V.5. Sinteză recapitulativă - Ioni și molecule.

📚 Sinteză recapitulativă

Elementele chimice care se găsesc sub formă de atomi liberi stabili sunt cele șase gaze nobile (rare) din grupa a VIII-a A (sau grupa nr.18) a Tabelului periodic: Heliu (He), Neon (Ne), Argon (Ar), Kripton (Kr), Xenon (Xe) și Radon (Rn), având configurație stabilă a ultimului strat de dublet (He) sau octet (celelalte gaze rare).

Atomii celorlalte elemente se unesc între ei pentru a obține forme stabile, ioni sau molecule.

Proprietatea caracteristică a atomilor de a se uni între ei se numește valență.

Electronii periferici (de pe ultimul strat, numit strat de valență) care contribuie la formarea legăturilor dintre atomi se numesc electroni de valență.

Atomii metalelor având un număr mic de electroni pe ultimul strat cedează acești electroni și ajung la configurația stabilă a penultimului strat, la fel cu cea a gazului rar precedent lui în Sistemul periodic.

Prin cedare de electroni atomii metalelor devin ioni pozitivi (cationi), deoarece vor avea un surplus de protoni în nucleu. Spunem că metalele au un caracter electropozitiv.

Formarea ionilor pozitivi:

Atomii nemetalelor având un număr mare de electroni pe ultimul strat acceptă electroni pentru a forma octet stabil pe stratul de valență, identic cu cea a gazului rar ulterior lui în Sistemul periodic.

Prin acceptare de electroni atomii nemetalelor devin ioni negativi (anioni), deoarece vor avea un surplus de electroni în înveliș. Spunem că nemetalele au un caracter electronegativ.

Formarea ionilor negativi:

Ionii sunt specii (particule) chimice încărcate cu sarcini electrice (deoarece numărul electronilor din înveliș este diferit de numărul protonilor din nucleu) provenite din atomi sau grupe de atomi, prin cedare sau acceptare de unul sau mai mulți electroni.

Nucleul ionului format este identic cu cel al atomului din care provine.

Ionii și atomii care au același număr de electroni se numesc izoelectronici.

Valența egală cu numărul electronilor cedați sau acceptați se numește electrovalență.

Denumirea ionilor:

• Pozitivi (cationilor): "ion de (numele metalului)". Exemplu: ion de magneziu Mg⁽⁺²⁾.

• Negativi (anionilor): "ion de (numele nemetalului) + terminația "ură"". Exemplu: ion clorură Cl^(-1). Pentru anionul O^(-2) avem denumirea de "oxid de".

Observație:

Când ne referim la caracterul chimic al unui element spunem ce este, adică metal sau nemetal.

Când ne referim la caracterul electrochimic al unui element spunem ce fel de ioni formează, pozitivi sau negativi.

• Metalele au caracter chimic metalic și caracter electrochimic electropozitiv.

• Nemetalele au caracter chimic nemetalic și caracter electrochimic electronegativ.

Compușii ionici se formează în două etape:

1. Transfer de electroni (ē) de la metale la nemetale cu formarea ionilor pozitivi și negativi.

2. Atracția electrostatică între ionii de semn opus, fiind legătura chimică (legătură ionică) care se stabilește între ionii de semn contrar. Se formează un compus ionic stabil și neutru din punct de vedere electric (nr sarcini pozitive = nr sarcini negative), întotdeauna între două elemente cu caracter diferit (metale cu nemetale).

Proprietățile fizice ale compușilor ionici:

• Substanțele ionice sunt solide, divers colorate și cristaline.

• Marea majoritate a compușilor ionici sunt solubili în apă.

• În stare solidă compușii ionici nu conduc curentul electric.

• În soluție și în topitură compușii ionici conduc curentul electric.

Formarea moleculelor

Atomii cu același caracter chimic (nemetalele) pot ajunge la configurația stabilă de dublet sau octet punând în comun electronii de valență și formând molecule.

În molecule legătura obținută prin punerea în comun de electroni se numește legătură covalentă.

Molecula reprezintă cea mai mică particulă dintr-o substanță, care poate exista și în stare liberă și care, păstrează proprietățile substanței din care provine.

Caracteristicile moleculelor:

• Particule stabile

• Particule electric neutre

• Au forme și dimensiuni diferite

• Între molecule există spații intermoleculare

• Moleculele se mișcă dezordonat în funcție de temperatură

• Moleculele aceleiași substanțe sunt identice

• Reprezintă grupări de atomi identici sau diferiți.

I. După felul atomilor care participă la formarea legăturii, aceasta poate fi:

1. Legătură covalentă nepolară prin punerea în comun de electroni între atomi identici. Se formează substanțe simple moleculare (H₂, N₂, O₂, F₂, Cl₂, Br₂, I₂)

2. Legătură covalentă polară prin punerea în comun de electroni între atomi diferiți. Se formează substanțe compuse moleculare (compuși moleculari).

Exemple: HCl, H₂O, NH₃, CH₄

Formula chimică reprezintă notarea moleculei cu ajutorul simbolurilor chimice ale elementelor componente și al indicelor, pentru a arăta numărul atomilor din fiecare element.

Indicele 1 nu se trece.

Molecula fiind formată din atomi are dimensiuni foarte mici și masă foarte mică.

Masa moleculară este o mărime adimensională (un număr) care ne arată de câte ori este mai mare masa reală a unei molecule decât unitatea atomică de masă (u.a.m.).

Ea se calculează însumând masele atomice relative ale tuturor atomilor moleculei.

Exemplu: Masa moleculară a apei (H₂O) este M_H2O= 2 A_H +1 A_O = 2 + 16 = 18

Proprietățile fizice ale compușilor moleculari:

1. Compușii moleculari se găsesc în toate cele 3 stări de agregare:

• Solidă: zahăr, acid citric, mase plastice (macromolecule), naftalină etc.

• Lichidă: apă, apă oxigenată, alcool etilic, acid sulfuric etc.

• Gazoasă: acid clorhidric, dioxid de carbon(CO₂), monoxid de carbon (CO), amoniac(NH₃) etc.

2. Compușii moleculari după solubilitatea în apă sunt:

• Solubili (exemple: zahăr, acid citric, HCl, acid sulfuric, amoniac)

• Puțin solubili (exemple: CO, CO₂)

• Insolubili (mase plastice, metan-CH₄). Aceștia sunt solubili în solvenți organici (acetonă, benzină, benzen, cloroform, tetraclorură de carbon etc.)

3. Unele soluții ale substanțelor moleculare conduc curentul electric (acidul clorhidric, acidul sulfuric, acidul citric etc.), altele nu îl conduc (zahărul, naftalina).

Proprietatea caracteristică a atomilor de a se uni între ei se numește valență.

Valența unui element într-un compus este egală cu numărul electronilor cedați sau acceptați sau puși în comun de un atom al elementului.

Un element chimic poate fi monovalent (are valența I), divalent (are valența II), trivalent (valența III), tetravalent (valența IV), pentavalent (valența V), hexavalent (valența VI) sau heptavalent (valența VII).

Gazele rare sunt zerovalente, adică nu au valență, deoarece ele deja au structură stabilă de dublet sau octet pe ultimul strat și nu formează compuși chimici.

Observații:

Valențele elementelor sunt importante pentru a scrie formula unui compus chimic.

Numărul electronilor de pe ultimul strat determină valența elementului.

Valențele elementelor chimice situate în grupe principale :

• Elementele din primele trei grupe principale I A (1), IIa A (2) și III A (13) au valența egală cu cifra unităților din numărul grupei (egală cu numărul electronilor de pe ultimul strat).

• Elementele din grupele principale IV A (14), V A (15), VI A(16) și VII A (17) au valența egală cu diferența dintre opt și cifra unităților din numărul grupei (egală cu opt minus numărul electronilor de pe ultimul strat) în compușii cu hidrogenul sau cu metalele.

Valența nemetalelor variază în compușii cu oxigenul. Același element poate avea mai multe valențe, dar cea maximă este egală cu numărul grupei.

Deoarece oxigenul este constant divalent, valența nemetalelor se stabilește față de acesta astfel:

• În monoxidul de carbon (CO): O –valența II și C-valența II (divalent), deoarece se combină cu 1 atom de O.

• În dioxidul de carbon (CO₂): O–valența II și C-valența IV (tetravalent), deoarece se combină cu 2 atomi de O.

• În trioxidul de sulf (SO₃): O–valența II și S-valența VI (hexavalent), deoarece se combină cu 3 atomi de O.

Observaţie:
Pentru elementele din grupele secundare (metalele tranziționale) nu putem afla valența lor după numărul grupei, deoarece ele nu au întotdeauna numărul electronilor de pe ultimul strat egal cu cifra unităților din numărul grupei.

Fierul poate fi divalent sau trivalent, cuprul poate fi monovalent sau divalent.