚELE INTENSIFICĂRII EFECTULUI DE SERĂ

-schimbări ale fenomenelor naturale

-afectarea florei şi faunei

-creşterea vertiginoasă a temperaturii medii a Pământului determinând ridicarea nivelului mărilor

şi topirea calotei glaciare.

5.4.STOPAREA EFECTULUI DESERĂ

Efectul de seră poate fi stopat prin reducerea emisiilor de dioxid de carbon şi prin reîmpăduriri,

plantele absorbind dioxidul de carbon şi transformându-l în lemn.

Bibliografia

[1] http://biblioteca.regielive.ro/

[2] http://clopotel.ro/

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/

[4] http://opengis.unibuc.ro/

[5] http://www.descopera.org/incalzirea-globala-si-efectul-de-sera

[6] http://www.unibuc.ro/

[7] http://www.usamv.ro