Introducere în chimie

Chimia este știința care studiază substanțele, proprietățile lor și transformările pe care le suferă. Tot ce ne înconjoară — aerul, apa, rocile, alimentele — este alcătuit din substanțe.

O substanță pură are compoziție constantă și proprietăți bine definite (de exemplu apa distilată, oxigenul, sarea de bucătărie pură). Substanțele pure pot fi simple (alcătuite dintr-un singur element, ca O2 sau Fe) sau compuse (alcătuite din mai multe elemente, ca H2O sau CO2).

Un amestec conține două sau mai multe substanțe care își păstrează proprietățile. Amestecurile pot fi omogene (au același aspect în toată masa lor, ca apa cu zahăr sau aerul) sau eterogene (componentele se disting cu ochiul liber sau la microscop, ca apa cu nisip ori apa cu ulei).

Deoarece componentele unui amestec își păstrează proprietățile, ele pot fi separate prin metode fizice, alese în funcție de proprietățile care le deosebesc (stare de agregare, densitate, punct de fierbere, solubilitate).

Pentru amestecurile eterogene folosim: decantarea (separarea unui solid depus de lichid sau a două lichide nemiscibile, pe baza diferenței de densitate), filtrarea (separarea unui solid insolubil de un lichid cu ajutorul filtrului) și separarea magnetică (pentru pilitura de fier din amestecuri).

Pentru amestecurile omogene folosim: cristalizarea (separarea unei substanțe solide dizolvate, prin evaporarea solventului — așa se obține sarea din apa de mare) și distilarea (separarea componentelor lichide pe baza punctelor de fierbere diferite — de exemplu separarea alcoolului de apă).

Atomul este cea mai mică particulă dintr-o substanță care păstrează identitatea elementului chimic. Atomul este alcătuit din nucleu (în centru) și învelișul electronic (în jurul nucleului).

Nucleul conține protoni (particule cu sarcină pozitivă, p+) și neutroni (particule neutre, n0). Învelișul electronic conține electroni (particule cu sarcină negativă, e-), repartizați pe straturi notate K, L, M... Atomul este neutru din punct de vedere electric: numărul protonilor este egal cu numărul electronilor.

Numărul atomic Z reprezintă numărul protonilor din nucleu și identifică elementul chimic. Numărul de masă A reprezintă suma dintre numărul protonilor și al neutronilor: A = Z + n. Atomii aceluiași element care diferă prin numărul de neutroni se numesc izotopi.

Elementele chimice sunt ordonate în tabelul periodic în ordinea crescătoare a numărului atomic Z. Tabelul a fost conceput de Dmitri Mendeleev în 1869, pe baza legii periodicității.

Liniile orizontale se numesc perioade (1–7) și corespund numărului de straturi electronice ocupate. Coloanele verticale se numesc grupe; elementele din aceeași grupă au proprietăți asemănătoare, deoarece au același număr de electroni pe ultimul strat.

Grupele principale importante sunt: grupa I (metale alcaline: Li, Na, K), grupa a II-a (metale alcalino-pământoase: Mg, Ca), grupa a VII-a (halogeni: F, Cl, Br, I) și grupa a VIII-a (gaze nobile: He, Ne, Ar — foarte stabile chimic).

Atomii se combină pentru a-și realiza o configurație electronică stabilă, asemănătoare gazelor nobile (regula octetului — 8 electroni pe ultimul strat, sau 2 pentru primul strat).

Legătura ionică se formează prin transfer de electroni: metalul cedează electroni și devine ion pozitiv (cation), iar nemetalul acceptă electroni și devine ion negativ (anion). Ionii de semn contrar se atrag electrostatic. Exemplu: în NaCl, sodiul cedează un electron clorului, formând Na+ și Cl-.

Legătura covalentă se formează prin punere în comun de electroni între doi atomi de nemetal. Exemplu: în molecula de H2 cei doi atomi pun în comun câte un electron; în H2O oxigenul formează două legături covalente cu doi atomi de hidrogen.

Fiecare element chimic are un simbol format din una sau două litere: H (hidrogen), O (oxigen), Na (sodiu), Cl (clor), Fe (fier). Formula chimică arată din ce elemente este alcătuită o substanță și în ce raport: H2O înseamnă 2 atomi de hidrogen și 1 atom de oxigen.

Valența este capacitatea de combinare a unui atom, adică numărul de legături pe care le poate forma. Hidrogenul are valența I, oxigenul are valența II. Pentru a scrie corect o formulă, produsul dintre valență și numărul de atomi trebuie să fie egal pentru cele două elemente (regula încrucișării valențelor).

Exemplu: aluminiul (valența III) și oxigenul (valența II) formează oxidul de aluminiu Al2O3 — încrucișăm valențele și obținem indicii 2 și 3. Masa moleculară se calculează adunând masele atomice ale tuturor atomilor din formulă: M(H2O) = 2 × 1 + 16 = 18.