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 CORELAIA DINTRE LEGTURA CHIMIC,

STRUCTURA I PROPRIETILE MATERIALELOR UTILIZATE N AUTOMATICA INDUSTRIAL

1.1 Legaturi chimice.

Legtura ionic. Aplicaii ale substanelor ionice Legatura covalent. Substanelor covalente (diamant,

grafit, fullerene, nanotuburi de carbon, polimeri) cu aplicaii n automatica industrial

Legtura metalic- conductori metalici; 1.2 Semiconductori. Conductibilitate de tip n i p 1.3 Materiale electroceramice

1.4 Influena structurii chimice asupra proprietilor electrice, magnetice i optice ale substanelor

1.5 Combinaii chimice, cu implicaii in automatizri (in stare cristalin, amorf, lichid si de cristal lichid).

CAP. 2 TERMODINAMICA

CAP. 4 ECHILIBRUL CHIMIC

CAP. 3 CINETIC

CAP. 5 ELECTROCHIMIE

5.1 Surse chimice de energie electric. 5.2 Pile primare, acumulatori, pile de combustie.

5.3 Coroziunea- metode de protecie mpotriva coroziunii (protecie catodic i anodic, inhibitori de coroziune, etc). 5.4 Electroliza. Metode electrochimice de obinere a cablajelor imprimate

5.4 Aplicaii - senzori, biosenzori i traductori.

BIBLIOGRAFIA

1. C.Pirvu, Chimie general- noiuni fundamentale, Ed. Printech, 2009

2. B. Popescu i I. Demetrescu, Chimie, Ed. Bren, 2000; 3. B. Popescu, M. D. Ioni, Chimie, Ed. Matrix Rom, Bucureti,

2005;

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

5. S. Mihai, Chimia pentru nechimiti, 2005. 6. P. W. Atkins, Julio de Paula, Tratat de Chimie Fizic, Ed. Agir

2005;

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

8. G. T. Tihan, N. Badea, M. D. Ioni, Aplicaii de laborator i probleme de chimie pentru facultile de profil mecanic, Ed. Politehnica Press, 2009;

CAPITOLUL 1

CORELAIA DINTRE LEGTURA CHIMIC, STRUCTURA I PROPRIETILE MATERIALELOR

UTILIZATE N AUTOMATICA INDUSTRIAL

Atom Legturi

chimice

Stuctur

chimic

Proprieti 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.

RELAIA DINTRE STRUCTURA ATOMULUI I LOCUL ELEMENTULUI N SISTEMUL PERIODIC

Structura nveliului electronic al atomului poziia elementului n sistemul periodic

Numrul grupei numrul electronilor de valen = electronii de pe ultimul strat n curs de completare

Numrul perioadei numrul de straturi electronice

Ex. Scriei structura electronic a elementului Pb (Z= 82, A=208)

Legaturi chimice

Legturi chimice se formeaz prin interaciunea electronilor din ultimul strat, numii electroni de valen

Tipuri de legaturi:

Legturi puternice

- Legtura ionic sau electrovalena;

- Legtur covalent sau colalen;

- Legtur metalic.

Legturi slabe intermoleculare :

- legturi van der Waals;

- legturi de hidrogen

Factorii care determin formarea unei legturi chimice sunt:

- electronegativitatea;

- energia de ionizare;

- afinitatea pentrui electroni;

- energia de reea;

- energia de solvatare;

- dimensiunea atomilor.

Electronegativitatea (E) - capacitatea unui atom, fcnd parte dintr-o molecul, de a atrage electronii spre el.

E = (I + A)/2,

unde:

I - reprezint potenialul de ionizare;

A - afinitatea pentru electroni, ambele exprimate n eV.

1, VII 1, I

7, I

Potenialul de ionizare (energia de ionizare) este cantitatea de energie care se consum pentru a ndeprta unul sau mai muli electroni dintr-un atom aflat n stare gazoas pentru a forma un ion pozitiv.

7, I 1, VII

1, I

Se constat c n serie electronegativitatea crete de la grupa I la grupa a VII-a, iar n grup scade de sus n jos.

Afinitatea pentru electroni

- energia care se degaj atunci cnd un atom accept un electron n stratul lui de valen, transformndu-se ntr-un ion negativ.

- cele mai mari afiniti pentru electroni o au halogenii (F, Cl), n timp ce metalele alcaline (Na, K) nu au afinitate pentru electroni.

- n cazul formrii, anionilor divaleni, O2-, S2-, este necesar energie, deoarece cel de-al doilea electron este respins de primul care a

intrat n molecul. Astfel, n cazul formrii ionului monovalent de O- se degaj o cantitate de energie, n timp ce formarea anionului divalent O2- necesit o cantitate de energie,

Energia de reea

teoria electrovalenei dat de Kossel arat c legtur chimic pentru a fi stabil, trebuie s se formeze cu degajare de energie.

cu ct energia degajat la formarea legturii din atomi liberi este mai mare, cu att combinaia rezultat este mai stabil combinaiile ionice sunt stabile.

la formarea reelei cristaline de NaCl ca urmare a atraciilor electrostatice ntre ionii gazoi de sarcini opuse se produce cu o mare degajare de energie denumit energie de reea.

Energii de solvatare

- procesul de solvatare sau de hidratare, este procesul n care reacia de ionizare are loc n soluie apoas, iar ionii formai se unesc cu moleculele de ap, prin legturi slabe.

- procesul este puternic exoterm. Energiile de solvatare ale ionilor

scad cu volumul (raza) atomului i cresc cu valena.

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

solvatare individuale a ionilor de Na+ i Cl-.

Dimensiunea atomilor influeneaz formarea legturilor chimice:

- atomii cu dimensiuni mici au tendina de a forma legturi covalente, iar atomii cu dimensiuni mari formeaza legaturi ionice;

- in fiecare perioada a sistemului periodic, tendina de a forma covalene crete de la stnga la dreapta, iar n grupa aceast tendin scade odat cu creterea lui Z.

- Exemplu:

grupa I A: Li formeaz covalene i electrovalente n timp ce Na numai electrovalene;

grupa a III A, B formeaz numai covalene n timp ce Al formeaz ioni uor.

grupa a IV A - tendina de formare a legturilor covalente este mai pronunat la C i Si, scznd progresiv la Ge, Sn, Pb.

Legaturi chimice

Legtura ionic este definit ca fiind atracia electrostatic dintre ioni cu sarcini opuse.

Se formeaz prin transferul de electroni dintre metale i nemetale.

Se formez o molecul in care intre ionii pozitivi si negativi se exercita o atracia electrostatic.

Compuii ionici formai sunt electroneutri, suma sarcinilor pozitive fiind egal cu suma sarcinilor negative.

Na Na e

Cl e Cl

Na Cl Na Cl

Legatura ionica

De exemplu: NaCl, cristalizeaz n reea cubic.

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

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

Legtura ionic nu este orientat n spaiu, forele de atracie electrostatic acioneaz n toate direciile i se formeaz un macroagregat ionic.

n starea solid, compuii ionici formeaz reele ionice, astfel ionii pozitivi alterneaz cu ionii negativi,ocupnd poziii bine determinate, ntre ioni se exercit fore de atracie electrostatice.

Proprietile substanelor ionice

starea de agregare - solide, cristalizate;

punctele de topire i de fierbere sunt influenate de dimensiunile atomilor i de mrimea sarcinii ionului pozitiv.

Punctele de topire ale compuilor ionici sunt: -cu att mai mari cu ct raza ionilor este mai mic (NaF > NaCl >NaBr > NaI); - crete cu sarcina ionului pozitiv (NaF < MgF2 < AlF3)

Substan NaF NaCl NaBr MgF2 AlF3