CHIMIE

Curs 1-Introducere

Conf. dr. ing. Nicoleta Badea

Evaluare

• 30% Laborator;

• 30 % Partial

• 40 % Examen final – minim 5

• Cerinte laborator

• Efectuarea obligatorie a 6 lucrari experimentale si prezentarea

referatelor aferente – nota 5;

• Referatul de laborator trebuie sa cuprinda:

- parte teoretica – printat;

- date experimentale prelucrate;

- interpretarea rezultatelor;

- grafic

- problema

De ce chimie?

Cuprins CAP. 1 CORELAŢIA DINTRE LEGĂTURA CHIMICĂ,

STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR UTILIZATE ÎN AUTOMATICA INDUSTRIALĂ

1.1 Legaturi chimice.

• Legătura ionică. Aplicaţii ale substanţelor ionice

• Legatura covalentă. Substanţelor covalente (diamant, grafit, fullerene, nanotuburi de carbon, polimeri) cu aplicaţii în automatica industrială

• Legătura metalică- conductori metalici;

1.2 Semiconductori. Conductibilitate de tip n şi p

1.3 Materiale electroceramice

1.4 Influenţa structurii chimice asupra proprietăţilor electrice, magnetice şi optice ale substanţelor

1.5 Combinaţii chimice, cu implicaţii in automatizări (in stare cristalină, amorfă, lichidă si de cristal lichid).

CAP. 2 TERMODINAMICA

CAP. 4 ECHILIBRUL CHIMIC

CAP. 3 CINETICĂ

CAP. 5 ELECTROCHIMIE

5.1 Surse chimice de energie electrică.

5.2 Pile primare, acumulatori, pile de combustie.

5.3 Coroziunea- metode de protecţie împotriva coroziunii

(protecţie catodicã şi anodicã, inhibitori de coroziune, etc).

5.4 Electroliza. Metode electrochimice de obţinere a cablajelor

imprimate

5.4 Aplicaţii - senzori, biosenzori şi traductori.

BIBLIOGRAFIA

1. C.Pirvu, Chimie generală- noţiuni fundamentale, Ed. Printech, 2009

2. B. Popescu şi I. Demetrescu, Chimie, Ed. Bren, 2000;

3. B. Popescu, M. D. Ioniţã, Chimie, Ed. Matrix Rom, Bucureşti, 2005;

4. St. Perişanu, Chimie pentru ingineri nechimisti, Ed. Politehnica Press Bucureşti, 165 pg., 2008 reeditare;

5. S. Mihai, Chimia pentru nechimişti, 2005.

6. P. W. Atkins, Julio de Paula, Tratat de Chimie Fizică, Ed. Agir 2005;

7. E. Jurconi, B. Popescu, C. Nicolescu, D. Ionescu, Probleme de chimie generală, Ed. Printech 2000;

8. G. T. Tihan, N. Badea, M. D. Ioniţă, ”Aplicaţii de laborator şi probleme de chimie pentru facultăţile de profil mecanic”, Ed. Politehnica Press, 2009;

CAPITOLUL 1

CORELAŢIA DINTRE LEGĂTURA CHIMICĂ, STRUCTURA ŞI PROPRIETĂŢILE MATERIALELOR

UTILIZATE ÎN AUTOMATICA INDUSTRIALĂ

Atom Legături

chimice

Stuctură

chimică

Proprietăţi fizico-

chimice

Materiale

•Atomul este cea mai mica particula dintr-o substanta care nu mai

poate fi fragmentata prin procedee chimice obisnuite.

Configuratia electronica a atomului

Elementul chimic

– substanta formata din atomi de aceelasi fel;

- Se noteaza A z X

- Z –nr. atomic- indica nr. de protoni din nucleu;

- A- nr. de masa -reprezinta suma protonilor si neutronilor din

nucleu

A = p+n

Izotopii – elemente chimice care au aceelasi nr. atomic Z, dar nr.

de masa A, difera (nr. diferit de neutroni).

Configuratie electronica a atomului

• Numere cuantice:

– numar cuantic principal strat

–numar cuantic secundar substrat

1n 0 ( 1)l n

l m l –numar cuantic magnetic orbital

1 1

s=- si 2 2

– numar cuantic de spin

Intr-un orbital pot exista maxim 2 electroni de spin opus, de

valoare 1 1- si 2 2

Tipuri de orbitali

Configuratie electronica a

atomului Principiul Aufbau

– electronii ocupa orbitalii liberi cu cea mai mica energie;

Principiul excluderii lui Pauli

–niciun orbital nu poate fi ocupat cu mai mult de 2 electroni;

Regula lui Hund

– orbitalii cu aceeasi energie sunt ocupati mai intai cu cate un

electron, cu spin paralel si apoi de un electron cu spin antiparalel.

RELAŢIA DINTRE STRUCTURA ATOMULUI ŞI

LOCUL ELEMENTULUI ÎN SISTEMUL PERIODIC

• Structura învelişului electronic al atomului → poziţia

elementului în sistemul periodic

• Numărul grupei → numărul electronilor de valenţă =

electronii de pe ultimul strat în curs de completare

• Numărul perioadei → numărul de straturi electronice

Ex. Scrieţi structura electronică a elementului Pb (Z=

82, A=208)

Legaturi chimice

Legături chimice se formează prin interacţiunea electronilor din ultimul

strat, numiţi electroni de valenţă

Tipuri de legaturi:

Legături puternice

- Legătura ionică sau electrovalenţa;

- Legătură covalentă sau colalenţă;

- Legătură metalică.

Legături slabe intermoleculare :

- legături van der Waals;

- legături de hidrogen

• Factorii care determină formarea unei legături chimice sunt:

- electronegativitatea;

- energia de ionizare;

- afinitatea pentrui electroni;

- energia de reţea;

- energia de solvatare;

- dimensiunea atomilor.

Electronegativitatea (E) - capacitatea unui atom, făcând parte dintr-o

moleculă, de a atrage electronii spre el.

E = (I + A)/2,

unde:

I - reprezintă potenţialul de ionizare;

A - afinitatea pentru electroni, ambele exprimate în eV.

1, VII 1, I

7, I

Potenţialul de ionizare (energia de ionizare) este cantitatea de energie

care se consumă pentru a îndepărta unul sau mai mulţi electroni dintr-un

atom aflat în stare gazoasă pentru a forma un ion pozitiv.

7, I 1, VII

1, I

Se constată că în serie electronegativitatea creşte de la grupa I la grupa a

VII-a, iar în grupă scade de sus în jos.

Afinitatea pentru electroni

- energia care se degajă atunci când un atom acceptă un electron

în stratul lui de valenţă, transformându-se într-un ion negativ.

- cele mai mari afinităţi pentru electroni o au halogenii (F, Cl), în timp

ce metalele alcaline (Na, K) nu au afinitate pentru electroni.

- În cazul formării, anionilor divalenţi, O2-, S2-, este necesară energie,

deoarece cel de-al doilea electron este respins de primul care a

intrat în moleculă. Astfel, în cazul formării ionului monovalent de O-

se degajă o cantitate de energie, în timp ce formarea anionului

divalent O2- necesită o cantitate de energie,

Energia de reţea

• teoria electrovalenţei dată de Kossel arată că legătură chimică

pentru a fi stabilă, trebuie să se formeze cu degajare de energie.

• cu cât energia degajată la formarea legăturii din atomi liberi este mai

mare, cu atât combinaţia rezultată este mai stabilă

combinaţiile ionice sunt stabile.

• la formarea reţelei cristaline de NaCl ca urmare a atracţiilor

electrostatice între ionii gazoşi de sarcini opuse se produce cu o

mare degajare de energie denumită energie de reţea.

Energii de solvatare

- procesul de solvatare sau de hidratare, este procesul în care reacţia

de ionizare are loc în soluţie apoasă, iar ionii formaţi se unesc cu

moleculele de apă, prin legături slabe.

- procesul este puternic exoterm. Energiile de solvatare ale ionilor

scad cu volumul (raza) atomului şi cresc cu valenţa.

- energia de solvatare, în cazul NaCl este dat de suma energiilor de

solvatare individuale a ionilor de Na+ şi Cl-.

Dimensiunea atomilor influenţează formarea legăturilor chimice:

- atomii cu dimensiuni mici au tendinţa de a forma legături

covalente, iar atomii cu dimensiuni mari formeaza legaturi ionice;

- in fiecare perioada a sistemului periodic, tendinţa de a forma

covalenţe creşte de la stânga la dreapta, iar în grupa această

tendinţă scade odată cu creşterea lui Z.

- Exemplu:

grupa I A: Li formează covalenţe şi electrovalente în timp ce Na

numai electrovalenţe;

grupa a III A, B formează numai covalenţe în timp ce Al

formează ioni uşor.

grupa a IV A - tendinţa de formare a legăturilor covalente este

mai pronunţată la C şi Si, scăzând progresiv la Ge, Sn, Pb.

Legaturi chimice

Legătura ionică este definită ca fiind atracția electrostatică dintre ioni cu

sarcini opuse.

Se formează prin transferul de electroni dintre metale şi nemetale.

Se formeză o moleculă in care intre ionii pozitivi si negativi se exercita o

atracţia electrostatică.

Compuşii ionici formaţi sunt electroneutri, suma sarcinilor pozitive fiind

egală cu suma sarcinilor negative.

Na Na e

Cl e Cl

Na Cl Na Cl

Legatura ionica

De exemplu: NaCl, cristalizează în reţea cubică.

Cristalul de NaCl este neutru din punct de vedere electric, deoarece

raportul dintre numărul ionilor cu sarcini de semn contrar este de 1:1.

Legătura ionică nu este orientată în spaţiu, forţele de atracţie electrostatică

acţionează în toate direcţiile şi se formează un macroagregat ionic.

În starea solidă, compuşii ionici formează reţele ionice, astfel ionii pozitivi

alternează cu ionii negativi,ocupând poziţii bine determinate, între ioni se

exercită forţe de atracţie electrostatice.

Proprietăţile substanţelor ionice

starea de agregare - solide, cristalizate;

punctele de topire şi de fierbere sunt influenţate de dimensiunile

atomilor şi de mărimea sarcinii ionului pozitiv.

Punctele de topire ale compuşilor ionici sunt:

-cu atât mai mari cu cât raza ionilor este mai mică (NaF > NaCl >NaBr > NaI);

- creşte cu sarcina ionului pozitiv (NaF < MgF2 < AlF3)

Substanţă NaF NaCl NaBr MgF2 AlF3

p. t. [oC] 992 801 740 1260 1290

solubilitate – substanţele ionice sunt solubile numai în solvenţi polari;

proprietăţi mecanice - cristalele ionice sunt casante, ca urmare a

deplasării „straturilor” cu ioni pozitivi şi negativi în alternanţă, astfel că

ioni cu aceeaşi sarcină ajung în contact, se resping şi cristalul se sparge.

proprietăţi electrice - cristalele ionice nu conduc curentul electric în stare solidă, deoarece

ionii ocupă poziţii fixe în reţeaua cristalină.

-in stare lichidă sau în soluţie, ionii devin mobili, iar sub acţiunea unei

diferenţe de potenţial, ionii se pot deplasa spre electrozi, făcând posibilă

trecerea curentului electric.

Substanţele care permit trecerea curentului electric prin soluţie sau

topitură poartă numele de electroliţi.

proprietăţi magnetice - au un moment de dipol (μ) permanent şi cu

valori mari (μ>50), care determinã o polarizare puternicã.