CHIMIE ANORGANICĂ I
Semestrul 2, An universitar 2012-2013
1
Asist. univ. Dr. Albert Soran
CLR2303CLR2303
2
Chestiuni organizatorice
Obiectul Chimiei anorganice
Partea 1. Notiuni fundamentale
•Originea elemetelor
•Structura atomica
Structura atomilor hidrogenoizi
Atomi polielectronici
Penetrare si ecranare,principiul aufbau, clasificarea e lementelor, parametrii atomici
•Structura moleculara si teoria legaturii chimice
(Lewis regula octetului, rezonanata, modelul VSEPR), (TLV), (TOM), structura siproprietatile legaturilor chimice
•Structura solidelor simple
•Acizi si baze
•Oxidare si reducere
•Introducere in chimia compusilor coordinativi
•Tehnici fizice in chimia anorganica (scurta introducere)
Partea 2. Elementele si si compusii lor
Periodicitatea, Hidrogenul, grupa 1, grupa 2, grupa 13 , grupa 14, grupa15, grupa 16, grupa 17, grupa 18, elementele blocului d
Asist. Dr. Petronela Petrar
Asist. Dr. Albert Soran
Curs: toate grupele
Laborator: grupe CISOPC, IB, ISAPM
Seminar: CISOPC+SIMON, IIPCB+ISAPM
Contact: [email protected], SALA 3 (demisol)
Consulta ţii: Luni 8-10 (sau cu programare)
Laborator: grupe CATB, CATB+IB
Seminar: CATB+1/2(CATB+IB), IB+1/2(CATB+IB)
Contact: [email protected], SALA 114 (etaj 1)
Consulta ţii: Miercuri 16-17
Echipa
3
Lector Dr. Varga Richard
Lector Dr. M ărginean Drago ş
Laborator: grupa IIPCB
Contact: [email protected], SALA 99 (etaj 1)
Consulta ţii: Miercuri 9-11
Laborator: grupa SIMON
Contact: [email protected], Birou 104 (in
sala 103)
Consulta ţii: Marti 11-12
4
https://sites.google.com/site/chimieanorganica
5
Colocviu 135%
Colocviu 235%
Activitate laborator
30%
NotNotăă laboratorlaborator
6
Notălaborator *
20% Notă
examen; 80%
Nota finalaNota finala
Notarea
* Cu condi ţia ca nota la examen sa fie minim 5
Prezen ţa
• Laborator: minim 90% (maxim 1 absen ţă)• Seminar: minim 90% (maxim 1 absen ţă)
7
Condi ţii pentru intrare în examen
Sarcini
• Întocmirea fişelor de laborator (30% din nota de laborator)
• Colocviile de laborator
8
Ziua
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
08:00
-09:00
09:00
-10:00
10:00 -
11:00
11:00 -
12:00
12:00
13:00
13:00
-14:00
14:00
-15:00
15:00
-16:0016:00 - 17:00 17:00 - 18:00
18:00 -
19:00
19:00
-20:00
Luni
Marti
Chimie anorganica -
Lab
I SIMON
(L 102 ANO) D.
Marginean
Chimie anorganica - Lab
I CATB
(L 102 ANO) P.Petrar
Miercuri
Chimie anorganica - Curs
I CISOPC, I CATB, I CATB+IB, I
IB, I IIPCB, I ISAPM, I SIMON,
I CM
(Amfiteatrul ISD) A. Soran
Chimie anorganica - Sem
I IB, I CATB+IB (grupa IB)
(Sala 132) P.Petrar
Chimie anorganica - Sem
I CATB, I CATB+IB (grupa CATB)
(Sala 132) P.Petrar
Joi
Chimie anorganica - Sem
I IIPCB, I ISAPM
(Sala 132) A. Soran
Chimie anorganica -
Lab
I CISOPC
(L 102 ANO) A.Soran
Chimie anorganica - Lab
I CATB+IB
(L 102 ANO)Chimie anorganica - Sem
I CISOPC, I SIMON
(Sala 132) A. Soran
Chimie anorganica –
Lab I IIPCB
(L 204 ANO) R. Varga
Vineri
Chimie anorganica - Lab
I ISAPM
(L 102 ANO) A. Soran
Chimie anorganica - Lab
I IB
(L 102 ANO) A. Soran
Calendarul
9
25.02.2013 05.05.2013
activitate didactic ă10 săptămâni
(miercuri, 01.05.2013 – Ziua Interna ţional ă a Muncii - zi liber ă)
06.05.2013 12.05.2013
vacan ţa de Paşti 1 săptămână
13.05.2013 09.06.2013
activitate didactic ă 4 săptămâni
Obiective
10
SaSa constientizaticonstientizati naturanatura experimentalaexperimentala aa chimieichimieianorganiceanorganice ((corelatiacorelatia dintredintre teorieteorie //ipotezaipoteza sisi experiment)experiment)
SaSa putetiputeti sistematizasistematiza,, interpretainterpreta proprietatileproprietatile chimicechimice sisifizicefizice aleale elementelorelementelor metalicemetalice,, nemetalicenemetalice sisi aa compusilorcompusiloranorganicianorganici pepe bazabaza unorunor modelemodele calitativecalitative (MLV,(MLV, TOM,TOM,variatiivariatii periodiceperiodice,, etcetc..))
SaSa vava familiarizatifamiliarizati cucu termeniitermenii folositifolositi inin chimiachimiaanorganicaanorganica
SaSa recunoastetirecunoasteti sisi sasa denumitidenumiti diversediverse claseclase dede compusicompusianorganicianorganici.. SaSa indicatiindicati metodemetode dede obtinereobtinere sisi utilizariutilizari alealeacestoraacestora
Ce este chimia anorganic ă ?
ChimiaOrganic ă
ChimiaOrganometalic ă
ChimiaMediului
ChimiaAnorganic ă
ChimiaBioanorganic ă
Biochimia
11
organic anorganic organometalic
12
13
14
P. P. Power et al., Science, 2005, 310 (5749), 844
Legatura cvintupla
15
16
B12H122- (atomii de H
legati de B sunt omisi)
17
18
Originea elementelor in Univers
• 92 elemente in Univers / 90 pe Pamant• 20 elemente sintetice
19
De ce exista doar 90 de elemente pePamant?
20
De De cece anumeanume elementeleelementele se se gasescgasesc in in
abundentaabundenta observataobservata experimental? experimental?
De De cece izotopiiizotopii unuiunui element se element se gasescgasesc in in
abundentaabundenta relativarelativa observataobservata??
Originea Universului
21
Georges Lemaître(1894-1966)
preot catolic si fizicianBelgian – sustinea ferventideea ca nu exista niciunconflict intre stiinta sireligie
Propune pentru prima data idea unuiUnivers in continua expansiune
Propune si ideea unuinucleu primordial aflatla originea Universului, idee care a evoluat in teoria cunoscuta astazidrept teoria Big Bang
Timp
Singularitate
� un nucleu primordial d ~1096 g/cm3 si T ~1032 K, care dintr-un
motiv anume a ‘explodat’ acum cca. 15 mld. ani
TeoriaTeoria Big BangBig Bang
BOOM!
22
PROTONNEUTRON
ELECTRON
� la cca. 10-6 s dupa explozie si 1012 K, din particule
subelementare numite cuarci, => neutroni, protoni si ulterior
electroni
23
� la 1s dupa Bing-Bang, si T ~ 109 K particulele formate
(protoni, neutron, electroni) au energia cinetica mult prea mare
pentru a se putea asocia in forma pe care o cunoastem astazi
24
�racirea materiei odata cu expansiunea universului, forta
nucleara tare => nuclee de deuteriu (p+n) si heliu (2p+2n) INCEPE
procesul de construire al elementelor
Deuteriu
Heliu
proton
25
HIDROGEN
HELIU
�la cca 300.000 ani dupa BB racirea materiei odata cu
expansiunea universului, forta electromagnetica=> atomi de H si
He
26
GRAVITATIA!27
28
deplasare spre rosu
29
Edwin P. Hubble (1889-1953)
initiat ca avocat s-a dedicatulterior astronomiei
observator, referinta
deplasare spre albastru
Efect Doppler
Soare
Galaxieapropia
ta
Galaxieindepar
tata
DoveziDovezi care care sustinsustin teoriateoria Big BangBig Bang
Deplasare aspre rosu a liniilor de absobtie
Arno Penzias (dreapta) si Robert Wilson
de la Bell Laboratories, alaturi de antena radio cu care au descoperitRCM in 1965
RadiatiaRadiatia cosmicacosmica de fond de de fond de microundemicrounde
�reprezinta radiatia termica rezidualadupa Big Bang
�Corespunde unei temperaturi de 2,725 K
30
Descoperirea Bosonulului Higgs “particula lui Dumnezeu”
Iulie 2012 la CERN Large Hadron Collider
31
http://www.youtube.com/watch?v=PJ2q8WUire0CERN LHC experiment
http://www.youtube.com/watch?v=HVxBdMxgVX0http://www.youtube.com/watch?v=WGWlT8SqXLM
A Crash Course In Particle Physics
Informatii suplimentare
Abundenta elementelor in Univers
La aprox. 2h de la inceputul universului, temperatura a scazut
intr-atat incat majoritatea materiei se gasea sub forma de
nuclee de H (~89%) si de He (~11%)
Şi Nu s-a schimbat mare lucru de atunci……
32
Abundenta relativa a elementelor Abundenta relativa a elementelor
in scoarta terestra si Soare. in scoarta terestra si Soare.
Elementele cu Z impar sunt mai Elementele cu Z impar sunt mai
putin abundente decat cele cu Z putin abundente decat cele cu Z
parpar
ccacca.. 8888,,66%% atomiatomi HH
1111,,33%% atomiatomi HeHe
== 9999,,99%% dindin numarulnumarul totaltotal dede
atomiatomi
~~9999%% dindin masamasa universuluiuniversului !!
33
Energie neagra73%
Materieneagra
23%
“Materie normala”4%
34
Particule subatomice relevante pentru chimie
35
Energia de legatura a nucleului, Wleg
� Energia necesara pentru a transfera nucleul, izolat si in repausin starea de nucleoni izolati si in repaus
Wleg = W-Wnucleu=[Zmp+(A-Z)mn-Mnucleu]c2 =
= [Z(mp+me) + (A-Z)mn-(Mnucleu+Zme)]c2 =
= [ZmH + (A-Z)mn-Matom]c2
E = mc2
Wnucleu = Mnucleuc2
W = Zmpc2 + (A-Z)mnc2 energia de repaus a nucleonilor izolati
energia de repaus a nucleului
1uc2 = 931,5 MeV
Wleg = [ZmH + (A-Z)mn-Matom]931,5 MeV36
Energia de legatura pe nucleon
Fisiune
Fisiune
Fuziune
Ener
gia
de
lega
tura
med
iep
en
ucl
eon
, MeV
Numar de masa, A
Wleg
A
o energie de legatura pe nucleon, mare, indica un nucleu stabil
37
ImportantImportant:: ElementeleElementele usoareusoare ss--auau formatformat prinprinreactiireactii nuclearenucleare cece auau avutavut locloc inin stelelesteleleprimordialeprimordiale formateformate dindin hidrogenhidrogen sisi heliuheliu
ReactiileReactiile nuclearenucleare de de fuziunefuziune se se maimai numescnumesc sisicombustiicombustii nuclearenucleare
1eV = 96,47 KJ/mol1 MeV = 106 eV
+ 7,2 MeV
Nucleosinteza elementelor usoareNucleosinteza elementelor usoare
38
Diferenta dintre o reactie chimica si o reactie nucleara
�natura atomilor
implicati nu se modifica
•are loc cu modificarea
numararului de protoni din
nucleu, deci modificarea Z
�energia eliberata este
de ordinul 103 KJ/mol,
(10 eV)
•energii degajate de un
million de ori mai mari, de
ordinul 109 KJ/mol (10 MeV).
�reactia decurge la
temperaturi relativ
mici, < 2000 K
•reactia decurge doar la
temperaturi mai mari de 107
K
reactie chimica reactie nucleara
�energia si practic
masa se conserva •doar energia se conserva
39
Scrierea unei reactii nucleare
A + a B +b
A - nucleu (nuclid)
ţintă (părinte)
a - particula
proiectilb - particula
emergentă
B - nucleul
produs (fiică)
Pe scurt se poate nota A(a,b)B
40
•numarul de masa total si sarcina se conserva in reactii
nucleare!
A: 12+4= 16+0 Z: 6+2=8+0
Temă: egalati reactie nucleara
Egalarea reactiilor nucleare
41
Tipuri de reactii intalnite in nucleosinteza
•Emisia de electroni, emisia β-, duce la cresterea
numarului atomic Z
Implica transformarea unui neutron in proton
42
•Emisia de pozitroni, emisia β+, duce la scaderea numarului
atomic Z
Protonul devineneutron
pozitron
Implica transformarea unui proton in neutron
43
Emisia de radiatie γ
Nucleu in stare excitata
Nucleu in stare fundamentala
44
•Arderea hidrogenului devine posibila la cel putin 107K
Combustia hidrogenului
•Efectul net al combustiei este transformarea H in He
Exista doua posibilitati
+ → + e+ + ν implica transformarea p → n + e+ +ν
+ → + γ
+ → + 2
Lantul p-p
45
Ciclul CNO, catalizat de nuclee C
46
Soarele
temperatura in miez1,5*107K,
Temperatura la suprafata
5600K.
Timp de viata scurs 4,6 miliarde ani,
hidrogen ramas pentru ~5 miliarde
ani
procesul principallantul p-p (98% dinenergia produsa deSoare)
47
Combustia heliului
Combustia He are loc dupa combustia integrala a H,=> colapsarea gravitationala a stelei urmata decresterea temperaturii miezului la 108 K
8Be instabil, timp de viata 10-16 s insa suficient ca urmatoreareactie sa aiba loc
procesul triplu α 48
Aproximativ jumatate din nucleele de 12C formatesunt transformate in 16O
•captura ulterioara a nucleelor de He de catre 16O are loc doar
intr-o mica masura
•faza finala a arderii He inceteaza odata cu formarea de 12C si 16O
49
Carbonul si oxigenul sunt doua dintre cele mai importante
elemente necesare vietii pe baza de carbon.
Energia de legatura pe nucleon ar fi doar cu 0,5% mai mica
sau mai mare abundenta relativa a acestor elemente in
Univers ar fi redusa cu mai mult de doua ordine de marime
50
Nucleosinteza elementelor Nucleosinteza elementelor grelegrele
51
AreAre locloc inin stelestele cucu masamasa maremare dede 88 stelestele solaresolare sisi incepeincepeprinprin combustiacombustia nuclearanucleara aa carbonuluicarbonului lala temperaturitemperaturi dede55**101088KK
UrmatoareaUrmatoarea etapaetapa esteeste combustiacombustia neonuluineonului 2020Ne,Ne, arearelocloc lala 101099 KK
UrmatoareaUrmatoarea etapaetapa areare locloc lala 22**101099 KK sisi constaconsta inincombcombuustiastia 1616OO cucu formareaformarea dede 2828SiSi
FazaFaza finalafinala constaconsta inin combustiacombustia 2828SiSi carecare incepeincepe lala55**101099 KK
fotofoto dezintegraredezintegrare
52
si asa mai departepana la formareanucleelor cele maistabile respectiv56Ni si 56Fe.
Nucleosinteza inceteaza odata ce miezulstelei este compus predominant din nucleecu masa apropiata Ni sau Fe, deoarecereactiile ulterioare nu sunt exoterme
53
Existenta elementelor de dupa Fe : captura de neutroni
de catre nucleele stabile , urmata de emisie β-, proces
prin care un neutron din nucleu este transformat intr-
un proton.
Sursa neutronilor o constitue cele doua reactii
54