Recapitulare și sistematizare a noțiunilor din clasa a VII-a

Consolidarea cunoștințelor despre substanțe, amestecuri, reacții chimice și calcule stoichiometrice de bază.

Substanțe pure și amestecuri

O substanță pură are o compoziție bine definită și proprietăți constante (temperatură de topire, temperatură de fierbere, densitate). Substanțele pure se împart în:

• substanțe simple (elementare) – formate din atomi ai unui singur element: Fe, Cu, O2, N2, S, Cl2;
• substanțe compuse – formate din atomi a cel puțin două elemente diferite, combinate într-un raport fix: H2O, CO2, NaCl, H2SO4.

Un amestec conține două sau mai multe substanțe care își păstrează proprietățile și care se pot combina în orice raport. Amestecurile sunt omogene (au aceleași proprietăți în toată masa: apa sărată, aerul, aliajele) sau eterogene (se văd componentele: apă cu nisip, apă cu ulei, granitul).

Separarea amestecurilor se face prin metode fizice, alese după proprietatea care diferă:

• decantare – solid insolubil depus sau lichide nemiscibile cu densități diferite;
• filtrare – solid insolubil fin dispersat în lichid;
• distilare – lichide cu temperaturi de fierbere diferite;
• cristalizare – solid dizolvat, prin evaporarea solventului.

Confuzia clasică: mulți elevi spun că apa sărată ar fi o substanță compusă, pentru că „arată la fel peste tot”. Nu este: aspectul uniform înseamnă doar omogen. Criteriul real e raportul – într-o substanță compusă raportul de combinare este fix și invariabil, într-un amestec poți pune oricâtă sare vrei.

Atom, element, valență și formula chimică

Atomul este cea mai mică particulă a unui element care păstrează proprietățile chimice ale acestuia. Are un nucleu (protoni, cu sarcină pozitivă, și neutroni, neutri) și un înveliș electronic (electroni, cu sarcină negativă). În atomul neutru, numărul de protoni este egal cu numărul de electroni.

• numărul atomic Z = numărul de protoni – el definește elementul;
• numărul de masă A = numărul de protoni + numărul de neutroni;
• izotopii sunt atomi ai aceluiași element (același Z) cu număr diferit de neutroni, deci cu A diferit.

Electronii se așază pe straturi (K, L, M...), cu maximum 2, 8, 8 electroni pentru primele trei straturi la elementele din programa de gimnaziu. Electronii de pe ultimul strat se numesc electroni de valență și decid comportarea chimică: atomii tind spre configurația stabilă de octet (8 electroni pe ultimul strat) sau de dublet (2 electroni, pentru H și He).

Valența este numărul de legături pe care le formează un atom. Formula unui compus se scrie punând, pentru fiecare element, indicele egal cu valența celuilalt element. Exemplu: aluminiu (valența III) și oxigen (valența II) dau Al2O3.

Atenție la o greșeală de notare foarte costisitoare: 2 H înseamnă doi atomi separați de hidrogen, în timp ce H2 înseamnă o moleculă formată din doi atomi legați. Coeficientul se scrie în față și înmulțește tot, indicele se scrie jos și se referă doar la atomul de lângă el.

Reacția chimică, ecuația chimică și tipurile de reacții

Într-o reacție chimică substanțele inițiale (reactanți) se transformă în substanțe noi (produși de reacție), cu proprietăți diferite. Semnele că a avut loc o reacție: apare un precipitat, se degajă un gaz, se schimbă culoarea, se degajă sau se absoarbe căldură.

Legea conservării masei (Lavoisier): într-o reacție chimică, masa reactanților este egală cu masa produșilor, pentru că atomii nu se creează și nu dispar, doar se rearanjează. De aici vine obligația de a egala (echilibra) ecuația chimică: numărul de atomi din fiecare element trebuie să fie același în stânga și în dreapta.

Egalarea se face numai prin coeficienți, niciodată prin modificarea indicilor. Dacă schimbi indicele, ai schimbat substanța – H2O devenit H2O2 nu mai este apă, ci apă oxigenată.

Tipurile de reacții cerute la Evaluarea Națională:

• combinare (sinteză): A + B → AB, exemplu 2 Mg + O2 → 2 MgO;
• descompunere (analiză): AB → A + B, exemplu CaCO3 → CaO + CO2;
• substituție (înlocuire): A + BC → AC + B, exemplu Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2;
• schimb (dublă înlocuire): AB + CD → AD + CB, exemplu NaOH + HCl → NaCl + H2O.

La reacția de substituție, un metal îl poate scoate din combinație doar pe un metal mai puțin activ decât el; de aceea cuprul nu scoate hidrogenul din acid clorhidric, dar zincul da.

Mol, masă molară, volum molar

Atomii sunt mult prea mici ca să fie numărați unul câte unul, așa că se folosește o unitate de cantitate: molul.

Molul este cantitatea de substanță care conține 6,022 x 10 la puterea 23 particule (atomi, molecule sau ioni). Acest număr se numește numărul lui Avogadro, notat N_A.

Masa molară (M) este masa unui mol de substanță, exprimată în g/mol, și se calculează numeric la fel cu masa moleculară: aduni masele atomice ale tuturor atomilor din formulă. Exemplu pentru H2SO4: 2 x 1 + 32 + 4 x 16 = 98 g/mol.

Relațiile de bază, cele care rezolvă majoritatea problemelor:

• numărul de moli: n = m / M (masa împărțită la masa molară);
• numărul de particule: N = n x N_A;
• pentru gaze, în condiții normale (0 grade Celsius și 1 atm): V = n x 22,4 L/mol.

Volumul molar de 22,4 L/mol este același pentru orice gaz, indiferent cât de grea este molecula – un mol de hidrogen și un mol de dioxid de carbon ocupă același volum în condiții normale, deși au mase foarte diferite. Aici greșesc mulți elevi: cred că gazul mai greu ocupă mai mult loc.

Al doilea capcană: formula V = n x 22,4 se aplică doar gazelor, niciodată solidelor sau lichidelor. Un mol de apă lichidă ocupă aproximativ 18 mL, nu 22,4 L.

Calcule pe baza formulei chimice

Din formula chimică se pot scoate direct două tipuri de informații cerute la examen.

1. Raportul atomic și raportul de masă. În Fe2O3 raportul atomic Fe : O este 2 : 3, iar raportul de masă este 2 x 56 : 3 x 16 = 112 : 48, adică 7 : 3 după simplificare. Raportul atomic se citește direct din indici; raportul de masă cere înmulțirea cu masele atomice.

2. Compoziția procentuală de masă. Procentul unui element se calculează cu formula:

• procent element = (numărul de atomi x masa atomică) / masa molară x 100

Exemplu pentru CaCO3 (M = 40 + 12 + 3 x 16 = 100 g/mol): calciu 40%, carbon 12%, oxigen 48%. Verificare rapidă: suma procentelor trebuie să dea 100%; dacă nu dă, ai greșit undeva.

3. Calcule pe baza ecuației chimice. Coeficienții ecuației arată raportul în moli dintre substanțe. Pașii, în ordine:

• scrii și egalezi ecuația;
• transformi datele problemei în moli (n = m / M sau n = V / 22,4);
• folosești raportul dintre coeficienți ca să afli molii substanței cerute;
• transformi înapoi în masă sau volum.

Greșeala cea mai frecventă este să compari direct gramele cu coeficienții. Coeficienții nu sunt niciodată raport de mase, ci raport de moli – conversia prin masa molară nu poate fi sărită.

Test — 6 întrebări ca la examen