Recapitulare Chimie Generală - Structură Atomică, Tabelul Periodic, Reacții Nucleare și Legături Chimice

Flashcarduri de vocabular pentru recapitularea cursului de Chimie Generală: structura atomului, orbitali, tabelul periodic, radioactivitate și reactoare nucleare, tipuri de legături chimice și proprietățile materialelor conductoare și semiconductoare.

Atom

Cea mai mică particulă dintr-o substanță care nu mai poate fi divizată prin procedee chimice obișnuite și care este neutră din punct de vedere electric.

Nucleul atomului

Zona centrală a atomului compusă din protoni (particule cu sarcină electrică pozitivă) și neutroni (fără sarcină electrică), denumiți împreună nucleoni.

Înveliș electronic

Norul de electroni ($e^-$) cu sarcină negativă și masă neglijabilă care gravitează în jurul nucleului, având o structură stratificată alcătuită din 7 niveluri concentrice ($K, L, M, N, O, P, Q$).

Număr atomic ($Z$)

Numărul care reprezintă cantitatea de protoni din nucleu, egal într-un atom neutru cu numărul total de electroni din învelișul electronic.

Număr de masă ($A$)

Suma numărului de protoni și a numărului de neutroni din nucleul atomic ($A = Z + N$).

Formula numărului maxim de electroni pe un strat

Relația matematică dată de $\text{Nr. max } e^- = 2n^2$, unde $n$ reprezintă numărul stratului sau nivelul energetic.

Orbitali $s$

Orbitali de formă sferică și cu cea mai mică energie dintr-un strat, prezenți în toate straturile (câte 1 per strat) și capabili să adăpostească maximum 2 electroni.

Orbitali $p$

Orbitali de formă bilobară (asemănători unor haltere), prezenți începând cu stratul 2 (câte 3 orbitali per strat: $p_x, p_y, p_z$), substratul $p$ având o capacitate maximă de 6 electroni.

Principiul lui Hund

Regulă conform căreia orbitalii degenerați (cu aceeași energie) din cadrul aceluiași substrat se ocupă mai întâi simetric și separat cu câte un singur electron având spin paralel, înainte de împerechere.

Mișcare de spin

Mișcarea orientată de rotație a electronului în jurul propriei axe, orientată fie în sensul acelor de ceasornic (orar), fie în sens invers (antiorar).

Principiul lui Pauli

Principiul conform căruia un orbital atomic poate adăposti maximum 2 electroni, aceștia având obligatoriu spin opus (electroni cuplați, notați convențional $\uparrow\downarrow$).

Legea periodicității (Mendeleev)

Enunț formulat în 1869 de Dmitri Mendeleev conform căruia proprietățile elementelor chimice se repetă periodic atunci când sunt aranjate în funcție de masa atomică.

Perioadă în tabelul periodic

Șir orizontal format din elemente chimice (7 perioade numerotate 1–7), indicând numărul de straturi energetice ($n$) ocupate și încheindu-se cu un gaz nobil.

Grupe principale (1, 2, 13–18)

Coloane verticale notate și ca IA–VIIIA în care electronul distinctiv se situează în orbitalii $s$ sau $p$ ai ultimului strat energetic.

Grupe secundare (3–12)

Coloane verticale notate și ca IB–VIIIB în care electronul distinctiv completează orbitalii $d$ ai penultimului strat electronic.

Seria activității chimice a metalelor (Beketov-Volta)

Aranjament al metalelor în funcție de reactivitate, conform căruia un metal poate substitui dintr-un compus metalele situate după el, iar cele plasate înaintea hidrogenului pot înlocui hidrogenul din acizi.

Radionuclizi

Atomi cu nuclee instabile care emit spontan radiații ($\alpha, \beta, \gamma$) și se transformă într-un alt element sau izotop stabil printr-un proces de dezintegrare radioactivă.

Tipuri de radiații nucleare

Emisii radioactive clasificate după capacitatea de penetrare: particulele $\alpha$ sunt oprite de hârtie/piele, particulele $\beta$ de câțiva mm de aluminiu, iar radiațiile $\gamma$ necesită ecrane groase de plumb.

Fisiune nucleară

Procesul nuclear prin care un nucleu greu (de exemplu U-235) absoarbe un neutron și se rupe în două fragmente de fisiune, eliberând 2–3 neutroni rapizi, radiații $\gamma$ și cantități enorme de căldură.

Fuziune nucleară

Reacția în care două nuclee atomice ușoare (cum ar fi izotopii hidrogenului) fuzionează pentru a produce un nucleu mai greu (heliu), generând energie și particule.

Timp de înjumătățire

Intervalul de timp necesar pentru ca jumătate din cantitatea inițială de nuclee radioactive ale unui radionuclid să se dezintegreze.

Reactor CANDU (CANada Deuterium Uranium)

Tip de reactor nuclear de concepție canadiană utilizat la centrala Cernavodă, alimentat cu uraniu natural (dioxid de uraniu, $UO_2$), răcit și moderat cu apă grea ($D_2O$), permițând reîncărcarea combustibilului în timpul funcționării.

Apă grea ($D_2O$)

Compus utilizat în reactoarele CANDU ca agent de răcire și moderator pentru încetinirea neutronilor, absorbind foarte puțini neutroni și permițând funcționarea cu combustibil pe bază de uraniu neîmbogățit.

Clasificarea deșeurilor radioactive

Gruparea materialelor contaminate radioactive în deșeuri de nivel scăzut (LLW: mănuși, filtre), mediu (ILW: rășini, componente metalice) și înalt (HLW: combustibil uzat, ce necesită răcire și stocare geologică adâncă).

Legătură ionică

Forță electrostatică puternică apărută în urma transferului de electroni între un metal și un nemetal, determinând formarea de cationi și anioni asociați într-o rețea cristalină ordonată (de tip cub cu fețe centrate la NaCl).

Legătură covalentă

Legătură chimică formată prin punerea în comun a uneia sau mai multor perechi de electroni între atomi de nemetale cu scopul atingerii unei configurații electronice stabile de dublet sau octet.

Legătură covalentă coordinativă

Tip de legătură covalentă în care perechea de electroni partajată provine exclusiv de la un singur atom (donator de electroni), celălalt atom acționând exclusiv drept acceptor (ex. formarea ionului $NH_4^+$ sau $H_3O^+$).

Legătură metalică

Atracția electrostatică stabilită între cationii metalici imobilizați în nodurile rețelei cristaline și electronii de valență delocalizați ce alcătuiesc un „nor electronic” comun întregului cristal.

Tensiunea superficială a apei

Forța interioară ce acționează la interfața lichid-gaz, făcând ca suprafața lichidului să se comporte ca o membrană elastică tensionată care tinde continuu să adopte o arie minimă.

Legăturile de hidrogen în cristalul de gheață

Rețea tetraedrică deschisă (cu goluri) în care fiecare moleculă de apă formează un număr dublu de punți de hidrogen comparativ cu faza lichidă, datorită unghiului de $105^\times$ dintre cele două legături covalente $O-H$.

Legătură dipol–dipol

Atracție electrostatică de natură intermoleculară manifestată între polii cu sarcini electrice opuse ai moleculelor polare permanente (de exemplu $HCl$, $HBr$, $H_2S$).

Forțe van der Waals

Forțe intermoleculare de atracție sau respingere de intensitate relativ redusă, active între molecule nepolare (precum $Cl_2, O_2, CH_4$) sau între atomii gazelor nobile lichefiate.

Conductor electric

Material (ex: $Cu, Al, Ag$) caracterizat prin suprapunerea benzii de valență cu banda de conducție (band gap $\approx 0\,\text{eV}$), asigurând deplasarea ușoară a electronilor liberi.

Izolator electric

Material (ex: sticlă, porțelan, polimeri) care oprește trecerea curentului electric datorită electronilor strâns legați și a unei benzi interzise largi (band gap $> 5\,\text{eV}$).

Semiconductor intrinsec

Material semiconductor pur (fără dopaj, precum siliciul sau germaniul) cu o bandă interzisă de circa $1.1\,\text{eV}$, a cărui conductivitate electrică crește pe măsură ce crește temperatura.

Semiconductor extrinsec

Material semiconductor a cărui conductivitate este controlată prin dopare: de tip n prin impurificare cu donori (ex: fosfor, adăugând electroni) sau de tip p prin acceptori (ex: bor, creând goluri).

Nanomateriale

Materiale care posedă cel puțin o dimensiune mai mică de $100\,\text{nm}$ ($1\,\text{nm} = 10^{-9}\,\text{m}$), manifestând o suprafață specifică ridicată și proprietăți fizico-chimice considerabil modificate față de starea masivă.

MOF-uri (Metal–Organic Frameworks)

Rețele polimerice coordinative poroase comparate cu niște bureți moleculari nanostructurați, utilizate în domeniul energetic pentru stocarea hidrogenului, captarea $CO_2$ sau cataliză.