Chimia Mediului

Chimia Mediului

Chimia mediului se ocupa cu studiul principalilor compusi anorganici si organici care sunt implicati in ciclurile biogeochimice naturale si discutarea cauzelor de intrerupere a acestora .

O alta definitie ar fi ' studiul rolului elemetelor chimice in sinteza si descompunerea naturala a materiei, de orice tip, incluzand schimbarile datorate activitatii antropice.'

MATERIA - este discontinua si este alcatuita din particule foarte mici numite atomi si molecule

MOLECULA - este cea mai mica particula care isi pastreaza aceleasi proprietati chimice cu substanta din care provine.

SUBSTANTA - este rezultatul combinatiilor chimice dintre atomi si molecule

Substantele pot fi :

simple , formate din acelasi tip de atomi

compuse , formate din specii diferite de atomi

Se caracterizeaza prin :

omogenitate

compozitie constanta

ELEMENTUL CHIMIC - este conceptul chimic care desemneaza toate manifestarile substantelor simple , indiferent de combinatia in care se afla ; altfel spus , este invariantul care se pastreaza indiferent de transformarile chimice pe care le sufera substanta.

COBINATIILE CHIMICE - sunt substantele alcatuite din doua sau mai multe elemente , respectiv specii diferite de atomi , intr`un raport bine determinat.

MASA MOLECULARA - ne arata de cate ori masa unei molecule este mai mare decat unitatea atomica de masa si reprezinta suma maselor atomilor constituenti.

FENOMENE CHIMICE - reprezinta procesul de trasformare a substantelor prin care acestea isi modifica structura , compozitia si proprietatile chimice.

PROTONII - particule materiale incarcate cu cate o sarcina elementara electrica pozitiva.

NEUTRONII - particule materiale neutre

ELECTRONII - particule materiale incarcate cu cate o sarcina elementara electrica NEGATIVA.

ELECTRONII DE VALENTA - sunt electronii de pe straturile superioare ale atomilor si sunt electronii care sunt responsabili pentru proprietatile chimice ale atomilor

ELECTRONEGATIVITATEA - puterea unui element de a atrage catre propriul nucleu norul electronic al legaturii pe care o realizeaza cu un alt element.

Elementele chimice

Elementele chimice - sunt specii elementare ale materiei , formate din atomi , caracterizate printr`un anumit numar atomic Z .

'Proprietatile chimice si fizice ale elementelor , precum si ale compusilor acestora , se gasesc in dependenta periodica de masele lor atomice'. (Mendeleev)

'Proprietatile fizice si chimice ale elementelor si ale combinatiilor formate din ele sunt functii periodice de sarcinile nucleelor atomice ale elementelor' (Bohr & Moseley).

Numarul grupei - indica valenta maxima a elementelor din acea grupa fata de oxigen. Valenta superioara lui 8 nu se cunoaste.

Valenta elementelor - fata de hidrogen creste in perioada de la grupa I la grupa a IV principala dupa care scade pana la grupa VII principala.

In partea stanga a sistemului periodic se afla elementele cele mai electropozitive (metalele) , iar in partea dreapta , elementele cele mai electronegative (nemetalele).

Legaturile chimice.

Teoria Lewis - Kossel

atomii elementelor care au pe ultimul strat electronic un numar incomplet de electroni , au o configuratie chimica instabila si deci , manifesta tendinta de a-si completa stratul exterior prin punere in comun (cedare sau transfer) de electroni.

Teoria electronica a legaturii ionice (W.Kossel)

se refera la legatura realizata prin transfer de electroni de la un atom la altul , in urma caruia atomii dobandesc sarcini electronice elementare, sau multipli ai acesteia , adica devin ioni care se atrag prin forte electrostatice.

Teoria legaturii covalente (G.N. Lewis)

se refera la subst. in care legatura intre atomi se realizeaza prin puneri in comun de electroni si folosirea in comun a perechii formate.

Teoria mecanic-cuantica (F. London)

Legatura ionica pura nu exista din cauza polarizatiei electronice dintre ioni.

Tipuri de legaturi chimice

legatura ionica sau electrovalenta

legatura covalenta

legatura metalica

Legatura Ionica sau electrovalenta

se formeaza prin transferul electronilor de valenta , de pe ultimul strat al elementelor electropozitive pe stratul ultim de valenta al atomilor elementelor electronegative, fiecare dintre ionii rezultati avand configuratie stabilita de gaz inert.

Legatura covalenta

se realizeaza prin punere in comun de electroni cu participare egala , rezultand una sau mai multe perechi de electroni care apatin deopotriva ambilor atomi.

legatura covalenta conduce la formarea de molecule sau retele atomice

Exista doua tipuri de covalente :

- covalenta nepolara - intre atomi de acelasi fel

- covalenta polara - intre specii diferite de atomi

Legatura coordinativa

este un alt tip de covalenta in care unul din atomi poseda o pereche de electroni neparticipanti (atom donor) pa care il pune in comun cu un alt atom deficitar in electroni (atom acceptor).

Legaturi intermoleculare.

legatura de hidrogen - ia nastere prin intermediul atomilor de hidrogen si se stabileste numai cu atomii elementelor puternic electronegative.

legatura Van der Waals - este legatura , prin forte slabe de natura electrostatica , dintre molecule diatomice in stare gazoasa sau molecule mono sau poliatomice saturate din punct de vedere al covalentei din retelele moleculare.

Elementele chimice si combinatiile lor.

NEMETALELE - elemente situate in grupele principale din sistemul periodic , in dreapta diagonalei care poate fi trasata de la bor (grupa III A) la astatiniu (grupa VI A) sunt nemetale , caracterizate prin:

stari de agregare : gaze , lichide , solide

unele elemente pot forma polimeri (B , C , Si , P , As , Se , Te , Bi)

in solutii apoase formeaza numai anioni

cu oxigenul formeaza oxizi acizi gazosi , lichizi sau solizi anhidri.

cu H formeaza hidruri covalentepolare sau nepolare sau subst gazoase.

cu exceptia O , H , N , S , C si a gzelor rare , care se gasesc in natura , pe planeta noastra nemetalele se gasesc numai sub forma de combinatii.

METALELE - reprezinta 80 din cele 106 elemente cunoscute in prezent.

au proprietati generale carecteristice, generate de legatura metalica, dar si propr particulare determinate de structura atomilor lor. dupa config electronica metalele pot fi : tipice sau tranzitionale

Proprietati:

tendinta de a forma retele cristaline compacte

proprietati optice (opacitate, luciu metalic, culoare)

densitate

temperatura de topire si de fierbere

conductibilitate termica si electrica

proprietati mecanice speciale

insolubilitatea in dizolvanti comuni (se dizolva numai in metale cu formare de aliaje).

ALIAJELE - pot fi formate din doua metale (binare), din trei metale (ternare), din patru metale (cuaternare) sau mai multe metale (polinare).

Combinatii binare :

Hidrurile - hidrocarburi , compusi organici , hidrura oxigenului si hidrurile halogenurilor (hidroacizi).

Halogenurile - au structuri ionice , pot forma leg covalente cu elem. din B si C .

Oxizii - structuri ionice form. oxizii elem din clasa A iar cei din B si C structuri covalente. Caracterul oxizilor metalici este bazic iar al elem. din B este acid.

Combinatii ternare: hidroxizii si oxiacizii

NaOH , Mg(OH)2 , Al(OH)3      - baze

Si(OH)4 , PO(OH)3 , SO(OH)2 , ClO3(OH) - acizi

Starile de agregare ale materiei.

Starile de agregare naturale sunt : solida , lichida si gazoasa. Aceste sunt caracterizate prin valori constante (de echilibru) ale p , V ,T.Aceste valori se numesc variabile de stare sau parametrii de stare.

Legea Avogadro-Ampere:

In aceleasi conditii de temperatura si presiune , gazele aflate suficient de departe de punctul critic , contin acelasi numare de molecule in unitatea de volum.

Teoria Acizi - Baze

Teoria lui Arrhenius:

se bazeaza pe teoria disocierii electrolitice si spune ca acizii sunt substante care in solutii apoase disociaza dand nastere la H+ iar bazele disociaza cu formare de HO-.

AMFOLITUL : e o substanta care se comporta si ca acid si ca baza , in functie de conditiile de reactie , la disociere eliberand protoni sau ioni oxidril:

H* + AmfO- <=> Amf - OH <=> A*mf + HO-

baza      amfolit acid

Exemple: H2O , Pb(OH)2 , Sn(OH)2 , Al(OH)3 , Cr(OH)3

Teoria electronica (Lewis).

bazele sunt substante care au una sau mai multe perechi de electroni disponibili , iar acizii sunt substante care se pot atasa la o pereche de electroni.

BCl3 + C6H5 - NH2 ---> C6H5 - N : BCl3

|

H

Teoria Usanovich

acidul este , orice substanta care poate ceda electroni , iar baza , orice subst care poate accepta electroni.

Teoria Protolitica

se numeste acid , orice subst capabila sa cedeze protoni , iar baza o subst capabila sa aceepte protoni.

Acizii : sunt de 3 feluri :

moleculari :      HCl , H2So4 , HNO3 , etc.

anionici :      HSO4 , H2PO4 , HPO4

cationici : NH4 , H3O, NH3 si H2O

Bazele : sunt de 2 feluri :

moleculare : NH3 , H20 , NaOH , KOH , R-NH2

anionice : HSO4 , HO- , CH3 - COO- , Cl- , NO3-

Reactiile Chimice

Rectiile chimice - reprezinta transformarile unor substante in alte substante, care au proprietati noi, ca urmare a unei skimbari produse in compozitia lor chimica.

Orice proces in care una sau mai multe substante (reactanti) se transforma sub actiunea unor factori in alte substante (produsi de reactie), cu proprietati chimice si fizice noi constituie o reactie chimica.

Ecuatia chimica - este reprezentarea prescurata a unei reactii in care reactantii si produsii sunt desemnati prin formule chimice.

Factori implicati:

starea fizica a substantelor

conditiile de reactie (temp., presiune)

efectele termice, ce insotesc orice reactie

modul de desfasurare : reactie totala sau in echilibru (ech. chimic)

toxicitate , implicatii biologice, etc.

Reactii de descompunere.

sunt acele reactii prin care dintr-o substanta compusa se obtin dou substante simple sau compuse, dar cu forma simpla (si se fac cu consum de energie:termica, electrica , luminoasa).

2H2O ---> 2H2 + O2

Reactii de combinare:

sunt reactii prin care din unirea a doua substante simple se obtine o substanta compusa.(invers reactiei de descompunere)

2H2 + O2      ---> 2H2O

Reactii de substitutie (inlocuire):

sunt reactii in urma carora un element dintr`o substanta compusa este substituit cu un alt element

H2SO4 + Fe ---> FeSO4 + H2

le intalnim la metodele de identificare a cationilor si anionilor

Reactii de dublu schimb:

sunt acele reactii prin care un element dintr-o substanta compusa este substituit de un alt element din cealalta subst compusa, cu care aceasta reactioneaza.

H2SO4 + BaCl2 ---> BaSO4 + 2HCl

Reactii specifice

Reactii acizi-baze:

reactii la care participa doua cupluri

Reactia de autoprotoliza:

e un caz particular al reactiilor acizi-baze.

Reactia de hidroliza:

este reactia inversa reactiei de neutralizare , interactiunea avand loc intre aionii apei si ionii sarii.

sare + H2O <=> acid + baza

Termodinamica Chimica

Principiul I al termodinamicii : trasformarea dintre starea initiala si cea finala a unui sistem are loc cu schimb de caldura(energie).

Principiul II al termodinamicii : procesele spontane se caracterizeaza prin stare de dezordine iar energia eliberata este negativa.

Factori ce influenteaza reactiile chimice.

Temperatura

Apa

Concentratiile de Oxigen si Co2

Fragmentarea materialului

Rezidenta in porii materialului

Prezenta impuritatilor

Precipitarea compusilor secundari pe suprafata mineralului alterat sau pe suprafata mineralelor din vecinatate.