NUMĂR DE OXIDARE

Toate formele de viaţă depind de procese redox: fotosinteza, digestia, metabolismul, eliberarea energiei din alimente precum şi din combustibili sunt procese redox. Funcționarea multor aparate, automobile se datorează curentului electric produs de baterii în urma unor procese redox. 
Uneori aceste reacții redox sunt nedorite, de exemplu coroziunea metalelor.
Ramura chimiei care studiază procesele redox se numește electrochimie.
Reacțiile redox sunt reacții chimice care au loc cu modificarea numărului de oxidare al unuia sau a mai multor elemente din componența reactanților.
Un proces redox poate fi recunoscut prin variaţia numerelor de oxidare ale unor elemente sau grupe de elemente.
Numărul de oxidare reprezintă numărul de electroni proprii implicaţi în formarea legături chimice. 
N.O. = sarcini reale (la ioni) sau formale (la atomi/molecule).
Reguli de stabilire a N.O.:
1. Substanțele în stare liberă au NO=0
ex: H₂⁰, Cl₂⁰, O₂⁰, Cu⁰, Fe⁰, etc.
2. Numărul de oxidare al hidrogenului este:

☆+1 în majoritatea compuşilor.

Exemplu: H⁺¹Cl, H₂⁺¹O , H⁺¹NO₃

☆  excepție: într-o hidrură metalică (compus al hidrogenului cu un metal), numărul lui de oxidare fiind atunci -1.

Exemplu: NaH^-1, CaH₂^-1 3. Numărul de oxidare al oxigenului este :
☆  -2 în majoritatea compuşilor.   
Exemplu: H₂O^-2, NaO^-2H, HNO^-2₃        

☆  excepție: în cazul peroxizilor (atunci este -1)

Exemplu: H₂O^-1₂, Na₂O^-1₂
4. Numărul de oxidare al fluorului într-o moleculă (cu excepția moleculei de F₂) este întotdeauna -1.

Exemplu: HF^-1, NaF^-1 . 
5. În compuşi, numărul de oxidare al elementelor din grupa IA este +1.
Exemplu: Na⁺¹Cl, Na⁺¹OH, K⁺¹₂O. 
6. În compuşi, numărul de oxidare al elementelor din grupa IIA este +2.
Exemplu: Mg⁺²Cl₂, Ca⁺²O.
7. Numărul de oxidare al unui ion este egal cu sarcina sa.
Exemplu: (HO)^-1, (SO₄)^-2, (NO₃)^-1, (PO₄)^-3 .    
8. Suma algebrică a numerelor de oxidare a elementelor ce formează un compus  neutru este egală cu zero.
Exemplu: Într-o moleculă de H₂SO₄ (acid sulfuric), suma numerelor de oxidare ale hidrogenului, sulfului si oxigenului este zero.
H⁺¹₂S^XO^-2₄ ⇒2∙(+1) +1∙x + 4∙(-2) = 0 ⇒ x = +6
H⁺¹₂S⁺⁶O^-2₄  .  

Exemple:

》  H₂CO₃.

H⁺¹₂C^XO^-2₃ ⇒2∙(+1) +1∙x + 3∙(-2) = 0 ⇒ x = +4

H⁺¹₂C⁺⁴O^-2₃ .

》  HNO₃    

H⁺¹N^XO^-2₃ ⇒1∙(+1) +1∙x + 3∙(-2) = 0 ⇒ x = +5

H⁺¹N⁺⁵O^-2₃ .

》  NO₂    

N^XO^-2₂⇒1∙x + 2∙(-2) = 0 ⇒ x = +3

N⁺³O^-2₂ .

》  KMnO₄   

K⁺¹Mn^XO^-2₄ ⇒1∙(+1) +1∙x + 4∙(-2) = 0 ⇒ x = +7 

K⁺¹Mn⁺⁷O^-2₄ .

》  K₂Cr₂O₇   

K⁺¹₂Cr^X₂O₇  ⇒ 2∙(+1) +2∙x + 7∙(-2) = 0 ⇒ x = +6

K⁺¹₂Cr⁺⁶₂O₇  

Test - Introducere în studiul chimiei organice

 Test  - Compoziția și structura compuşilor organici
 Test complement multiplu

Alcani - test

Test Alcani

REACŢII CU TRANSFER DE PROTONI

Reacţiile acido-bazice

Reacţiile cu schimb de protoni se numesc protolitice.

De la cele mai mici particule până la cele mai complexe combinații, natura din jurul nostru poate fi ”descompusă” și înțeleasă cu ajutorul chimiei.

Acizii și bazele sunt două clase de compuși extrem de importante în intreaga chimie.
Reactții acido-bazice întâlnim în viața de toate zilele, în industrie sau în laborator, în procesele biochimice, etc. Acești compuși au fost identificați încă din cele mai vechi timpuri.

Teorii, definiții ale acestor compuși au fost date de către S. Arrhenius, de J. Bronsted si T.M. Lowry.

ACIZI

Acizii sunt substanțe compuse formate din unul sau mai multi atomi de hidrogen alături de un radical acid.

Radicalul acid

Atomul sau grupul de atomi care intra in compoziția moleculelor acizilor si care in reacțiile chimice raman neschimbați, se numesc radicali acizi.

- F^I (fluorură)

-Cl^I (clorură)
- Br^I (bromură)
-I^I (iodură)
- S^II (sulfură)
- SO₄^II (sulfat)
- SO₃^II (sulfit)
- NO₃^I (azotat)
- NO₂^I (azotit)
- CO₃^II (carbonat)
- PO₄^III (fosfat)
- PO₃^III (fosfit)

Clasificarea acizilor

După compoziție, acizii se clasifica in:

-hidracizi - conțin in molecula lor doar atomi de hidrogen si de nemetal. HCl

-oxiacizi - conțin in molecula lor, pe lângă atomi de hidrogen si nemetal, si atomi de oxigen. H2SO4.

După numărul atomilor de hidrogen, care pot fi înlocuiți cu metale, acizii se impart in 3 grupe:

- acizi monobazici: HCl;

- acizi dibazici: H2SO4;

- acizi tribazici: H3PO4

Denumirea acizilor

Denumirea hidracizilor se formează din termenul acid urmat de numele nemetalului, la care se adaugă sufixul HIDRIC. 

Denumirea oxiacizilor in care nemetalul are valența inferioară, se formează din termenul acid urmat de numele nemetalului, la care se adaugă sufixul OS.

Denumirea oxiacizilor in care nemetalul are valența maximă, se formează din termenul acid urmat de numele nemetalului la care se adaugă sufixul IC.

Acid	Denumire	Radical acid	Denumire
HCl	acid clorhidric	Cl-	clorură
HBr	acid bromhidric	Br-	bromură
H2S	acid sulfhidric	S2-	sulfură
		HS-	sulfură acidă

Acid	Denumire	Radical acid	Denumire
HNO2	acid azotos	NO2-	azotit
H2SO3	acid sulfuros	SO32-	sulfit
		HSO3-	sulfit acid
HNO3	acid azotic	NO3-	azotat
H2SO4	acid sulfuric	SO42-	sulfat
		HSO4-	sulfat acid

Proprietățile acizilor

Acțiunea acizilor asupra indicatorilor

Acizii înroșesc soluția de turnesol, iar fenolftaleina rămâne incoloră în mediul acid.

Reacția acizilor cu metalele
Acizii reacționează cu unele metale, formând săruri și eliberând hidrogenul.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2                                                   
Reacția acizilor cu oxizii metalici
Acizii reacționează cu oxizii bazici, formând săruri și apa.

CuO + 2HCl = CuCl2 + H2
Reactia de neutralizare
Acizii reacționează cu bazele, formând săruri și apă, conform reacției generale:
acid + bază = sare + apă.
HCl + NaOH = NaCl + H2O
Reacția acizilor cu sărurile
Din reacțiile acizilor cu sărurile se obțin acizi și săruri noi.
HCl + AgNO3 = AgCl + HNO3

BAZE

Bazele sunt substanțe compuse în a căror compoziție intră un atom de metal și un număr de grupări hidroxil, egal cu valența metalului.

Me(OH)n, n= valenta metalului.

Clasificarea bazelor 

- în funcție de solubilitatea în apă:

■ baze solubile: NaOH

■ baze insolubile: Cu(OH)2.

- în funcție de numărul grupărilor OH:

■ baze monoacide: KOH;

■ baze poliacide : Al(OH)3

- în funcție de culoare:

■ baze albe: Al(OH)3, NaOH;

■ baze colorate : Ni(OH)2 verde, Cu(OH)2 albastru.

Denumirea bazelor

- termenul hidroxid + de + numele metalului.

NaOH hidroxid de sodiu, sodă caustică

- când metalele din compoziția bazelor prezintă valențe variabile, la denumire de adauga si valenta.

Fe(OH)2 hidroxid de Fe(II)

Fe(OH)3 hidroxid de Fe(III)

Proprietati chimice

Actiunea bazelor asupra indicatorilor

Toate bazele solubile albastresc turnesolul si inrosesc fenolftaleina, proprietati folosite la identificarea bazelor.

Reactia de neutralizare

Toate bazele reactioneaza cu acizii, formand saruri si apa.

NaOH + HCl = NaCl + H2O

Reactia bazelor cu oxizii acizi

Bazele reactioneaza cu oxizii acizi, formand saruri si apa.

Ca(OH)2+ CO2 = CaCO3↓ + H2O

Reactia bazelor cu sarurile

Bazele solubile reactioneaza cu sarurile si formeaza baze si saruri noi.

2NaOH + FeCl2 = 2NaCl + Fe(OH)2

Teoria protolitică a acizilor și bazelor

- a fost elaborată de Brönsted si Lowry, conform cărora acizii si bazele se denumesc astfel:

Acizii sunt substanțe care în soluție apoasă au capacitatea de a ceda protoni transformându-se în baze conjugate. Bazele sunt substanțe care în soluție apoasă au capacitatea de a accepta protoni transformându-se în acizi conjugați.

Potrivit teoriei Brönsted-Lowry, tăria unui acid/baze  este determinată de capacitatea de a ceda protoni. 

Cu cât acidul/baza cedează/acceptă mai uşor protonul, acesta este considerat un acid/bază  mai tare.

Acizii/bazele tari sunt total sau aproape total ionizați /ionizate în soluție apoasă.

Acizii/bazele slabi/slabe sunt parțial sau puțin ionizați în soluție apoasă.

Acizi tari: HCl, HBr, HI, H2SO4 , HNO3

Acizi slabi: H2CO3, HF, HCN, CH3COOH

În funcție de numărul protonilor cedați, acizii pot fi:

• acizi monoprotici: HCl, HNO3, CH3COOH, etc.

• acizi diprotici: H2S, H2SO4, etc.

• acizi triprotici: H3PO4, etc.

• acizi poliprotici: H4SiO4, etc.

Disocierea acizilor poliprotici

Acidul sulfhidric H2S este un poliacid (diacid), adică conține în moleculă doi atomi de hidrogen,  pe care poate să-i cedeze unor molecule de apă,  succesiv,  generând două baze conjugate. Al doilea proton este cedat mai greu decât primul. Explicația constă în faptul că primul proton este cedat de o moleculă neutră,  iar al doilea este cedat de un acid anionic.

Baze tari: NaOH, KOH

Baze slabe: NH3   

În funcție de numărul protonilor acceptați, bazele pot fi:

• monoacide : KOH, NH3, Cl-

• poliacide: Ca(OH)2, S2-
Substanţele care pot avea, funcţie de partenerul de reacţie, atât caracter de acid cât şi caracter de bază, prezintă caracter amfiprotic şi se numesc amfoliţi sau substanţe amfotere. 
Astfel, aceste substanţe, amfoliţii, se comportă ca acizi faţă de baze, respectivi ca baze faţă de acizi.
Indicatori acido-bazici
Caracterul acido-bazic al unor solutii se determina cu substante care isi schimba culoarea in mediu acid sau bazic, numite indicatori acido-bazici. Schimbarea culorii indicatorilor este determinata de schimbarea structurii lor.

Autoprotoliza apei 

Apa este un amfoter acido-bazic, deoarece conform teoriei protolitice, o moleculă de apă poate ceda un proton unei alte molecule de apă, cu rol de bază.  Moleculele de apă pot ioniza conform ecuației:

H2O+H2O=OH‾+H3O+]

Kc = [OH‾]•[H3O+]/[H2O]²
Deoarece ionizarea apei este foarte redusă,  concentrația în molecule de apă este constantă și poate fi înglobată în  Kc. 

Astfel putem scrie:

Kc•[H2O]² = [OH‾]•[H3O+] = KH2O,
KH2O= produs ionic al apei

 La temperatura camerei, acest produs are valoarea constantă, 10^-14 mol²/L^2. 

În apa pură, numărul ionilor de hidroniu este egal cu numărul ionilor de hidroxil, adică este egal cu 10^-7 mol/L^.

pH. pOH.
pH-ul este logaritmul zecimal cu semn schimbat din concentraţia ionilor hidroniu.

pH = - lg [H₃O⁺] sau

[H₃O⁺] = 10^-pH            

pH + pOH = 14

Calcularea pH-ului solutiilor apoase de acizi si baze tari
De exemplu:

1. Calculaţi pH-ul unei soluţii de HCl de concentratie 0,1M.

HCl – acid tare

C_M(HCl) = [H₃O⁺] = 10^-pH ⇒ [H₃O⁺]= 10^-1 

⇒10^-pH = 10^-1 ⇒pH=1

2. Calculaţi pH-ul unei soluţii de sodă caustică 0,1 M.

NaOH= sodă caustică = bază tare

C_M(NaOH) = [HO^-] = 10^-pOH ⇒[HO^-]= 10^-1 

⇒10^-pOH = 10^-1 ⇒pOH=1

pH + pOH = 14 ⇒pH = 14-pOH ⇒pH = 14 - 1

⇒pH = 13

Molecule - clasa a VII-a

Molecule. Proprietăţi fizice ale unor compuşi moleculari.

Credeţi că există vreo legătură între molecula de draculin descoperită la o specie de lilieci si legenda contelui Dracula?
Majoritatea atomilor cu exceptia gazelor rare, sunt instabili deoarece nu au structuri stabile de dublet sau octet pe ultimul strat.
Atomii işi realizează structura stabilă în două moduri:

•           transfer de electroni între metale şi nemetale – compuşi ionici;
•           punere în comun de electroni între nemetale – molecule.

Molecula reprezintă cea mai mică particulă dintr-o substanţă care poate exista în stare liberă şi care, în aceleaşi condiţii, prezintă proprietăţile substanţei respective.
Definiţia simplistă spune că atunci când doi atomi se unesc, formează o moleculă. Din această perspectivă, tot ce este în jurul nostru are în componenţă molecule.
Analogie cu familiile cu doi sau mai multi copii : când esti singur la părinţi poţi fi considerat un atom. Dacă avem un frate sau o soră atunci formăm o moleculă. Dacă cei doi fraţi sunt gemeni, atunci molecula este formată din doi atomi identici si aparţine unei substanţe simple (de exemplu molecula de hidrogen). Dacă cei doi fraţi sunt diferiti, atunci molecula este formată din doi atomi diferiţi si aparţine unei substanţe compuse (de exemplu molecula de acid clorhidric ).

Moleculele pot fi formate din:

•           doi sau mai mulţi atomi identici – substanţe simple (H₂, Cl_2, O₂)
•           doi sau mai mulţi atomi diferiţi – substanţe compuse (HCl, H₂O)

Din aproximativ 100 de atomi se formează milioane de molecule.
Formarea moleculei de hidrogen H₂
Un atom de hidrogen are 1 singur electron pe ultimul strat iar pentru a-şi realiza structura stabilă de dublet se combină cu un alt atom de hidrogen. Acum cei doi atomi îşi impart frăţeste cei doi electroni.

Dacă tu si fratele tau geamăn vreţi sa cumparaţi un corn care costă 2 lei dar aveti numai câte un leu fiecare, puneţi banii la comun şi veţi împărţi cornul cumpărat.

Molecula de hidrogen se notează cu H₂ pentru că are în compoziţie 2 atomi de hidrogen. Cel mai adesea moleculele substanţelor simple au cifra doi la bază, cum ar fi: Cl₂, N₂, O₂ etc.
Numărul de la baza simbolului, numit indice, reprezintă numărul de atomi combinaţi.

Formarea moleculei de oxigen O₂
 Având 6 electroni pe ultimul strat, atomul de oxigen are nevoie de 2 electroni pentru a-şi realiza structura stabilă de octet. Dacă din cei 6 electroni pe care îi are fiecare atom se pun doi la comun rezultă o molecula stabilă de O₂.

Formarea moleculei de acid clorhidric HCl
Unui atom de clor îi lipseşte 1 electron pentru a avea structura stabilă de octet pe care îl poate lua de la un atom de hidrogen. 
Numărul de electroni cu care participă fiecare se numeşte COVALENŢĂ.
Astfel, hidrogenul si clorul sunt monocovalenţi iar oxigenul este dicovalent.

Tot ce vedem în jurul nostru este format din combinaţii de diverşi atomi care dau naştere unor molecule complexe.

Un exemplu este draculinul care este o proteină găsită în saliva liliacului vampir. Aceasta împiedică coagularea sângelui victimei pentru ca liliacul să îl poată bea liniştit. 

Proprietăţi fizice ale unor compuşi moleculari.
Se găsesc în toate cele 3 stări de agregare:

-          H₂, O₂, N₂, Cl₂, HCl, CH₄ sunt gaze la temperatura mediului ambiant;

-          Br₂, H₂O sunt lichide;

-          I₂ este solid.

In stare pură compuşii moleculari NU conduc curentul electric.

TEST ACIDO-BAZICE

Test  - Reacții acido-bazice