Masă atomică

Masa atomică a unui element chimic din tabelul periodic este masa unui atom din acel element în raport cu Carbon 12 sau Oxigen 16. Unitatea de măsură este uam (unitate atomică de masă).

unitate de masă atomică (unificată) u

1 u = 1,660 540 2(10) x 10-27 kg (cu o incertitudine relativă de 0,59 x 10-6)

Masă molară

Masa molară este masa unui mol de substanță.Are valoarea numerică egală cu masa moleculară relativă exprimată în unități atomice de masă.Se poate exprima ca raportul dintre

1. masa unei substanțe cu unitatea de măsură (kilo)gramul și2. cantitatea de substan ț ă care se măsoară în moli (numărul de particule dintr-un mol

=6,0221415-1023 care este de fapt numărul lui Avogadro)

Relația cu volumul molar

unde ρi e densitatea substanței, Mi e masa molară iar Vm e volumul molar

Metode de măsurare

Masa molară medie a unui amestec

Exprimare funcție de fracțiile molare și masele molare ale componenților

Masa molară medie a unui amestec e suma produselor dintre masele molare ale componenților și fracțiile lor molare.

Exprimare funcție de fracțiile masice și masele molare ale componenților

Inversul masei molare medii a unui amestec e egal cu suma rapoartelor între frac ț iile masice și masele molare ale componenților.

Exemplu de calcul

Calculul masei molare a apei (18g/mol) de exemplu:

Număr atomic

În fizică și chimie, numărul atomic al unui element chimic reprezintă numărul de protoni din nucleul atomilor acelui element și se notează de obicei cu Z. Numărul de electroni este egal, în cazul unui atom neutru din punct de vedere electric, cu numărul de protoni. Poziția elementelor chimice în sistemul periodic al elementelor este determinată de numărul Z, motiv pentru care acesta se mai numește și număr de ordine.

Inițial elementele chimice erau ordonate în funcție de masa atomică. Când Mendeleev a grupat elementele cunoscute la vremea lui în funcție de similaritățile lor chimice, a observat că în unele locuri ordonarea după masa atomică ducea la nepotriviri. De exemplu, iodul și telurul se integrau mai bine în tabel dacă ordinea lor era inversată. Această observație a dus la concluzia că nu masa atomică determină proprietățile chimice ale elementelor, ci o altă mărime, necunoscută atunci, care doar era aproximativ corelată cu masa atomică. Printr-o serie de experimente de difrac ț ie de raze X, Moseley a constatat că mărimea căutată era sarcina electrică a nucleului, adică numărul de protoni ai acestuia. Abia mai târziu s-a pus în evidență faptul că în nucleu există și particule fără sarcină electrică, neutronii, care împreună cu protonii determină masa atomică.

Atomi ai aceluiași element chimic pot adesea să aibă un număr variabil de neutroni, fără ca proprietățile chimice să fie sensibil diferite. Speciile de atomi cu același număr de protoni în nucleu, dar cu numere de neutroni diferite se numesc izotopi. Un exemplu este atomul de carbon (C), care are numeroși izotopi. Dintre aceștia, izotopul cu cea mai mare abundență în natură (98.89%) este 12C (6 neutroni și 6 protoni). Masa absolută a izotopului 12C este etalon pentru definirea unității atomice de masă, care este a 1/12 parte din masa absolută (exprimată în kilograme) a izotopului 12C. Unul dintre izotopii instabili, radioactivi, ai carbonului este 14C (8 neutroni) și este folosit de exemplu în arheologie pentru datarea cu carbon a materialelor biologice (lemn, os, etc.) cu o vechime de până la aproximativ 60.000 de ani.

Chimie

Chimia - știința preocupată cu studiul compoziției, structurii și proprietăților materieiChimia (din egipteană kēme (chem), însemnând „pământ”) este una din ș tiin ț ele

fundamentale, care studiază substan ț ele cu structura și proprietățile lor, urmărind în același timp modificările produse asupra acestora de reac ț iile chimice .[1] Întrucât toate substanțele sunt compuse din atomi, capabili să formeze molecule, studiul chimiei se

axează în general pe interdependența dintre atomi și molecule. Chimia modernă a evoluat din alchimie, urmând revolu ț ia chimică (1973).

Disciplinile cuprinse în chimie sunt grupate tradițional după tipul de materie studiată sau tipul de studiu. Acestea includ chimia anorganică (studiul materiei anorganice), chimia organică (studiul materiei organice, vii), biochimia (studiul substanțelor găsite în organismele biologice, chimie fizică (studiile legate de energie despre sistemele chimice la scală macro-, moleculară și submoleculară),electrochimie ( ), chimia analitică (analiza mostrelor de material pentru a dobândi o înțelegere a compoziției chimice și structurii acestuia) etc.. Multe alte discipline specializate au ieșit la suprafață în anii recenți, ex. neurochimia - studiul sistemului nervos.

Prezentare generală

Chimia este știința care studiază substan ț ele chimice care sunt constituite din atomi sau particulele subatomice, precum protonii, electronii și neutronii. [2][3] Atomii se combină pentru producerea moleculelor și a cristalelor. Chimia mai este numită și știința de mijloc sau știința centrală, întrucât combină toate celelalte științe ale naturii, precum astronomia, fizica, biologia și geologia.[4][5]

Nașterea chimiei poate fi atribuită anumitor practici, numite alchimie, care sunt efectuate de mai multe milenii în multe părți din lume, în mod special în Orientul Mijlociu.[6]

Structura obiectelor pe care le folosim de zi cu zi și proprietățile materiei cu care interacționăm sunt consecințe ale proprietăților substanțelor chimice și ale interacțiunilor lor. Spre exemplu, o ț elul este mai dur decât fierul pentru că atomii din el sunt mai strâns legați, formând o structură cristalină mai rigidă. Lemnul arde sau este supus oxidării rapide pentru că poate reacționa în mod spontan cu oxigenul în cadrul unei reacții chimice deasupra unei anumite temperaturi. Zahărul și sarea se dizolvă în apă deoarece proprietățile lor moleculare/ionice permit dizolvarea în condiții ambientale.

Transformările care sunt studiate în cadrul chimiei sunt rezultatul interacțiunii fie dintre substanțe chimice diferite fie dintre materie și energie. Chimia tradițională implică studiile interac ț iunilor dintre substanțe într-un laborator specializat folosind diverse vase de laborator.[7]

O reacție chimică este transformarea unor substanțe în una sau mai multe alte substanțe. Poate fi reprezentată simbolic printr-o ecua ț ie chimică . Numărul atomilor de pe partea stângă și dreaptă a acestor ecuații chimice trebuie sa fie egal. Natura reacțiilor chimice pe care o substanță le poate suferi și descărcările de energie ce pot surveni sunt definite prin anumite legi de bază, numite și legi chimice.

Energia și entropia sunt la fel de importante în majoritatea studiilor chimiei. Substanțele chimice sunt clasificate în funcție de structura lor dar și de compoziția lor chimică. Ele pot fi analizate folosind instrumete de analiză chimică, precum spectroscopia și cromatografia.

Chimia e o parte integrată din studiul științelor naturii atât în ș coala gimnazială cât și la liceu, de altfel în unele țări europene, printre care și România, chimia are rezervate ore de curs separate, cu profesori specializați. La acest nivel, chimia este adesea numită chimie generală care introduce o largă varietate de concepte fundamentale care permit elevului să obțină îndemânarea și tehnica necesară la niveluri mai avansate, acolo unde chimia este studiată la fel în toate disciplinele ei. Oamenii de ș tiin ț ă care se ocupă cu cercetarea în domeniul chimie se numesc chimi ș ti . Majoritatea se specializeză pe una sau câteva din disciplinele ei.

Istoric

Vechii egipteni au pionierat arta chimiei sintetice acum aproape 4000 de ani.[8] Pe la sfârșitul celui de-al doilea mileniu înainte de Hristos, 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, obținera brânzei, obținerea sticlei și obținerea de aliaje precum bronzul.

Nașterea chimiei poate fi atribuită foarte comunului fenomen 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.[9]

Atomismul grec datează din anul 440 î.Hr., după cum spune cartea De Rerum Natura (Natura Lucrurilor), scrisă de Lucretius în anul 50 î.Hr. [10][11]

Unii consideră arabii și per ș ii 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. Muncile 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 epdiemiilor frecvente de ciumă și molimi din așa-numitele Vremuri Întunecate, care a dus la o creștere a nevoii de medicamente. Se credea că există un medicament universal numit Elixirul vie ț ii 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 devenit mai buni la ea. Paracelsus, spre exemplu, respingea teoria celor 4 elemente și cu o înțelegere destul de vagă a chimicalelor și medicamentelor lui , a format o formă hibridă de alchimie și știință, numită și chemiatrie sau iatrochimie.[12]

De asemenea, influențe ale filozofilor cum ar fi Sir Francis Bacon sau René Descartes, care vroiau o anumită rigoare în matematică și cereau eliminarea biasului din

observațiile științifice, au dus la revolu ț ia ș tiin ț ifică . În chimie, ea a încpeut cu Robert Boyle (1627-1691), care a venit cu 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 de John Dalton în ajurul 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 muncile lui Lavoiser. Acestea și alte astfel de schimbări înțelese de largile mase de oameni au fost denumite generic revoluția chimică. Contribuțiile lui Antoine Lavoisier au dus la ceea ce acum se numește chimie modernă - chimia studiată în instituțiile de învățămând în toată lumea.

Conceptele fundamentale

Atom

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 înveli ș 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.

ElementVezi și: Tabelul periodic

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.

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.

Compus

Un compus este o substanță care conține o combinatie 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.

Substanță

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, astazi sistemul IUPAC al denumirilor chimice le permite chimiștilor de a specifica prin nume componentele specifice dintre o varietate infintă 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 indentificată cu ajutorul unui număr cunoscut ca numărul CAS.

Mol

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 unitatea comnuă folosită pentru a exprima concentrația unei soluții în chimia fizică.

Ioni și săruri

Un ion este o specie, un atom sau o moleculă, care a pierdut sau a câștigat unul sau mai mulți electroni. Cationii încărcați pozitiv (de exemplu, cationul de sodiu Na+) și anionii încărcați negativi (de exemplu, clorură Cl-) pot forma o structură cristalină de sare neutră (de exemplu, clorură de sodiu NaCl). Exemple de ioni poliatomici care nu se despart în timpul reacțiilor sunt hidroxizii (OH-), fosfa ț ii (PO4

3-) și alții.

Ioni în stare gazoasă sunt adesea cunoscuți sub numele de plasmă.

Aciditate și bazicitate

O substanță poate fi deseori clasificată ca un acid sau o bază. Acest lucru este făcut de multe ori pe baza unui anumit tip de reacție, și anume la schimbul de protoni dintre compuși chimici. Cu toate acestea, o extensie a acestui mod de clasificare a fost facută de chimistul american, Gilbert Newton Lewis; în acest mod de clasificare reacțiile nu sunt

limitate la cele care au loc într-o soluție apoasă, astfel, nu mai este limitată la soluții în apă. În conformitate cu conceptul lui Lewis, de o importanță crucială sunt schimburile de electroni.

Stare 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 încadreaze în valorile caracteristice de fază. Starea materiei este definită de starea de tranziție, care are loc când enegia 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 îndeplineasc, 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.

Redox

Oxido-reducerea (sau redox) este o reacție ce are loc cu transfer de electroni între speciile atomice.[21] Substanțele ce prezintă proprietatea de a oxida alte substanțe se numesc agen ț i oxidan ț i sau simplu, oxidanți. Acestea îndepărtează electroni din alte substanțe. În mod similar, substanțele ce prezintă proprietatea de a reduce alte substanțe se numesc agen ț i reducători , sau simplu, reducători. Aceștia transferă electroni unei alte specii chimice. Oxidarea reprezintă cedare de electroni, iar reducerea decurge cu acceptare de electroni.[22] Reacțiile redox au loc cu schimbarea numărului de oxidare a speciilor chimice implicate. Astfel, oxidarea decurge cu creșterea acestuia, iar reducerea are loc cu scăderea lui.[23]

Legătură chimică

Conceptul de legătură chimică se referă la modul în care atomii se unesc pentru a forma molecule. Energiile implicate, care nu sunt doar cele de atracție și repulsie, caracterizează capacitatea unui electron de a se lega de un alt atom. Se formează interacții care mențin uniți atomii în molecule sau în cristale. În cazul substanțelor simple, MLV, modelul repulsiei perechilor de electroni (modelul Gillespie) și numărul de

oxidare sunt metode ce pot fi folosite pentru a determina structura și compoziția moleculelor. În mod similar se poate afla și structura compușilor ionici cu ajutorul unor teorii din fizica clasică. Pentru a afla alcătuirea compușilor cu o structură mai complexă se folosesc principii din fizica cuantică, cum ar fi metoda orbitalilor moleculari.

Reacție chimică

Orice proces care modifica proprietățile chimice ale unei substanṭe sau în care se formezǎ o noua substanțǎ.În timpul unei reacṭii, reactanṭii se transformǎ în produși.

Legile fundamentale ale chimiei

Reacțiile chimice sunt stabilite prin legi, care au devenit concepte fundamentale în chimie. Câteva din acestea sunt :

Legea conservării masei substan ț elor , potrivit fizicii moderne este de fapt energia care se conservă, iar acea energie și masa sunt corelate; un concept care devine foarte important în chimia nucleară.

Legea propor ț iilor definite , care ne arată ca toate moleculele unui compus sunt identice și toți atomi unei specii chimice au aceeasi masă.

Legea propor ț iilor multiple potrivit căreia o cantitate dintr-un element se combină cu o cantitate diferită dintr-un al doilea element spre a rezulta diferite combinații, între cantitățile în grame există un raport de numere întregi și mic

Legea propor ț iilor echivalente - masele elementelor care se combină sau se substituie sunt proporționale cu echivalenții lor chimici.

Legea ac ț iunii maselor - pentru o reacție de echilibru, raportul dintre produsul concentrațiilor produșilor de reacție si produsul concentrațiilor reactanților este o constantă

Legea volumelor constante - la presiune constantă, între volumele gazelor care reacționează și volumele gazelor care rezultă există un raport de numere întregi și mici.

Legea lui Avogadro - volume egale ale gazelor, la aceeași temperatură și presiune, conțin același număr de particule (sau molecule).

Ramuri și subdiscipline Chimie organică Chimie anorganică Chimie analitică Chimie fizică Biochimie Chimie teoretică

Chimie organicăChimia organică este ramura chimiei care se ocupă cu studiul structurii, proprietăților, reac ț iilor de sinteză sau de descompunere a compușilor organici. Compușii organici sunt substanțe alcătuite în principal din carbon și hidrogen, dar pot conține și oxigen, azot, sulf, fosfor sau bor, precum și restul elementelor, dar în cantități mult mai mici.

Din punct de vedere istoric, prima substanță organică creată artificial a fost sintetizată de către Friedrich Wöhler în anul 1828. Prin distilarea uscată a oaselor, Woehler a obținut ureea.Primul colorant chimic a fost negrul de anilină, obținut de William Henry Perkin în 1856.

Compușii organici pot fi caracterizați prin nomenclatura substan ț elor organice , care atribuie un nume stabilit printr-un set de reguli stricte elaborate de către IUPAC.

Dintre substanțele organice cu importanță practică, amintim: metan, etenă, acetilenă, benzen, toluen, alcool etilic, alcool metilic, formaldehidă, acetaldehidă, acid acetic, acid formic, glucoză, fructoză.

Clasificare

Substanțele organice se împart în:

Hidrocarburi saturate

Alcani Izoalcani Cicloalcani

Hidrocarburi nesaturate

Alchene Alchine Alcadiene

Hidrocarburi aromatice

Arenele

Compuși organici cu funcțiuni

Compusi halogenati Compusi hidroxilici :alcooli si fenoli Amide Compusi carbonilici :aldehide si cetone Acizi carboxilici

Compuși organici cu acțiune biologică

Grăsimi Proteine Zaharide Vitamine

Vezi și Aldehidă

Alchină Acid carboxilic Acetilenă Regula Markovnikov

Dictionar:

1.Hidrocarburile sunt compuși chimici ale căror molecule sunt formate doar din atomi de carbon și hidrogen.

Acestea conțin un schelet format din atomi de carbon - catenă, legați între ei prin legături simple, duble sau triple, legăturile rămase fiind ocupate de atomi de hidrogen.În general, hidrocarburile sunt combustibili.Se cunosc azi peste 30000 de hidrocarburi clasificate in mai multe clase, dupa principalele lor caracteristici.

2. Alcanii (parafine ) sunt hidrocarburi saturate aciclice cu catena liniara si cu formula CnH2n+2, care contin atomi de carbon in starea de hibridizare sp³. Cel mai simplu reprezentant al seriei fiind metanul cu formula CH4. Următorii termeni ai seriei omoloage sunt: C2H6 - etan C3H8 - propan C4H10 - butan.

Ceilalți termeni sunt denumiți în funcție de numărul atomilor de carbon cu ajutorul prefixelor grecești: penta (de la 5), hexa (de la 6) etc.

Serie omoloagă: este acea serie in care fiecare termen diferă de precedentul cu o grupă CH2 (metilen).

Exemple:

metan CH4

etan CH3-CH3

Din punct de vedere al izomeriei de catenă, alcanii sunt de două tipuri:

Alcani normali, cu catena liniară n-alcani Izoalcani cu catenă ramificată

Punctul de topire(albastru) si de fierbere(roz) la primii 14 alcani in grade Celsius

Prin indepartarea unuia sau a mai multor atomi de hidrogen din molecula unui alcan se obține un radical de hidrocarbură. Convențional , pentru reprezentarea radicalilor se folosește linia de valența(CH3-) ; aceasta simbolizeaza electronul impar si nu o pereche de electroni ca în scrierea obisnuită. Denumirea radicalilor hidrocarburilor, obținuți prin îindepartarea atomilor de hidrogen de al un singur atm de carbon , se face prin înlocuirea sufixului -an cu sufixul -il pentru radicalii monovalenți (obținuți prin îndepartarea unui singur atom de hidrogen), -iliden pentru cei divalenți: CH4 metan CH3- metil -CH2- metiliden /metilen -CH- metilidin /metin; R-CH- alchiliden

Denumirea radicalilor divalenți , obținuți prin îndepărtarea atomilor de hidrogen de la atomi de carbon diferiți se formează prin adăugarea la numele alcanului a sufixul -idiil. Radicalii monovalenți ai alcanilor se numesc generic radicali alchil.

Metode de obtinere

1.Hidrogenarea alchenelor in prezenta de platina,nichel sau paladiu CH2=CH2 + H2 --> CH3-CH3 Proprietati chimice

Alcanii dau reactii de substitutie datorita legaturii simple C-H REACTIILE DE SUBSITUTIE SUNT

1.Halogenarea Halogenarea cu CL2 si Br2 se face numai in prezenta de lumina.Rezulta produsi intermediari CH4 + Cl2 --> CH3-Cl -clorura de metil CH3-Cl +Cl2--> CH2-Cl2 - clorura de metilen CH2-Cl2 +Cl2-->CHCl3 - cloroform (clorura de metin) CH1-Cl3 +Cl2 -->CCl4 -tetraclorura de carbon La intuneric clorurarea metanului are loc la t=773 K Reactia cu fluor este foarte rapida neputand fi controlate reactiile secundare.

2.Nitrarea si sulfonarea Se realizeaza cu HNO3 si respectiv cu H2SO4 CH4 + HONO2 --> CH3NO2 + H20 CH4 + H2SO 4--> CH3-O-SO3H (sulfat acid de metil) + H20

3.Oxidarea Conduce la formarea unor compusi din alte grupe functionale:alcooli,acizi,oxizi..etc

4.Izomerizarea A fost descoperita de Nenitescu.Se realizeaza in prezenta de AlCl3 CH3-CH2-CH2-CH3 --->CH3-CH-CH3 CH3</sub

Alcani normali

Primii zece alcani normali sunt prezentați în tabelul următor:

C NumeFormul

ăPunct de

inflamabilitate

Punct de

topire

Punct de

fierbereDensitate

Reprezentare

1 metan CH4 - 90,65 K 111,4 K0,667 kg/

m³

2 etan C2H6 - 90 K 185 K1,212 kg/

m³

3propa

nC3H8 - 85 K 231 K 1,83 kg/m³

4n -

butanC4H10 - 135 K 272,5 K

2,703 kg/m³

5n -

pentanC5H12 224 K 144 K 309 K

0,626 g/cm³

6n -

hexanC6H14 250 K 178 K 342 K

0,659 g/cm³

7n -

heptanC7H16 269 K 182 K 371 K

0,684 g/cm³

8n -

octanC8H18 289 K 216 K 399 K

0,718 g/cm³

9n -

nonanC9H20 304 K 222 K 424 K

0,733 g/cm³

10n -

decanC10H22 319 K 243 K 447 K -

3.Izoalcanii sunt hidrocarburi saturate, cu catena ramificată și cu formula CnH2n+2. Conțin atomi de carbon în starea de hibridizare sp³. Aceste substanțe diferă de alcani în anumite proprietăți fizice, cum ar fi temperatura de topire, și nu trebuie confundate, după formulă, cu acesștia.

4.Cicloalcani (cicloparafine) sunt hidrocarburi saturate, cu catena ciclică și cu formula CnH2n, care conțin atomi de carbon în starea de hibridizare sp³. Hidrocarburile saturate, cu catene ciclice, se numesc cicloalcani. Formula generală a cicloalcanilor este CnH2n, unde

n=3,4,5,6... Aceste hidrocarburi au fost identificate pentru prima dată în petrol (naftene) de către V. Markovnikov. Strucrura și nomenclatura Molecula unui cicloalcan conține cu doi atomi de hidrogen maipuțin decît alcanul cu același număr de atomi de carbon. primul termen din seria omoloagă a cicloalcanilor conține trei atomi de carbon. denumirea cicloalcanilor se formează de la denumirea alcanului respectiv cu accesași număr de atomi de carbon în moleculă, adăugînd prefixul ciclo-. datorită particularităților structurale și a comportări chimice diferite, cicloalcanii se împart, în funcție de mărimea ciclului, în cicloalcani : 1. cu inele mici (C3-C4, instabile); 2. cu inele obișnuite (C5-C6, stabile). Mai mare aplicare practică au cicloalcanii cu ciclul din șase atomi de carbon.

5.Alchenele sunt hidrocarburi nesaturate si aciclice care conțin cel puțin o legătură dublă si atomi de carbon in starile de hibridizare sp³ si sp².

Formule structurale H2C=CH2 etenă (etilenă) H2C=CH-CH3 propenă (propilenă)

Alchene cu mai multe legături duble :

H2C=CH-CH=CH2 1,3 butadienă (legături duble conjugate)

H2C=C=CH-CH3 1,2 butadienă (legături duble cumulate)

Nesaturarea echivalentă (N, N.E., șamd) este 1. Acest lucru denotă prezența unei duble legături în moleculă.

Denumirea alchenelor se face înlocuind sufixul "-an" (din denumirea alcanului cu număr identic de atomi de carbon) prin sufixul "-enă". Cea mai simplă alchenă este etena C2H4, care poate fi scrisă și structural: H2C=CH2.

Există și alchene cu mai multe legături duble, așa numitele poliene.

Formula generală a acestora este CnH2n+2-2d, unde "d" reprezintă numărul de legături duble. Polienele se denumesc folosind gradul de multiplicitate al dublei legături. De exemplu poliena cu două legături duble se numește dienă (d=2), cu trei legături duble trienă ș.a.m.d.

6.Alchinele sunt hidrocarburi nesaturate ce conțin in molecula lor o triplă legatură intre doi atomii de carbon. Ele corespund formulei moleculare CnH(2n − 2).

Se înlocuiește sufixul „-an” de la alcanii cu același număr de atomi de carbon cu sufixul „-ină”.

etină (acetilena)

propină

La alchinele cu mai mulți de trei atomi de carbon se indică poziția legăturii triple prin atomul de carbon care are cea mai mica cifră în numerotarea catenei principale pentru această legatură.

1-butină

1-pentină

Structură

Cei doi atomi de carbon intre care există tripla legatură sunt hibridizați Sp, ceilalți atomi din catenă sunt hibridizați Sp_3. Legătura covalentă triplă nepolară este formată dintr-o legatură σ și două legături π. Prezentând două legături π slabe ce se rup relativ ușor acetilena și în general alchinele sunt substanțe reactive. Deși cele două legaturii π blochează rotirea liberă a celor doi atomi de carbon, alchinele nu prezintă izomerie geometrică din cauză că la cei doi atomi de carbon angajați în tripla legătură prezintă doar un singur substituent.

7.Alcadienele sunt hidrocarburi cu 2 legături duble în moleculă cu formula generală CnH2n − 2. Importanță practică au doar:

butadiena . izoprenul sau 2metilbutadiena ciclopentadiena

Butadiena se obţine prin sinteza Lebedeev,(trecerea alcoolului etilic peste catalizator oxid de zinc)

Izoprenul sau 2metilbutadiena se obţine prin hidrogenarea izopentanului cu catalizator de crom/alumină

Ciclopentadiena se găseşte în fracţiile benzinice C5

8.Arenele se mai numesc și hidrocarburi aromatice, conținînd în molecula lor unul sau mai multe cicluri de 6 atomi de carbon. Atunci cînd molecula arenelor este formată dintr-un singur ciclu se numesc arene mononucleare, iar atunci cind molecula cuprinde două sau mai multe cicluri se numesc arene polinucleare.

Clasificare

Arene mononucleare

Toluen EtilbenzenIzopropilbenzen (cumen)

Propil benzen

Benzen

Toluen Xilen Etilbenzen

Arene polinucleare

Nuclee izolate Bifenil Difenilmetan

Nuclee condensate

Condensare liniară o Naftalina o Antracen

Condensare angulară o Fenantren

Structură și nomenclatură

La hidrocarburile aromatice mononucleare capul seriei este benzenul C6H6, omologul superior fiind metilbenzenul (toluen),urmînd apoi în seria omologă etilbenzenul, n propilbenzenul, izopropilbenzenul (cumen).Pentru derivații substituiți ai benzenului există 3 tipuri de izomeri: orto (1,2), meta (1,3) para (1,4).

9.Compu ș ii halogena ț i sunt substan ț e incolore (cu excepția celor poliiodurați). Primii termeni din seria omoloagă a halogeno-alcanilor sunt gazo ș i la temperatura obișnuită, ceilalți sunt lichizi. Termenii inferiori ai seriei au puncte de topire scăzute, cei superiori și derivații aromatici disubstituiți (în poziție pară), la fel și cei polisubstituiți, sunt solizi.

Densitatea compușilor bromurați și iodurați este, în general, mai mare decât a apei, a celor monoclorurați ceva mai mică. Densitatea compușilor iodurați este mai mare decât cea a compușilor bromurați corespunzători, iar densitatea compușilor bromurați mai mare decât a compușilor clorurați (ρ(CH3I)=2,29; ρ(CH3Br)=1,73; ρ(CH3Cl)=0,953).

Compuși halogenați sunt practic insolubili în apă; în dizolvanții organici, cum sunt hidrocarburile, alcoolii, eterul, se dizolvă ușor. Compușii halogenați alifatici au miros dulceag și proprietăți narcotice. În concentrație mare sunt toxici. Clorura, dar mai ales bromura și iodura, de benzil sunt puternic lacrimogene.

10. Amidele sunt derivați funcționali ai acizilor carboxilici în care grupa -OH din carboxilul acidului este înlocuită de grupa amino (-NH2).

Formula generală a amidelor este:

11. Aldehidă

Aldehidele se formează de obicei prin oxidarea grupei hidroxi a alcoolilor primari

Cea mai simplă aldehidă este formaldehida, formată prin oxidarea metanului.Denumirea de aldehidă este dată de combinarea cuvintelor alcool dehidrogenat.

12. Cetonă

Cetonă

Compusii carbonilici sunt substante organice ce contin in molecula lor una sau mai multe grupe carbonil. Compusii carbonilici pot fi de doua feluri: aldehide sau cetone. Aldehidele prezinta o grupare carbonil legata de un atom de hidrogen si un radical organic. Cetonele prezinta o grupare carbonil legata de doi radicali organici.

Clasificare

Dupa natura radicalului compusii carbonilici pot fi : 1.Alifatici. 2.Aromatici. 3.Micsti.

Dupa nr. gruparilor carbonil pot fi :

1.Monocarbonilici. 2.Policarbonilici.

13. Acetilena este o hidrocarbură alifatică nesaturată, cu o triplă legătură, descoperită de H. Davy în 1836 și sintetizată din elemente de M. Berthelot în 1862 ; este un gaz incolor, fără miros în stare pură, foarte solubil în acetonă. Formează acetiluri de cupru, argint și mercur. Dă reacții de adiție, de polimerizare etc. Se poate obține prin reacția dintre carbura de calciu (carbid) și apă sau din metan, prin oxidare parțială cu oxigen ori prin cracare în arc electric. Este un compus de mare importanță, constituind baza pentru oblinerea unui număr foarte mare de compuși în industria chimică. Din acetilenă se

prepară aldehida acetică, acetona, clorura de vinil, acetatul de vinil, vinilacetilena, nitrilul acrilic. Se folosește de asemenea la sudura oxiacetilenică și la iluminat. A. se păstrează În tuburi sub presiune. În 1962 în R.P.R. se fabrica la Rîșnov (reg. Brașov) din gaz metan, iar la Turda (reg. Cluj) și Tîrnăveni (reg. Mureș-Autonomă Maghiară) din carbid.

Regula lui Markovnikov a fost formulată de către chimistul rus Vladimir Vasilievici Markovnikov, pe baza regulii lui Zai ț ev .Regula stipulează că în cadrul reacției de adiție a compușilor halogena ț i la o legătură nesaturată, halogenul se va lega de carbonul mai sărac în hidrogen, iar atomul de hidrogen la al 2-lea carbon.

Radicalul alchil are efect respingător de electroni, fapt ce contribuie la formarea unei sarcini pozitive la carbonul mai sărac în hidrogen, explicând adiţia halogenului.

Același mecanism are loc și la adiția apei la alchenă, reacție prin care se formează alcool.Gruparea OH se leagă de carbonul mai sărac în hidrogen (care participă la mai multe legături), iar H se leagă de carbonul 2 al legăturii duble (mai bogat în hidrogen).Explicația constă în formarea unui carbocation pe timpul procesului de

adiție.Carbocationul se formează prin legarea atomului de hidrogen la un atom de carbon al duble legături, ceea ce induce formarea la al 2-lea atomde carbon a unei sarcicni pozitive, sarcină pozitivă ce va detremina stabilitatea carbocationului.Cu cît carbonul la care se formează sarcina este mai substituit (participă la mai multe legături ) cu atât el va fi mai stabil.Concluzia care se trage este: cu cît produsul intermediar va fi mai stabil cu atât produsul final va fi în proporție mai mare.Generalizând , adiția unui compus de tip HX (unde X este un atom cu o elelctronegativitate mai mare față de H), la molecula unei alchene se va face astfel: X se va lega de carbonul mai substituit iar H se va lega de carbonul mai puțin substituit.