CHIMIE CHIMIE ANORGANICĂANORGANICĂ

IntroducereIntroducere

Plan de lucru:Plan de lucru:

1. Introducere. Date istorice.2. Materia. Transformările materiei.3. Noţiunile şi legile fundamentale ale chimiei.3.1. Teoria atomo-moleculară.3.2. Legea conservării materiei şi energiei.3.3. Legea proporţiilor definite.3.4. Legea proporţiilor multiple.3.5. Legea lui Avogadro.3.6. Echivalentul chimic. Legea proporţiilor echivalente.3.7. Legea combinării gazelor sau legea volumelor constante.3.8. Ecuaţia Clapeyrone-Mendeleev.

Au pionierat arta chimiei sintetice vechii egipteni acum aproape 4000 de ani; Naşterea chimiei poate fi atribuită foarte comunului fenomen al arderiifenomen al arderii, care a dus la apariţia metalurgieimetalurgiei - arta şi ştiinţa care se ocupă cu procesarea minereurilor pentru obţinerea metalelor; Atomismul grecAtomismul grec datează din anul 440 î.Hr., după cum spune cartea De Rerum Natura (Natura Lucrurilor), scrisă de Lucretius în anul 50 î.Hr.; Unii consideră arabii şi perşiiarabii şi perşii ca fiind cei mai vechi chimişti, cei care au cei care au introdus observarea precisă şi experimentarea controlatăintrodus observarea precisă şi experimentarea controlată şi astfel descoperind multe substanţe chimice. Cei mai influenţi chimişti musulmani erau Geber, al-Geber, al-Kindi, al-Razi, şi al-BruniKindi, al-Razi, şi al-Bruni. Muncile lui Geber au ajuns în Europa în secolul al XIV-lea; Apariţia chimiei în Europa a avut loc datorită epdiemiilor frecvente (ca de exemplu de ciumă) din aşa-numitele Vremuri Întunecate, care a dus la o creştere a nevoii de medicamente; Deoarece pentru unii practicanţi alchimia era o ocupaţie intelectuală, în timp, au devenit mai buni la ea. Paracelsus, spre exemplu, respingea teoria celor 4 elemente şi cu o înţelegere destul de vagă a chimicalelor şi medicamentelor lui, a format o formă hibridă de alchimie şi ştiinţă, numită şi chemiatrie sau iatrochimie. De asemenea, influenţe ale filozofilor cum ar fi Sir Fransis Bacon sau René Descartes, care vroiau o anumită rigoare în matematică şi cereau eliminarea biasului din observaţiile ştiinţifice, au dus la revoluţia ştiinţifică. O adevărată revoluţie în chimie începe cu Robert BoyleRobert Boyle (1627-1691), care a venit cu ecuaţii precum legea lui Boylelegea lui Boyle cu privire la proprietăţile stării gazoase. Mai târziu au urmat legea conservării masei substanţelor în 1783 şi dezvoltarea Teoriei Atomice de John Dalton în ajurul anului 1800. Acestea şi alte astfel de schimbări au fost denumite generic revoluţia chimică.

Noţiuni fundamentaleNoţiuni fundamentaleUniversul este format din materiematerie,, prezentă sub două forme: substanţă şi substanţă şi

energie radiantăenergie radiantă..

SubstanţaSubstanţa reprezintă o formă de existenţă a materiei cu o compoziţie şi structură definită. O anumită cantitate dintr-o substanţă sub o formă şi un volum oarecare, reprezintă un corpcorp realizat din substanţa respectivă (de exemplu: dacă considerăm ca substanţă - fierul, un cui reprezintă un corp realizat din fier).

Substanţele se clasifică în substanţe puresubstanţe pure şi amestecuriamestecuri.. Substanţa purăSubstanţa pură are o compoziţie determinată, indiferent de modul de

obţinere şi are proprietăţi fizice constante (densitate, temperatura de topire, de fierbere, lichefiere etc.), iar prin procedee fizice obişnuite nu poate fi descompusă în alte substanţe.

Substanţele pure pot fiSubstanţele pure pot fi::-substanţe simple,substanţe simple, care prin metode chimice nu pot fi descompuse în alte

componente;-substanţe compusesubstanţe compuse (denumite şi combinaţii) care rezultă din combinarea a

două sau mai multe substanţe simple şi pot fi descompuse în substanţele din care s-au obţinut.

În natură, în cele mai multe cazuri, substanţele nu sunt pure, ci impure, adică conţin şi alte substanţe denumite “impurităţi““impurităţi“. Purificarea substanţelor impure poate fi realizată prin diferite procedee, funcţie de starea de agregare: filtrare, decantare, distilare, evaporare, cristalizare.

AmestecurileAmestecurile sunt formate din diferite cantităţi de substanţe diferite, putând fi omogeneomogene sau eterogeneeterogene. . Amestecul omogenAmestecul omogen are aceleaşi proprietăţi în tot volumul său (de exemplu: soluţia de zahăr), spre deosebire de amestecul amestecul eterogeneterogen (de exemplu: laptele).

Transformările materieiTransformările materiei

Transformările materiei au loc prin mişcare, care reprezintă o formă de existenţă a materiei. Fenomenele care au loc în univers se datorează diferitelor tipuri de mişcare a materiei: mecanică, fizică, chimică, biologică, ce constituie obiectul de studiu a diferitelor ramuri ale chimiei.

Mişcarea mecanică a materiei reprezintă deplasarea unui corp în spaţiu;

Mişcarea fizică constă în mişcarea moleculelor (căldura);

Mişcarea fotonilor cauzează lumina;

Mişcarea electronilor – electricitatea;

Mişcarea chimică constă în cedarea şi acceptarea de electroni ai atomilor;

Mişcarea biologică reprezintă o formă complexă de mişcare a materiei vii (organisme vegetale, animale).

Chimia este ştiinţa fundamentală care studiază materia şi transformările sale.

Stările de agregare ale materieiStările de agregare ale materiei

Starea solidă:

materia are formă şi volum propriu;

particulele componente (atomi, ioni, molecule) au energie cinetică redusă şi sunt strâns unite datorită unor forţe de atracţie puternice;

structura poate fi cristalină, ordonată, datorită particulelor care formează reţele cristaline (zahărul, sarea) sau amorfă, neordonată (masele plastice, ceara);

relaţia dintre masa, volumul şi densitatea caracteristice subtanţei solide este:

m = V · ρ

Cristal de NaCl DiamantGrafit

Starea lichidă:materia are volum propriu şi ia forma vasului în care se află; nu are formă proprie (apa, laptele, vinul) datorită forţelor de atracţie mai slabe dintre particule decât în cazul substanţelor solide;

relaţia dintre masa, volumul şi densitatea lichidului este:m = V · ρ

Starea gazoasă:materia nu are volum şi formă proprie;

particulele componente au o mare mobilitate şi ocupă volumul vasului în care se află (gaz metan, oxigen, oxid de carbon).

Plasma:forma a materiei care există numai în condiţii de temperatură înaltă;

este un gaz ionizat format din atomi, ioni, electroni şi fotoni ce formează un amestec neutru din punct de vedere electric (flacăra, fulgerul, stelele, Soarele);

se găseşte în proporţie de 90% în Univers.

Transformările fizice ale materieiTransformările fizice ale materiei

Transformările de stare ale substanţelor pot fi reprezentate scematic, astfel:

Topirea reprezintă trecerea unei substanţe din starea solidă în starea lichidă, prin absorbţie de căldură, procesul invers, fiind denumit solidificare.

Vaporizarea este trecerea substanţei din starea lichidă în stare gazoasă prin absorbţie de căldură şi poate fi realizată prin evaporare sau fierbere; procesul invers este condensarea.

Condensarea (lichefierea) este procesul de trecere a unei substanţe gazoase în stare lichidă la temperatură obişnuită, dar sub acţiunea presiunii.

Sublimarea constă în trecerea unei substanţe din starea solidă direct în stare de vapori, iar desublimarea este procesul invers.

Transformările chimice ale materiei Transformările chimice ale materiei (reacţii (reacţii chimice)chimice)

Reacţiile chimiceReacţiile chimice transformă substanţele în alte substanţe cu compoziţie, structură, proprietăţi fizice şi chimice diferite de cele ale substanţelor iniţiale.

Reacţiile chimice sunt de diferite tipuri:- reacţii de combinarereacţii de combinare a două substanţe sau mai multe substanţe (reactivi) din care rezultă o nouă substanţă (produs de reacţie):

A + B = AB

- reacţii de descompunerereacţii de descompunere a unei substanţe în două saumai multe substanţe noi:

AB = A + B

- reacţii de substituţiereacţii de substituţie prin care un element înlocuieşte un alt element din alt compus chimic:

AB + C → AC + B

- reacţii de dublu schimbreacţii de dublu schimb în care elementele unui compus binar înlocuiesc câte un alt element din celălat compus binar, rezultând doi noi compuşi chimici:

AB + CD → AC + BD

AGROCHIMIEAGROCHIMIE

GEOCHIMIEGEOCHIMIE

FOTOCHIMIEFOTOCHIMIE

RADIOCHIMIERADIOCHIMIE

CHIMIE CHIMIE NUCLEARĂNUCLEARĂ

Proprietăţile substanţelor, modalităţile şi procedeele Proprietăţile substanţelor, modalităţile şi procedeele de obţinere utilizate alcătuiesc obiectul de studiu şi de obţinere utilizate alcătuiesc obiectul de studiu şi

cercetare a ramurilor chimiei:cercetare a ramurilor chimiei:

Ramurilechimiei

Electrochimiastudiul reacţiilor chimice, ca

urmare a efectului electricităţii şi a reacţiilor chimice însoţite

de fenomene electrice

Chimia fizicăstudiul proprietăţilorfizice ale substanţelor

şi relaţia dintre energie şi transformăirile chimice

Fotochimiastudiul proceselor chimice

produse sub influenţa luminii

Radiochimia studiul proprietăţilor

subtanţelor radioactive

Chimia analitică identificarea şi

determinarea cantitativă a elementelor compomnente

ale substanţelor

Chimia nuclearăstudiul transformărilor

nucleelor atomice, procesele nucleare şi a atomilor obţinuţi

prin reacţii nucleare

Chimia industrială studiul obţinerii substanţelor chimice la scară industrială

(procedee, instalaţii şi tehnologii industriale)

Chimia biologică (biochimia)

studiul mecanismelor în organismele vii

Chimia agricolă (agrochimia)

studiul proceselor chimice din domeniul agriculturii

(cultura, creşterea plantelor)

Geochimia studiul compoziţiei straturilor

geologice ale Pământului

Chimia anorganică studiază proprietăţiile

elementelor chimice şi compuşii formaţi de acestea

Chimia anorganicăChimia anorganică este o ramură a chimiei, care este o ramură a chimiei, care studiază studiază proprietăţiile elementelor chimice şi proprietăţiile elementelor chimice şi compuşii formaţi de acesteacompuşii formaţi de acestea. .

Fiind o ştiinţă experimentală, informaţiile Fiind o ştiinţă experimentală, informaţiile fundamentale despre produşii de reacţie sau fundamentale despre produşii de reacţie sau mecanismele de reacţie sunt obţinute prin observaţii mecanismele de reacţie sunt obţinute prin observaţii experimentale. Diversele ramuri ale chimiei experimentale. Diversele ramuri ale chimiei anorganice (compuşi organometalici, polimeri anorganice (compuşi organometalici, polimeri anorganici, combinaţii complexe) sunt într-o continuă anorganici, combinaţii complexe) sunt într-o continuă dezvoltare.dezvoltare.

Chimia anorganică are în sfera de studiu Chimia anorganică are în sfera de studiu reacţiile reacţiile chimice, legăturile chimice, proprietăţiile chimice, legăturile chimice, proprietăţiile elementelor din sistemul periodicelementelor din sistemul periodic..

NOŢIUNILE ŞI LEGILE FUNDAMENTALE ALE CHIMIEINOŢIUNILE ŞI LEGILE FUNDAMENTALE ALE CHIMIEI

I. Teoria atomo-moleculară (M.V.Lomonosov – 1741)

1. Toate substanţele constau din molecule. Molecula este cea mai mică particulă a substanţei, care îi păstrează proprietăţile.

2. Moleculele constau din atomi. Atomul reprezintă cea mai mică particulă a elementului, care păstrează proprietăţile lui chimice. Diferitor elemente le corespund diferiţi atomi.

3. Moleculele şi atomii se află într-o miscare continuă, între ei acţionează forţe de atracţie şi repulsie.

1. Pentru scrierea corectă a formulelor chimice trebuie cunoscută valenţa elementelor, care reprezintă proprietatea atomilor elementului dat de a se combina cu un anumit număr de atomi ai altor elemente. Ca unitate de valenţă s-a luat valenţa hidrogenului, care în toţi compuşii este monovalent. Valenţa elementului este determinată de structura electronică a atomului lui. Unele elemente posedă valenţă constantă, altele manifestă în compuşi valenţă variabilă. De regulă, valenţa maximă a elementului este egală cu numărul grupei în care se află acest element în SP (excepţie elementele subgrupelor VIIIA, VIIIB şi IB, azotul, oxigenul şi fluorul).

2. Moleculele substanţelor simple sunt alcătuite din atomii aceluiaşi element, substanţele compuse sunt alcătuite din atomi de elemente diferite.

3. Alotropie numim fenomenul de existenţă a mai multor substanţe simple formate din atomii unui element chimic (de exemplu O2 şi O3).

NOŢIUNI FUNDAMENTALE ÎN CHIMIENOŢIUNI FUNDAMENTALE ÎN CHIMIE

1. Unitatea atomică de masă este o unitate internaţională de exprimare a masei atomice şi este egală cu 1/12 din masa atomului de carbon (a izotopului 12C):

1 u.a.m = 1/12 · m (12C) = 1,66057 · 10-24 g

2. Masa atomică relativă (Ar) este o mărire relativă (fără unităţi de măsură) egală cu raportul masei atomului elementului respectiv (luând în consideraţie conţinutul în natură a izotopilor lui) faţă de 1/12 din masa atomului de 12C, adică, de fapt, masa atomică relativă este masa atomului exprimată în unităţi atomice de masă.

3. Masa moleculară relativă (Mr) este o mărime adimensională care arată de câte ori masa moleculei date este mai mare decât 1/12 din masa atomului de 12C.

4. Cantitatea de substanţă () indică numărul de elemente structurale (molecule, atomi, ioni). În sistemul internaţional de unităţi (SI) ca unitate a cantităţii de substanţă este considerat molul, care este cantitatea de substanţă ce conţine atâtea unităţi structurale, câţi atomi se conţin în 12 g (0,012 kg) de carbon (12C).

5. Într-un mol de orice substanţă se conţine acelaşi număr de elemente structurale (particule), egal cu 6,02·1023, numit numărul (constanta) lui Avogadro (NA).

6. Masa substanţei luată în cantitate de 1 mol se numeşte masă molară (M). Unitatea de măsură ale masei molare este g/mol.

NOŢIUNI FUNDAMENTALE ÎN CHIMIENOŢIUNI FUNDAMENTALE ÎN CHIMIE

LEGEA CONSERVĂRII MATERIEI ŞI ENERGIEILEGEA CONSERVĂRII MATERIEI ŞI ENERGIEI(M.V. Lomonosov - 1768 şi L.A. Lavoisier - 1777)

"În orice reacţie chimică, suma maselor substanţelor reactante (mi) este egală cu suma maselor substanţelor rezultate din reacţie (mp), respectiv a produşilor de reacţie":

Σminiţ. = Σmprod. = constant

Această lege, verificându-se numai în u.a.m. are un caracter limitat. Ea a fost dezvoltată ulterior prin descoperirea principiului conservării energiei de J.R. Mayer în anul 1842. Cele două principii al conservării masei şi al conservării energiei, enunţate independent unul de altul, datorită teoriei relativităţii a lui A.Einstein au fost reunite în "principiul conservării masei şi energiei".

LEGILE FUNDAMENTALE ALE CHIMIEILEGILE FUNDAMENTALE ALE CHIMIEI

A.Einstein a demonstrat că energia unui corp în repaus este proporţională cu masa lui şi pe această bază a stabilit legea echivalenţei dintre masă şi energie: "Masa unui corp nu este constantă, ea variază odată cu energia lui, energia fiind cea mai importantă formă de manifestare a mişcării materiei. Aşa după cum şi energia unui corp nu este constantă, ea variază odată cu masa corpului".

Ulterior legea echivalenţei einşteiniene dintre masă şi energie s-a enunţat astfel: "Pentru orice masă (m) se asociază întotdeauna o energie egală cu produsul acestei mase şi pătratul vitezei luminii (c) în vid“:

La o variaţie Δm a masei, corespunde o variaţie ΔE a energiei:

Deci, dacă în timpul unui proces chimic, are loc o variaţie de energie (cedare sau acceptare) masa totală a substanţelor participante la reacţie variază conform relaţiei:

Pentru o particulă de masă m care se deplasează cu o viteză v, relaţia devine:

unde m0 = masa de repaus.

LEGEA PROPORŢIILOR DEFINITE (L.J. PROUST - 1799)LEGEA PROPORŢIILOR DEFINITE (L.J. PROUST - 1799)

"Substanţele reacţionează între ele in proporţii de masă constante"

sau: "Indiferent de calea prin care se obţine o substanţă compusă, elementele componente se află în aceleaşi

proporţii de masă. Dacă unul din reactanţi este în exces, după reacţie el rămâne neconsumat”

Exemplu: în HCl raportul de masă H : Cl = 1 : 35,5 H2O raportul de masă H : O = 2 : 16 = 1 : 8 FeS raportul de masă Fe : S = 56 : 32 = 7 : 4 56g Fe + 64g S → FeS + (64-32) = 32g S nereacţionat

Exemplu: Reacţia magneziului cu oxigenul: 

Raportul de masă (g/g):

Ecuaţia reacţiei: Mg + O2 MgO

5,1

2

consumat

consumat

O

Mg

Masa substanţelor înainte de reacţie

Masa substanţelor după reacţie

Raportul de combinare

Magneziu / Oxigen(g / g)

Magneziu Oxigen Magneziu Oxigen Produs

50 g 25 g 12 g - 63 g 38 / 25 = 1,570 g 25 g 32 g - 63 g 38 / 25 = 1,550 g 50 g - 17,1 82,9 g 50 / 32,9 = 1,550 g 32,9 g - - 82,9 g 50 / 32,9 = 1,570 g 46,1 g - - 116,1 g 70 / 46,1 = 1,524 g 16 g - - 40 g 24 / 16 = 1,5

Exemplu: Combinarea hidrogenului şi oxigenul cu formarea apei.În apă raportul dintre masa hidrogenului şi oxigenului este de 1:8, deci:combinarea elementelor în reacţia de obţinere a apei poate fi ilustrată cu ajutorul ecuaţiaei:

2H2 + O2 2H2O

pentru a se forma 9 g de apă se combină 1 g de hidrogen cu 8 g de oxigen;în 100 g de apă se găsesc 11,11 g hidrogen şi 88,89 g de oxigen (raportul de combinare 1/8);dacă reacţionează 2 g de hidrogen cu 8 g de oxigen se formează 9 g H2O, 1 g de hidrogen rămânând nereacţionat (exces);dacă reacţionează 11,11 g de hidrogen cu 90 g de oxigen se formează 100 g de apă rămânând 1,11 g de oxigen nereacţionat (exces).

Partea de masă a unui element într-o substanţă compusă () indică ce parte din masa totală a substanţei alcătuieşte masa elementului dat, adică:

.

..

subst

elemelem m

m

Partea de masă calculată astfel se exprimă în părţi de unitate.

De cele mai multe ori este primit de a exprima partea de masă în procente (%), respectiv formula de calcul este:

%100

.

..%

subst

elemelem m

m

Partea de masă a elementului poate fi determinată şi reeşind din masele atomice şi moleculare relative:

.

..

substr

elemrelem M

An

%100

.

.

.%

substr

elemr

elem M

Ansau

Rezolvare: se notează numărul de atomi de potasiu prin x, numărul de atomi de mangan prin y şi numărul de atomi de oxigen prin z. Respectiv, formula chimică a substanţei necunoscute va fi KxMnyOz.Deci:

%100

39%

zyx OMnKK M

x

%10055

%

zyx OMnK

Mn M

y %100

16%

zyx OMnKO M

z

Din formulele de mai sus rezultă:

%10039

%

zyx OMnKK M

x

%10055

zyx OMnKMn M

y

%10016

%

zyx OMnKO M

z

Se alcătuieşte raportul dintre x, y şi z:

x : y : z = 4:1:203,2:5,0:01,116

49,32:

55

92,27:

39

59,39

16:

55:

39%%% OMnK

Formula substanţei este: K2MnO4

Exemplu: Determinaţi formula substanţei care conţine 39,59% potasiu, 27,92% mangan şi 32,49% oxigen.

Metoda 2: Deoarece numerele de atomi ai elementelor într-o substanţă se raportă între ele ca nişte numere întregi şi mici proporţionale cu cantităţile de substanţă ale elementelor respective se alcătuieşte raportul:

x : y : z = νK : νMn : νO

%100..

.elemsubst

elem

mm

Se obţine: mK = 39,59 g; mMn = 27,92 g şi mO = 32,49 g.

mol

molg

gK 01,1

39

59,39 mol

molg

gMn 51,0

55

92,27 mol

molg

gO 03,2

16

49,32

Respectiv: x : y : z = 1,01 : 0,51 : 2,03

Pentru a calcula cantităţile de substanţă pentru potasiu, mangan şi oxigen se admite msubst.= 100g şi se calculează mai întîi masa fiecărui element în substanţa dată conform formulei:

Apoi se calculează cantităţile de substanţă:

Pentru a obţine numere întregi şi mici se împarte la cel mai mic număr (0,51) şi se obţine:

x : y : z = 2 : 1 : 4şi formula substanţei este K2MnO4

Lucru individual1.Părţile de masă ale sodiului, siliciului şi oxigenului într-o substanţă sunt egale respectiv cu 37,7%; 22,95%; 39,34%. Determinaţi formula elementară a substanţei.2.Creta, marmora şi calcarul sunt minerale ale aceleiaşi substanţe, în care partea de masă a calciului e 40%, a carbonului – 12% şi oxigenului – 48%. Determinaţi formula elementară a acestei substanţe.3.Partea de masă a apei în substanţă e 36,06%, a cuprului 25,48%, a sulfului – 12,82%, a oxigenului – 25,64%. Găsiţi formula elementară a substanţei.4.Părţile de masă a elementelor în substanţe sunt următoarele: a sulfului – 23,72%, oxigenului – 23,7%, clorului – 52%. Densitatea vaporilor acestei substanţe faţă de hidrogen este 67,5. Determinaţi formula moleculară a acestei substanţe.5.Densitatea vaporilor unei substanţe faţă de hidrogen e 142. Partea de masă a fosforului în ea este 43,66% şi a oxigenului 56,34%. Determinaţi formula moleculară a substanţei prin două metode.

LEGEA PROPORŢIILOR MULTIPLE (J. DALTON - 1804)LEGEA PROPORŢIILOR MULTIPLE (J. DALTON - 1804)

"Dacă două substanţe simple reacţionează şi rezultă mai multe combinaţii chimice, atunci

masele diferite ale uneia din acestea, care corespund unei mase constante a celeilalte, se

află între ele în rapoarte de numere întregi"In cazul oxizilor azotului, rapoartele de masă sunt:

Deci, alături de masa atomică, capacitatea de combinare a atomilor este o altă proprietate fundamentală a acestora.

N2O 28 : 16 14 : 8 1 : 1

NO 14 : 16 14 : 16 1 : 2

N2O3 28 : 48 14 : 24 1 : 3

NO2 14 : 32 14 : 32 1 : 4

N2O5 28 : 80 14 : 40 1 : 5

LEGEA LUI AVOGADRO (1811)LEGEA LUI AVOGADRO (1811)

„Volume egale de gaze diferite în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune conţin un

număr egal de molecule”Numărul lui Avogadro (NA= 6,0231023 moleculemol-1) este o constantă universală, care reprezintă numărul de particule (atomi, molecule, ioni) care se găsesc într-un mol de substanţă sau numărul de atomi din 12 g de izotop de carbon 12C:•un mol de clor atomic (Cl) ↔35,5 g Cl - conţin 6,023·1023 atomi•un mol de clor molecular (Cl2) ↔ 71 g Cl2 - conţin 6,023·1023 molecule•un mol de ioni de clor (Cl-) ↔ 35,5 g Cl - conţin 6,023·1023 ioni•un mol de acid clorhidric (HCl) ↔ 36,5 g HCl - conţin 6,023·1023 molecule•un mol de clorură de sodiu (NaCl) ↔ 58,5 g NaCl - conţin 6,023·1023 ioni Na+ şi 6,023·1023 ioni Cl-.

Din legea lui Avogadro rezultă o consecinţă foarte importantă: „În condiţii identice de temperatură şi presiune 1 mol de orice gaz

ocupă acelaşi volum”Acest volum se determină uşor dacă se cunoaşte masa unui litru de gaz. De exemplu, experimental s-a stabilit că 1 litru de oxigen în condiţii normale (temperatura de 0ºC sau 273K, şi presiunea de 1atm sau 760 mm coloană de Hg) cântăreşte 1,429 g. Respectiv, volumul pe care îl ocupă 1 mol de gaz este egal:

moll

lg

molg

4,22429,1

32

Din consecinţa expusă mai sus reiese, că: „Un mol din orice gaz sau de sau de orice substanţă care poate fi transformată în stare gazoasă fără descompunere în condiţii normale (temperatura de 0ºC sau 273K, şi presiunea de 1atm sau 760 mm coloană de Hg) ocupă acelaşi volum, adică 22,4 l şi conţine 6,023·1023 particule (atomi, molecule)”. Acest volum a primit numele de volum molar al gazelor (Vm). Valoarea exactă a volumului molar este 22,4135±0,0006 l/mol.

Volumul molar reprezintă raportul dintre volumul gazului şi cantitatea de substanţă:

V

Vm

Deci, pentru gazele aflate în condiţii normale, pe lângă formulele cantităţii de substanţă

M

m

AN

Nşi

Poate fi aplicată şi formula:

mV

V

O altă consecinţă importantă a legii lui Avogadro stă la baza determinării masei molare a substanţelor gazoase pe baza densităţii lor.

2

1

2

121 M

M

m

mgazDgaz

LEGEA PROPORŢIILOR ECHIVALENTELEGEA PROPORŢIILOR ECHIVALENTE(J.B. RICHTER - 1802, E. WENCZEL - 1791)(J.B. RICHTER - 1802, E. WENCZEL - 1791)

Echivalentul chimic reprezintă particula reală sau convenţională care se combină, substituie sau într-un oarecare alt mod corespunde unui atom (ion) de hidrogen sau unui electron în reacţiile de oxido-reducere.

Numărul care indică ce parte de particulă a substanţei este echivalentă cu un atom (ion) de hidrogen sau cu un electron se numeşte factor de echivalenţă (fe). El poate fi egal sau mai mic decât unitatea şi se calculează după formula:

zf e

1

Valoarea z pentru diferite clase de substanţe se află în felul următor:•la elemente z este egal cu valenţa;•la oxizi – numărul de atomi de oxigen înmulţit la doi;•la acizi – numărul de atomi de hidrogen substituiţi în rezultatul reacţiei chimice;•la baze – numărul de grupe hidroxilice substituite în procesul reacţiei,•la săruri z se calculează ca produsul dintre numărul de cationi şi sarcina lor sau produsul dintre numărul de anioni şi sarcina acestora.•în reacţiile de oxido-reducere – numărul de electroni cedaţi sau primiţi de atom, ion sau moleculă. De exemplu: pentru reacţiile ce decurg în mediu acid, are loc trecerea: Mn+7+5e- Mn+2, z = 5, iar fe(KMnO4) = 1/5 .

zf e

1 ze

Cantitatea de substanţă a echivalentului e este egală cu raportul cantităţii de substanţă, referitoare la particulele X către factorul de echivalenţă:

Xf

XX

ee

Având în vedere că , obţinem:

Masa molară a echivalentului reprezintă raportul dintre masa elementului sau al compusului chimic către cantitatea de substanţă a echivalentului:

ee

mM

Masa molară a echivalentului poate fi calculată şi pornind de la masa molară a elementelor în compuşii chimici. Masa molară a echivalentului Me(X) reprezintă produsul dintre masa molară a substanţei M(X) şi factorul de echivalenţă:

z

MMfM ee

În cazul gazelor se poate înlocui masa substanţei şi masa molară a echivalentului prin volumul substanţei măsurat în condiţii normale şi volumul molar a echivalentului acestui gaz:

z

VVfV m

mee

LEGEA PROPORŢIILOR ECHIVALENTELEGEA PROPORŢIILOR ECHIVALENTE(LEGEA ECHIVALENŢILOR)(LEGEA ECHIVALENŢILOR)

sau pentru un caz cu participarea a două substanţe X şi Y:

YM

Ym

XM

Xm

ee

Masele substanţelor reactante (sau volumele) sunt proporţionale cu masele echivalentului acestor substanţe (sau ale volumelor echivalente) sau ''Substanţele reacţionează între ele în rapoarte de masă proporţionale cu echivalenţii lor chimici'':

YM

XM

Ym

Xm

e

e

Substanţele reacţionează şi se formează în rezultatul reacţiilor în cantităţi echivalente:

DCBA eeee

Pentru o reacţie arbitrară: aA + bB = cC + dD

În cazul când una din substanţe este în fază gazoasă:

YV

XM

YV

Xm

e

e0

sau

YV

YV

XM

Xm

ee

0

Pentru reacţiile care decurg între gaze se poate scrie:

YV

XV

YV

XV

e

e0

0

YV

YV

XV

XV

ee

00 sau

Masele molare ale echivalenţilor substanţelor compuse pot fi calculate ca sumă a maselor molare ale echivalenţilor elementelor sau particulelor (ioni) ce le compun.

OHMNaMNaOHM eee

24

3342 SOMAlMSOAlM eee

Problemă. La arderea unui metal trivalent cu masa de 5 g se formează oxid cu masa de 9,44 g. Determinaţi masa molară a echivalentului metalului şi stabiliţi natura metalului.

oxidmetal ee

oxidM

oxidm

metalM

metalm

ee

OMmetalMoxidM eee

xmetalM e Notăm

Atunci, 8xoxidM e

.8

44,9

.

5

echivmolgx

g

echivmolgx

g

.9 echivmolgmetalM e

Din expresia:z

MMfM ee mol

gzMmetalM e 2739

Rezolvare 1.

Rezolvare 2:

oxidM

metalM

oxidm

metalm

e

e echivmol

gx

echivmolgx

g

g

8

.44,9

5

.9 echivmolgmetalM e

Rezolvare 3: gmmm metaloxidO 44,4544,92

2

2 )()(

Oe

O

metale

metal

M

m

M

mAplicând una din formulele: sau

22 Oe

metale

O

metal

M

M

m

m

şi cunoscând .8)( 2 echivmolgM Oe

Se efectuează calculele şi se obţine acelaşi rezultat.

Lucru individual1.Calculaţi masa molară a echivalentului metalului, dacă:a) pentru oxidarea metalului cu masa 1,74 g sunt necesare 0,1 g de oxigen;b) la arderea metalului cu masa 0,5 g se formează oxid cu masa 9,44 g;c) la oxidarea a 0,7 g de cadmiu s-au obţinut 0,8 g de oxid;d) raportul maselor manganului şi oxigenului în oxid este 1,72 : 1;e) pentru oxidarea metalului cu masa 4,17 g s-au folosit 340 ml de oxigen;f) partea de masă a elementului într-un oxid este de 65,2%, iar în altul de 75,7%;g) partea de masă a oxigenului în oxidul de crom e de 48%.2. Calculaţi masa molară a echivalentului fosforului în oxizi, dacă în primul oxid partea de masă a fosforului e 43,66%, iar în al doilea – 56,55%. Care este valenţa fosforului în oxizi? Determinaţi echivalenţii fosforului şi formulele oxizilor lui.3. Partea de masă a sulfului într-un oxid e de 50%, iar în altul 40%. Calculaţi masa molară a echivalentului sulfului în ambii oxizi, valenţa sulfului şi echivalentul său. Alcătuiţi formulele ambelor oxizi.4. Calculaţi masa molară a echivalenţilor sulfului şi metalului, dacă 1,62 g de metal formează 1,74 g oxid şi 1,86 g sulfură.5. Masa molară a echivalentului metalului e 27,9 g/mol. Calculaţi masa metalului, dacă el deplasează din acid hidrogen cu volumul de 224 ml (c.n.).

LEGEA COMBINĂRII GAZELOR SAU LEGEA COMBINĂRII GAZELOR SAU LEGEA VOLUMELOR CONSTANTE (GAY LUSSAC - 1808)LEGEA VOLUMELOR CONSTANTE (GAY LUSSAC - 1808)

"Volumele gazelor - măsurate în aceleaşi condiţii de temperatură şi presiune - care se combină pentru a forma un compus chimic se află între ele, ca şi faţă de volumul

substanţei care rezultă din reacţie, într-un raport de numere simple şi întregi."

Exemple: H2 + Cl2 = 2HCl - raportul volumelor 1 : 1 : 22H2 + O2 = 2H2O - raportul volumelor 2 : 1 : 23H2 + N2 = 2NH3 - raportul volumelor 3 : 1 : 2

Consecinţă: coeficienţii stoechiometrici în ecuaţiile reacţiilor ce decurg în fază gazoasă indică în ce raporturi de volum reacţionează şi se formează gazele.

Exemplu: a) 2CO + O2 = 2CO2 – la oxidarea a două volume de oxid de carbon(II) se consumă 1 volum de oxigen şi se formează 2 volume de oxid de carbon(IV), deci volumul amestecului se micşorează cu un volum.b) N2 + 3H2 = 2NH3 – un volum de azot se combină cu trei volume de hidrogen şi se formează două volume de amoniac. Volumul amestecului se micşorează de două ori.

ECUAŢIA CLAPEYRONE-MENDELEEVECUAŢIA CLAPEYRONE-MENDELEEV

Ecuaţia Clapeyrone-Mendeleev PV = RT exprimă dependenţa dintre

presiunea P, volumul V, temperatura T şi cantitatea de substanţă .

Constanta R se numeşte constanta universală a gazului şi în cazul

când temperatura este exprimată în °K, presiunea – în Pa, volumul în

m3, R = 8,314.

Pentru aceeaşi cantitate de acelaşi gaz aflat în diferite condiţii ν este

constantă şi respectiv raportul constant şi poate fi aplicat

pentru transformarea volumului gazului din anumite condiţii în

condiţii normale şi invers:

T

PV

T

PV

T

VP

0

00

Lucru individual1. Într-un balon de oţel cu capacitatea de 12 l se află oxigen sub o presiune de 150 mai mare ca cea atmosferică la 20°C. Calculaţi volumul oxigenului în condiţii normale.2. Azotul cu masa de 28 g ocupă un volum de 19 l, măsurat la temperatura de 0°C şi presiunea de 119 437 Pa. Ce volum va ocupa azotul în condiţii normale? 3. Un gaz la temperatura de 17°C ocupă un volum de 580 ml. Cum se va schimba volumul gazului la încălzire până la 100°C, dacă presiunea rămâne constantă? La ce temperatură volumul gazului va creşte de două ori?4. Presiunea gazului într-un vas închis la 0°C este de 99 992 Pa. Care va fi presiunea la creşterea temperaturii până la: a) 10°C; b) 20°C; c) 30°C; d) 100°C?5. Care este presiunea în vârful muntelui, dacă 1 litru de aer la 0°C are a masă de 0,7 g? 7. Ce volum în condiţii normale vor ocupa:a) 12,041023 molecule; b) 3,011023 molecule; c) 15,051023 molecule de gaz.8.Calculaţi masa vaporilor de tetraclorură de carbon CCl4 cu volumul de 25,5 ml la temperatura de 100°C şi presiunea de 102 000 Pa. 9.Calculaţi masa azotului cu volumul de 22,4 l, acumulat sub apă la 20°C şi presiunea de 98 100 Pa. Presiunea vaporilor de apă la aceasta temperatură este de 2 338 Pa.

10. Volumul unui gaz, acumulat sub apă la 17°C şi presiunea de 105 937 Pa, este egal cu 624 ml. Masa gazului este de 1,56 g. Care sunt masele molară şi moleculară relativă ale gazului? 11. Masa molară a echivalentului metalului e 27,9 g/mol. Calculaţi masa metalului, dacă el deplasează din acid hidrogen cu volumul de 224 ml (c.n.).12. Aluminiul cu masa 0,1023 g a fost dizolvat în acid clorhidric. Hidrogenul degajat, cules deasupra apei, a ocupat un volum de 137 ml la temperatura 190C şi presiunea 102 728 Pa. Presiunea vaporilor saturaţi de apă la temperatura dată este 2 064 Pa. Calculaţi masa molară a echivalentului, valenţa şi echivalentul aluminiului în această reacţie. Determinaţi erorile absolute şi relative la stabilirea masei molare a echivalentului.13. Determinaţi masa molară a echivalentului metalului, dacă 0,0584 g de acest metal deplasează din acid hidrogen cu volumul 21,9 ml, cules deasupra apei la temperatura 170C şi presiunea 100 579 Pa. Presiunea vaporilor saturaţi de apă la 17°C este egală cu 1937 Pa.14. Metalul cu masa 0,20415 g deplasează din acid hidrogen cu volumul 70 ml (c.n.). Plumbul cu masa 0,6475 g este deplasat din sarea sa de către acelaşi metal cu aceeaşi masă. Determinaţi masa molară a echivalentului plumbului.15. Calculaţi masa molară a echivalentului zincului, dacă la interacţiunea metalului cu masa 0,292 g s-a degajat hidrogen cu volumul 109,5 ml la temperatura 17°C şi presiunea 98 645 Pa.