Compuși și amestecuri

Compuși chimici

 (Apa pură (H2O) este un exemplu de compus: modelul cu bile și legături ale moleculei prezintă asocierea spațială a două părți hidrogen (alb) și o parte oxigen (roșu))

Un compus chimic este o substanță chimică compusă din mai multe molecule identice (sau entități moleculare) compuse din atomi de la mai mult de un element, care sunt ținuți împreună prin legături chimice.

Există patru tipuri de compuși, în funcție de modul în care sunt reținuți atomii constituenți:

• molecule ținute împreună prin legături covalente
• compuși ionici ținuți împreună de legăturile ionice
• compuși intermetalici ținuți împreună prin legături metalice
• anumite complexe ținute împreună prin legături covalente coordonative.

Mulți compuși chimici au un identificator numeric unic atribuit de Chemical Abstracts Service (CAS): numărul CAS.

O formulă chimică este o modalitate de a exprima informații despre proporțiile de atomi care constituie un compus chimic special, folosind abrevierile standard pentru elementele chimice și indici pentru a indica numărul de atomi implicați. De exemplu, apa este compusă din doi atomi de hidrogen legați la un atom de oxigen: formula chimică este H₂O.

Un compus poate fi transformat într-o compoziție chimică diferită prin interacțiunea cu un al doilea compus chimic printr-o reacție chimică. În acest proces, legăturile dintre atomi sunt rupte în ambii compuși care interacționează și apoi legăturile sunt reformate astfel încât să se facă noi asociații între atomi. Schematic, această reacție poate fi descrisă ca AB + CD → AD + CB, unde A, B, C și D sunt fiecare atomi unici; și AB, AD, CD și CB sunt fiecare compuși unici.

Un element chimic legat de un element chimic identic nu este un compus chimic, deoarece este implicat doar un element, nu două elemente diferite. Exemple sunt molecula diatomică hidrogen (H2) și moleculă poliatomică sulf (S8).

Definiții

Orice substanță constând din două sau mai multe tipuri diferite de atomi (elemente chimice) într-o proporție stoichiometrică fixă ​​poate fi denumită un compus chimic; conceptul este cel mai ușor de înțeles când se iau în considerare substanțele chimice pure. Rezultă din faptul că acestea sunt compuse din proporții fixe de două sau mai multe tipuri de atomi pe care compuși chimici le poate transforma, prin reacție chimică, în compuși sau substanțe fiecare având mai puțini atomi. Raportul dintre fiecare element din compus este exprimat într-un raport în formula sa chimică. În cazul compușilor non-stoichiometrici, proporțiile pot fi reproductibile în ceea ce privește prepararea lor și pot oferi proporții fixe ale elementelor lor componente, dar proporții care nu sunt integrate [de exemplu, pentru hidrură de paladiu, PdH_x (0,02 < x < 0,58) ]. Compușii chimici au o structură chimică unică și definită, care se află împreună într-un aranjament spațial definit prin legături chimice. Compușii chimici pot fi compuși moleculari reținuți împreună prin legături covalente, săruri ținute împreună prin legături ionice, compuși intermetalici ținuți împreună prin legături metalice sau subset de complexe chimice care sunt ținute împreună prin legături covalente coordinative. Elementele chimice pure nu sunt, în general, considerate compuși chimici, neavând doi sau mai mulți atomi diferiți, deși ele conțin adesea molecule compuse din mai mulți atomi (cum ar fi molecula diatomică H₂ sau molecula poliamică S₈ etc.).

Există substanțe care diferențiază nomenclatura variabilă și uneori inconsistentă, care includ exemple cu adevărat non-stoichiometrice, din compuși chimici, care necesită rapoartele fixe. Multe substanțe chimice solide – de exemplu multe minerale silicate – sunt substanțe chimice, dar nu au formulări simple care să reflecte legarea chimică a elementelor una de cealaltă în raporturi fixe; chiar și așa, aceste substanțe cristaline sunt deseori numite „compuși non-stoichiometrici„. Se poate argumenta că ele sunt legate de compuși, mai degrabă decât să fie compuși chimici, în măsura în care variabilitatea compozițiilor lor se datorează adesea fie prezenței elementelor străine prinse în structura cristalină a unui alt compus chimic adevărat cunoscut, fie datorită perturbărilor în structură relativ la compusul cunoscut care apare din cauza unui exces de deficit al elementelor constitutive în locurile din structura sa; astfel de substanțe non-stoichiometrice formează cea mai mare parte a crustei și a mantalei Pământului. Alți compuși considerați ca fiind identici din punct de vedere chimic pot avea cantități diferite de izotopi grei sau ușori ai elementelor constitutive, ceea ce modifică ușor raportul dintre elementele de masă.

Legături și forțe

Compușii sunt păstrați împreună printr-o varietate de tipuri diferite de legături și forțe. Diferențele în tipurile de legături din compuși diferă în funcție de tipurile de elemente prezente în compus.

Forțele de dispersie London sunt forța cea mai slabă a tuturor forțelor intermoleculare. Acestea sunt forțe temporare atractive care se formează atunci când electronii din doi atomi adiacenți sunt poziționați astfel încât să creeze un dipol temporar. În plus, forțele de dispersie London sunt responsabile pentru condensarea substanțelor nepolare cu lichide și pentru înghețarea în continuare a unei stări solide în funcție de cât de scăzută este temperatura mediului.

O legătură covalentă, cunoscută și ca o legătură moleculară, implică împărțirea electronilor între doi atomi. În primul rând, acest tip de legătură are loc între elementele care se apropie una de alta pe tabelul periodic al elementelor, totuși se observă și între unele metale și nemetalice. Acest lucru se datorează mecanismului acestui tip de legătură. Elementele care se apropie unul de altul de tabelul periodic tind să aibă electronegativități similare, ceea ce înseamnă că au o afinitate similară cu electronii. Deoarece niciun element nu are o afinitate mai puternică de a dona sau de a câștiga electroni, ele determină elementele să împartă electronii, astfel încât ambele elemente să aibă un octet mai stabil.

Legătura ionică are loc atunci când electronii de valență sunt complet transferați între elemente. Spre deosebire de legătura covalentă, această legătură chimică creează doi ioni încărcați opus. Metalele în legătură ionică își pierd, de obicei, electronii de valență, devenind un cation pozitiv încărcat. Nonmetalul va câștiga electronii din metal, făcând nonmetalului un anion încărcat negativ. Așa cum s-a subliniat, legăturile ionice apar între un donator de electroni, de obicei un metal, și un acceptor de electroni, care tinde să fie nemetal.

Legătura de hidrogen are loc atunci când un atom de hidrogen legat la un atom electronegativ formează o legătură electrostatică cu un alt atom electronegativ prin interacțiunea dipolilor sau sarcinilor.

Amestecuri

În chimie fizică, un amestec este un material alcătuit din două sau mai multe substanțe diferite, care sunt amestecate, dar nu sunt combinate chimic. Un amestec se referă la combinația fizică a două sau mai multe substanțe în care identitățile sunt reținute și sunt amestecate sub formă de soluții, suspensii și coloizi.

Amestecurile sunt un produs al unei substanțe chimice de amestecare sau amestecare mecanică, cum ar fi elementele și compușii, fără legătură chimică sau alte schimbări chimice, astfel încât fiecare substanță ingredient să își păstreze propriile proprietăți chimice și compoziția. Cu toate că nu există modificări chimice ale constituenților săi, proprietățile fizice ale unui amestec, cum ar fi punctul de topire, pot fi diferite de cele ale componentelor. Unele amestecuri pot fi separate în componentele lor prin utilizarea mijloacelor fizice (mecanice sau termice). Azeotropele sunt un tip de amestec care, de obicei, prezintă dificultăți considerabile în ceea ce privește procesele de separare necesare pentru obținerea constituenților lor (procese fizice sau chimice sau chiar amestecuri ale acestora).

Caracteristicile amestecului

Amestecurile pot fi omogene sau eterogene. Un amestec omogen este un tip de amestec în care compoziția este uniformă și fiecare parte a soluției are aceleași proprietăți. Exemple de amestecuri omogene includ aliajele și alcoolul în apă. Un amestec heterogen este un tip de amestec în care componentele pot fi văzute, deoarece există două sau mai multe faze prezente. Un exemplu de amestec este aerul. Aerul este un amestec omogen de substanțe gazoase azot, oxigen și cantități mai mici de alte substanțe. Sarea, zahărul și multe alte substanțe se dizolvă în apă pentru a forma amestecuri omogene. Un amestec omogen, în care există atât o substanță dizolvată, cât și un solvent, este, de asemenea, o soluție. Amestecurile pot avea orice cantitate de ingrediente.

Următorul tabel prezintă principalele proprietăți ale celor trei familii de amestecuri.

	Soluție	Coloid	Suspensie
Omogenitate	Homogeneous	Visually homogeneousbut microscopically heterogeneous	Heterogeneous
Mărime particule	< 1 nm	1 nm – 1 μm	> 1 μm
Fizic stabile	Da	Da	Are nevoie de agenți de stabilizare
Prezintă efect Tyndall	Nu	Da	Da
Separate prin centrifugare	Nu	Da	Da
Separate prin decantare	Nu	Nu	Da

Următorul tabel prezintă exemple ale celor trei tipuri de amestecuri.

Dispersie medie (Fază mixtă)	Fază dizolvată sau dispersată	Soluție	Coloid	Suspensie (Dispersie brută)
Gaz	Gaz	Amestec gaz: aer (oxigen și alte gaze în azot)	Niciunu	Niciunu
	Lichid	Niciunu	Aerosol lichid: ceață, ceață, vapori, sprayuri de păr	Spray
	Solid	Niciunu	Aerosol solid: fum, nor, particule de aer	Praf
Lichid	Gaz	Soluție: oxigen în apă	Spumă lichidă: frișcă, cremă de ras	Spumă de mare, Spumă de bere
	Lichid	Soluție: băuturi alcoolice	Emulsie: lapte, maioneză, cremă de mână	Oțet
	Solid	Soluție: zahăr în apă	Coloid lichid: cerneală pigmentată, sânge	Suspensie: noroi (sol, lut sau particule de praf suspendate în apă), praf de cretă suspendat în apă
Solid	Gaz	Soluție: hidrogen în metale	Spumă solidă: aerogel, polistiren, piatra ponce	Spumă: burete uscat
	Lichid	Soluție: amalgam (mercur în apă), hexan în ceară de parafină	Gel: agar, gelatină, silicagel, opal	Nurete umed
	Solid	Soluție: aliaje, plastifianți din materiale plastice	Coloid solid: sticlă de afine	Argila, silt, nisip, pietriș, granit