Elemente si combinatii chimice

1
Elemente si combinatii chimice
Metalele alcalineMetalele alcalino-pamantoaseSt
oechiometria reactiilor chimice
http//lori.academicdirect.org/books/ro/TotalCSCA.
pdf http//lori.academicdirect.ro/courses/Live_MC
_2006/Curs02.ppt
2
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr

• Datorita ecranarii sarcinii pozitive a nucleului
  de catre straturile intermediare, electronul de
  valenta interactioneaza foarte slab cu nucleul
  (Exc. Li)
• M ? M 1e-
• Stare naturala Toate sunt elemente prea active
  ca sa poata exista în stare libera. Combinatiile
  lor sunt raspândite, adeseori împreuna cu sodiul.
  Sodiul (clark 2.64) si potasiul (clark 2.35)
  care se afla printre cele mai raspândite 10
  elemente din scoarta. In apa marii continutul
  acestora este important (1.14 în cazul sodiului
  respectiv 0.04 pentru potasiu). Sodiul si
  combinatiile sale se extrag în primul rând din
  clorura de sodiu, fie din zacaminte minerale
  (sare gema) fie din apa marii

3
Procedeul electrolitic de obtinere a sodiului
metalic procedeul Dawns
4

• Anodul - pozitionat central - este confectionat
  din grafit iar catozii semicirculari -
  înconjoara anodul. Anodul este separat de catozi
  printr-o plasa de sârma (sita), din otel,
  prevenindu-se astfel reactia sodiului cu clorul -
  format la anod. Astfel avem la cei doi electrozi
  reactiile
• la anod Cl- ? Cl e-
• (Cl Cl ? Cl2)
• la catod Na e- ? Na
• Sodiul topit obtinut - fiind mai putin dens decât
  electrolitul - se ridica la suprafata, fiind
  condus spre un rezervor exterior.
• Clorul (gazos) se colecteaza separat, ca produs
  secundar.
• Toate elementele alcaline se prepara prin
  electroliza topiturilor - fie ale clorurilor
  acestora fie a hidroxizilor respectivi. Prealabil
  sarurile se purifica prin recristalizare din
  solutii fierbinti.

5
Proprietati Fizice
6

• Au caracteristici tipice de metale luciu
  metallic (în taietura proaspata), aspect alb
  argintiu (cu exceptia cesiului care este auriu),
  conduc caldura si electricitatea (conductie
  electronica buna fiind întrecute doar de Ag, Cu,
  Al, Au)
• Cel mai dur este litiul sodiul se poate taia cu
  cutitul iar potasiul este de consistenta unei
  plastiline, putând fi chiar modelat
• Vaporii acestor elemente sunt intens colorati,
  având aspect caracteristic, usor de recunoscut
  litiul-rosu, sodiul-galben, potasiul-violet,
  rubidiul-roz iar cesiul-albastru (recunoasterea
  calitativa).
• Imediat peste punctele de fierbere cam 1 din
  vapori contin molecule diatomice (Li2, Na2,...) -
  o dovada ca pot prezenta si un caracter covalent
  în legaturi

7
Proprietati chimice

• In aer si oxigen reactive astfel sodiul si
  potasiul pierd luciul prin sedere în aer mai
  rapid decât litiul iar rubidiul sau cesiul iau
  chiar foc în aer gt Li, Na, K se pastreaza sub
  parafina Rb, Cs, Fr în fiole de sticla vidate
  Combinatii Na O2 ? Na2O Na2O H2O ? 2NaOH
  NaOH CO2 ? Na2CO3 La cald apar Na2O2 (NaOONa)
  peroxid si superoxizi - KO2 (Rb, Fr)
• În apa elibereaza hidrogen din apa la simplul
  contact Reactia devine tot mai violenta de la
  litiu spre cesiu
• M(s) HOH(l) ? M(aq) HO-(aq) 1/2H2(g)
• Cu alte metale, aceste elemente pot forma la cald
  aliaje sau compusi intermetalici. Astfel mercurul
  la simplul contact, la rece, cu sodiul formeaza
  amalgam de sodiu - un aliaj solid sau lichid în
  functie de proportia mercurului

8
Reactii cu combinatii uzuale
9
Utilizari

• NaCN, KCN (procese electrolitice)
• Na2O2 (oxidant) primenirea aerului în spatii
  închise (Na submarine Li mai usor - navete
  spatiale) prin oxidare
• Na2O2(s) CO2(g) ? Na2CO3(s) 1/2O2(g)
• Na Ti (TiCl4 Na) agent termic în reactoare
  nucleare (conductibilitate termica ridicata,
  temperatura de topire joasa) lampi monocromatice
  (cu vapori de Na) element de aliere (cu Pb
  0.6 Na, 0.6 Ca si 0.05 Li, restul Pb)
• Na-K lichid termometric pentru temperaturi
  ridicate (în locul mercurului)
• Rb, Cs se utilizeaza în special pentru
  confectionarea fotocatozilor (celule solare)

10
(No Transcript)
11

• Lithium ion polymer batteries, or more commonly
  lithium polymer batteries (Abbreviated Li-Poly or
  LiPo) are rechargeable batteries which have
  technologically evolved from lithium ion
  batteries. Ultimately, the lithium salt
  electrolyte is not held in an organic solvent
  like in the proven lithium ion design, but in a
  solid polymer composite such as
  polyacrylonitrile. Lithium ion polymer batteries
  started appearing in consumer electronics around
  1996.
• Almost all polyacrylonitrile resins are
  copolymers made from mixtures of monomers with
  acrylonitrile as the main component.
• Acrylonitrile (CH2CH-CN), is a pungent
  smelling, extremely flammable organic liquid.

12
Combinatii complexe coordinative

• Inorganic Components of DetergentsBuilders and
  Other Additives
• Complex (or condensed) Phosphates
• These have a lower alkalinity than trisodium
  phosphate. The commonly used complex phosphate
  are
• Tetrasodium pyrophosphate Na4P2O7
• Sodium tripolyphosphate Na5P3O10
• Sodium tetraphosphate Na6P4O13 (hygroscopic)
• Sodium hexametaphosphate (NaPO3)6 (hygroscopic)
• Carbonates
• Soda ash (sodium carbonate) Na2CO3
• Oxygen Releasing Compounds
• Sodium Perborate
• Na2B2O4(H2O2)26H2O or Na2B2O4(H2O2)2H2O

13
dibenzo-18-coroana-6 reprezentantul unei vaste
clase de complecsi a grupei
14

• http//www.pesticideinfo.org
• PAN Pesticides Database
• Sodium dodecylbenzene sulfonate - iodine complex

15
Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

• M ? M2 2e-
• Cele mai raspândite elemente din aceasta grupa
  sunt calciul si magneziul. Beriliul este un
  element rar (610-4 în scoarta). Se gaseste
  împreuna cu aluminiul, elementul cu care se
  aseamana chimic, în crisoberil (BeAlO4) si
  într-un silicat - berilul (Be3Al2Si6O8) - din
  care se obtine practic, nu fara dificultate.
  Smaraldul, o piatra semipretioasa, este o
  varietate de beril.
• Magneziul (2,3, în scoarta) se gaseste ca
  magnezita (MgCO3), kieserita (MgSO4.H2O),
  dolomita (MgCO3.CaCO3), carnalita
  (KClMgCl26H2O) precum si în numerosi silicati.
  Chiar clorofila, pigmentul verde al frunzelor,
  este o combinatie complexa de magneziu cu un
  ciclu organic.

16

• Calciul (3,4) este alaturi de magneziu printre
  cele mai raspândite 10 elemente din scoarta.
  Mineralele principale în care acesta este prezent
  sunt calcita si aragonita - varietati cristaline
  de carbonat de calciu (CaCO3) dar se mai gaseste
  si în marmora sau creta - niste varietati amorfe
  tot de CaCO3. Spatul de Islanda, mineralul care
  da birefringenta, este o forma cristalina, foarte
  pura, de calcita. Piatra de var, din care sunt
  constituite masive muntoase, este de asemenea
  carbonat de calciu. Calciul se mai gaseste
  raspândit, ca sulfat, în anhidrit (CaSO4) si
  ghips (CaSO42H2O).
• Strontiul (0,02) se gaseste ca strontianita
  (SrCO3) si celestina (SrSO4) iar bariul (0,04)
  se gaseste sub forma de barita (BaSO4) sau -
  transformat partial sub actiunea agentilor
  atmosferici - în witerita (sulfat în amestec cu
  BaCO3).
• Radiul se extrage din pechblenda (0,14 g Ra/tona)
  care este de fapt un minereu de uraniu (U3O8) în
  care Ra apare chiar prin dezintegrarea
  uraniului,238U, raportul de echilibru Ra/U fiind
  3,710-7.

17
Obtinere

• Beriliul se separa si apoi se izoleaza din beril,
  dupa topirea acestuia cu fondanti. Urmeaza o
  "stingere" cu apa, conditii în care produsul
  devine solubil în acid sulfuric concentrat.
  Rezulta un amestec de sulfati, de beriliu, de
  aluminiu si de metale alcaline, toti solubili în
  apa. Prin adaos de sulfat de amoniu se separa
  alaunul de aluminiu si amoniu - un compus greu
  solubil. Ulterior, sulfatul de beriliu se separa
  prin cristalizare. Din solutia acestuia se
  precipita apoi hidroxidul de beriliu cu amoniac
  si final, dupa filtrarea hidroxidului, acesta se
  transforma prin calcinare în oxid de beriliu.
• Magneziul, cel mai important metal al grupei, din
  punct de vedere economic, se extrage din apa
  marii si anume se poate precipita hidroxidul de
  magneziu, Mg(OH)2 cu ajutorul unei suspensii
  apoase de dolomita calcinata

18
Schema procesului de obtinere a magneziului din
apa marii
19
Obtinerea calciului metalic pe cale electrolitica
20

• Calciul se obtine prin electroliza clorurii de
  calciu, un rezidiu al industriei clorosodice.
  Electroliza se realizeaza într-un creuzet din
  grafit, ce poate constitui chiar anodul, având
  drept catod o bara din otel (racita în interior
  cu apa). Sursa de încalzire este chiar efectul
  termic al curentului de electroliza. Bara - catod
  se ridica treptat din baie iar calciul metalic,
  aderent la otel, se obtine sub forma de bagheta.
  Calciul metalic astfel obtinut (având cam
  duritatea plumbului) este protejat contra
  oxidarii de electrolitul baii, ce adera la metal,
  pe masura ce are loc ridicarea catodului din
  baie.
• Strontiul nu se obtine decât arareori în stare
  metalica, majoritatea aplicatiilor practice ale
  elementului fiind cele din pirotehnie.
• Obtinerea bariului se bazeaza pe reducerea cu
  carbune a baritinei, la sulfura, care apoi prin
  tratare cu un acid se transforma în sarea dorita.

21
(No Transcript)
22
Proprietati fizice
23

• Se poate observa ca singurul element ce nu
  respecta tendinta de variatie continua a
  proprietatilor, observabila tabel (de exemplu la
  p.t.) este magneziul.
• În stare neoxidata, toate elementele grupei 2
  sunt de culoare alb argintie, cu exceptia
  beriliului.
• Energiile de ionizare, notate cu I, scad în
  grupa, fiind de circa trei ori mai ridicate fata
  de grupa 1. Potentialele normale redox, e0, toate
  negative, scad în grupa fiind ceva mai putin
  negative fata de cele ale vecinilor din grupa 1
  si în consecinta elementele grupei 2 sunt mai
  putin active decât metalele alcaline.

24
Proprietati chimice

• Dintre elementele grupei doar beriliul si
  magneziul se pot pastra în aer, restul doar sub
  ulei de parafina (sau sub petrol). La cald toate
  devin stralucitoare datorita oxidului amestecat
  cu azotura care se formeaza pe suprafata. Prin
  îngrosarea stratului luciul dispare. Lasate în
  aer toate aceste metale se degradeaza formând,
  mai rapid la beriliu si magneziu si mai lent la
  celelalte, un film de oxid. Doar în cazul Be si
  Mg filmul de oxid este protector pe când la
  celelalte pelicula permite reactia totala a
  metalului, în prezenta aerului obtinându-se un
  amestec de carbonat si azotura (ultima în
  proportie variabila).
• Elementele grupei 2 se combina, fiecare la o alta
  temperatura, cu nemetalele

25
Reactii ale metalelor alcaline cu nemetalele
26
Utilizari

• Magneziul este de departe elementul cel mai
  utilizat ca metal din aceasta grupa, fie pentru
  obtinerea altor metale pure (mai putin active),
  fie în calitate de component principal sau
  secundar al aliajelor. Îl urmeaza beriliul si
  abia apoi calciul. Restul elementelor nu au
  deocamdata o importanta practica majora.
• Aliajele cele mai importante de magneziu sunt
  magnaliul (10 - 30 Mg, restul Al), electronul
  (94-95 Mg plus Al, Zn, Mn), duraluminiul (vezi
  Al) si aliajul magneziu-zirconiu (96,3 Mg, 3 Zn
  si 0...7 Zr). Beriliul este un metal dur,
  rezistent mecanic, usor, cu un punct de topire
  relativ ridicat fiind în plus si rezistent la
  coroziune. Aliajelor sale le împrumuta aceste
  caracteristici. De exemplu, bronzurile de beriliu
  (având metalul de baza Cu, continând 2 Be si
  0,25-0,5 Ni), au proprietati asemanatoare
  otelurilor dar cu o rezistenta la oboseala mai
  buna si cu o rezistenta la coroziune asemanatoare
  otelurilor inoxidabile. În plus, nu dau scântei
  la lovire, lucru important în medii inflamabile.

27

• Calciul este utilizat în cantitati mici alaturi
  de plumb în aliajele pentru lagare (vezi Pb),
  marind duritatea acestora. Tot în metalurgie,
  magneziul si calciul sunt frecvent utilizate
  pentru extractia altor elemente ca siliciul,
  titanul, cromul, uraniul, plutoniul. De asemenea
  beriliul, magneziul si calciul sunt dezoxidanti
  folositi în turnarea metalelor, reducând
  sulfurile si oxizii la metale, compusii rezultati
  fiind invariabil extrasi în zgura.
• Printre diversele aplicatii speciale amintim ca
  beriliul pur este mult utilizat în confectionarea
  ferestrelor tuburilor de raze X, fiind penetrat
  cu usurinta de catre acestea datorita numarului
  atomic mic. Din aceleasi motive atât beriliul cât
  si magneziul sunt utilizati în constructia
  reactoarelor nucleare. Chiar oxidul de beriliu,
  BeO, are proprietati ceramice adecvate pentru
  utilizarea în reactoare atomice. Magneziul
  împreuna cu anumiti oxidanti a mai fost utilizat
  în bombele incendiare. Tot magneziul, fiind un
  metal activ, dar relativ rezistent la coroziune,
  este utilizat ca anod de sacrificiu pentru
  protejarea conductelor îngropate sau a
  vapoarelor, în zona învecinata elicei, protejând
  contra coroziunii fierul continut în otel.

28

• Clorura cât si bromura sau iodura de beriliu
  coordineaza aldehide, cetone sau eteri. Cu orice
  aldehida formeaza un complex
• Clorurile de beriliu, magneziu si calciu sunt
  delicvescente (delicvescenta este acea substanta
  care absoarbe apa pâna devine o solutie saturata)
  pe când ale celorlalte elemente ale grupei 2 nu
• Clorura de calciu, CaCl2, anhidra este un agent
  de uscare mult utilizat. Dar aceasta nu este
  practica în cazul uscarii amoniacului deoarece
  formeaza un complex aminic Ca(NH3)6Cl2. Cu
  etanolul se formeaza o combinatie analoga
  hidratilor CaCl24C2H5OH. Clorura de bariu - o
  substanta extrem de toxica - a fost utilizata în
  trecut ca otrava pentru sobolani.

29

• În industrie carbonatii servesc ca sursa de oxizi
  (frecvent CaO sau MgO) în tehnologiile de
  obtinerea unor materiale oxidice. Varul nestins,
  CaO, se obtine din piatra de var naturala.
  Carbonatul de calciu precipitat se obtine prin
  reactia
• 2(Na CO32-)(aq) (Ca2 2Cl2)(aq)
  CaCO3(s) 2(Na Cl-)(aq)
• Marmora alba este tot un carbonat de calciu pur.
• Carbonatul de bariu serveste la obtinerea sticlei
  pentru ecranele televizoarelor, pentru a se
  diminua expunerea privitorului la raze X, ca
  ingredient în emailuri sau ca agent desulfurant.
• Azotatii, M(NO3)2, se obtin din carbonati prin
  reactie cu acidul azotic. Se utilizeaza în
  pirotehnie colorând flacara specific, favorizând
  totodata arderea prin ionul azotat.

30

• Sulfatii, MSO4. Tot cu exceptia celui de beriliu
  se gasesc în natura.
• Se întâlnesc urmatorii hidrati BeSO4.4H2O,
  MgSO4.7H2O (sare de Epsom) si CaSO4.2H2O (ghips).
• De importanta economica majora este deshidratarea
  ghipsului natural CaSO4.2H2O. La 120 - 130oC
  acesta pierde circa 3/4 din apa de cristalizare
  formând ipsosul, CaSO4.1/2H2O care, sub aceeasi
  denumire de ghips (sau gips), se utilizeaza drept
  liant în constructii. Procesul de întarire este
  consecinta rehidratarii la cele doua molecule de
  apa o data cu refacerea structurii cristaline.
• Ortofosfatii, M3(PO4)2. Cel mai important este
  ortofosfatul de calciu. Acesta se gaseste si în
  natura. Este insolubil în apa dar fiind solubil
  în acizi diluati este utilizat pentru obtinerea
  superfosfatului (un îngrasamânt artificial cu
  fosfor mult utilizat).

31
Combinatii complexe

• În afara de compusii de coordinatie amintiti la
  cloruri, beriliul mai poate forma oxo-complecsi
  chelatici cu acetilacetona cu NC4. De asemenea
  da complecsi bazici cu acizii carboxilici, de
  exemplu Be4O(OOC-CH3)6 - compusi covalenti de o
  stabilitate remarcabila. De asemenea halogenurile
  de magneziu anhidre (avide de apa dar solubile în
  solventi organici), formeaza compusi de aditie
  cu aldehide, cetone sau eteri care structural
  sunt similare cu cele de beriliu. Calciu,
  strontiul si bariul formeaza dicetone complexe si
  de asemenea amine complexe nestabile.
• Doar ionii de calciu si magneziu formeaza cu
  sarea disodica a acidului etilen-diamino-tetraacet
  ic (prescurtat EDTA) complesi chelatici, cu mai
  multe cicluri de 5 atomi, ceea ce se pare ca le
  confera o stabilitate deosebita.

32
Structura hexacoordinata a complexului Ca2 cu
EDTA
33

• Clorofila (în l.greaca clorofila frunza verde)
  este tot o combinatie complexa de magneziu care
  are capacitatea de a retine energia solara sub
  forma unui electron din starea fundamentala pe un
  nivel vacant, de energie ridicata din molecula
  acestei substante. Acest electron combinat cu o
  serie de reactii biochimice permite acumularea
  energiei solare sub forma de energie de legatura
  în compusii organici.

34
Calciul - un ion frecvent întâlnit în materiale

• Compusii cu calciu se întâlnesc în numeroase
  materiale fie naturale - în organismele vii
  (oase, smaltul dintilor, cochiliile scoicilor sau
  membrana celulelor) - fie într-o serie de
  materiale existente în natura si exploatate de om
  pentru structuri rezistente marmora, feldspatii
  (componente ale granitului) si chiar piatra de
  var (uneori folosita în constructii). Dar
  totodata exista o serie de materiale create de om
  - materialele de constructii cum ar fi cimentul,
  ghipsul (ipsosul), mortarul etc. - care au în
  componenta tot ioni de calciu. Carbonatul de
  calciu intra, de exemplu, în compozitia
  structurilor de rezistenta ale recifelor de
  corali sau a cochiliilor scoicilor. De asemenea
  fosfatul de calciu, Ca3PO4, partial transformat
  în hidroxilapatita (forma cristalina cea mai
  stabila a acestuia) intra în componenta oaselor
  mamiferelor. Aproximativ 1 kg de calciu (Ca2) se
  afla în corpul oricarui om adult, nu numai în
  oase sau dinti ci si în celule. Smaltul dintilor
  este constituit în principal din hidroxilapatita,
  Ca5(PO4)3OH, iar rezistenta la carii dentare se
  pare ca o da fluorapatita.

35

• Cimentul, unul din materialele de constructii
  cele mai utilizate se obtine prin calcinarea unui
  amestec de piatra de var si argila. Masa
  rezultata initial - clincherul - se supune unei
  maruntiri fine si unui amestec final cu ghips.
  Produsul poarta numele de ciment portland. Pasta
  de ciment formata cu apa se întareste în câteva
  ore. Explicarea formarii cimentului este aceea
  ca, în procesul de fabricatie, piatra de var se
  descompune iar argila se anhidrizeaza rezultând
  silicati si aluminati. La contactul cu apa, apar
  hidrosilicatii de calciu - geluri tridimensionale
  - ce imprima cimentului la uscare o coeziune si o
  totala impermeabilitate.
• În natura în afara de ghips, CaSO4.2H2O - în
  general impur - mai apare si o varietate pura,
  alabastrul, un mineral relativ rigid, foarte
  asemanator ca aspect cu marmura dar cu o
  conductie termica mai redusa (mai cald când este
  luat în mâna) si folosit pentru confectionarea
  unor obiecte artizanale. Ipsosul, fabricat din
  ghips se rigidizeaza prin uscare servind la
  crearea de modele (forme), mulaje sau în medicina
  pentru imobilizarea fracturilor.

36
Stoechiometria reactiilor chimice

• Instrumentele stoechiometriei
• Aproape toate elementele exista în natura sub
  forma de combinatii. Exceptii în acest caz sunt
  gazele rare si metalele nobile.
• Proportiile în care exista elementele în
  combinatii sunt bine definite pe baza numerelor
  de oxidare ale elementelor. Exceptie de la
  aceasta regula fac aliajele metalice, în care
  metalele se pot combina în orice raport pentru a
  forma solutii solide.
• Substantele pure se definesc ca substante cu
  compozitie chimica bine definita. Prin compozitie
  chimica întelegem raportul de amestecare al
  elementelor. Raportul de amestecare al
  elementelor într-un compus chimic se exprima prin
  formula bruta. În multe cazuri este suficienta
  formula bruta pentru a exprima compozitia unei
  substante. Sunt însa cazuri, destul de numeroase,
  în care aceasta nu e suficienta. Informatii
  suplimentare despre compusul chimic ofera formula
  moleculara.

37
Reactii chimice

• Cele mai simple reactii sunt reactiile de formare
  a compusilor din elemente. Un exemplu de acest
  tip este reactia carbonului cu sulful
• C S ? CS2
• termenii care apar în stânga ? se numesc
  reactanti iar termenii care apar în dreapta ?
  se numesc produsi
• Problema care se pune într-o reactie chimica este
  stabilirea coeficientilor. Pentru reactia de mai
  sus coeficientii pot fi
• C 2S ? CS2
• O alta categorie este a reactiilor de formare a
  compusilor din homomolecule (molecule formate din
  acelasi element).

38

• Un exemplu de formare a compusilor din
  homomolecule este reactia dintre molecula de
  hidrogen si cea de oxigen
• H2 O2 ? H2O
• pentru care coeficientii pot fi
• H2 ½O2 ? H2O
• Daca se alege însa ca toti coeficientii sa fie
  numere întregi, reactia (13.4) se scrie astfel
• 2H2 O2 ? 2H2O
• Stiinta care se ocupa cu stabilirea
  coeficientilor reactiilor chimice se numeste
  stoechiometrie

39
Legi de conservare

• Stoechiometria se bazeaza pe legi de conservare.
  Acestea sunt legea conservarii numarului de
  electroni si legea conservarii masei (sau
  numarului de atomi)
• Legea conservarii numarului de electroni
  postuleaza ca într-o reactie numarul de
  electroni cedati în reactie de catre atomi sau
  gruparile de atomi este egal cu numarul de
  electroni primiti de catre alti atomi sau grupari
  de atomi. Exceptie de la aceasta regula fac
  reactiile partiale de descarcare electrica la
  electrozi (descarcare catodica si descarcare
  anodica) în electrochimie, însa si aici reactiile
  globale ale sistemului electrochimic respecta
  acest postulat. În acest caz, legea lui Faraday
  controleaza procesul de descarcare la electrozi

40

• Lega conservarii numarului de atomi postuleaza
  ca într-o reactie numarul de atomi din fiecare
  specie care participa la reactie în calitate de
  reactanti este egal cu numarul de atomi din
  specia considerata în amestecul rezultat în urma
  reactiei sub forma de produsi. Exceptie de la
  aceasta regula fac reactiile nucleare, în care
  atomii se fragmenteaza (fisioneaza) pentru a
  forma atomi cu masa mai mica decât atomii de
  provenienta sau se combina (fuzioneaza) pentru a
  forma atomi cu masa mai mare decât cei din care
  provin. În acest caz, nici numarul de atomi si
  nici chiar masa nu se mai conserva, parte din
  masa convertindu-se în energie radiata sau parte
  din energia transmisa se absoarbe pentru a se
  transforma în masa pe baza legii lui Einstein

41
Numarul de Oxidare

• Un concept foarte frecvent în studiul reactiilor
  chimice este conceptul de numar de oxidare.
  Numarul de oxidare (N.O.) al unei specii sau
  grupari de specii chimice este egal si de semn
  schimbat cu numarul de electroni pe care acea
  specie sau grupare trebuie sa-i cedeze sau sa-i
  primeasca pentru a deveni neutra electric. De
  notat ca N.O. este un concept de cele mai multe
  ori formal, specii încarcate electric existând
  doar în situatia în care acestea sunt total
  mobile (se pot deplasa liber fara restrictii si
  fara a fi nevoie de a cheltui energie pentru a le
  pune în miscare). Si aici situatia ideala se
  petrece la temperaturi foarte mari, numite
  temperaturi de ionizare. Acest concept este
  însotit de conceptele de oxidare si reducere.
  Oxidarea se asociaza cu micsorarea numarului de
  oxidare iar reducerea se asociaza cu cresterea
  numarului de oxidare

42
Metoda numerelor de oxidare

• Pentru a stabili coeficientii stoechiometrici
  prin aceasta metoda este necesara parcurgerea
  unor etape care sunt valabile pentru orice
  sistem
• a) scrierea formulelor reactantilor si produsilor
  de reactie
• b) identificarea N.O. care se modifica în
  decursul reactiei chimice
• c) scrierea ecuatiilor proceselor de oxidare si
  de reducere
• d) alcatuirea bilantului electronic (legea
  conservarii numarului de electroni)
• e) aplicarea legii de conservare a numarului de
  atomi (legea conservarii masei).
• La finalul parcurgerii acestor etape se regasesc
  coeficientii stoechiometrici

43

• Drept exemplu se poate lua reactia acidului
  clorhidric cu permanganatul de potasiu. Actiunea
  oxidanta a permanganatului, KMnO4 asupra ionului
  de clor, Cl, este importanta, de exemplu, la
  obtinerea clorului de laborator
• Sa parcurgem etapele (a-e)
• (a) reactantii sunt KMnO4 si HCl iar produsii
  KCl, MnCl2, H2O si Cl2.
• (b) numerele de oxidare sunt
• KMnO4 N.O.(K) 1 N.O.(O) -2 N.O.(Mn) 7
• HCl N.O.(Cl) -1 N.O.(H) 1
• KCl N.O.(Cl) -1 N.O.(K) 1
• MnCl2 N.O.(Cl) -1 N.O.(Mn) 2
• H2O N.O.(H) 1 N.O.(O) -2
• Cl2 N.O.(Cl) 0
• iar elementele care îsi schimba numarul de
  oxidare sunt Cl (-1 ? 0) si Mn (7 ? 2)

44

• (c) Cl se oxideaza iar Mn se reduce schimbarile
  starilor de oxidare se exprima prin reactiile
  partiale
• Cl1 1e ? Cl0
• Mn7 5e ? Mn2
• Deoarece în starea finala Cl exista în forma Cl2
  relatiile se exprima tinând seama de paritate
• 2Cl1 2e ? Cl20
• Mn7 5e ? Mn2
• (d) bilantul electronic se stabileste prin
  identificarea celui mai mic multiplu comun al
  numarului de electroni cedati vs numarul de
  electroni primiti acesta este 10 se înmultesc
  reactiile cu divizorii corespunzatori ai acestuia
  astfel încât numarul de electroni cedati sa fie
  egal cu numarul de electroni primiti
• 5 2Cl1 2e ? Cl20
• 2 Mn7 5e ? Mn2
• Acesti doi divizori devin coeficienti ai
  speciilor implicate în transferul electronic din
  ecuatia reactiei chimice
• 2KMnO4 (?)HCl ? (?)KCl 2MnCl2 H2O
  5Cl2 (14.8)
• Semnele interogative specifica faptul ca
  informatiile furnizate pâna în acest moment nu ne
  permit sa stabilim si acesti coeficienti.

45

• (e) o observatie se cere înca de la început
  înca de la etapa (d) s-a aplicat bilantul de masa
  pentru specia Mn (2 atomi de Mn în reactanti, 2
  atomi de Mn în produsi). Se aplica acelasi
  principiu, pentru restul speciilor. Este usor de
  remarcat pe ecuatia reactiei ca practic cel mai
  simplu este sa urmarim speciile la care se poate
  stabili, pe baza informatiilor de care dispunem,
  coeficientii combinatiilor în care acestea intra.
• Astfel, prima specie este K 2K în reactanti ?
  2K în produsi, deci (14.8) devine
• 2KMnO4 (?)HCl ? 2KCl 2MnCl2 H2O 5Cl2
• Cl este a doua specie 22252 în produsi ? 16
  în reactanti si ecuatia devine
• 2KMnO4 16HCl ? 2KCl 2MnCl2 H2O 5Cl2
• Este rândul hidrogenului, H 16H în reactanti ?
  8H2 în produsi
• 2KMnO4 16HCl ? 2KCl 2MnCl2 8H2O
  5Cl2
• A mai ramas o singura specie, oxigenul, O. Daca a
  fost aplicat corect algoritmul, acesta va trebui
  sa verifice calculele facute într-adevar, 24O
  în reactanti si 8O în produsi.

46

• Aceasta ultima concluzie ne duce cu gândul ca
  sistemul de ecuatii ce s-ar putea forma pe baza
  legii conservarii masei si a bilantului
  electronic este supradeterminat, adica contine cu
  o ecuatie mai mult decât sunt strict necesare. Se
  poate considera ca aceasta supradeterminare
  provine din considerarea bilantului electronic (o
  ecuatie), de unde rezulta imediat ca conservarea
  masei era suficienta în stabilirea
  coeficientilor!
• Metoda algebrica. Într-adevar, metoda algebrica
  de determinare a coeficientilor stoechiometrici
  considera exclusiv legea conservarii masei. Se
  definesc ca si necunoscute coeficientii ecuatiei
  reactiei
• aKMnO4 bHCl ? cKCl dMnCl2 eH2O fCl2
• si se aplica legea conservarii masei când rezulta
  sistemul

47

• Se observa usor ca avem 5 ecuatii si 6
  necunoscute (?). Sa exprimam toate necunoscutele
  în functie de una dintre ele. Sa alegem calea mai
  dificila, si sa exprimam totul în functie de e
• a e/4 b 2e c e/4 d e/4 e e f
  5e/8,
• si sa introducem în relatia initiala
• (e/4)KMnO4 (2e)HCl ?
• (e/4)KCl (e/4)MnCl2 eH2O (5e/8)Cl2
• Coeficientii unei reactii chimice sunt corect
  exprimati daca sunt numere întregi si nu admit
  nici un alt divizor comun natural diferit de 1.
  Pentru un matematician asta nu este o dificultate
  si se observa cu usurinta ca e 8.

48
Reguli în stabilirea numerelor de oxidare

• Aceste reguli se stabilesc pe baza
  electronegativitatii elementelor si gruparilor si
  a activitatii chimice a metalelor. Regulile
  generale ale numerelor de oxidare sunt
• fluorul are numarul de oxidare -1 nu exista
  exceptii
• oxigenul are numarul de oxidare -2 exceptie fac
  combinatiile cu fluor (ex. OF6), peroxizii (ex.
  NaOONa, Na2O2) si superoxizii (ex. KO2)
• hidrogenul are numarul de oxidare 1 exceptie
  fac parte hidrurile metalelor mai active chimic
  decât hidrogenul (Li, K, Ca, Na, Fe, Zn, etc.)
• metalele alcaline (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) au
  numarul de oxidare 1 nu exista exceptii
• metalele alcalino-pamântoase (Be, Mg, Ca, Sr, Ba,
  Ra) au N.O. 2 nu exista exceptii
• ceilalti halogeni X/F (Cl, Br, I, At) au numarul
  de oxidare -1 fac exceptie compusii cu oxigen,
  compusii cu I si At ce contin si alte elemente
  mai electronegative decât acestea
• în legaturile covalente ale carbonului (cazul
  frecvent al compusilor organici) apartenenta
  electronilor la unul sau celalalt dintre atomii
  implicati în legatura se stabileste exclusiv pe
  baza electronegativitatii legaturile simple
  implica câte un electron din partea fiecarui
  element, cele duble câte doi electroni iar cele
  triple câte 3 electroni un caz deosebit este
  cazul benzenului si omologilor acestuia, în care
  conventional ordinul de legatura este 1.5 între
  atomii de carbon implicati în ciclu, însa aceasta
  nu afecteaza valoarea întreaga a numarului de
  oxidare.

49
Metoda ion electron

• O metoda folosita pentru reactiile în solutie
  apoasa este si metoda ion-electron, preferata
  pentru corespondenta acesteia cu fenomenele
  chimice de disociere care au loc în solutie.
• În cazul acestei metode se considera reactantii
  si produsii de reactie acei ioni si specii
  moleculare care au fost identificate în solutie
  se vor scrie doua ecuatii partial echilibrate
  una pentru oxidant, iar alta pentru reducator. În
  cazul acestei metode etapele sunt urmatoarele
• a) determinarea oxidantului si reducatorului
  conjugat
• b) scrierea ecuatiilor partiale si stabilirea
  stoechiometriei lor
• c) egalarea din punct de vedere electric a celor
  dupa ecuatii se evita egalarea din punct de
  vedere electric ecuatia partiala pâna ce ea nu a
  fost egalata stoechiometric
• d) se alcatuieste bilantul electronic
• e) se aduna ecuatiile partiale obtinute la
  punctul (d) si se obtine ecuatia ionica
  echilibrata.

50
Aplicatii Egalati urmatoarele reactii chimice

1. AgNO3 H2O I2 ? AgI AgIO3 HNO3
2. Cr2(SO4)3 NaOH Br2 ? Na2CrO4 NaBr Na2SO4
   H2O
3. Cu HNO3 ? Cu(NO3)2 NO H2O
4. H2CrO4 NO H2SO4 ? K2SO4 Cr2(SO4)3 H2O
5. H2SeO3 FeSO4 H2SO4 ? Se Fe2(SO4)3 H2O
6. HNO3 FeSO4 H2SO4 ? Fe2(SO4)3 NO H2O
7. K2Cr2O7 FeSO4 H2SO4 ? Fe2(SO4)3 K2SO4
   Cr2(SO4)3 H2O
8. K2Cr2O7 H2S H2SO4 ? Cr2(SO4)3 K2SO4 S
   H2O
9. K2Cr2O7 HNO2 H2SO4 ? Cr2(SO4)3 K2SO4 HNO3
   H2O
10. K2Cr2O7 KBr H2SO4 ? Br2 K2SO4 Cr2(SO4)3
    H2O