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: asoran@chem.ubbcluj.ro, 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: ppetrar@chem.ubbcluj.ro, 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: richy@chem.ubbcluj.ro, SALA 99 (etaj 1)

Consulta ţii: Miercuri 9-11

Laborator: grupa SIMON

Contact: dmargi@chem.ubbcluj.ro, 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