ChicuCristian

Ce este chimia?

Chimia este ştiinţa care studiază substanţele chimice care sunt constituite din atomi sau particulele subatomice, precum protonii, electronii şi neutronii. ^[2][3] Atomii se combină pentru producerea moleculelor şi a cristalelor. Chimia mai este numită şi ştiinţa de mijloc sau ştiinţa centrală, întrucât combină toate celelalte ştiinţe ale naturii, precumastronomia, fizica, biologia şi geologia.

Naşterea chimiei poate fi atribuită anumitor practici, numite alchimie, care sunt efectuate de mai multe milenii în multe părţi din lume, în mod special în Orientul Mijlociu.

Structura obiectelor pe care le folosim de zi cu zi şi proprietăţile materiei cu care interacţionăm sunt consecinţe ale proprietăţilor substanţelor chimice şi ale interacţiunilor lor. Spre exemplu, oţelul este mai dur decât fierul pentru că atomii din el sunt mai strâns legaţi, formând o structură cristalină mai rigidă. Lemnul arde sau este supus oxidării rapide pentru că poate reacţiona în mod spontan cu oxigenul în cadrul unei reacţii chimice deasupra unei anumite temperaturi. Zahărulşi sarea se dizolvă în apă deoarece proprietăţile lor moleculare/ionice permit dizolvarea în condiţii ambientale.

Transformările care sunt studiate în cadrul chimiei sunt rezultatul interacţiunii fie dintre substanţe chimice diferite fie dintre materie şi energie. Chimia tradiţională implică studiile interacţiunilor dintre substanţe într-un laborator specializat folosind diverse vase de laborator.

O reacţie chimică este transformarea unor substanţe în una sau mai multe alte substanţe. Poate fi reprezentată simbolic printr-o ecuaţie chimică. Numărul atomilor de pe partea stângă şi dreaptă a acestor ecuaţii chimice trebuie sa fie egal. Natura reacţiilor chimice pe care o substanţă le poate suferi şi descărcările de energie ce pot surveni sunt definite prin anumite legi de bază, numite şi legi chimice.

Energia şi entropia sunt la fel de importante în majoritatea studiilor chimiei. Substanţele chimice sunt clasificate în funcţie de structura lor dar şi de compoziţia lor chimică. Ele pot fi analizate folosind instrumete de analiză chimică, precum spectroscopia şi cromatografia.

Chimia e o parte integrată din studiul ştiinţelor naturii atât în şcoala gimnazială cât şi la liceu, de altfel în unele ţări europene, printre care şi România, chimia are rezervate ore de curs separate, cu profesori specializaţi. La acest nivel, chimia este adesea numită chimie generală care introduce o largă varietate de concepte fundamentale care permit elevului să obţină îndemânarea şi tehnica necesară la niveluri mai avansate, acolo unde chimia este studiată la fel în toate disciplinele ei.Oamenii de ştiinţă care se ocupă cu cercetarea în domeniul chimiei se numesc chimişti. Majoritatea se specializeză pe una sau câteva din disciplinele acestei ştiinţe.

Conceptele fundamentale

Atom:

Atomul este cea mai mică particulă dintr-o substanţă care prin procedee chimice obişnuite nu poate fi divizată în alte particule mai simple. Este unitatea de bază a unui element chimic. Este o grupare de materie care conţine un nucleu încărcat cu o sarcină electronică pozitivă, care este format din protoni şi neutroni şi unînveliş electronic în jurul nucleului datorită căruia atomul are sarcina electrică 0. Atomul este de asemenea cea mai mică particulă care poate reţine unele proprietăţi chimice ale elementului, ca potenţialul de ionizare.

STRUCTURA ATOMULUI:

Atomii sunt alcatuiti dintr-un nucleu central purtand sarcini pozitive, in care este concentrata aproape toata masa atomului, si un numar de electroni care se misca extrem de rapid in spatiul din jurul nucleului.

In zona mijlocie a orbitalilor probabilitatea de miscare a electronilor este maxima. Spre interior si exterior ea scade. Este imposibil a determina simultan atat pozitia electronilor cat si viteza sa. Acesta este principiul incertitudinii.

De aceea, mai degraba, trebuie sa ne imaginam electronul in miscare, ca o sarcina difuza negativa, de densitate variabila, distribuita in jurul nucleului, respectiv ca un „nor electronic”.

Electronii excitati prin absorbtie de energie din exterior , in cuante (particule infirme, indivizibile, de energie, conform conceptiei lui Planck-respectiv “pachete elementare de energie”),fac un salt, trecand intra-un orbital mai indepartat, stau aici o fractiune de sec. , apoi fac un salt de revenire in orbitalul in care s-au aflat initial , emitand energia absorbita.

Element

Conceptul de element chimic este legat de cel de substanţă chimică. Un element chimic e reprezentat de un anumit număr de protoni în nucleii atomilor. Acest număr e cunoscut ca numărul atomic Z. Spre exemplu, toţi atomii cu 6 protoni în nucleu formează elementul carbon, toţi atomii cu 92 de protoni în nucleu formează elementul uraniu. Totuşi elementul poate avea mai mulţi izotopi, care diferă de la unul la altul prin numărul de neutroni din nucleu.

De-a lungul timpului s-a încercat prin multe metode clasificarea elementelor chimice iar cea mai convenabilă metodă – folosită şi în ziua de azi – tabelul periodic al elementelor, numit şi tabelul periodic al lui Mendeleev, cuprinde într-o formă tabulară elementele chimice aranjate în funcţie de proprietăţile fizice şi chimice ale acestora.

Tabel periodic al elementelor

Substanţă

O substanţă chimică este o formă de materie cu o compoziţie proprie şi un set de proprietăţi. Strict vorbind, un amestec de componente,elemente sau componente şi elemente nu e o substanţă chimică, dar poate fi numită chimică. Cele mai multe din substanţele pe care le întâlnim în viaţa de zi cu zi sunt amestecuri, ex. aerul, aliajele, biomasele etc.

Nomenclatura substanţelor este o parte critică din limbajul chimiei. La începuturile chimiei, numele substanţelor erau date de către descoperitor, lucru ce ducea adeseori la confuzii şi dificultăţi. Totuşi, astazi sistemul IUPAC al denumirilor chimice le permite chimiştilor de a specifica prin nume componentele specifice dintre o varietate infintă de chimicale. Denumirea standard a unei substanţe chimice este stabilită de către IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry). Există sisteme bine definite pentru a denumi diferitele specii chimice. În completare, Chemical Abstracts Service a dezvoltat o metodă de a indexa substanţele chimice. În acest sistem fiecare substanţă chimică este indentificată cu ajutorul unui număr cunoscut ca numărul CAS.

Mol

Un mol este cantitatea de substanţă care conţine un număr de entităţi elementare (atomi, molecule sau ioni), după cum există în atomi 0.012 kilograme (sau 12 de grame) de carbon-12, în cazul în care atomii de carbon-12 sunt nelegaţi şi inerţi. Acest număr este cunoscut sub numele de constantă Avogadro, şi este determinată empiric. În prezent, valoarea sa acceptată este de 6.02214179(30) × 10²³ moli. Este la fel ca termenul de o „duzină”, în sensul că este un număr absolut (care nu are unităţi) şi poate descrie orice tip de obiect elementar, deşi folosirea molului este limitată la măsurarea structurilor subatomice, atomice, şi moleculare.

Numărul de moli a unei substanţe într-un litru de soluţie este cunoscut sub numele de molaritate. Molaritatea este unitatea comnuă folosită pentru a exprima concentraţia unei soluţii în chimia fizică.

Ioni şi săruri

Un ion este o specie, un atom sau o moleculă, care a pierdut sau a câştigat unul sau mai mulţi electroni. Cationii încărcaţi pozitiv (de exemplu, cationul de sodiu Na⁺) şi anionii încărcaţi negativi (de exemplu, clorură Cl^–) pot forma o structură cristalină de sare neutră (de exemplu, clorură de sodiu NaCl). Exemple de ioni poliatomici care nu se despart în timpul reacţiilor sunt hidroxizii (OH^–), fosfaţii (PO₄^3-) şi alţii.

Ioni în stare gazoasă sunt adesea cunoscuţi sub numele de plasmă.

Aciditate şi bazicitate

O substanţă poate fi deseori clasificată ca un acid sau o bază. Acest lucru este făcut de multe ori pe baza unui anumit tip de reacţie, şi anume la schimbul de protoni dintre compuşi chimici. Cu toate acestea, o extensie a acestui mod de clasificare a fost facută de chimistul american, Gilbert Newton Lewis; în acest mod de clasificare reacţiile nu sunt limitate la cele care au loc într-o soluţie apoasă, astfel, nu mai este limitată la soluţii în apă. În conformitate cu conceptul lui Lewis, de o importanţă crucială sunt schimburile de electroni.

Stare de agregare

În plus faţă de proprietăţile chimice specifice în care se disting diferitele clasificări chimice, chimicalele pot exista în mai multe stări de agregare. În cea mai mare parte, clasificările chimice sunt independente de aceste clasificări de stare; cu toate acestea, unele stări mai exotice sunt incompatibile cu anumite proprietăţi chimice. O stare de agregare este un set de stări ale unui sistem fizic macroscopic care au o compoziţie chimică şi proprietăţi fizice relativ uniforme (aşa cum sunt temperatura, structura cristalină, presiunea, etc.). Proprietăţi fizice, cum ar fi densitatea şi indicele de refracţie tind să se încadreaze în valorile caracteristice de fază. Starea materiei este definită de starea de tranziţie, care are loc când enegia introdusă sau luată dintr-un sistem merge în reorganizarea structuri sistemului, în loc de a schimba condiţiile.

Uneori distincţia între faze poate fi continuă în loc de a avea o graniţă discretă, în acest caz, chestiunea se consideră a fi într-o situaţie supercritică. Când cele trei stări să îndeplineasc, pe baza condiţiilor, este cunoscut ca un triplu punct şi deoarece acest lucru este invariant, este un mod convenabil de a defini un set de condiţii.

Cel mai cunoscute exemple de stări de agregare sunt solid, lichid şi gazos. Multe substanţe prezintă mai multe faze solide. De exemplu, există trei faze solide ale fierului (alfa, gama, şi delta), care variază în funcţie de temperatură şi presiune. O diferenţă principală printre fazele solide este structura de cristal, sau aranjament, a atomilor. Mai puţin cunoscute sunt stările de agregare precum plasma, condensările Bose-Einstein şi condensările fermionice şi fazele paramagnetice şi feromagnetice ale materialelor magnetice.

Redox

Oxido-reducerea (sau redox) este o reacţie ce are loc cu transfer de electroni între speciile atomice.^[21] Substanţele ce prezintă proprietatea de a oxida alte substanţe se numesc agenţi oxidanţi sau simplu, oxidanţi. Acestea îndepărtează electroni din alte substanţe. În mod similar, substanţele ce prezintă proprietatea de a reduce alte substanţe se numesc agenţi reducători, sau simplu, reducători. Aceştia transferă electroni unei alte specii chimice. Oxidarea reprezintă cedare de electroni, iar reducerea decurge cu acceptare de electroni.^[22] Reacţiile redox au loc cu schimbarea numărului de oxidare a speciilor chimice implicate. Astfel, oxidarea decurge cu creşterea acestuia, iar reducerea are loc cu scăderea lui.^[23]

Legătură chimică

Conceptul de legătură chimică se referă la modul în care atomii se unesc pentru a forma molecule. Energiile implicate, care nu sunt doar cele de atracţie şi repulsie, caracterizează capacitatea unui electron de a se lega de un alt atom. Se formează interacţii care menţin uniţi atomii în molecule sau în cristale. În cazul substanţelor simple, MLV, modelul repulsiei perechilor de electroni (modelul Gillespie) şi numărul de oxidare sunt metode ce pot fi folosite pentru a determina structura şi compoziţia moleculelor. În mod similar se poate afla şi structura compuşilor ionici cu ajutorul unor teorii din fizica clasică. Pentru a afla alcătuirea compuşilor cu o structură mai complexă se folosesc principii din fizica cuantică, cum ar fi metoda orbitalilor moleculari.

Reacţie chimică

Orice proces care modifica proprietăţile chimice ale unei substanṭe sau în care se formezǎ o noua substanţǎ.În timpul unei reacṭii, reactanṭii se transformǎ în produşi.

Reactie chimica