Investeşte în oameni! FONDUL SOCIAL EUROPEAN Programul Operaţional Sectorial pentru Dezvoltarea Resurselor Umane 2007 2013 Axa prioritară nr. 1 Educaţiaşiformareaprofesionalăînsprijinulcreşteriieconomiceşidezvoltăriisocietăţiibazatepecunoaştere Domeniul major de intervenţie 1.2 Calitateînînvăţământulsuperior Numărulde identificareal contractului: Beneficiar:UniversitateaPOLITEHNICA din Bucureşti Titlulproiectului: Calitate, inovare, comunicare-instrumenteeficienteutilizatepentrucreştereaaccesuluişipromovabilităţiiînînvăţământulsuperior tehnic Activitatea A5. Introducerea unor module specifice de pregătire a studenţilor în vederea asigurării de şanse egale MODUL DE INSTRUIRE: CHIMIE Curs: 1 Grupele: C2, C3, C5, C6, C7, C8, C9, C10, C11, C12 Formatori: Stefan Theodor Tomas, OvidiuCristian Oprea, Daniel Florin Sava, IonelaAndreeaNeacsu 1
Noţiuni fundamentale Molecula este cantitatea cea mai mica dintr-o substanţă care poate exista în stare liberă şi care posedă proprietăţile substanţei respective. Atomul este cea mai mică parte dintr-un element chimic care păstrează proprietăţile acestuia. Masa atomică a unui element este raportul dîntre masa atomică a elementului respectiv şi 1/12 din masa atomică a izotopului 12 C. După proprietăţile pe care le au elementele se împart în metale şi nemetale, dar există şi elemente care prezinta proprietăţi din ambele clase. 2
Noţiuni fundamentale Substanţele care prin metode chimice obişnuite nu pot fi descompuse în alte componente şi nici nu pot fi compuse din alte substanţe se numesc substanţe simple sau elemente. Substanţele care rezultă prin combinarea a două sau mai multe elemente se numesc substanţe compuse sau combinaţii. Prin descompunerea unei substanţe compuse pot rezulta elemente sau alte substanţe compuse. In timp ce numarul substanţelor compuse este foarte mare numarul elementelor este restrâns. 3
Legile fundamentale ale chimiei 1. Legea conservării masei: suma maselor substanţelor care intră într-un proces chimic este riguros egală cu suma maselor substanţelor care rezultă din acel proces. In procesele chimice nu se creează şi nu se distruge materie, aceasta doar se transformă. Este o lege universală pentru toate formele, proprietăţile şi manifestările materiei şi face parte dintr-un principiu mai general conservarea materiei şi energiei (E = mc 2 ). Această lege stă la baza formulelor, ecuaţiilor şi calculelor chimice. 4
Legile fundamentale ale chimiei Legea conservării masei se verifică aşa cum ii spune şi numele numai în unităţi de masă şi nu când este vorba de alte modalităţi de măsurare a cantităţii de substanţă (de exemplu în volume): H 2 + ½ O 2 H 2 O 2g + 16g = 18g 1 vol + 0.5 vol 1 vol Din punct de vedere filozofic aceasta lege afirmă şi dovedeşte caracterul continuu şi indestructibil al materiei în continuă transformare. 5
Legile fundamentale ale chimiei 2. Legea proporţiilor constante (definite): indiferent pe ce cale se obţine o combinaţie chimică, componentele ce o alcătuiesc se unesc întotdeauna în proporţii de masă constante; dacă unul din componente este în exces, atunci excesul rămâne nereacţionat. Această lege ne permite să stabilim dacă o reacţie este stoichiometrică sau nu, respectiv stabilirea reactantului în exces. Această lege nu se aplică în cazul compuşilor naturali nestoichiometrici (ex FeS 2, ZnO) sau a compuşilor intermetalici nestoichiometrici. In compuşii chimici, elementele chimice se combină întotdeauna în proporţii de masă constante (definite). De exemplu apa poate fi obţinută pe mai multe cai: H 2 + ½ O 2 H 2 O 2 : 16 = 1:8 NaOH + HCl NaCl + H 2 O C 2 H 2 + 5/2 O 2 2 CO 2 + H 2 O dar în toate cazurile raportul de masă H:O = 1:8 6
Legile fundamentale ale chimiei 3. Legea proporţiilor multiple: se referă la modul de combinare a două substanţe simple (elemente) care pot forma între ele mai multe combinaţii chimice. Ea arată că dacă două elemente se unesc pentru a forma mai multe combinaţii chimice, atunci diferitele mase ale unui component care se unesc cu aceeaşi masă a celuilalt component se găsesc între ele în raporturi simple şi mici. 7
Legile fundamentale ale chimiei De exemplu în cazul oxizilor azotului: N 2 O 28:16 = 14:8 sau 1:1 NO 14:16 = 14:16 sau 1:2 N 2 O 3 28:48 = 14:24 sau 1:3 NO 2 14:32 = 14:32 sau 1:4 N 2 O 5 28:80 = 14:40 sau 1:5 Deci aceeaşi cantitate de azot se combină cu o cantitate de oxigen cu care se află în raport de 1:2:3:4:5 (numere întregi şi mici). 8
Legile fundamentale ale chimiei 4. Legea proporţiilor echivalente: elementele şi combinaţiile chimice reacţionează între ele şi se substituie reciproc în raporturi stricte de echivalenţi. Echivalentul chimic este numărul care arată cantitatea în grame dintr-un element sau substanţă care se combină cu, sau poate înlocui 8g oxigen sau 1g hidrogen. Echivalentul gram reprezintă masa de substanţă în grame numeric egală cu echivalentul chimic. De exemplu în HCl, raportul H:Cl = 1 : 35.5, deci echivalentul chimic al clorului este 35.5. 9
Legile gazelor şi legile volumetrice 5. Legea volumelor constante: reprezintă o generalizare a observaţiilor experimentale privind variaţia volumelor substanţelor gazoase care participă la reacţii chimice. Volumul unui gaz variază invers proportional cu presiunea care este exercitată asupra lui. Boyle nu a menţionat că temperatura trebuie menţinută constantă pentru ca această lege să fie valabilă. In anul 1680 fizicianul francez Edme Mariotte (1630-1684) a demonstrat că legea este valabilă numai cu condiţia ca temperatura să fie constantă, şi din această cauză legea este cunoscută sub numele de legea Boyle-Mariotte. 10
Legile gazelor şi legile volumetrice Volumul a două gaze care se pot combina pentru a forma un compus definit, masurate la aceeaşi temperatură şi aceeaşi presiune, se gasesc între ele întrun raport simplu; volumul compusului rezultat în fază gazoasa este în raport simplu cu fiecare din volumele gazelor reactante. N 2 + 3 H 2 2 NH 3 N 2 : H 2 = 1:3; N 2 : NH 3 = 1:2; H 2 : NH 3 = 3 : 2 11
Legile gazelor şi legile volumetrice 6. Legea lui Avogadro: volume egale de gaze, la aceeaşi temperatură şi presiune, conţin acelaşi număr de molecule. Pentru a formula această lege Avogadro a fost nevoit să facă anumite ipoteze: cele mai mici particule din care sunt formate gazele hidrogen, clor, oxigen şi azot nu sunt atomi, ci molecule formate din câte doi atomi; moleculele substanţelor elementare sunt formate din atomi identici, pe când moleculele combinaţiilor sunt formate din atomi diferiţi. 12
Legile gazelor şi legile volumetrice Una din cele mai importante aplicaţii ale acestei legi constă în faptul că dacă volume egale din gaze diferite în aceleaşi condiţii conţin acelaşi număr de molecule, diferite gaze ce conţin acelaşi număr de molecule în condiţii identice ocupă acelaşi volum. Volumul ocupat de un mol dintr-un gaz la 0 o C şi presiune 1 atm este de 22.414 L. Cu ajutorul acestei legi s-a putut determina numărul de particule dintr-un mol de gaz ca fiind N A = 6.023 10 23. 13
Legile gazelor şi legile volumetrice 7. Legea Mendeleev Clapeyron sau ecuaţia de stare a gazelor raportată la un mol de gaz: p V =R T sau în general pentru n moli de gaz: p V = n R T Din această ecuaţie masa moleculară a unui gaz poate fi calculată ca fiind: M = m R T/p V 14
Aplicaţii 1. Ştiind că 1L de oxigen cântareşte în condiţii normale 1.429g, să se determine masa moleculară a oxigenului. 2. Ştiind că în condiţii normale 250 ml gaz cântăresc 0.3125g, să se determine masa moleculară a gazului. 3. Care este formula moleculară a fosforului dacă densitatea vaporilor sai faţă de aer este 4.27 (M P = 31)? 4. Ce volum ocupă în condiţii normale a) 2g hidrogen; b) 7g azot; c) 51g amoniac? 5. Cât cântaresc în condiţii normale a) 22.4 L CO 2 ; b) 5.6 L SO 2? 15