elemente chimice

of 40/40
Elemente si combinatii chimice Sistem periodic Proprietati periodice Hidrogen & Oxigen & Combinatii (ale acestora) http://vl.academicdirect.org/general_chemistry /periodic_system
  • date post

    28-Sep-2015
  • Category

    Documents

  • view

    221
  • download

    1

Embed Size (px)

description

sistemul periodic

Transcript of elemente chimice

  • Elemente si combinatii chimiceSistem periodicProprietati periodiceHidrogen & Oxigen & Combinatii (ale acestora)http://vl.academicdirect.org/general_chemistry/periodic_system

  • Sistemul periodic

  • 1H2He3Li10Ne18Ar36Kr54Xe86Rn85At53I35Br17Cl9F8O16S34Se52Te84Po83Bi51Sb33As15P7N6C14Si32Ge50Sn82Pb5B13Al31Ga49In81Tl11Na19K37Rb55Cs87Fr4Be12Mg20Ca38Sr56Ba88Ra104Rf105Ha74W89Ac57La39Y21Sc30Zn48Cd80Hg22Ti40Zr23V24CrMn2526Fe44Ru Os76 Re7543Tc72Hf41Nb73Ta42Mo90Th58Ce92U60Nd93Np61Pm94Pu62Sm95Am63Eu96Cm64Gd97Bk65Tb98Cf66Dy68Er100Fm69Tm101Md71Lu103Lw

  • Criteriul de baz al clasificrii elementelor este numrul atomic, Z care reprezint numrul total de electroni ai atomilor, respectiv numrul de protoni din nucleuElementele n sistemul periodic sunt aezate n coloane verticale - grupe - respectiv iruri orizontale - perioade. Succesiunea perioadelor respect succesiunea nivelelor principale de energie sau a straturilor electronice din atomi. Deci numrul perioadei din sistem este egal cu numrul cuantic principal (a stratului n curs de ocupare). Numrul grupei reprezint numrul electronilor de pe ultimul nveli, care determin proprietile chimice ale elementelor. Astfel se explic similitudinea proprietilor chimice n grupe.Proprietile chimice ale elementelor sunt determinate n primul rnd de tendina atomilor de a realiza configuraii electronice ct mai stabile i de a-i folosi ct mai complet orbitalele de valen.

  • The periodic "law" of chemistry recognises that properties of the chemical elements are periodic functions of their atomic number (that is, the number of protons within the element's atomic nucleus). The periodic table is an arrangement of the chemical elements ordered by atomic number in columns (groups) and rows (periods) presented so as to emphasize their periodic properties.There are many different ways, sometimes ingenious, of arranging the chemical elements according to which properties are of particular interest but that shown here is a standard form of the periodic table. The relative merits of various other periodic table organisations is still the subject of debate.

  • Marimi si proprietatiAnion: atom sau grup de atomi care contin mai multi electroni decat protoni consecinta - orice sistem incarcat negativ este referit ca anion; Cation: idem opusRaza atomica: masura dimensiunii relative a atomilor (vezi O2 si H2O)Afinitatea electronica: masura a abilitatii sau tendintei unui atom de a primi electroni concept energetic definitia formala refera un electron: X + 1e- X-1 + E.A.Electronegativitatea: abilitatea unui atom legat de a atrage electroni; la nivel de legatura, electronul poate fi pus in comun sau transferat; Scara Pauling postuleaza electronegativitatea F: 4.0 si H: 1.0; Ies din scara metalele; ex Fr: 0.7.Potential de ionizare: proces energetic ce refera formarea cationului: X + I.P. X+ + 1e-; exista si potentiale de ionizare suplimentare (ex. X+ +I.P.2 X2+ + 1e-

  • Tendinte periodiceRefera schimbarea proprietatilor atomilor care au loc in la deplasarea in interiorul grupelor si perioadelorIn perioada de la stanga la dreapta: I.P., E.A., electronegativitatea cresc; Dimensiunea (raza) scade;In grupa de sus in jos: I.P., E.A., electronegativitatea scad; Dimensiunea (raza) creste;Factori de stabilitate electroni cedati sau primiti de atomi in procesul de formare de legaturi chimice cu scopul de a creste stabilitatea prin legatura:Tendinta de a ajunge la configuratia electronica a unui gaz nobil;Tendinta de a pierde toti electronii de valenta (uneori in special cei de pe subnivelul p);Tendinta de a mentine: Ocupati, jumatate ocupati si neocupati seturile de orbitali

  • Raspandirea elementelorClarck: Procentul cu care un element particip n compoziia scoarei terestre se numete clarck, dup numele geochimistului american F. W. Clarcke.tiina care se ocup cu rspndirea elementelor cu formarea i compoziia mineralelor se numete geochimie.

  • Rspndirea elementelor in scoar n scoara terestr 15 elemente, majoritatea de la nceputul sistemului periodic, cu Z mic, formeaz aproximativ 99.8%, pe cnd restul elementelor abia nsumeaz 0.52%. Cele mai rspndite elemente din scoar sunt oxigenul, siliciul i aluminiul, care reprezint peste 82%.

  • Raspandirea elementelor in atmosferanveliul gazos din imediata vecintate a Pmntului este atmosfera. Atmosfera este format mai ales din azot (78%) i oxigen (21%), alturi de alte elemente n cantiti foarte mici.

  • Minereuri

  • Hidrogenul

  • configuraia 1s1 i stabilitatea la ionizare fac ca hidrogenul s formeze n majoritatea combinaiilor legturi covalente.Ionii H+ i :H- sunt instabili - chimic se traduce prin a afirma c sunt foarte reactiviAstfel, din cauza cmpului electrostatic extrem de intens generat n jurul, su protonul nu poate exista singur n aceeai soluie cu moleculele polare, sau specii ce se pot polariza, reacionnd instantaneu.In ap, ionul H+ se stabilizeaz devenind ionul hidroniu, notat H3O+, iar n amoniac devine ionul amoniu, NH4+, legtura coordinativ datorndu-se unei perechi de electroni neparticipani.Clasic: H+ + H2O H3O+, H= -1093 kJmol-1In realitate exist mai multe specii hidroniu ce conin 3, 4, ..., 12 molecule de ap legate mpreun, cea mai probabil fiind: (H2O)4H+, dar pentru simplitate toate aceste specii se noteaz simplificat H3O+

  • Hidrogenul are trei izotopi purtnd nume distincte: protiul, deuteriul i tritiul respectiv: 11H, 12H (notat D) i 13H (notat T). Evident masa deuteriului este de dou ori masa protiului iar a tritiului de trei ori masa acestuia. 99.985% din hidrogenul scoarei terestre este reprezentat de protiu i doar 0.015% este deuteriu. Acesta este motivul pentru care masa atomic hidrogenului este fracionar (1.008). Izotopul natural cel mai greu - tritiul - este - radioactiv, avnd un timp de njumtire T1/2 = 12.26 ani, trecnd prin dezintegrare n heliu. De aceea poate fi utilizat fr pericol n calitate de trasor radioactiv, pentru c face posibil urmrirea manierei n care are loc o succesiune complicat de reacii sau etape tehnologice n care este implicat i hidrogenul.

  • Obtinerea hidrogenuluiO prim cale pleac de la hidrocarburi cu mas molecular joas. n procesele industriale de rafinare a benzinelor, hidrogenul rezult ca produs secundar. Astfel n procesul de sintez a octanului, C8H18, pornindu-se de la molecule mai mici se obine i hidrogen:2C2H6 + C4H8 C8H18 + H2Un alt procedeu, n care sunt implicate de asemenea hidrocarburi, este cracarea - o tehnologie de transformare a moleculelor de hidrocarburi mari n molecule mai mici - rezultnd att hidrogen ct i molecule de hidrocarburi nesaturate. De exemplu:C12H26 C5H10 + C4H8 + C3H6 + H2

  • Alte metode de obinere a hidrogenului utilizeaz, pe lng hidrocarburi, vapori de ap i catalizatori. Unul dintre aceste procedee este reformarea catalitic. Astfel, dac se utilizeaz metan i vapori de ap rezult monoxid de carbon i hidrogen:CH4 + H2O CO + 3H2Produsul (amestecul CO + H2) este cunoscut i sub numele de gaz de sintez ntruct se poate folosi ca materie prim ntr-o serie de sinteze industriale, ca de exemplu n cea a alcoolului metilic. Printr-o a doua reacie catalitic oxidul de carbon se poate converti cu vapori de ap, n dioxid de carbon i hidrogen - fenomenul fiind cunoscut sub numele de reacia gazului de ap:CO + H2O Fe/Cu500C CO2 + H2Fe/Cu - fier activat cu cupru.

  • Proprieti chimice ale hidrogenului. Reacii cu nemetale

  • Proprieti chimice ale hidrogenului. Reacii cu metaleCu restul metalelor nu formeaz combinaii chimice ns dau, ca urmare a unei interaciuni specifice hidruri metalice sau interstiiale, asemntoare aliajelor

  • Caracterul reductor al hidrogenului Cu foarte multe combinaii, inclusiv organice, hidrogenul prezint un caracter reductor, n principiu asemntor celui din reacia cu nemetalele (oxidani). Pe baza acestui caracter reductor, hidrogenul se utilizeaz n extracia hidro-metalurgic a cuprului sau a altor metale: Cu2+(aq) + H2(g) = Cu(s) + 2H+(aq)Astfel, dup ce cuprul, provenit din minereu, este transformat n sulfat de cupru, prin barbotare de hidrogen se poate separa cuprul metalic. Cam 1/3 din tot hidrogenul fabricat industrial este utilizat pentru astfel de reduceri. Condiia necesar pentru a fi posibil o astfel de reducere este ca potenialul redox al metalului () s fie pozitiv.De asemenea, un mare numr de oxizi se poate reduce cu hidrogen la metal, evident la o temperatur ridicat, servind la obinerea acestora. De exemplu, trioxidul de wolfram se poate reduce la metal: WO3 + 3H2 W + 3H2O

  • Pe de alt parte o mare cantitate de hidrogen este utilizat n industria alimentar pentru hidrogenarea uleiurilor vegetale, acestea avnd o legtur dubl izolat n interiorul unui lan saturat, R, dintr-un acid gras (R-COOH):H2 + -CH2-CH= CH-CH2- -CH2-CH2 CH2 -CH2-Procesul este de asemenea o reducere. n urma acestui tratament uleiurile (grsimile lichide), ce conin legturi duble (fig.2.1.4), devin grsimi solide (margarina) din cauza faptului c, mpachetndu-se mai bine, interaciunile catenelor (moleculelor) se intensificHidrogenul este folosit n practica industrial datorit reaciilor de hidrogenare catalitic dintre care se disting ca importan hidrogenrile azotului, oxidului de carbon i uleiurilor naturale:azotului (procedeul Haber);oxidului de carbon: CO + 2H2 CH3OH (metanol);uleiurilor nesaturate cu formare de catene hidrocarbonate saturate (aplicat n obinerea margarinei).Toate reaciile amintite se petrec catalitic n condiii energice.

  • OxigenulOxigenul este primul element al grupei 16 avnd configuraia electronic 2s22p4; este al doilea element, din punct de vedere al electronegativitii, dup fluorOxigenul este elementul cel mai rspndit n natur (46.59%) att n aer n stare liber (20.9% volum), n ap (88.89%) i n scoara terestr intrand n compoziia majoritii rocilor i mineralelor (46.6%).Existena oxigenului a fcut posibil apariia formelor superioare ale vieii pe pmnt. Oceanele acoper trei sferturi din suprafaa Pmntului. n scoar oxigenul se gsete mai ales sub form de oxo-sruri silicai i alumino-silicai, carbonai, sulfai, nitrai, i sub form de oxizi.Oxigenul are 3 izotopi: 16O (99.759%), 17O (0.0374%), 18O (0.239%). Prin distilarea fracionat a apei se pot concentra pn la 97% atomice n cazul 18O sau 4% atomice de 17O. Izotopul 18O folosete ca trasor n studiul mecanismelor de reacie ale compuilor cu oxigen. 17O are spin nuclear i se poate utiliza n studii de rezonan, de exemplu pentru a face distincie ntre apa din compleci, de exemplu: Co(NH3)5H2O, i apa ca solvent.

  • Stri alotropice. Oxigenul are dou stri alotropice: O2 dioxigen, i O3 trioxigen sau ozon.Reacia de formare a O3 din O2 este de asemenea endoterm iar inversul acesteia, firesc este una exotem:3O2 2O3 H = +8.1 kJmol-12O3 3O2 H = -142 kJmol-1Se mai poate forma O3 i prin disocierea termic a O2 peste 1500C, cnd O2 disociaz n 2 atomi de O care cu O2 dau O3.Aciunea radiaiilor ultraviolete (UV) asupra O2 produce urme de O3 n atmosfera superioar (stratosfer). Concentraia maxim de ozon n stratosfer se afl la altitudinea de ~25 km. Prezena ozonului n atmosfera superioar este de importan vital pentru protejarea scoarei terestre de expunere excesiv la radiaii UV.

  • Metode de obinere a O2IndustrialDistilarea fracionat a aerului lichid. O2 are p.f. = -182.9 C iar N2 are p.f. = -195.7 C, astfel nct se pot separa destul de uor. Oxigenul se mbuteliaz n tuburi de oel la presiuni de 150 atm, care se pot astfel transporta i utiliza n multe domenii.Electroliza apei acidulate sau alcalinizate, de exemplu soluii de NaOH 15-20%, folosind catod de Fe i anod de grafit. La catod se separ H2 iar la anod O2.n laboratorSe poate obine O2 n cantiti mici prin descompunerea termic a unor combinaii:- oxizi: 2HgO O2 + 2Hg, 3MnO2 O2 + Mn3O4- peroxizi: 2BaO2 O2 + 2BaO- sruri: KClO33/2O2 + KCl, 2KMnO4 O2 + MnO2 + K2MnO4O alt cale de obinere este utilizarea unor reacii redox:4MnO4- + 12H+ 5O2 + 4Mn2+ + 6H2O

  • Specii ionomoleculare ale oxigenului

  • ArderiUnele elemente reacioneaz energic cu oxigenul cu degajare mare de cldur i lumin (arderi vii). Aceste reacii sunt i mai violente n O2 curat dect n aer. Dintre nemetale, fosforul, carbonul i sulful ard uor n O2, iar dintre metale, Mg, Al, Fe (aduse la incandescen).Arderea crbunilor fosili i a hidrocarburilor constituie principala surs de cldur i indirect de energie a civilizaiei umane.Arderea unui amestec de H2 sau hidrocarburi cu O2 sau aer este o reacie exploziv (mecanismul este de reacie n lan, prin atomi i radicali liberi, cu o faz de iniiere prin scnteie sau flacr).

  • oxidarea halogenurilor la halogen elementar:SiCl4 + O2 = 2Cl2 + SiO2MgCl2 + O2 = Cl2 + 2MgO2AlBr3 + 3/2O2 = 3Br2 + Al2O3oxidarea sulfurilor (prjirea), important n metalurgie:2FeS + 7/2O2 = Fe2O3 + 2SO2ZnS + 3/2O2 = ZnO + SO2oxidarea unor oxizi inferiori:CO +1/2O2 = CO22FeO + 1/2O2 = Fe2O3SO2 + 1/2O2 SO3 (n prezen de catalizator)NO +1/2O2 = NO2oxidarea hidrurilor covalente (ale nemetalelor)2HX + 1/2O2 X2 + H2O, X = Cl, Br, ISH2 + 1/2O2 S + H2O2NH3 + 3/2O2 N2 +3H2OCH4 + O2 CO2 + 2H2O

  • Astzi se admite c sunt posibile mai multe reacii n soluie apoas:O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O 0 = +1.229 VO2 + 2H2O + 4e- = 4OH- 0 = +0.401 VO2 + 2H+ + 2e- = H2O2 0 = +0.682 VO2 + H2O + 2e- = OH- + HO2- 0 = -0.076 V

  • Biochimia oxigenuluiExistena oxigenului n atmosfera terestr este esenial pentru viaa de pe Pmnt. Cea mai mare parte a oxigenului din atmosfer este produs n procesul de fotosintez de ctre plantele verzi, n care clorofila folosete energia solar, sintetiznd zaharuri. Procesul se numete asimilaie clorofilian:6CO2 + 6H2O C6H12O6 + 6O2Aceasta este o reacie endoterm care poate avea loc numai n prezena luminii solare, unica surs de energie care ntreine viaa pe pmnt. Vieuitoarele consum oxigenul din atmosfer, n procesul de respiraie, cu eliminare de CO2:C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O

  • OxiziOxizi ionici, Oxizi covalent ionici, Oxizi covaleniIonici:Elementele din grupele 1 i 2 formeaz oxizi cu legturi predominant ioniceMetalele blocului d i f, de regul n stri inferioare de oxidare, formeaz de asemenea oxizi ionici, avnd tot un caracter bazicAceti oxizii cristalizeaz n reele ionice, compuse din ioni O2- i cationii metalelor respectiveIonul O2- exist numai n stare solid, iar n prezena apei hidrolizeaz: O2- + H2O = 2OH-

  • Covaleni:sunt oxizii nemetalelor i au caracter acidacetia sunt formai n general din molecule covalente simple, de exemplu CO, CO2, NO, NO2, SO2, SO3Oxizii cu caracter covalent formeaz i unele metale tranziionale n trepte superioare de oxidareCei solubili dau cu apa acizi (sunt deci anhidride de acizi): SO2 + H2O = H2SO3Cei insolubili reacioneaz cu bazele formnd sruri ale acizilor corespunztori:Sb2O5 + 2OH- + 5H2O = 2[Sb(OH)6]-Covalent-ionici:Sunt formati cu restul elementelorAu proprietati intermediare (amfoteri)Al2O3 + 6H+ = 2Al3+ + 3H2OAl2O3 + 2OH- + 3H2O = 2[Al(OH)4]-

  • Structura cuartuluiFace parte din familia Oxizilor cu oxigen dicoordinat. Aceti oxizi, de formul general R2O, au molecule unghiulare. Unghiul format de cele dou legturi R-O depinde de natura atomului R. De exemplu, unghiul se mrete n ordinea: H2O < (CH3)2O < Si-O-Si (n cuar).

  • SpinelulMgAl2O4 - grupa spinelilor - MIIMIII2O4MIII = Al, FeIII, CoIII, CrIII, MnIII, Ga;MII = Mg, Fe, Co, Ni, Zn, Cd, Cu

  • PerovskitCaTiO3 grupa perovskiilorMIIMIVO3, MIV: Ti, Zr, Hf; MII: Ca, Sr, Ba, ZnMIMVO3, MV: Nb, Ta; MI: Li, Na, KMIIMVO6, MV: Nb, Ta; MII: Ca, Sr, Ba

  • Bronzurilecategorie de compui ne-stoechiometrici cu structur perovskitic de formul general: AxBO3 unde B: W, Mo, Nb, Ta, V i A: Li, Na, K.Structura bronzurilor de wolfram:

  • Apa proprietati fizice

  • Apa proprietati chimice

  • Water properties: pHNo, you don't often hear your local news broadcaster say "Folks, today's pH value of Dryville Creek is 6.3"! But pH is an important measurement of water. Maybe for a science project you have taken the pH of water samples in your chemistry class ... and here at the U.S. Geological Survey we take a pH measurement whenever water is studied. Not only does the pH of a stream affect organisms living in the water, a changing pH in a stream can be an indicator of increasing pollution or some other environmental factor.As this diagram shows, pH ranges from 0 to 14, with 7 being neutral. pHs less than 7 are acidic while pHs greater than 7 are alkaline (basic). You can see that acid rain can be very acidic, and it can affect the environment in a negative way.