Углерод проявляет наименьшую степень. Большая энциклопедия нефти и газа
Cтраница 2
Следует, однако, обратить внимание, что в рассмотренных выше реакциях меняется степень окисления углерода 4 в муравьиной кислоте и в ее соли и 2 - в оксиде углерода (II) и эти реакции являются фактически окислительно-восстановительными.
В органических соединениях - метане СН4, метиловом спирте СНзОН, формальдегиде СН2О, муравьиной кислоте НСООН, а также в диоксиде углерода степени окисления углерода соответственно равны - 4, - 2, 0, 2, 4, тогда как валентность углерода во всех указанных веществах равна четырем.
В органических соединениях - метане СН), метиловом спирте СНзОН, формальдегиде СН2О, муравьиной кислоте НСООН, а также в диоксиде углерода степени окисления углерода соответственно равны - 4, - 2, 2, 4, тогда как валентность углерода во всех указанных веществах равна четырем.
Следует обратить внимание на то, что, несмотря на существование реакции (1), окись углерода нельзя считать ангидридом муравьиной кислоты, потому что в результате взаимодействия меняется степень окисления углерода: (4) в муравьиной кислоте и (2) в окиси углерода.
В большинстве органических соединений полярность связи между атомами выражена слабо, но окислительные числа атомов в них определяются так же, как и в неорганических соединениях с нолярной связью; в углеводородах, как соединениях с неполярной связью, степени окисления углерода и водорода, очевидно, равны нулю.
Способность отдавать электроны растет сверху вниз, а способность принимать электроны - снизу вверх по группе Характерные проявляемые валентности - 2 и 4, степени окисления - - 4, 2, 4 Для углерода наиболее часто встречаются соединения с валентностью 4, для свинца - соединения со степенью окисления 2 Простейшие газообразные водородные соединения имеют формулу ЭНф их прочность падает от углерода к свинцу степень окисления углерода в СН4 - 4, в РЬН4 - 4 Формулы высших оксидов Э02, их свойства изменяются от кислотных (СО2, SiO2) до амфотсрных (SnO2, PbO2) Оксид углерода (Ш СО является безразличным (несолс-образующим) оксидом, оксиды олова (II) и свинца (II) - основными с проявлением некоторых амфотсрных свойств. Сила кислородсодержащих кислот типа Н2ЭО3 уменьшается сверху вниз по группе.
Карбидами называются соединения элементов с углеродом, в которых последний играет роль электроотрицательного элемента. Степень окисления углерода в карбидах может быть различной. Однако такие карбиды известны лишь у немногих сравнительно активных легких металлов.
Углерод непосредственно соединяется со многими металлами, образуя карбиды - соединения - в которых углерод электроотрицателен. Степень окисления углерода в карбидах различна. Различны и химические свойства карбидов.
Карбидами называют соединения элементов с углеродом, в которых последний играет роль электроотрицательного элемента. Степень окисления углерода в карбидах может быть различной. Однако такие карбиды известны лишь у немногих сравнительно активных легких металлов, а именно у бериллия и алюминия. Они представляют собой кристаллические вещества, по виду напоминающие обычные соли.
Атомы одного и того же элемента в различных соединениях могут иметь разные значения степени окисления. Степени окисления углерода в молекулах СЩ, СН3ОН, СН2О, НСООН, СО2 соответственно равны - 4, - 2, О, 2, 4, тогда как валентность углерода во всех этих соединениях равна четырем. Степень окисления азота в молекулах N2 и NH3 0 и - 3 соответственно, тогда как валентность его в обоих соединениях равна трем. Из этих примеров становится ясным формальный характер понятия степень окисления. Однако это понятие удобно применять при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций.
Разложению С02 способствуют ультрафиолетовое излучение и электрический разряд. Степень окисления углерода в С02 максимальная (4), а потому диоксид не может быть восстановителем, не горит и не поддерживает горения обычного топлива. Но в его атмосфере горят простые вещества, атомы которых обладают большим сродством к кислороду, чем углерод.
Разложению СО2 способствуют ультрафиолетовое излучение и электрический разряд. Степень окисления углерода в СО2 максимальная (4), а потому диоксид не может быть восстановителем, не горит и не поддерживает горения обычного топлива. Но в его атмосфере горят простые вещества, атомы которых обладают большим сродством к кислороду, чем углерод.
При разложении других органических веществ это соотношение может меняться. Если степень окисления углерода в исходном соединении выше, чем в глюкозе, образуется больше углекислого газа, если же степень окисления углерода отрицательна, образуется больше метана.
В органической химии, как правило, степенями окисления углерода не оперируют, но если необходимо, то их оценивают по тем же правилам. При этом степень окисления углерода находят для каждого атома отдельно.
Чему равна степень окисления углерода в этих соединениях.
Каждый элемент способен образовывать простое вещество, находясь в свободном состоянии. В таком состоянии движение атомов происходит одинаково, они симметричны. В сложных веществах дело обстоит намного сложнее. в таком случае асимметричны, в молекулах сложных веществ образуются сложные
Что подразумевается под окислением
Существуют такие соединения, в которых электроны распределяются максимально неравномерно, т.е. при образовании сложных веществ переходят от атома к атому. Именно такая неравномерность распределения в сложных веществах называется окисленностью или окислением. Образуемый при этом заряд атома в молекуле называется степенью окисленности элементов. В зависимости от природы перехода электронов от атома к атому различают отрицательную либо положительную степень. В случае отдачи либо принятия атомом элемента нескольких электронов образуется соответственно положительная и отрицательная степени окисления химических элементов (Э+ или Э -). Например, запись К +1 означает, что атом калия отдал один электрон. В любом центральное место занимают атомы углерода. Валентность данного элемента соответствует 4-м в любом соединении, однако в разных соединениях степень окисления углерода будет разной, она будет равна -2, +2, ±4. Такая природа разного значения валентности и степени окисления наблюдается практически в любом соединении.
Определение степени окисления
Чтобы правильно определить необходимо знать основополагающие постулаты. Металлы не способны иметь минусовую степень, однако существуют редкие исключения, когда металл образует соединения с металлом. В периодической системе номер группы атома соответствует максимально возможной степени окисления: углерода, кислорода, водорода и любого другого элемента. Электроотрицательный атом при смещении в сторону другого атома одного электрона получает заряд -1, двух электронов -2 и т.д. Это правило не действует для одних и тех же атомов. Например, у связи Н-Н она будет равна 0. Связь С-Н=-1. Степень окисления углерода в связи С-О=+2. Одно и то же значение степени имеют металлы первой и второй группы системы Менделеева и фтор (-1). У водорода данная степень практически во всех соединениях равна +1, за исключением гидридов, в которых она составляет -1. Для элементов, имеющих непостоянную степень, ее можно посчитать, зная формулу соединения. Основное правило, которое гласит, что сумма степеней в любой молекуле равна 0.
Пример расчета степени окисления
Рассмотрим расчет степени окисления на примере углерода в соединении CH3CL . Возьмём исходные данные: степень у водорода равна +1, у хлора -1. Для удобства в расчете х будем считать степень окисления углерода. Тогда, для CH3CL будет иметь место уравнение х+3*(+1)+(-1)=0. Произведя несложные арифметические действия, можно определить, что степень окисления углерода будет равняться +2. Таким способом можно произвести расчеты для любого элемента в сложном соединении.
В большинстве неорганических соединений углерод проявляет степени окисления –4, +4, +2.
В природе содержание углерода составляет 0,15% (мол. доли) и находится в основном в составе карбонатных минералов (прежде всего известняка и мрамора СаСО 3 , магнезита МgСО 3 , доломита МgСО 3 ∙СаСО 3 , сидерита FeСО 3), каменного угля , нефти , природного газа , а также в виде графита и реже алмаза . Углерод – главная составная часть живых организмов.
Простые вещества. Простые вещества элемента углерода имеют полимерное строение, и в соответствии с характерными гибридными состояниями орбиталей атомы углерода могут объединяться в полимерные образования координационной (sp 3 ), слоистой (sp 2) и линейной (sp ) структуры, что соответствует типам простых веществ: алмаз (β-С), графит (α-С) и карбин (С 2)n . В 1990 г. получена четвертая модификация углерода – фуллерен С 60 и С 70 .
Алмаз – бесцветное кристаллическое вещество с кубической решеткой, в которой каждый атом углерода связан σ-связями с четырьмя соседними – это обусловливает исключительную твердость и отсутствие электронной проводимости в обычных условиях.
Карбин – черный порошок с гексагональной решеткой, построенной из прямолинейных σ- и π-связей: –С≡С–С≡С–С≡ (полиин ) или =С=С=С=С=С= (поликумулен ).
Графит – устойчивая форма существования элемента углерода; серо-черный, с металлическим блеском, жирный на ощупь, мягкий неметалл, обладает проводимостью. При обычной температуре весьма инертен. При высоких температурах непосредственно взаимодействует с многими металлами и неметаллами (водородом, кислородом, фтором, серой). Типичный восстановитель; реагирует с водяным паром, концентрированной азотной и серной кислотами, оксидами металлов. В «аморфном» состоянии (уголь, кокс, сажа) легко сгорает на воздухе.
C + H 2 O(пар, 800-1000°С) = CO + H 2
C + 2H 2 SO 4 (конц.) = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O
C + 4HNO 3 (конц.) = CO 2 + 4NO 2 + 2H 2 O
C + 2H 2 (600°С, kat. Pt) = CH 4
C + O 2 (600-700°С) = CO 2
2C + O 2 (выше 1000°С) = 2CO
2С + Ca(550°С) = CaC 2
С + 2PbO(600°С) = 2Pb + CO 2
C + 2F 2 (выше 900°С) = CF 4
Вследствие очень высокой энергии активации превращения модификаций углерода возможны лишь при особых условиях. Так, алмаз превращается в графит при нагревании до 1000–1500°С (без доступа воздуха). Переход графита в алмаз требует очень высокого давления (6∙10 9 –10∙10 10 Па); освоен метод получения алмаза при низком давлении.
C(алмаз) = С(графит) (выше 1200°С)
(C 2) n (карбин) = 2n С(графит) (2300°С)
Получение и применение. Из графита изготовляют электроды, плавильные тигли, футеровку электрических печей и промышленных электролизных ванн и др. В ядерных реакторах его используют в качестве замедлителя нейтронов. Графит применяют также как смазочный материал и т. д. Исключительная твердость алмаза обусловливает его широкое применение для обработки особо твердых материалов, при буровых работах, для вытягивания проволоки и т. д. Наиболее совершенные кристаллы алмаза используют после огранки и шлифовки для изготовления ювелирных изделий (бриллианты).
Благодаря большой адсорбционной способности древесного и животного углей (кокс, древесный уголь, костяной уголь, сажа) они применяются для очистки веществ от примесей. Кокс, получаемый при сухой переработке каменного угля, применяется главным образом в металлургии при выплавки металлов. Сажа используется в производстве черной резины, для изготовления красок, туши и т. д.
Диоксид углерода CO 2 используют в производстве соды, для тушения пожаров, приготовления минеральной воды, как инертную среду при проведении различных синтезов.
Соединения с отрицательной степенью окисления. С менее электроотрицательными, чем он сам, элементами углерод дает карбиды. Поскольку для углерода характерно образовывать гомоцепи, состав большинства карбидов не отвечает степени окисления углерода –4. По типу химической связи можно выделить ковалентные, ионно-ковалентные и металлические карбиды.
Ковалентные карбиды кремния SiC и бора B 4 C – полимерные вещества, характеризующиеся очень высокой твердостью, тугоплавкостью и химической инертностью.
Простейшим ковалентным карбидом является метан СН 4 – химически весьма инертный газ; на него не действуют кислоты и щелочи, однако он легко загорается, и его смеси с воздухом чрезвычайно взрывоопасны. Метан – основной компонент природного (60–90%) рудничного и болотного газа. Богатые метаном газы используются как топливо и сырье для химического производства.
Углерод образует многообразные перкарбиды , например, некоторые простейшие углеводороды – этан С 2 Н 6 , этилен С 2 Н 4 , ацетилен С 2 Н 2 .
Ионно-ковалентные карбиды – кристаллические солеподобные вещества. При действии воды или разбавленной кислоты они разрушаются с выделением углеводородов. Поэтому карбиды подобного типа можно рассматривать как производные соответствующих углеводородов. Производные метана – метаниды , например, карбиды Ве 2 С и АlС 3 . Они разлагаются водой, выделяя метан:
АlС 3 + 12Н 2 О = 4Al(ОН) 3 + 3СН 4
Из солеподобных перкарбидов наиболее изучены ацетилиды типа М 2 +1 С 2 , М +2 С 2 и М 2 +3 (С 2) 3 . Имеющий наибольшее значение ацетилид кальция СаС 2 (называемый карбидом) получают нагреванием СаО с углем в электропечах:
СaO + 3C = CaC 2 + CO
Ацетилиды более или менее легко разлагаются водой с образованием ацетилена:
СаС 2 + 2Н 2 O = Са(ОН) 2 + С 2 Н 2
Эта реакция используется в технике для получения ацетилена.
Металлическими являются карбиды d -элементов IV–VIII групп. Чаще всего встречаются карбиды среднего состава МС (TiC, ZrC, HfC, VC, NbC, ТаС), М 2 С (Мо 2 С, W 2 С), М 3 С (Мn 3 С, Fe 3 С, Со 3 С). Металлические карбиды входят в состав чугунов и сталей, придавая им твердость, износоустойчивость и другие ценные качества. На основе карбидов вольфрама,титана и тантала производят сверхтвердые и тугоплавкие сплавы, применяемые для скоростной обработки металлов.
Соединения углерода (IV). Степень окисления углерода +4 проявляется в его соединениях с более электроотрицательными, чем он сам, неметаллами: СНаl 4 , СОНаl 2 , СО 2 , COS, CS 2 и анионных комплексах CO 3 2– , COS 2 2– , CS 3 2– .
По химической природе эти соединения углерода (IV) являются кислотными. Некоторые из них взаимодействуют с водой, образуя кислоты:
СO 2 + Н 2 O = Н 2 СО 3
СOCl 2 + 3Н 2 О = Н 2 СО 3 + 2НCl
и с основными соединениями, образуя соли:
2КОН + СO 2 = К 2 СО 3 + Н 2 О
Из тетрагалогенидов CHal 4 наибольшее применение получил тетрахлор метан СCl 4 в качестве негорючего растворителя органических веществ, а также жидкости для огнетушителей. Его получают хлорированием сероуглерода в присутствии катализатора:
CS 2 + Cl 2 = CCl 4 + S 2 Cl 2
Смешанный фторид-хлорид углерода ССl 2 F 2 – фреон (t кип. –30 °С) применяется в качестве хладагента в холодильных машинах и установках. Не ядовит. При попадании в атмосферу разрушает озоновый слой.
Дисульфид углерода или сероуглерод СS 2 (ядовит) получают взаимодействием паров серы с раскаленным углем: C + 2S = СS 2
Сероуглерод легко окисляется, при небольшом нагреве воспламеняется на воздухе: СS 2 + 3O 2 = CO 2 + 2SO 2
Все оксодигалогениды (карбонилгалогениды) COHal 2 значительно более реакционноспособны, чем тетрагалогениды; в частности, они легко гидролизуются:
СОСl 2 + Н 2 O = СO 2 + 2НCl
Наибольшее применение находит СОCl 2 (фосген, хлористый карбонил ) – чрезвычайно ядовитый газ. Его широко используют в органическом синтезе.
Диоксид углерода CO 2 (углекислый газ ) в технике обычно получают термическим разложением СаСО 3 , а в лаборатории – действием на СаСО 3 хлороводородной кислотой.
СаСО 3 = CaO + CO 2 СаСО 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 2
Диоксид углерода легко поглощается растворами щелочей, при этом образуется соответствующий карбонат , а при избытке СО 2 – гидрокарбонат :
Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO 3 ↓ + H 2 O
CaCO 3 ↓ + CO 2 = Ca(HCO 3) 2
Гидрокарбонаты в отличие от карбонатов в большинстве своем растворимы в воде.
Растворимость CO 2 в воде невелика, некоторая часть растворенного диоксида углерода взаимодействует с водой с образованием неустойчивой средней угольной кислоты Н 2 СО 3 (триоксокарбонат водорода).
Сульфидокарбонаты (IV) (тиокарбонаты) во многом напоминают триоксокарбонаты (IV). Их можно получить взаимодействием сероуглерода с основными сульфидами, например:
К 2 S + СS 2 = К 2 [СS 3 ]
Водный раствор Н 2 СS 3 – слабая тиоугольная кислота . Постепенно разлагается водой, образуя угольную кислоту и сероводород:
Н 2 СS 3 + 3Н 2 О = Н 2 СО 3 + 3Н 2 S
Из нитридокарбонатов важное значение имеет цианамид кальция СаСN 2 , получаемый окислением карбида кальция СаС 2 азотом при нагревании:
СаС 2 + N 2 = СаСN 2 + С
Из оксонитридокарбонатов водорода наибольшее значение имеет мочевина (карбамид ) СО(NH 2) 2 , получаемая действием СО 2 на водный раствор аммиака при 130° С и 1∙10 7 Па:
СО 2 + 2N 3 Н = СО(NH 2) 2 + Н 2 О
Мочевина применяется в качестве удобрения и для подкормки скота, как исходный продукт для получения пластических масс, фармацевтических препаратов (веронала, люминала и др.) и пр.
Сульфидонитридокарбонат (IV) водорода или тиоцианат водорода НSСN в водном растворе образует сильную (типа НCl) тиоцианистоводородную кислоту . Тиоцианиты в основном применяют при крашении тканей; NН 4 SСN используют как реактив на ионы Fe 3+ .
Соединения углерода (II). Производные углерода (II) – это СО, СS, HCN.
Оксид углерода (II) СО (угарный газ ) образуется при сгорании углерода или его соединений в недостатке кислорода, а также в результате взаимодействия оксида углерода (IV) с раскаленным углем.
СО 2 + С ↔ 2СО
В молекуле СО имеется тройная связь, как в N 2 и цианид-ионе CN – . В обычных условиях оксид углерода (II) химически весьма инертен. При нагревании проявляет восстановительные свойства, что широко используется в пирометаллургии.
При нагревании СО окисляется серой, при облучении или в присутствии катализатора взаимодействует с хлором и т. д.
СО + S = СOS (оксосульфид углерода IV);
CO + Cl 2 = СОCl 2 (оксохлорид углерода IV)
Цианид водорода HCN имеет линейную структуру H–C≡N; существует также ее таутомерная форма (изоцианид водорода ) H–N≡C. Водный раствор цианида водорода – очень слабая кислота, называемая синильной или цианистоводородной.
HCN – сильнейший неорганический яд.
Цианиды проявляют восстановительные свойства. Так, при нагревании их растворов они постепенно окисляются кислородом воздуха, образуя цианаты:
2KCN + O 2 = 2KOCN
а при кипячении растворов цианидов с серой образуются тиоцианаты (на этом основано получение тиоцианатов):
2KCN + S = 2KSCN
Цианид водорода применяют в органическом синтезе, NаСN и КСN – при добыче золота, для получения комплексных цианидов и т. д.
При нагревании цианидов малоактивных металлов образуется дициан (СN) 2 – очень реакционноспособный ядовитый газ.
Hg(CN) 2 = Hg + (CN) 2
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
ХИМИЯ
кафедра Современное естествознание... В М Васюков О В Савенко А В Иванова...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Все темы данного раздела:
Часть I. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Глава 1. Основные понятия и законы химии................................................................................... 3
Глава 2. Строение атома и периодический закон.................
Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Глава 11. Важнейшие классы неорганических соединений...................................................... 55
Глава 12. Элементы I группы (водород, литий, натрий, подгруппа
Часть III. ОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ
Глава 20. Общая характеристика органических соединений..................................................... 124
Глава 21. Алканы............................................
Основные положения атомно-молекулярной теории
1. Все вещества состоят из молекул. Молекула – наименьшая частица вещества, обладающая его химическими свойствами.
2. Молекулы состоят из атомов. Атом – наименьшая частица
Закон эквивалентов – для молекулярных соединений количество составляющих элементов пропорционально их химическим эквивалентам.
Эквивалент (Э)– частица вещества, которая в данной кислотно-основной реакции эквивалентна одному иону водорода или в данной окислительно-восстановительной реакции одно
Газовые законы
Изучение свойств газообразных веществ и химических реакций с участием газов сыграло настолько важную роль в становлении атомно-молекулярной теории, что газовые законы заслуживают сп
Закон Шарля: при постоянном объеме давление газа изменяется прямо пропорционально абсолютной температуре.
Р1 / Т1 = Р2 / Т2, или Р/Т = const.
Эти три закона можно объединить в один универсальный газовый зако
Модели строения атома
Прямым доказательством сложности строения атома было открытие самопроизвольного распада атомов некоторых элементов, названное радиоактивностью (А. Беккерель, 1896 г.). Последовавшее за этим
Квантовые числа электронов
Главное квантовое число п определяет общую энергию электрона на данной орбитали (п = 1, 2, 3, ...). Главное квантовое число для атомов изве
Электронные конфигурации атомов
Так как при химических реакциях ядра реагирующих атомов остаются без изменения (за исключением радиоактивных превращений), то химические свойства атомов зависят от строения их эле
Принцип Паули или запрет Паули (1925 г.): в атоме не может быть двух электронов, обладающих одинаковыми свойствами.
Поскольку свойства электронов характеризуются квантовыми числами, принцип Паули часто формулируется так: в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа были бы один
Ядро атома и радиоактивные превращения
Наряду с химическими реакциями, в которых принимают участие только электроны, существуют различные превращения, в которых изменению подвергаются ядра атомов (ядерные реакции).
Периодический закон
Открытый в 1869 г. Д.И. Менделеевым Периодический закон представляет собой один из фундаментальных законов в современном естествознании. Расположив все элементы в порядке возрастания атомных масс Д
Валентность и степень окисления
Способность атома химического элемента присоединять или замещать определенное число атомов другого элемента с образованием химической связи называется валентностью элемента.
Ковалентная связь – связь, осуществляемая за счет образования электронных пар, в одинаковой мере принадлежащих обоим атомам.
Н·+ ·Н® Н: Н или Н – Н
Связью называют связь, возникающую при обобществлении электронных облаков двух атомов, если облака перекрываются по линии, соединяющей атомы.
Но в молекуле ацетилена в каждом из атомов углерода содержится еще по два р-электрона, которые не принимают участия в образовании σ-связей. Молекула ацетилена имеет плоский лине
Связью можно назвать ковалентную связь, образованную при перекрывании атомных орбиталей вне линии, соединяющей атомы.
σ-связи являются более прочными, чем π-связи, чем объясняется большая реакционная способность непредельных углеводородов по сравнению с предельными.
Еще один вид г
Ионная связь
Ионная связь – электростатическое притяжение между ионами, образованными путем полного смещения электронной пары к одному из атомов.
Na+
Металлическая связь
Металлы объединяют свойства, имеющие общий характер и отличающиеся от свойств других веществ. Такими свойствами являются сравнительно высокие температуры плавления, способность к
Межмолекулярные взаимодействия
Электрически нейтральные атомы и молекулы способны к дополнительному взаимодействию друг с другом.
Водородная связь – связь между положительно з
Единицы измерения температуры Т, давления р и объема V.
При измерении температуры чаще всего используются две шкалы. Абсолютная шкала температур использует в качестве единицы измерения кельвин (К). В абсолютной шкале нулевая точка (0 К) н
Химическая термодинамика
Химическая термодинамика отвечает на вопросы о принципиальной возможности протекания данной химической реакции в определенных условиях и о конечном равновесном состоянии системы
Реакции, в результате которых энтальпия возрастает (ΔН > 0) и система поглощает теплоту извне (Qp < 0) называются эндотермическими.
Так, окисление глюкозы кислородом происходит с выделением большого количества теплоты (Qp = 2800 кДж/моль), т.е. этот процесс – экзотермический. Соответствующее термохимическое у
Скорость химической реакции определяется количеством вещества, прореагировавшего в единицу времени в единице объема.
v = ∆С / ∆τ моль/(л·с)
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ и от условий, в которых реакция протекает. Важнейшими из них являются
Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия
Химическая реакция не всегда «доходит до конца», т.е. исходные вещества не всегда полностью превращаются в продукты реакции. Это происходит потому, что по мере накопления продуктов
Состояние, в котором скорость обратной реакции становится равной скорости прямой реакции, называется химическим равновесием.
Состояние химического равновесия обратимых процессов количественно характеризуется константой равновесия.
Так для обратимой химической реакции: aА + bВ
Идеальные и реальные растворы. Растворение как физико-химический процесс
Известны две основные теории растворов: физическая и химическая.
Физическая теория растворов предложена Вант-Гоффом и Аррениусом. Согласно этой теории, растворител
Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
Растворимость веществ в различных растворителях, например в воде, колеблется в широких пределах. Если в 100 г воды при комнатной температуре растворяется более 10 г веще
Законы разбавленных растворов
При растворении в растворителе нелетучего вещества давление пара растворителя над раствором уменьшается, что вызывает повышение температуры кипения раствора и понижение температуры
Способы выражения концентрации (состава) растворов
Количественный состав раствора чаще всего выражается с помощью понятия «концентрации», т.е. содержание растворенного вещества в единице массы или объема. 1.
1.
Электролиты и электролитическая диссоциация
Растворы, проводящие электрический ток, называются растворами электролитов.Существуют две основные причины прохождения электрического тока через проводники: либо за счет перен
Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
Оптическое свойство коллоидных систем – опалесценция, т.е. рассеивание света малыми частицами, приводящее, в частности, к возникновению эффекта Фарадея-Тиндал
Поверхностные и адсорбционные явления
Различия состава и строения соприкасающихся фаз, а также характера молекулярных взаимодействий в их объеме обуславливают возникновение своеобразного молекулярного силового поля на поверхности разде
Коллоидные (коллоидно-дисперсные) системы
Коллоидные системы (золи) – это гетерогенные системы, состоящие из частиц размером порядка 10–7–10–9 м. По размеру частиц коллоидные системы занимают п
Окислительно-восстановительные реакции –реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ.
Степень окисления – условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что молекула состоит из ионов и в целом электронейтральна.
Вещество, в состав
Электрохимическую реакцию окисления-восстановления можно провести так, что электроны будут переходить от восстановителя к окислителю в виде электрического тока, т.е. будет происходить превращение х
Коррозия металлов
Коррозия – разрушение металлов в результате химического или электрохимического воздействия окружающей среды. Коррозия – самопроизвольный процесс, протекающий с уменьшением с
Электролиз
Электролиз – окислительно-восстановительный процесс, протекающий на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электроли
Электролиз расплавов электролитов
Схема записи электролиза расплава электролита:
KtAn ↔ Ktn+ + Anm–
Катод– | Ktn+
Электролиз водных растворов электролитов
Электролиз растворов отличается от электролиза расплавов электролитов наличием молекул воды, которые также могут участвовать в окислительно-восстановительных реакциях электролиза. Вследствие своей
Восстанавливается вода Восстанавливается вода и катионы металла Восстанавливается катионы металла
Анодный процесс:
1. На нерастворимых анодах при конкуренции аниона бескислородных кислот (Cl–, Br–, I–, S2–
Качественный анализ
Задача качественного анализа –определение химического состава исследуемого соединения.
Качественный анализ проводят химическими, физическими и физико-химическим
Количественный анализ
Задача количественного анализа– определение количественного содержания химических элементов (или их групп) в соединениях.
Методы количественного ана
Кислоты
Кислотой называется соединение, образующее при диссоциации в водном растворе из положительных ионов только ионы водорода Н+(по теории электролитич
Водород
Водород – первый элемент и один из двух представителей I периода Периодической системы. Атом водорода состоит из двух частиц – протона и электрона, между которыми существуют лишь силы притяжения. В
Бериллий
Во всех устойчивых соединениях степень окисления бериллия +2.
Содержание бериллия в земной коре невелико. Важнейшие минералы: берилл Be3Al2(SiO
Алюминий
Алюминий – типичный амфотерный элемент, для него наиболее типична степень окисления +3. В отличие от бора для него характерны не только анионные, но и катионные комплексы.
Лантаноиды
В семейство лантаноидов входят церий Се 4f25s25p65d06s2, празеодим Pr 4f3, неодим Nd 4f4, прометий
Актиноиды
В семейство актиноидов входят торий Th 5f06s26p66d27s2, протактиний Pr 5f2 6d17s2
Кремний
Кремний в соединениях имеет степени окисления +4 и –4. Для него наиболее характерны связи Si–F и Si–О.
По распространенности на Земле 20% (мол. долей) кремний уступает то
Кислород
Подобно фтору, кислород образует соединения почти со всеми элементами (кроме гелия, неона и аргона). Степень окисления кислорода в подавляющем большинстве соединений равна –2. Кром
Формулы органических соединений
Молекулярная формула отражает качественный и количественный элементный состав вещества. В молекулярной формуле сначала пишут атомы углерода, затем - атомы водорода, затем -
Номенклатура органических соединений
В настоящее время признана систематическая номенклатура ИЮПАК (IUРАС – Международный союз теоретической и прикладной химии). Среди вариантов
Изомерия органических соединений
Изомерия – существование разных веществ с одинаковой молекулярной формулой. Данное явление обусловлено тем, что одни и те же атомы могут по-разному соединят
И реакционная способность органических соединений
Химические свойства атомов, входящих в молекулы, меняются в зависимости от того, с какими другими атомами они связаны. Наиболее сильно влияют друг на друга непосредственно связанные атомы, однако
Общая характеристика органических реакций
В основу классификации органических реакций могут быть положены различные принципы.
I. Классификация химических реакций по результату химического превращения:
1.
Промышленное производство органических соединений
Возрастающая роль органических соединений в современном мире вызывает потребность в создании промышленного производства, способного производить их в достаточном количестве. Для такого производства
Номенклатура и изомерия
Алканы являются насыщенными, или предельными, углеводородами, поскольку все свободные валентности атомов углерода заняты (полностью «насыщены») атомами водорода. Простейшим пр
Физические свойства
В обычных условиях первые четыре члена гомологического ряда алканов (C1 – С4) – газы. Нормальные алканы от пентана до гептадекана (C5 – С17) – жидкости
Способы получения
Основные природные источники алканов – нефть и природный газ. Различные фракции нефти содержат алканы от C5H12 до С30Н62. Природный газ состоит из метан
Химические свойства
В обычных условиях алканы химически инертны. Они устойчивы к действию многих реагентов: не взаимодействуют с концентрированными серной и азотной кислотами, с концентрированными и расплавленными ще
Номенклатура и изомерия
Циклоалканы – это предельные циклические углеводороды. Простейшие представители этого ряда:
Обща
Химические свойства
Похимическим свойствам малые и обычные циклы существенно различаются между собою. Циклопропан и циклобутан склонны к реакциям присоединения, т.е. сходны в этом отношении с алкенами. Циклопентан и
Номенклатура и изомерия
Алкенами называют непредельные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь. Первый представитель этого класса – этилен СН2=СН2,
Получение
В природе алкены встречаются редко. Поскольку алкены являются ценным сырьем для промышленного органического синтеза, разработаны многие способы их получения.
1. Основным промышленным исто
Химические свойства
Химические свойства алкенов определяются наличием в их молекулах двойной связи. Электронная плотность π-связи достаточно подвижна и легко вступает в реакции с электрофильными
Применение
Низшие алкены – важные исходные вещества для промышленного органического синтеза. Из этилена получают этиловый спирт, полиэтилен, полистирол. Пропен используют для синтеза полипропилена, фенола,
Номенклатура и изомерия
Алкадиены – непредельные углеводороды, содержащие две двойные связи. Общая формула алкадиенов СnН2n-2.
Если двойные связи разделены в углеродной цеп
Получение
Основной промышленный способ получения диенов – дегидрирование алканов. Бутадиен-1,3 (дивинил) получают из бутана:
Химические свойства
Для алкадиенов характерны обычные реакции электрофилъного присоединения АЕ, свойственные алкенам. Особенность сопряженных диенов состоит в том, что две двойные связи в их
Номенклатура и изомерия
Алкинами называют непредельные углеводороды, молекулы которых содержат одну тройную связь. Общая формула гомологического ряда алкинов СnН2
Физические свойства
Физические свойства алкинов похожи на свойства алканов и алкенов. При обычных условиях (С2 – С4) – газы, (C5 – C16) – жидкости, начиная с С17
Получение
1. Общий способ получения алкинов – отщепление двух молекул галогеноводорода от дигалогеналканов, которые содержат два атома галогена либо у соседних, либо у одного атома углерода, под
Химические свойства
Химические свойства алкинов обусловлены наличием в их молекулах тройной связи. Типичными реакциями для ацетилена и его гомологов являются реакции электрофильного присоединения АE
Применение
На основе ацетилена развились многие отрасли промышленности органического синтеза. Выше уже отмечена возможность получения уксусного альдегида из ацетилена и различных кетонов из гомологов ацетиле
Номенклатура и изомерия
Ароматическими углеводородами (аренами) называют вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец – циклических групп атомов углерода с ос
Физические свойства
Первые члены гомологического ряда бензола – бесцветные жидкости со специфическим запахом. Они легче воды и в ней не растворимы. Хорошо растворяются в органических растворителях и сами являются хор
Способы получения
1. Получение из алифатических углеводородов. Для получения бензола и его гомологов в промышленности используют ароматизацию предельных углеводородов, входящих в состав нефти. При про
Химические свойства
Ароматическое ядро, обладающее подвижной системой π-электронов, является удобным объектом для атаки электрофильными реагентами. Этому способствует также пространственное расположение π-
Правила ориентации (замещения) в бензольном кольце
Важнейшим фактором, определяющим химические свойства молекулы, является распределение в ней электронной плотности. Характер распределения зависит от взаимного влияния атомов.
В молекулах
Применение
Ароматические углеводороды – важнейшее сырье для синтеза ценных веществ. Из бензола получают фенол, анилин, стирол, из которых, в свою очередь, получают фенолформальдегидные смолы, красители, полис
Номенклатура и изомерия
Общая формула гомологического ряда предельных одноатомных спиртов – CnH2n+1OH. В зависимости от того, при каком углеродном атоме находится гидроксильная гру
Получение
1. Общий способ получения спиртов, имеющий промышленное значение, – гидратация алкенов. Реакция идет при пропускании алкена с парами воды над фосфорнокислым катализатором (H3PO
Химические свойства
Химические свойства спиртов определяются присутствием в их молекулах группы -ОН.
Связи С–О и О–Н сильно полярны и способны к разрыву. Различают два основных типа реакций спиртов с участие
Реакции с разрывом связи О–Н.
1. Кислотные свойства спиртов выражены очень слабо. Низшие спирты бурно реагируют со щелочными металлами:
Реакции с разрывом связи С–О.
1) Реакции дегидратации протекают при нагревании спиртов с водоотнимающими веществами. При сильном нагревании происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием алкенов:
Применение
Спирты главным образом используют в промышленности органического синтеза.
Метиловый спиртСН3ОН – ядовитая жидкость температурой кипения 65°С, легко смешивается
Химические свойства
Для двух- и трехатомных спиртов характерны основные реакции одноатомных спиртов. В реакциях могут участвовать одна или две гидроксильные группы. Взаимное влияние гидроксильных групп проявляется в
Применение
Этиленгликоль применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших количествах его используют также для получения диоксана, важного (хотя и токсичного) лабораторно
Физические свойства
Фенолы в большинстве своем – кристаллические вещества (мета-крезол – жидкость) при комнатной температуре. Они обладают характерным запахом, довольно плохо растворимы в холодной воде,
Способы получения
1. Получение из галогенбензолов. При нагревании хлорбензола и гидроксида натрия под давлением получают фенолят натрия, при дальнейшей обработке которого кислотой образуется фенол:
Химические свойства
В фенолах p-орбиталь атома кислорода образует с ароматическим кольцом единую π-систему. Вследствие такого взаимодействия электронная плотность у атома кислорода уменьшается, а в бензольном кол
Номенклатура и изомерия
Органические соединения, в молекуле которых имеется карбонильная группа, называют карбонильным
Получение
1. Гидратация алкинов. Из ацетилена получают альдегид, из его гомологов – кетоны:
Из-за
Химические свойства
Химические свойства альдегидов и кетонов определяются тем, что в состав их молекул входит карбонильная группа с полярной двойной связью.
Альдегиды и кетоны – химически активные соединения
Применение
Формальдегид – газ с резким раздражающим запахом. 40% водный раствор формальдегида называется формалином. Формальдегид получают в промышленности в крупных масштабах окислением метана или метанола
Номенклатура и изомерия
Карбоновыми кислотами называют соединения, содержащиекарбоксильную группу
Физические свойства
Насыщенные алифатические монокарбоновые кислоты образуют гомологический ряд, который характеризуется общей формулой CnH2n+1COOH. Низшие члены этого ряда при обычны
Получение
1. Окисление первичных спиртов – общий способ получения карбоновых кислот. В качестве окислителей применяют КМnО4 и К2Сr2O7.
Химические свойства
Карбоновые кислоты – более сильные кислоты, чем спирты, поскольку атом водорода в карбоксильной группе обладает повышенной подвижностью благодаря влиянию группы –СО. В водном растворе карбоновые ки
Применение
Насыщенные кислоты. Муравьиная кислота НСООН. Название связано с тем, что кислота содержится в выделениях муравьев. Широко применяется в фармацевтической и пищевой промышле
Номенклатура и изомерия
Среди функциональных производных карбоновых кислот особое место занимают сложные эфиры – соединения, представляющие карбоновые кислоты, у которых атом водорода в карбоксильной группе заменен
Физические свойства
Сложные эфиры низших карбоновых кислот и спиртов представляют собой летучие, малорастворимые или практически нерастворимые в воде жидкости. Многие из них имеют приятный запах. Так, наприме
Химические свойства
1. Реакция гидролиза или омыления.
Реакция этерификации является обратимой, поэтому в присутствии кислот будет протекать обратная реакция, называемая гидролизом, в результат
Жиры и масла
Среди сложных эфиров особое место занимают природные эфиры – жиры и масла, которые образованы трехатомным спиртом глицерином и высшими жирными кислотами с неразветвленной углеродно
Номенклатура и изомерия
Простейший моносахарид – глицериновый альдегид, С3Н6О3:
Осталь
Физические и химические свойства глюкозы
Глюкоза С6Н12О6 представляет собой белые кристаллы, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде. В линейной форме молекулы глюкозы содержат одну аль
Дисахариды
Важнейшие дисахариды – сахароза, мальтоза и лактоза. Все они являются изомерами и имеют формулу С12Н22О11, однако их строение различно.
Молек
Полисахариды
Молекулы полисахаридов можно рассматривать как продукт поликонденсации моносахаридов. Общая формула полисахаридов (С6Н10О5)n. Мы рассмотрим важнейшие пр
Номенклатура и изомерия
Общая формула предельных алифатических аминов CnH2n+3N.
Названия аминов обычно производят, перечисляя углеводородные радикалы (в алфавитном порядке) и доба
Физические свойства
Метиламин, диметиламин и триметиламин – газы, средние члены алифатического ряда – жидкости, высшие – твердые вещества. Между молекулами аминов в жидкой фазе образуются слабые водородные связи, поэ
Получение
1. Основной способ получения аминов – алкилирование аммиака, которое происходит при нагревании алкилгалогенидов с аммиаком:
Химические свойства
1. Благодаря наличию электронной пары на атоме азота, все амины обладают основными свойствами, причем алифатические амины являются более сильными основаниями, чем аммиак. Водные растворы аминов име
Ароматические амины
Анилин (фениламин) C6H5NH2 – родоначальник класса ароматических аминов, в которых аминогруппа непосредственно связана с бензольным кольцом. Эта св
Физические свойства
Анилин – бесцветная маслянистая жидкость, немного тяжелее воды, мало растворима в воде, растворима в этиловом спирте и в бензоле.
Основной способ получения анилина – восстановление нитроб
Химические свойства
1. Анилин – гораздо более слабое основание, чем алифатические амины (Кb = 5,2-10-10). Это объясняется тем, что электронная пара атома азота, которая обусловливает осн
Номенклатура и изомерия
Аминокислоты – это органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильная группа –СООН и аминогруппа –NH2. В зависимости от взаимного расположения обеих функци
Химические свойства
Аминокислоты – это органические амфотерные соединения. Они содержат в составе молекулы две функциональные группы противоположного характера: аминогруппу с основными свойствами и карбоксильную гру
Пептиды
Пептиды можно рассматривать как продукты конденсации двух или более молекул аминокислот. Две молекулы аминокислоты могут реагировать друг с другом с отщеплением молекулы воды и образованием продук
Химические свойства
1. Разрушение вторичной и третичной структуры белка с сохранением первичной структуры называется денатурацией. Она происходит при нагревании, изменении кислотности с
Биологическое значение белков
Биологическое значение белков чрезвычайно велико.
1.Абсолютно все химические реакции в организме протекают в присутствии катализаторов – ферментов. Даже такая простая реакци
Шестичленные гетероциклы
Пиридин C5H5N – простейший шестичленный ароматический гетероцикл с одним атомом азота. Его можно рассматривать как аналог бензола, в котором одна группа СН за
Пятичленные гетероциклы
Пиррол C4H4NH – пятичленный гетероцикл с одним атомом азота.
Строение нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты – это природные высокомолекулярные соединения (полинуклеотиды), которые играют огромную роль в хранении и передаче наследственной информации в живых организмах. Молекуля
Биологическая роль нуклеиновых кислот
ДНК – главная молекула в живом организме. Она хранит генетическую информацию, которую передает от одного поколения к другому. В молекулах ДНК в закодированном виде записан состав всех белков орган
Цитозин гуанин
Таким образом, информация, содержащаяся в ДНК, как бы перепечатывается в мРНК, а последняя доставляет ее в рибосомы.
2. Транспортная РНК (тРНК) переносит аминокислоты к рибосомам,
Общая характеристика полимеров
Довольно часто общую формулу полимеров можно записать в виде (-Х-)n, где фрагмент -Х- называется элементарное звено, а число n – степень полимериза
Пластмассы
Пластмассами называют материалы на основе полимеров, способные изменять свою форму при нагревании и сохранять новую форму после охлаждения. Благодаря этому свойству пластмассы легко поддаются меха
Волокна
Одна из важных областей применения полимеров – изготовление волокон и тканей.
Рассмотрим два ва
Каучуки
Каучуки – продукты полимеризации диенов и их производных.
Натуральный каучук получают из латекса – сока некоторых тропических растений. Его строение можно установит