Recomandări metodice generale

Scopul studierii disciplinii 02.00.01 chimia anorganică constă în pregătirea cadrelor de înaltă calificare în domeniul dat, care reprezintă constant unul din domeniile de bază ale chimiei. El include cercetări cu caracter fundamental şi practic asupra compuşilor coordinativi care sunt pe larg prezenţi atât în sistemele biologice, cât şi în toate domeniile de activitate a omului şi deci, cunoaşterea tot mai profundă a acestor sisteme are o însemnătate incontestabil primordială.

Spectrul de abilităţi profesionale cuprinde: şcoala superioară (chimia anorganică este obiectul de bază la specialităţile din domeniul chimiei şi unul din obiectele obligatorii pentru o serie întreagă de specialităţi : medicină, ştiinţele agricole, fizica, geologia, etc. ), instituţiile de cercetări, industria.

Conţinutul cursului

Legea periodicităţii

Cuvinte cheie: legea periodicităţii; grupe; perioade; grad de oxidare; proprietăţi acid-bazice.

Legea periodicităţii şi dezvoltarea ei. Istoria descoperirii legii periodicităţii. Legea periodicităţii şi structura electronică a atomului. Formularea contemporană a legii periodicităţii.

Schimbarea periodică a proprietăţilor fizico-chimice ale elementelor: a razei atomice şi ionice, potenţialului de ionizare, afinităţii faţă de electron, electronegativităţii, gradului de oxidare, proprietăţilor fizice etc. Schimbarea în grupe şi perioade a proprietăţilor chimice ale elementelor şi compuşilor lor: hidraţilor, oxizilor, halogenilor, sărurilor acizilor oxigenaţi, compuşilor complecşi de tip bazic.

Legătura schimbării gradelor de oxidare ale elementelor şi proprietăţilor acid-bazice ale diferitor compuşi ai elementelor în subgrupe şi perioade ale sistemei periodice. Periodicitatea secundară în schimbarea stabilităţii compuşilor oxigenaţi ai elementelor subgrupei halogenilor şi sulfului. Dezvoltarea legii periodicităţii, căutarea şi sinteza elementelor supragrele.

Legătura chimică

Cuvinte cheie: legătură ionică; legătură covalentă; legătură coordinativă; orbitali atomici şi moleculari.

Dezvoltarea concepţiei despre legătura chimică şi valenţă. Legătura covalentă. Proprietăţile legăturii covalente. Structura compuşilor covalenţi din punct de vedere ale metodei legăturilor de valenţă. Orbitali hibridizaţi. Suprapunerea orbitalilor.

Teoria orbitalilor moleculari. Orbitali moleculari localizaţi şi echivalenţi. Natura legăturii în metale şi clasteri. Explicarea stereochimiei celor mai simple molecule homo- şi heteronucleare de pe poziţiile metodelor legăturii de valenţă şi orbitalilor moleculari. Legătura în compuşi de incluzie. Legătura donoră- acceptoare (coordinativă, dativă, semipolară) ca o formă a legăturii covalente. Legătura polară. Grad de oxidare. Sarcina efectivă a particulelor în moleculă. Noţiuni despre polarizare în chimia anorganică. Efectul contrapolarizării. Efectul suplimentar de polarizare.

Legătura ionică. Ciclul Born-Haber. Energia reţelei cristaline. Constanta lui Madelung.

Legătura de hidrogen, natura ei. Forţele Van-der-Walls.

Proprietăţi fizice şi chimice ale substanţelor cu legătură covalentă şi ionică.

Starea solidă a substanţei

Cuvinte cheie: starea cristalină şi amorfă; structura cristalelor; conductori; izolatori; semiconductori.

Corpuri solide cristaline şi amorfe. Simetria reţelei cristaline. Polimorfism şi izomorfism. Tipurile de legătură chimică în cristale. Tipurile de structuri ale cristalelor de tip ionic. Compuşi nestoichiometrici. Structură atomară şi moleculară. Teoria de zonă a stării solide. Conductori, izolatori şi semiconductori. Clasele de bază ale compuşilor semiconductori. Monocristale în tehnica modernă.

Soluţii

Cuvinte cheie: soluţie; electroliţi; soluţie coloidală; electroliză.

Apa ca solvent important. Soluţii omogene. Hidratare, cristalohidraţi. Hidroliză. Electroliţi slabi şi tari. Solvenţi neapoşi. Teoriile moderne despre acizi şi baze. Teoria solvosistemelor, teoria protolitică a lui Brensted, teoria lui Luis.

Soluţii coloidale. Electroforeză, dializă. Rolul coloizilor în natură şi tehnică.

Proprietăţile electrochimice ale soluţiilor. Ecuaţiile lui Nernst. Potenţialele standarde şi oxidoreducere de electrod. Stabilizarea gradelor de oxidare instabile în soluţii.

Elemente galvanice. Electroliza în sinteze anorganice şi tehnologii.

Echilibrul chimic

Cuvinte cheie: echilibrul chimic; legile termodinamicii; diagrame de topire.

Prima lege a termodinamicii. Dependenţa efectelor de căldură ale reacţiilor de temperatură. A doua lege a termodinamicii. Legătura reciprocă dintre schimbarea energiei libere Gibs şi Helmholtz, efectul de căldură şi schimbării entropiei reacţiei. Potenţialul chimic. Direcţia parcurgerii proceselor chimice.

Echilibrul chimic, deplasarea lui. Legea acţiunii maselor. Determinarea constantei de echilibru din mărimile standarde termodinamice. Echilibrul de fază. Regula fazelor lui Gibs. Diagramele de stare a sistemelor monocomponente. Tipurile de fază ale diagramelor de topire a sistemelor duble condensate.

Cinetica chimică

Cuvinte cheie: viteza şi mecanismul reacţiei chimice; cataliză; energia de activare.

Viteza reacţiei chimice. Ecuaţii cinetice. Determinarea molecularităţii şi gradului reacţiei. Mecanismul reacţiei chimice. Dependenţa constantei de viteză de temperatură. Ecuaţia lui Arenius. Cataliza omogenă şi heterogenă. Energia de activare, deterrminarea ei din experiment. Teoria ciocnirilor active şi a complexului activ.

Caracteristica generală a nemetalelor

Cuvinte cheie: nemetale; proprietăţi fizice; proprietăţi chimice; compuşi chimici.

Locul nemetalelor în sistemul periodic. Particularităţile structurii nemetalelor. Proprietăţile chimice şi fizice ale nemetalelor în stare liberă. Tipurile de bază de compuşi chimici ai nemetalelor. Forme binare şi superioare de compuşi. Polimeri anorganici.

Răspândirea nemetalelor şi formele în care se găsesc în natură. Prepararea nemetalelor în stare liberă (metode de laborator şi industriale). Utilizarea nemetalelor şi compuşilor lor în practică.

Caracteristica generală a elementelor subgrupei sulfului, halogenilor, azotului şi gazelor inerte. Caracteristica celor mai importante nemetale (hidrogen, oxigen, azot, fosfor, carbon, siliciu, bor).

Caracteristica generală a metalelor.

Cuvinte cheie: metale; proprietăţi chimice; proprietăţi fizice; compuşi ai metalelor; amfoteritate; metale de tranziţie.

Locul metalelor în sistemul periodic. Particularităţile nivelelor energetice ale atomilor metalelor. Legătură metalică. Teoria de zonă a structurii metalelor. Proprietăţi fizice şi chimice ale metalelor. Clasele de bază de compuşi chimici ai metalelor: hidraţi oxizi, peroxizi, săruri, compuşi complecşi de diferite tipuri, compuşi metalorganici.

Structura, proprietăţile fizice şi chimice ale compuşilor metalelor şi reactivitatea lor.Schimbarea stabilităţii termodinamice, proprietăţilor acid-bazice ale oxizilor metalelor cu diferit grad de oxidare şi a derivaţilor lor în subgrupe şi perioade ale sistemului periodic. Amfoteritate. Răspândirea metalelor, forma în care se întâlnesc în natură.. Metode de obţinere a metalelor de puritate înaltă (electroliza, complexarea, descompunerea termică a compuşilor volatili, sublimarea în vid, topirea zonală). Corozia metalelor, metodele de combatere a ei. Caracteristica generală a subgrupei litiului, metalelor alcalino-pământoase, zincului, aluminiului, scandiului, galiului, titanului,germaniului, arseniului, elementelor de tip d, metalelor platinice, elementelor de tip f.

Specificul proprietăţilor metalelor de tranziţie (polivalenţa, proprietăţi magnetice, formarea compuşilor complecşi etc.). Utilizarea metalelor şi a compuşilor lor în ştiinţă şi tehnică.

Aliajele

Cuvinte cheie: aliaje; soluţii solide; faze intermetalice.

Soluţii solide de substituţie şi interstiţie. Faze intermetalice, particularităţile structurilor, condiţiile de formare. Regiunile de omogenitate a fazelor intermetalice. Metode de studiu ale aliajelor (metalografia, analiza fizico-chimică, analiza de fază cu raze X). Utilizarea aliajelor în tehnica modernă.

Compuşii coordinativi

Cuvinte cheie: compuşi coordinativi; structură; stereochimie; câmp cristalin; metoda OM LCAO; izomerie; regula ciclurilor; liganzi macrociclici; complecşi polinucleari; clatraţi.

Definiţia “ compus coordinativ“. Teoria coordinativă a lui A. Werner. Concepţiile contemporane despre structura compuşilor coordinativi, natura covalentă şi electrostatică a legăturii metal-ligand.

Structura compuşilor complecşi de pe poziţia metodei legăturilor de valenţă. Hibridizarea orbitalilor atomici şi stereochimia compuşilor complecşi. Complecşi intra- şi extraorbitalici. Noţiuni despre teoria câmpului cristalin. Cazul câmpului slab şi puternic. Şirul spectrochimic. Efectul Jahn-Teller.

Structura complecşilor octaedrici, tetraedrici, pătraţi de pe poziţia metodei OM CLOA (teoria câmpului liganzilor). Numărul coordinativ al atomului central în compuşii complecşi (tipic şi rar, permanent şi variabil). Stereochimia compuşilor covalenţi şi ionici. Complecşi labili şi inerţi. Mecanismele asociativ şi disociativ ale schimbului de liganzi. Izomeria complecşilor inerţi. Izomeria geometrică şi optică. Influenţa reciprocă a liganzilor din sfera internă a complecşilor. Efectul de influenţă trans a lui Cerneaev. Explicarea naturii influenţei trans- şi cis- din punct de vedere termodinamic, cinetic şi de polarizare. Tipurile de compuşi complecşi.

Regula ciclurilor Ciugaev. Complecşi polinucleari. Liganzi organici şi anorganici. Complecşi cu liganzi mono- şi polidentaţi. Complecşi cu liganzi macrociclici. Clatraţi. Carbonili. Izo- şi heteropolicondensarea. Complecşi nitrogenici. Compuşi coordinativi naturali: enzime, derivaţii porfirinei, vitamine etc.

Metode de cercetare a compuşilor anorganici şi complecşi

Cuvinte cheie: chimie preparativă; metoda de difracţie; spectroscopie optică; spectroscopie de rezonanţă ; magnetochimie; termogravimetrie; mass- spectroscopie; constante de stabilitate; efectul chelatic; efectul macrociclic.

Analiza chimică, metoda chimiei preparative. Metodele fizice de studiu şi analiză. Metode de difracţie (studiul cu raze X, neutronografia, electronografia). Spectroscopia optică (electronică, UV, IR, şi RS). Rezonanţa electronică paramagnetică. Metode de studiu magnetochimice. Termogravimetria, mass- spectroscopia. Metoda Mössbauer. Rezonanţa magnetică nucleară.

Formarea complecşilor în soluţii. Constante de stabilitate, dependenţa lor de sarcina ionului central şi liganzi, geometria câmpului, efectul chelatic şi macrociclic, specificul steric al particulelor reactante. Metode de calcul şi experimentale pentru determinarea constantelor de stabilitate. Întrebuinţarea compuşilor complecşi în tehnologie şi chimia analitică. Folosirea complecşilor în calitate de catalizatori, substanţe active, pentru raze laser, reagenţi de deplasare (metoda RMN), substanţe medicinale.

Radiochimia

Cuvinte cheie: radioactivitate; separarea radioizotopilor; sinteza elementelor.

Radioactivitatea naturală şi artificială. Metode de cercetare a fenomenelor radioactive. Legea de bază a transformărilor radioactive, regula deplasării, echilibrul radioactiv. Separarea radioizotopilor din zăcăminte naturale şi din amestecuri ale produselor scindării nucleilor atomice. Familii radioactive (uran, radiu, toriu, actiniu). Sinteza elementelor transuranice şi transplutonice. Specificul structurii şi proprietăţilor actinidilor şi lantanoidelor. Sinteza tehneţiului, astatiniului şi promeţiului.

Metodele de sinteză anorganică

Cuvinte cheie: metode de sinteză; sinteza clasică; sinteza templată; sinteza sistemelor supramoleculare; metode de purificare.

Reacţii de oxido-reducere. Reacţii de schimb. Reacţii în fază solidă, specificul lor cinetic. Reacţii în soluţii. Sinteze în solvenţi neapoşi, în gaze lichifiate. Reacţii de transport. Metode electrochimice de sinteză. Sinteze la temperaturi înalte în plasmă. Sinteze la presiuni supraînalte. Sinteze cu participarea radiaţiei. Radioliza apei. Fotochimia. Sinteza la descărcări electrice (fluoruri de xenon, cripton). Metode de creştere a monocristalelor. Sinteza templată. Concepţiile de bază şi metodele de asamblare a sistemelor supramoleculare. Metode de preparare a compuşilor cu grade stabile de oxidare maxime şi minime.

Literatura de specialitate

1. Ф. Коттон, Дж. Уилкинсон. Современная неорганическая химия, М., “Мир”,1969, т.1-3.

2. Ю. Д. Третьяков, Л. И. Мартыненко, А. Н. Григорьев, А. Ю. Цивадзе. Неорганическая химия.

Химия элементов. Том 1, 2. Москва. Изд. Московского Университета. 2007. 538, 670 с.

3. Дж. В. Стид, Дж. Л. Этвуд. Супрамолекулярная химия. Перевод с англ. Под ред. А. Ю.

Цивадзе, В. В. Асланова, А. Д. Гарновского. Москва. ИКЦ «Академкнига» 2007. Том 1, 2.

895с.

4. В. В. Скопенко, А. Ю. Цивадзе, Л. И. Савранский, А. Д. Гарновский. Координационная

химия. ИКЦ «Академкнига» 2007. 487с.

5. Р. Драго. Физические методы неорганической химии, М., T.1,2. ”Мир”,1981.

6. Neagoiu D. Tratat de chimie anorganică. V. I şi II. Bucureşti , 1972.

7. Neniţescu C. D. Chimia generală. Ed. Tehnică. Bucureşti, 1963.

8. Marcu Gh. Chimia compuşilor coordinativi. Ed. Acad. Rom. Bucureşti, 1984, 414 p.

Bibliografie suplimentară

1. Н. В. Гэрбэлэу. К. М. Индричан. Масс спекрометрия координационных соединений.

Кишинев, “ Штиинца”, 1984.

2. N.V. Gerbeleu, V. Arion, Burgess. Template Synthesis of Macrocyclic compounds, Wiley-VCH,

Weinheim,1999.

3. J. M. Lehn. La chimie supramoleculaire. Concepts et perspectives. Wiley-VCH, Weinheim,1997.

4. Brezeanu M., Cristurean E., Antoniu A., Marinescu D., Andruh M. Chimia metalelor. Ed.

Acad.Rom. Bucureşti, 1990. 406 p.

5. C. Turtă. Introducere în disciplina de rezonanţă gama (spectroscopia Mossbauer). Chişinău, CE

USM, 2003, 170 p.

6. N. N. Greenwood, A. Earnshaw. Chemistry of Elements, Butterworth Heinemann, Second Edition

1997, 1340 p.

Paşaportul

specialităţii ştiinţifice 02.00.01 – Chimie anorganică

Domeniul ştiinţific, în care se conferă gradul ştiinţific:Chimie

Formula specialităţiiSpecialitatea 02.00.01 -chimie anorganică cuprinde aria de cercetări privind elementele chimice şi

substanţele simple şi compuse ce le formează (cu excepţia compuşilor carbonului).

Direcţii de cercetare:

Obţinerea elementelor sistemului periodic şi proprietăţile lor;

Chimia substanţelor simple şi transformările lor;

Chimia compuşilor coordinativi;

Chimia bioanorganică;

Polimeri anorganici;

Soluţii solide aliaje;

Legătura chimică;

Chimia tehnologică a elementelor şi a substanţelor anorganice.

Studiul legităţilor de bază a sintezei compuşilor coordinativi ai metalelor, elaborarea şi realizarea metodelor de obţinere a compuşilor complecşi, care diferă după: a)natura atomului central; b) tipul de liganzi; c) nuclearitate; d) structura geometrică şi electronică.

Studiul proprietăţilor fizice : a) structura; b) proprietăţile magnetice; c) proprietăţile spectroscopice şi spectrele ; d) conductibilitatea electrică ; e) proprietăţile caloristice ; f) stabilitatea termică.

Studiul proprietăţilor chimice : a) reactivitatea compuşilor; b)proprietăţile catalitice ; c) proprietăţile analitice (transportori de ioni şi molecule, reagenţi pentru electrozi ionselectivi); d) activarea moleculelor mici (O2, H2O, CO,etc.)

Schimbarea proprietăţilor liganzilor în urma coordinării şi căile de obţinere a noi compuşi pe această cale. Procesele template, legităţile de bază şi aplicarea lor în sinteza coordinativă.

Utilizarea compuşilor coordinativi în industrie, biologie, medicină, agricultură.

Specialităţi adiacente: 02.00.02 - Chimie analitică 02.00.03 - Chimie organică 02.00.04 - Chimie fizică 02.00.05 - Electrochimie 02.00.08 - Chimia compuşilor elementoorganici 02.00.15 - Cinetică chimică şi cataliză 02.00.14 - Radiochimie 01.04.17 - Fizică chimică

Specialităţi complementare: 14.00.14 - Oncologie şi radioterapie

04.00.02 - Geochimie

Delimitările de specialităţile adiacente:

Soluţionarea obiectelor necesare în investigaţiile ştiinţifice la specialitatea 02.00.01 necesită utilizarea metodelor specifice unor discipline adiacente:

02.00.04- chimie fizică; 02. 00. 02- chimie analitică; 02.00.03 -chimie organică; 02.00.05 -electrochimia; 02.00.15 -cinetica chimică şi cataliza; 02.00.08 -chimie elementorganică.

Totuşi, pentru chimia anorganică metodele şi obiectele de studiu al disciplinelor enumerate sunt folosite în chimia anorganică numai în acea măsură care permite de a obţine o informaţie cât mai amplă şi aprofundată despre compuşii anorganici, fără a aborda atotcuprinzător problemele specialităţilor sus numite.

Chimia fizică prevede elaborarea legităţilor şi utilizarea lor, atât pentru compuşii anorganici cât şi organici, în timp ce chimia anorganică utilizează procedeele şi legităţile chimiei fizice pentru a studia proprietăţile compuşilor anorganici coordinativi.

Chimia analitică formulează legităţile, elaborează şi utilizează metodele calitative şi cantitative de analiză a elementelor compuşilor chimici, în timp ce chimia anorganică utilizează metodele chimiei analitice în scopul determinării compoziţiei compuşilor complecşi.

Corelaţia cu chimia organică constă în utilizarea compuşilor organici în calitate de liganzi în complecşi, precum şi la folosirea compuşilor coordinativi în cataliza organică, precum şi la sinteza unor clase de compuşi organici (exemplu: majoritatea compuşilor organici macrociclici). Electrochimia este utilizată în chimia anorganică în procesele redox în cazul procedeelor de schimbare a gradului de oxidare a metalului central, precum şi uneori în scopuri de analiză chimică.

Compuşii coordinativi, de rând cu alte tipuri de compuşi sunt obiectul de studiu în cinetica chimică şi sunt utilizaţi pe larg în cataliză.

Compuşii elementoorganici au mult comun cu cei coordinativi, deosebindu-se de ultimii prin trei parametri de bază : tipul de legătură chimică şi un mai larg spectru de elemente ce formează astfel de compuşi, precum şi printr-un şir de proprietăţi ce î-i apropie de chimia organică (solubilitate în solvenţi inerţi, temperaturi de topire şi volatilizare, diferite reacţii tipice compuşilor organici,etc).

Chimia anorganică apelează la legităţile chimiei corpului solid pentru un şir limitat de cazuri, spre exemplu, la folosirea studiilor termogravimetrice.

Unii compuşi complecşi se adeveresc a fi activi în calitate de stimulatori în procesele microbiologice, spre exemplu, la sinteza vitaminei B12. Unii compuşi complecşi se folosesc în chimioterapie la tratarea unor boli (cancerul, diabetul, anemia, etc.). Unii compuşi complecşi se adeveresc buni agenţi de combatere a bolilor plantelor ( cloroza, filoxena, etc.).

Tezele de doctorat elaborate la interferenţa specialităţii 02.00.01 - chimia anorganică cu specialităţile adiacente enumerate mai sus, pot fi prezentate spre susţinere la două specialităţi cu condiţia includerii în componenţa consiliului specializat a specialiştilor respectivi.