Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Билеты по химии
Билет 1
1. Билет №1
Периодический закон и периодическая система химических элементов Д. И.
Менделеева на основе представлений о строении атомов. Значение
периодического закона для развития науки.
В 1869 г. Д. И. Менделеев на основе анализа свойств простых веществ и
соединений сформулировал Периодический закон:
Свойства простых тел... и соединений элементов находятся в
периодической зависимости от величины атомных масс элементов.
На основе периодического закона была составлена периодическая система
элементов. В ней элементы со сходными свойствами оказались объединены в
вертикальные столбцы — группы. В некоторых случаях при размещении элементов
в Периодической системе приходилось нарушать последовательность возрастания
атомных масс, чтобы соблюдалась периодичность повторения свойств. Например,
пришлось "поменять местами" теллур и йод, а также аргон и калий.Причина состоит в том, что Менделеев предложил периодической закон в
то время, когда не было ничего известно о строении атома.
После того, как в XX веке была предложена планетарная модель атома,
периодический закон формулируется следующим образом:
Свойства химических элементов и соединений находятся в периодической
зависимости от зарядов атомных ядер.
Заряд ядра равен номеру элемента в периодической системе и числу
электронов в электронной оболочке атома.
Эта формулировка объяснила "нарушения" Периодического закона.
В Периодической системе номер периода равен числу электронных уровней
в атоме, номер группы для элементов главных подгрупп равен числу электронов
на внешнем уровне.
Причиной периодического изменения свойств химических элементов
является периодическое заполнение электронных оболочек. После заполнения
очередной оболочки начинается новый период. Периодическое изменение
элементов ярко видно на изменении состава и свойств и свойств оксидов.
Научное значение периодического закона. Периодический закон позволил
систематизировать свойства химических элементов и их соединений. При
составлении периодической системы Менделеев предсказал существование многих
еще не открытых элементов, оставив для них свободные ячейки, и предсказал
многие свойства неоткрытых элементов, что облегчило их открытие.
2. Альдегиды — Альдегиды (от лат. alcohol dehydrogenatum — спирт, лишённый водорода) — класс органических соединений, содержащих карбонильную группу (С=О) с одним алкильным или арильным заместителем.
Альдегиды и кетоны весьма схожи, различие заключается в том, что последние имеют при карбонильной группе два заместителя. Поляризация двойной связи «углерод-кислород» по принципу мезомерного сопряжения позволяет записать следующие резонансные структуры:
Подобное разделение зарядов подтверждается физическими методами исследования и во многом определяет реакционную способность альдегидов, как выраженных электрофилов. В общем случае химические свойства альдегидов аналогичны кетонам, однако альдегиды проявляют бо́льшую активность, что связано с большей поляризацией связи. Кроме того, для альдегидов характерны реакции, не характерные для кетонов, например гидратация в водном растворе: у метаналя в связи с ещё большей поляризацией связи — полная, а у других альдегидов — частичная:
Простейшие альдегиды имеют резкий характерный запах (например, бензальдегид — запах миндаля).
Химические свойства. Восстановление. Альдегиды способны к восстановлению, основной продукт восстановления первичные спирты
Присоединение синильной кислоты. Используется для удлинения углеродной цепи.
Присоединение гидросульфита натрия. Используется для выделения альдегидов из растворов.
Присоединение спиртов с образованием полуацеталей (при избытке спирта и хлороводороде образуются ацетали)
2 Окисление. Альдегиды легко (значительно легче, чем спирты) окисляются в соответствующие карбоновые кислоты.
Реакция «серебряного зеркала».
Реакция «медного зеркала». Окислителем здесь выступает свежеприготовленный гидроксид меди(II). Образуется кирпично-красный осадок оксида Cu(I)
3 Реакция полимеризации
Формальдегид образует параформальдегид (n=8-100) при длительном стоянии или испарении.
При циклизации образуются триоксан (n = 3) и тетраоксиметилен (n = 4).
4 Реакция поликонденсации При нагревании альдегида с фенолом в кислой или щелочной среде образуются фенолформальдегидные смолы.
Физические свойства. При обычных условиях все альдегиды и кетоны, за исключением формальдегида, являются жидкостями или твердыми веществами. Они имеют более низкие температуры кипения по сравнению с температурами кипения соответствующих спиртов, что связано с неспособностью карбонильных соединений к образованию водородных связей.
Низшие и средние гомологи ряда альдегидов имеют характерный запах. Приятные запахи высших альдегидов широко используются в парфюмерии.
Низшие альдегиды (формальдегид, ацетальдегид) и кетоны и ацетон) хорошо растворимы в воде.
Билет 2
Закон сохранения массы веществ (М. В. Ломоносов, 1748-1756 гг., А. Лавуазье, 1777 г.).
Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, получившихся в результате реакции.
Закон сохранения массы веществ может быть объяснен с точки зрения атомно-молекулярного учения так:прихимических реакциях атомы не исчезают и не могут возникать из ничего; общее число атомов остается постоянным до и после реакции. Например, при взаимодействии двухатомных молекул водорода и хлора должно образоваться столько молекул НС1, чтобы число атомов водорода и хлора оставалось равным двум, т.е. две молекулы:
И поскольку атомы имеют постоянную массу, не меняется и масса веществ до и после реакции.
Закон сохранения массы веществ М. В. Ломоносов связывал с законом сохранения энергии (количества движения). Он рассматривал эти законы в единстве как всеобщий закон природы.
Таким образом, законы сохранения массы веществ и сохранения энергии — это две стороны единого закона природы — закона вечности материи и ее движения.
Взаимосвязь массы и энергии (она рассматривается в физике) выражают уравнением Эйнштейна:
E=mc2,
где E — энергия; m — масса; c — скорость света в вакууме.
Закон сохранения массы веществ дает материальную основу для составления уравнений химических реакций. Опираясь на него, можно проводить расчеты по химическим уравнениям.
2. Закон постоянства состава вещества (Ж. Л. Пруст, 1808 г.).
Каждое чистое вещество независимо от способа его получения всегда имеет постоянный качественный иколичественный состав.
Атомно-молекулярное учение позволяет объяснить закон постоянства состава. Например, воду можно получить по любой из следующих реакций:
2Н2+О2=2Н2О
Са(ОН)2=СаО+Н2О
CuSO4•5Н2О=CuSO4+5Н2О
Химически чистая вода содержит 11,19% водорода и 88,81% кислорода, независимо от способа ее получения,то есть на один атом кислорода приходится два атома водорода. Иной состав свидетельствует либо о наличии примесей, либо о том, что это другое вещество (например, Н2О2).
Ж. Пруст писал: «От одного полюса Земли до другого соединения имеют одинаковый состав и одинаковые свойства. Никакой разницы нет между оксидом железа из Южного полушария и Северного. Малахит из Сибири имеет тот же состав, как и малахит из Испании».
В этой формулировке закона, как и в приведенном выше, подчеркивается постоянство состава соединения независимо от способа получения и места нахождения.
Закон Авогадро: В равных объемах любых газов, взятых при одинаковых условиях, содержится одинаковое число молекул.Из закона Авогадро вытекают два следствия:
Одинаковое количество молекул любых газов при одинаковых условиях занимают одинаковый объем.
Относительная плотность одного газа по другому равна отношению их молярных масс.
Число Авогадро – число частиц в моле любого вещества; NA = 6,02∙1023 моль–1.
Молярный объем – объем моля любого газа при нормальных условиях(температура 273 К, давление 101,3 кПа); равен 22,4 л∙моль–1.
Молярная масса (M) – масса одного моля вещества, численно совпадающая с относительными массами атомов, ионов, молекул, радикалов и других частиц, выраженных в г∙моль–1.
2.Многоатомные спирты — органические соединения, содержащие в своём составе более одной гидроксильной группы ОН.
Важнейшие из многоатомных спиртов - этиленгликоль и глицерин
Это — вязкие жидкости, сладкие на вкус, хорошо растворимые в воде и плохо растворимые в органических растворителях.
Получение.
1. Гидролиз алкилгалогенидов (аналогично одноатомным спиртам):
ClCH2-CH2Cl + 2NaOH → НОСН2-СН2ОН + 2NaCl.
2. Этиленгликоль образуется при окислении этилена водным раствором перманганата калия:
СН2=СН2 + [О] + Н2О → НOСН2-СН2ОН.
3. Глицерин получают гидролизом жиров.
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 том, что многоатомные спирты — более сильные кислоты, чем одноатомные спирты. Поэтому многоатомные спирты, в отличие от одноатомных, реагируют со щелочами, образуя соли. По аналогии с алкоголятями соли двухатомных спиртов называют гликолятами, а трехатомных — глицератами.
Качественной реакцией на многоатомные спирты, содержащие группы ОН при соседних атомах углерода, является ярко, синее окрашивание при действии свежеосажденного гидроксида меди (II). Цвет раствора обусловлен образованием комплексного гликолята меди:
Для многоатомных спиртов характерно образование сложных эфиров. В частности, при реакции глицерина с азотной кислотой в присутствии каталитических количеств серной кислоты образуется тринитрат глицерина, известный под названием нитроглицерин (последнее название неверно с химической точки зрения, поскольку в нитросоединениях группа -NO2 непосредственно связана с атомом углерода):
Применение. Этиленгликоль применяют для синтеза полимерных материалов и в качестве антифриза. В больших количествах он используется также для получения диоксана, важного (хотя и токсичного) лабораторного растворителя. Диоксан получают межмолекулярной дегидратацией этиленгликоля:
Глицерин находит широкое применение в косметике, пищевой промышленности, фармакологии, производстве взрывчатых веществ. Чистый нитроглицерин взрывается даже при слабом ударе; он служит сырьем для получения бездымных порохов и динамита ― взрывчатого вещества, которое в отличие от нитроглицерина можно безопасно бросать. Динамит был изобретен Нобелем, который основал известную всему миру Нобелевскую премию за выдающиеся научные достижения в области физики, химии, медицины и экономики. Нитроглицерин токсичен, но в малых количествах служит лекарством, так как расширяет сердечные сосуды и тем самым улучшает кровоснабжение сердечной мышцы.
Билет 3 Как вы уже знаете, все вещества делятся на простые и сложные. В свою очередь сложные вещества делятся на четыре класса: оксиды, основания, кислоты и соли. Каждое из неорганических соединений так или иначе является представителем какого-либо одного класса веществ, хотя есть и исключения. Так, например, пероксид бария BaO2 хотя и относится к классу оксидов, проявляет свойства солей.
Оксидами же называются сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород, т.е. оксид - это соединение элемента с кислородом.
Название оксидов образуется от названия элемента, входящего в состав оксида. Например, BaO - оксид бария. Если образующий оксид элемент имеет переменную валентность, то после названия элемента в скобках указывается его валентность римской цифрой. Например, FeO - оксид железа (I), Fe2О3 - оксид железа (III).
Элементы, обладающие постоянной валентностью, образуют только основные, кислотные или амфотерные оксиды. Элементы с переменной валентностью могут образовывать различные оксиды.
Все оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие. Немногочисленные несолеобразующие оксиды не взаимодействуют ни с кислотами, ни с основаниями. К ним относятся оксид азота N2O (I), оксид азота NO (II).
По своим химическим свойствам оксиды делятся на основные, кислотные и амфотерные.
Основными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с кислотами или кислотными оксидами:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
Растворимые в воде основные оксиды вступают в реакцию с водой, образуя основания:
CaO + H2O = Ca(OH) 2
Большинство основных оксидов с водой не взаимодействуют, но им также соответствуют основания, которые можно получить косвенным путем.
Основные оксиды реагируют с кислотными оксидами, образуя соли:
Na2O + SO3 = Na2SO4
Кислотными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии с основаниями или основными оксидами. Кислотные оксиды также называются ангидридами кислот. Кислотными являются оксиды типичных неметаллов, а также оксиды ряда металлов в высших степенях окисления (B2O3; N2O5).
Многие кислотные оксиды соединяются с водой, образуя кислоты:
N2O3 + H2O = 2HNO2
SO3 + H2O = H2SO4
Не все ангидриды реагируют с водой, в этом случае соответствующие им кислоты добываются косвенным путем.
Кислотные оксиды реагируют с основными оксидами с образованием соли:
CO2 + CaO = CaCO3
Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, образуя соль и воду:
CO2 + Ba(ОН)2= BaCO3 + H2O
Амфотерными называются оксиды, которые образуют соли при взаимодействии как с кислотами, так и с основаниями. Соединения этих оксидов с водой могут иметь кислотные и основные свойства одновременно, например - Al2O3, Cr2O3, MnO2; Fe2O3 ZnO. К примеру, амфотерный характер оксида цинка проявляется при взаимодействии его как с соляной кислотой, так и с гидроксидом натрия:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O
Так как далеко не все амфотерные оксиды расворимы в воде, то доказать амфотерность таких оксидов заметно сложнее. Например, оксид алюминия (III) в реакции сплавления его с дисульфатом калия проявляет основные свойства а при сплавлении с гидроксидами кислотные:
Al2O3 + 3K2S2O7 = 3K2SO4 + A12(SO4)3
Al2O3 + 2KOH = 2KAlO2 + H2O
У различных амфотерных оксидов двойственность свойств может быть выражена в различной степени. Например, оксид цинка одинаково легко растворяется и в кислотах, и в щелочах, а оксид железа (III) - Fe2O3 - обладает преимущественно основными свойствами.
Способы получения оксидов из простых веществ - это либо прямая реакция элемента с кислородом:
2Ca + O2 = 2CaO
либо разложение сложных веществ:
а) оксидов
4CrO3 = 2Cr2O3 + 3O2
б) гидроксидов
Ca(OH)2 = CaO + H2O
в) кислот
H2CO3 = H2O + CO2
г) солей
CaCO3 = CaO +CO2
А также взаимодействие кислот - окислителей с металлами и неметаллами:
Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3) 2 + 2NO2 + 2H2Oет 3
2. Общие сведения
Предельными (насыщенными) называются углеводороды, в молекулах которых атомы углерода связаны между собой простой связью. Предельные углеводороды еще называются алканами или парафинами. Углерод может образовывать длинные цепи, что связано с примерно одинаковой способностью оттягивать и отдавать электроны при образовании связи между атомами углерода.
Ряд углеводородов, сходных по свойствам и различающихся на одну или несколько групп CH2, называется гомологическим рядом, а группа CH2 называется гомологической разницей. Общая формула алканов CnH2n+2, где n - число атомов углерода в молекуле.
Названия элементов гомологического ряда алканов нужно уверенно знать, так как на этом основана систематическая номенклатура. Начиная с n = 1: метан СН4, этан C2H6, пропан C3H8, бутан C4H10, пентан C5H12, гексан C6H14, гептан C7H16, октан C8H18, нонан C9H20 и декан C10H22.
Если от молекулы углеводорода отнять атом водорода, то остаток молекулы -со свободной связью называется углеводородным радикалом (он обозначается буквой R). Названия алканов имеют окончание "ан", а радикалы "ил". Например, метан CH4 - метил CH3, этан C2H6 - этил C2H5 и т. д.
У пропана может существовать два радикала, так как молекула пропана содержит два первичных ( связанных только с одним атомом углерода) атома углерода и один вторичный ( связанный с двумя атомами углерода) в центре. Возможно существование первичного пропила H3C-CH2-CH2- и вторичного пропила СН3-CH-СН3 ( водород отнят от центрального атома углерода)
Соединения с одной и той же эмпирической формулой могут иметь несколько вариантов расположения атомов в молекуле, эти вещества называются изомерами. Различное расположение атомов приводит к изменению физических и химических свойств у изомеров. Начиная с бутана порядок расположения атомов в молекуле углеводорода может быть различным: в виде прямой или разветвленной цепочки:
Билет 4
Виды химической связи и способы ее образования в неорганических
соединениях: ковалентная (полярная, неполярная, простые и кратные связи),
ионная, водородная.
Ковалентная связь образуется за счет перекрывания электронных облаков
двух атомов. Каждый атом предоставляет один неспаренный электрон для
образования одной химической связи, при этом происходит образование общей
электронной пары. Если ковалентная связь образуется между двумя одинаковыми
атомами, она называется неполярной.
Если ковалентная связь образуется между двумя различными атомами,
общая электронная пара смещайся к атому с большей электроотрицательностью
(электроотрицательностью называется способность атома притягивать
электроны). В этом случае возникает полярная ковалентная связь.
Частным случаем ковалентной связи является донорно-акцепторная связь.
Для ее образованья у одного атома должна быть свободная орбиталь на внешнем
электронном уровне, а у другого — пара электронов. Один атом (донор)
предоставляет другому (акцептору) свою электронную пару, в результате она
становится общей, образуется химическая связь. Пример — молекула СО:
Ионная связь образуется между атомами с сильно отличающейся
электроотрицательностью. При этом один атом отдает электроны и превращается
в положительно заряженный ион, а атом, получивший электроны, в отрицательно
заряженный. Ионы удерживаются вместе за счет сил электростати притяжени
Водородная связь образуется между полярными молекулами (вода, спирты,
аммиак) за счет притяжения разноименных зарядов.
Прочность водородной связи существенно (~20 раз) меньше, чем ионной
или ковалентной связи.
2. Высокомолекулярные соединения
Высокомолекулярными соединениями (полимерами) называются органические вещества, молекулы которых состоят из большого количества повторяющихся звеньев. Молекулярная масса полимеров обычно очень велика. К полимерам относят - волокна, пластмассы и каучуки.
Полимеры бывают природного или искусственного происхождения, например, полиэтилен, полипропилен, синтетические каучуки. Получают полимеры реакциями полимеризации и поликонденсации. При полимеризации друг с другом соединяются большое количество молекул, образуя одну большую молекулу, причем в реакцию полимеризации могут вступать молекулы разные веществ. При поликонденсации при образовании макромолекулы полимера выделяются низкомолекулярные вещества, например, вода. Поликонденсация - ступенчатый процесс.
Реакции полимеризации характерны для непредельных соединений. Например, из этилена образуется всеми используемый полиэтилен:
nСН2 = СН2 ® (-CH2-CH2-)n
где n - степень полимеризации, т. е. число элементарных звеньев (-СН2-СН2-), повторяющихся в молекуле полиэтилена. В зависимости от этого числа свойства полученного полимера обладают различными свойствами.
Натуральный каучук - это природный полимер изопрена, процесс его образования выглядит так:
Уникальные свойства каучука являются следствием его особенностей его строения. В молекулах натурального каучука определенные участки цепи повторяются в особом порядке, метиленовые группы -CH2- находятся в цис-положении, то есть расположены с одной стороны от двойной связи:
Синтетический каучук получают полимеризацией бутадиена в присутствии катализатора:
nCH2=CH-CH=CH2 ® (-CH2-CH=CH-CH2-)n
Также получают хлоропреновый каучук:
Каучуки в результате нагревания или охлаждения теряют свои свойства, поэтому их превращают в резину в результате вулканизации. Резина - пространственный полимер, она более эластичная, чем сырой каучук и не растворяется в бензоле. Сера присоединяется к полимеру в местах разрыва двойных связей, "сшивая" молекулы каучука
Билет №5.
Электролиты и неэлектролиты. Электролическая диссоциация неорганических
кислот, солей, щелочей. Степень диссоциации.
Электролиты и неэлектролиты
Электрический ток — направленное движение заряженных частиц под
действием внешнего электромагнитного поля.
Заряженные частицы:
электроны — ток в металлах;
ионы — ток в растворах.
Электролиты — вещества, растворы которых проводят электрический ток:
растворимые кислоты, щелочи, соли. Связь ионная или сильнополярная.
Неэлектролиты — вещества, растворы которых не проводят электрический
ток: большинство органических веществ. Связь неполярная или
слабополярная.
Электролитическая диссоциация
Электролитическая диссоциация — распад электролита на ионы под
действием полярных молекул растворителя.
Основы теории электролитической диссоциации – С.Аррениус, 1887г.:
1. Электролиты при растворении в воде диссоциируют.
2. Под действием электрического тока ионы движутся в растворе:
положительно заряженные - к катоду, отрицательно заряженные — к аноду.
3. Диссоциация – обратимый процесс
В молекуле воды связь ковалентная полярная, молекула угловая,
следовательно, молекула воды — диполь.
Причина диссоциации веществ с ионной связью: диполи воды разрушают
кристаллическую решетку
Причина диссоциации веществ с ковалентной полярной связью: молекулы
воды вызывают еще большую поляризацию связи вплоть до ее разрыва.
Степень диссоциации. Сильные и слабые электролиты
Степень диссоциации — отношение числа распавшихся молекул к общему
числу молекул растворенного вещества:
Если а ( 1, то электролит сильный. В растворе практически нет молекул.
Примеры: НСl; NaOH; KBr.
Если а ( 0, то электролит слабый. В растворе много молекул и мало
ионов. Примеры: H2S; NH3; Fe(SCN)3.
Диссоциация кислот, щелочей и солей
Кислоты — электролиты, в растворах которых нет других катионов, кроме
катионов водорода.
Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:
Основания — электролиты, в растворах которых нет других анионов, кроме
гидроксид-ионов.
Соли — электролиты, в растворах которых есть катионы металлов или ион
аммония и анионы кислотных остатков
Получение. Свойства.
Физические свойства. Бутадиен-1,3 — легко сжижающийся газ с неприятным запахом. Изопрен — жидкость с tкип 34 °С.
Получение. Основной промышленный способ получения диенов — дегидрирование алканов. Бутадиен-1,3 (дивинил) получают из бутана:
t,Сr2О3
СН3-СН2-СН2-СН3 → СН2=СН-СН=СН2 + 2Н2,
а изопрен (2-метилбутадиен-1,3) — из 2-метилбутана:
t, Сr2О3
СН3-СН(СН3)-СН2-СН3 → СН2=С(СН3)-СН=СН2+2Н2.
Бутадиен-1,3 можно также получать по реакции Лебедева путем одновременного дегидрирования и дегидратации этанола:
t, ZnO, Al2O3
2С2Н5ОН → СН2=СН-СН=СН2 + Н2 + 2Н2О.
Химические свойства. Для алкадиенов характерны обычные реакции электрофильного присоединения АE, свойственные алкенам. Особенность сопряженных диенов состоит в том, что две двойные связи в их молекулах функционируют как единое целое, поэтому реакции присоединения могут протекать в двух направлениях: а) к одной из двойных связей (1,2-присоединение) или б) в крайние положения сопряженной системы с образованием новой двойной связи в центре системы (1,4-присоединение). Так, присоединение брома к бутадиену может привести к двум продуктам: 1,2
СН2=СН-СН=СН2 + Вr2 → СН2=СН-СНВr-СН2Вr
или 1,4
СН2=СН-СН=СН2 + Вr2 → ВrСН2-СН=СН-СН2Вr
Подбор реагентов и условий реакций позволяет направлять присоединение по любому из двух направлений.
Важнейшее свойство диенов — их способность к полимеризации, которая используется для получения синтетических каучуков. При полимеризации бутадиена-1,3, которая протекает как 1,4-присоединение, получают бутадиеновый каучук:
nСН2=СН-СН=СН2 → (-СН2-СН=СН-СН2-)n.
Использование металлоорганических катализаторов в этой реакции позволяет получить каучук с регулярным строением, в котором все звенья цепи имеют цис-конфигурацию. Аналогичная реакция с изопреном дает синтетический изопреновый каучук, который по строению и свойствам близок к природному каучуку:
nСН2=С(СН3)-СН=СН2 → (-СН2-С(СН3)=СН-СН2-)n.
Применение. Основная область применения алкадиенов - синтез каучуков.
Билет 6
Скорость химических реакций. Факторы, влияющие на скорость химической
реакции (зависимость скорости от природы, концентрации вещества, площади
поверхности соприкосновения реагирующих веществ, температуры
катализатора)
Скоростью химической реакции называется изменение количества вещества
за единицу времени в единице объема
Скорость реакции зависит от природы реагирующих веществ
При реакции металлов с соляной кислотой, чем левее расположен металл в
раду напряжений, тем быстрее протекает реакция, а металлы, находящиеся
правее водорода, не реагируют вообще:
Скорость реакции увеличивается при увеличении концентрации реагирующих
веществ.
Горение веществ в чистом кислороде происходит быстрее, чем в воздухе,
содержание кислорода в котором составляет 21%:
Скорость реакции увеличивается при увеличении поверхности
соприкосновения реагирующих веществ
Железные опилки быстрее реагируют с соляной кислотой, чем железные
гвозди
Скорость реакции увеличивается с увеличением темпера-
Железо при обычной температуре реагирует с хлором очень медленно, при
высокой же температуре протекает бурная реакция (железо горит в хлоре)
Водород восстанавливает оксиды металлов при нагревании, при комнатной
температуре эта реакция не идет, то есть ее скорость равна 0:
Скорость многих реакций увеличивается в присутствии специальных
веществ — катализаторов.
Катализаторы увеличивают скорость реакции, но по окончании реакции
остаются неизменными.
Примеры каталитических реакций
(реакция сильно ускоряется в присутствии МnО2).
(реакция протекает только в присутствии катализаторов — платины,
оксида ванадия (V), железа и др).
2.
АРЕНЫ (ароматические углеводороды)
Арены или ароматические углеводороды – это соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные ядра) с замкнутой системой сопряженных связей.
Почему "Ароматические"? Т.к. некоторые из ряда веществ имеют приятный запах. Однако в настоящее время в понятие "ароматичность" вкладывается совершенно иной смысл.
Ароматичность молекулы означает ее повышенную устойчивость, обусловленную делокализацией π-электронов в циклической системе.
Критерии ароматичности аренов:
Атомы углерода в sp2-гибридизованном состоянии образуют цикл.
Атомы углерода располагаются в одной плоскости (цикл имеет плоское строение).
Замкнутая система сопряженных связей содержит
4n+2 π-электронов (n – целое число).
Этим критериям полностью соответствует молекула бензола С6Н6.
Понятие “бензольное кольцо” требует расшифровки. Для этого необходимо рассмотреть строение молекулы бензола.
Все связи между атомами углерода в бензоле одинаковые (нет как таковых двойных и одинарных) и имеют длину 0,139нм. Эта величина является промежуточной между длиной одинарной связи в алканах (0,154нм) и длиной двойной связи в алкенах (0,133 им).
Равноценность связей принято изображать кружком внутри цикла
Круговое сопряжение дает выигрыш в энергии 150 кДж/моль. Эта величина составляет энергию сопряжения — количетво энергии, которое нужно затратить, чтобы нарушить ароматическую систему бензола.
Общая фоормула: CnH2n-6 (n ≥ 6)
Гомологический ряд:
Гомологи бензола – соединения, образованные заменой одного или нескольких атомов водорода в молекуле бензола на углеводородные радикалы (R):
орто- (о-) заместители у соседних атомов углерода кольца, т.е. 1,2-;
мета- (м-) заместители через один атом углерода (1,3-);
пара- (п-) заместители на противоположных сторонах кольца (1,4-).
Ароматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:
C6H5- (фенил) и C6HАроматические одновалентные радикалы имеют общее название "арил". Из них наиболее распространены в номенклатуре органических соединений два:
C6H5- (фенил) и C6H5CH2- (бензил).5CH2- (бензил).
Изомерия:
структурная:
1) положения заместителей для ди-, три- и тетра-замещенных бензолов (например, о-, м- и п-ксилолы);
2) углеродного скелета в боковой цепи, содержащей не менее 3-х атомов углерода:
3) изомерия заместителей R, начиная с R = С2Н5.
Химические свойства:
Для аренов более характерны реакции, идущие с сохранением ароматической системы, а именно, реакции замещения атомов водорода, связанных с циклом.
1. Галогенирование
Замещение атома водорода в бензольном кольце на галоген происходитв присутствии катализаторов AlCl3, AlBr3, FeCl3 и т.п. :
Билет 7 Обратимые реакции — химические реакции, протекающие одновременно в двух противоположных направлениях (прямом и обратном), например:
3H2 + N2 ⇌ 2NH3.
Направление обратимых реакций зависит от концентраций веществ — участников реакции. Так в приведённой реакции, при малой концентрации аммиака в газовой смеси и больших концентрациях азота и водорода происходит образование аммиака; напротив, при большой концентрации аммиака он разлагается, реакция идёт в обратном направлении. По завершении обратимой реакции, т. е. при достижении химического равновесия, система содержит как исходные вещества, так и продукты реакции.
Простая (одностадийная) обратимая реакция состоит из двух происходящих одновременно элементарных реакций, которые отличаются одна от другой лишь направлением химического превращения. Направление доступной непосредственному наблюдению итоговой реакции определяется тем, какая из этих взаимно-обратных реакций имеет большую скорость. Например, простая реакция
N2O4 ⇌ 2NO2
складывается из элементарных реакций
N2O4 ⇌ 2NO2 и 2NO2 ⇌ N2O4.
Для обратимости сложной (многостадийной) реакции, например уже упоминавшейся реакции синтеза аммиака, необходимо, чтобы были обратимы все составляющие её стадии.
Химическое равновесие - состояние системы, в котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.
Концентрации всех веществ в состоянии равновесия (равновесные концентрации) постоянны. Химическое равновесие имеет динамический характер. Это значит, что и прямая и обратная реакции при равновесии не прекращаются.
2. Алкены
Углеводороды ряда этилена по международной номенклатуре называют алкенами.
Химическая формула и строение молекулы этилена.
Элементный анализ этилена показывает, что в его состав входят примерно 87,5% углерода и 14,3% водорода. Плотность этилена по отношению к водороду равна 14.
Простейшая формула этилена CH2. Молярная масса, соответствующая этой формуле, следующая:
M = 12 + 2 = 14; M = 14 г/моль
На основе закона Авогадро находим истинную молярную массу этилена:
M = 2D (H2) = 2 * 14 = 28; M = 28 г/моль
Отсюда следует, что простейшую формулу нужно удваивать. Поэтому молекулярная формула этилена C2H4.
В отличии от предельных углеводородов, в молекулах которых между атомами углерода имеется одинарная связь, в молекулах углеводорода ряда этилена между атомами углерода имеется одна двойная связь. Поэтому углеводородам ряда этилена можно дать следующее определение:
Углеводороды с общей формулой CnH2n, в молекулах которых между атомами углерода имеется одна двойная связь, называют углеводородами ряда этилена, или алкенами.
Так как в гибридизации участвуют s - электрон и два p - электрона, то такой ее вид называется sp2 - гибридизацией.
Валентный угол: 120 градусов.
Изомерия и номенклатура.
Формулы углеводородов ряда этилена можно вывести из соответствующих формул предельных углеводородов. Названия углеводородов ряда этилена образуют путем изменения суффикса -ан соответствующего предельного углеводорода на -ен или -илен.
Гомологический ряд этилена
C2H4 - Этилен (Этен)
C3H6 - Пропилен (Пропен)
C5H10 - Пентен
C6H12 - Гексен
C7H14 - Гепен
C8H16 - Октен
C9H18 - Нонен
C10H20 - Децен
Получение
Этилен в лаборатории получают при нагревании смеси этилового спирта с концентрированной серной кислотой.
Углеводороды ряда этилена можно получить также дегидрированием предельных углеводородов.
На производстве этилен получают из природного газа и при процессах пиролиза нефти.
Углеводороды ряда этилена можно получить при взаимодействии дигалогенопроизводных предельных углеводородов с металлами.
При действии спиртовых растворов щелочей на галогенопроизводные отщепляется галогеноводород и образуется углеводород с двойной связью.
Физические свойства
Этилен — бесцветный газ, почти без запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде. Пропилен и бутены (бутелены) при нормальных условиях также газообразны, от пентена C5H10 до октадецена C18H36 включительно углеводороды находятся в жидком состоянии, а начиная с нонадецена C19H38 - в твердом.
Химические свойства
Химические свойства этилена и его гомологов в основном определяются наличием в их молекулах двойной связи. Для них характерны реакции присоединения, окисления и полимеризации.
Реакции присоединения.
Этилен и его гомологи взаимодействуют с галогенами. Так, например, они обесцвечивают бромную воду:
H2C = CH2 + Br2 -> Ch2Br - CH2Br
Аналогично происходит присоединение водорода (гидрирование этилена и его гомологов)
В присутствии серной или ортофосфорной кислоты и других катализаторов этилен присоединяет воду (реакция гидратации). Этой реакцией пользуются для получения этилового спирта в промышленности.
Этилен и его гомологи присоединяют также галогеноводороды. Пропилен и последующие углеводороды ряда этилена реагируют с галогеноводородами согласно правилу В.В.Марковникова.
Водород присоединяется к наиболее, а атом галогена - к наименее гидрированному атому углерода:
(пропилен) CH2 = CH - CH3 + HBr → CH3 - CHBr - CH3 (2 - бромпропан)
Реакции окисления.
Этилен и его гомологи способны гореть на воздухе. С воздухом этилен и его газообразные гомологи образуют взрывчатые смеси.
Этилен и его гомологи легко окисляются, например кислородом перманганата калия; при этом раствор последнего обесцвечивается.
Большое промышленное значение имеет частичное окисление этилена кислородом воздуха.
Реакции полимеризации.
При повышенной температуре, давлении и в присутствии катализаторов молекулы этилена соединяются друг с другом вследствие развала двойной связи.
Процесс соединения многих одинаковых молекул в более крупные называется реакцией полимеризации.
Получение.
Этилен и его соединения используются для получения горючего с высоким октановым числом, пластмасс, взрывчатых веществ, антифризов, растворителей, для ускорения созревания фруктов, для получения ацетальдегида, синтетического каучука.
Билет 8
Электролиты и неэлектролиты. Электролическая диссоциация неорганических
кислот, солей, щелочей. Степень диссоциации.
Электролит проводит электрический ток в результате того, что
направленное перемещение его ионов создает поток электрических зарядов.
Таким образом, пропускание электрического тока через электролит
сопровождается переносом вещества.
Электролитами чаще всего являются такие соединения, как кислоты,
основания или соли, находящиеся в расплавленном состоянии или в водных
растворах. Способность электролитов проводить электрический ток называется
электролитической проводимостью. Ее следует отличать от электронной
проводимости обычных проводников электрического тока, например металлов. В
веществах с электронной проводимостью поток заряда обусловлен потоком
электронов, а не перемещением ионов. Поэтому пропускание электрического
тока через проводники с электронной проводимостью не сопровождается
переносом вещества.
Электролиты в свою очередь могут быть подразделены на два типа:
сильные и слабые электролиты. Сильный электролит – это соединение, которое
в расплавленном состоянии или в растворе полностью ионизировано. Примером
сильного электролита может служить соляная кислота. При растворении
хлороводорода в воде происходит его полная ионизация:
В этом уравнении использована простая (а не двойная) стрелка, чтобы
показать, что процесс идет в указанную сторону до полного завершения.
Слабый электролит – это вещество, которое диссоциирует на ионы лишь
частично. Следовательно, в растворе устанавливается равновесие между
недиссоциированными молекулами такого вещества и диссоциированными ионами.
Примером слабого электролита является уксусная кислота:
Органические кислоты и основания обычно являются слабыми
электролитами
Неэлектролит вообще не диссоциирует на ионы и поэтому не обладает
способностью провдить электрический ток. Большинство органических
соединений принадлежат к неэлектролитам.
Механизм электролитической диссоциации — распада молекул или
кристаллов растворяеого вещества на ионы под влиянием молекул растворителя
— был понят несколько позднее. Согласно современным воззрениям, такой
распад является результатом взаимодействия полярных молекул растворителя,
например воды, с молекулами или кристаллической решеткой растворяемого
вещества. Молекулы растворителя атакуют кристаллическую решетку, разрушая
ее и переводя составные части решетки (ионы) в раствор в форме
сольватированных (гидратированных) заряженных частиц Окружающие эти ионы
полярные молекулы растворителя ориентированы в соответствии с зарядом
ионов. Растворение электролита в известной мере упорядочивает молекулы
растворителя. Естественно предположить, что эта способность к упорядочению
молекул растворителя у многозарядных ионов выражена сильнее, чем у
однозарядных. В этом и нужно искать причину того, что соли, содержащие
многозарядные ионы, плохо растворимы (в ряде случаев практически
нерастворимы) в воде. Например, хлорид бария растворим хорошо, а сульфат
бария — очень плохо. Следовательно, влияние растворенного вещества и
растворителя является обоюдным: полярные молекулы растворителя разрушают
кристаллическую решетку растворяемого вещества на отдельные ионы, а эти
ионы, переходя в раствор, вызывают изменение растворителя, заставляя его
молекулы упорядочиваться. Кроме того, сольватированные ионы растворенного
вещества не индифферентны по отношению друг к другу. Противоположно
заряженные ионы имеют тенденцию притягиваться силами электростатического
взаимодействия, образуя нейтральные молекулы или нейтральные группы
молекул. Разумеется, в реальном растворе всегда присутствуют как отдельные
сольватированные ионы, так и нейтральные молекулы.
Действие растворителя на растворенное вещество настолько велико, что
может вызывать электролитическую диссоциацию веществ, не обладающих ионным
типом связи. Например, полярные молекулы хлороводорода, растворяясь в воде,
разрываются ее молекулами на ионы. При растворении хлороводорода в бензоле,
являющемся менее полярным растворителем, чем вода, диссоциации молекул не
происходит. Поэтому раствор хлороводорода (кислота) в воде проводит
электрический ток, а в бензоле нет.
Степень электролитической диссоциации ( – число, показывающее, какая
часть молекул электролита находится в растворе в виде ионов.
Согласно этому определению
Очевидно, во всех растворах неэлектролитов, где диссоциация на ионы
полностью отсутствует, (=0, а в растворах, в которых все растворенное
вещество присутствует в форме ионов (полная диссоциация), (=1. Очень часто
для растворов средней и высокой концентраций (с(5,0%...с(10,0%) считают,
что слабые электролиты характеризуются ((0,03, а сильные – ((0,30.
Электролиты средней силы характеризуются промежуточными значениями степени
диссоциации: 0,03(((0,30. Однако необходимо отметить, что предложенная
классификация является в значительной степени условной (особенно в случае
слабых электролитов и электролитов средней силы). Это объясняется
следующим. Степень диссоциации в общем случае зависит от природы
электролита и растворителя, от концентрации и температуры раствора. Для
растворов, образованных одними и теми же компонентами (растворителем и
растворенным веществом), наибольший интерес представляет зависимость
сепени диссоциации от концентрации раствора. Для слабых электролитов типа
H+B– (кислота) или А+ОН– (основание) степень диссоциации ос и концентрация
раствора с связаны зависимостью:
где Кi — константа, характеризующая способность того или иного слабого
электролита к диссоциации.
При малых значениях ( (((0,05) разность 1–( приблизительно равна 1.
Тогда из этого уравнения можно получить:
что является математическим выражением закона разведения Оствальда: степень
диссоциации слабого электролита в растворе тем выше, чем более разбавлен
раствор.
Допустим, что при растворении электролита ВА в воде образуется раствор,
имеющий концентрацию с. В результате некоторая часть а электролита ВА
диссоциирует, образуя ионы B+ и А–. Величина ( называется степенью
диссоциации. Равновесная концентрация неионизированного электролита ВА
оказывается равной с(1– (). Таким образом, можно записать
Запишем теперь выражение для константы равновесия рассматриваемой
диссоциации
Подставив в это выражение равновесные концентрации участников диссоциации,
получим
Это соотношение и представляет собой закон разбавления Оствальда. Константа
Кс называется константой диссоциации электролита. Чем больше Kc, тем
сильнее электролит.
2. Фено́лы — органические соединения ароматического ряда, в молекулах которых гидроксильные группы связаны с атомами углерода ароматического кольца. По числу ОН-групп различают:
одноатомные фенолы (аренолы): фенол (C6H5OH) и его гомологи;
двухатомные фенолы (арендиолы): гидрохинон, пирокатехин, резорцин;
трёхатомные фенолы (арентриолы): пирогаллол, флороглюцин, гидроксигидрохинон и т. д.Содержание [убрать]
Возможны 2 типа изомерии:
изомерия положения заместителей в бензольном кольце;
изомерия боковой цепи (строения алкильного радикала и числа радикалов).
Фенолы представляют собой полярные соединения (диполи). Бензольное кольцо является отрицательным концом диполя, группа — OH — положительным. Дипольный момент направлен в сторону бензольного кольца.
Электронное строение фенола
Как известно, гидроксильная группа -OH является заместителем I рода, то есть она способствует повышению электронной плотности в бензольном кольце (особенно в орто- и пара-положениях). Это обусловлено тем, что одна из неподелённых пар электронов атома кислорода OH-группы вступает в сопряжение с π-системой бензольного кольца. Смещение неподелённой пары электронов атома кислорода в сторону бензольного кольца приводит к увеличению полярности связи O-H. Таким образом, имеет место взаимное влияние атомов и атомных групп в молекуле фенола. Это взаимное влияние отражается в свойствах фенола.[1]
Во-первых, повышается способность к замещению атомов водорода в орто- и пара-положениях бензольного ядра, и в результате реакций замещения обычно образуются три-замещённые производные фенола.
Во-вторых, увеличение полярности связи O-H под действием бензольного ядра и появление достаточно большого положительного заряда на атоме водорода приводит к тому, что молекулы фенола диссоциируют в водных растворах по кислотному типу.
Фенол является слабой кислотой. В этом состоит главное отличие фенолов от спиртов, которые являются неэлектролитами.
Физические свойства
Большинство одноатомных фенолов при нормальных условиях представляют собой бесцветные кристаллические вещества с невысокой температурой плавления и характерным запахом. Фенолы малорастворимы в воде, хорошо растворяются в органических растворителях, токсичны, при хранении на воздухе постепенно темнеют в результате окисления. Фенол C6H5OH (карболовая кислота) — бесцветное кристаллическое вещество на воздухе окисляется и становится розовым, при обычной температуре ограниченно растворим в воде, выше 66 °C смешивается с водой в любых соотношениях. Фенол — токсичное вещество, вызывает ожоги кожи, является антисептиком!
В живых организмах
Фенол является окончанием боковой группы стандартной аминокислоты тирозина, и поэтому входит в состав практически каждой белковой молекулы[2].
Химические свойства
1. Реакции с участием гидроксильной группы [править]
Кислотные свойства
Диссоциация в водных растворах с образованием фенолят-ионов и ионов водорода;
Взаимодействие со щелочами с образованием фенолятов (отличие от спиртов);
Взаимодействие с активными металлами с образованием фенолятов (образующиеся в результате реакций 2) и 3) феноляты легко разлагаются при действии кислот. Даже такая слабая кислота, как угольная, вытесняет фенол из фенолятов, следовательно, фенол — ещё более слабая кислота, чем угольная).
При взаимодействии фенолятов с галогенпроизводными образуются простые и сложные эфиры (реакция Фриделя — Крафтса).
2. Реакции с участием бензольного кольца [править]
Реакции замещения
Галогенирование (взаимодействие с галогенами)
Нитрование (взаимодействие с азотной кислотой)
Сульфирование (взаимодействие с серной кислотой)
Реакции присоединения
Гидрирование (восстановление водородом до циклогексанола)
Качественные реакции на фенолы
В водных растворах одноатомные фенолы взаимодействуют с хлоридом железа (III) с образованием комплексных фенолятов, которые имеют фиолетовую окраску; окраска исчезает после прибавления синильной кислоты
Способы получения [править]
1. Из каменноугольной смолы. Каменноугольную смолу, содержащую в качестве одного из компонентов фенол, обрабатывают вначале раствором щелочи (образуются феноляты), а затем — кислотой. 2. Сплавление аренсульфокислот со щелочью: C6H5-SO3Na + NaOH → C6H5-OH + Na2SO3 3. Взаимодействие галогенпроизводных ароматических УВ со щелочами: C6H5-Cl + NaOH → C6H5-OH + NaCl или с водяным паром: C6H5-Cl + H2O → C6H5-OH + HCl
Применение фенолов [править]
Фенолы применяют в производстве различных феноло-альдегидных смол, полиамидов, полиарилатов, полиариленсульфонов, эпоксидных смол, антиоксидантов, бактерицидов и пестицидов (например, нитрафен). Алкилфенолы используют в производстве ПАВ, стабилизаторов и присадок к топливам. Двухатомные фенолы и их производные входят в состав дубителей для кожи и меха, модификаторов и стабилизаторов резин и каучуков, применяются для обработки кино- и фотоматериалов. В медицине фенолы и их производные используют в качестве антимикробных (фенол, резорцин), противовоспалительных (салол, осарсол), спазмолитических (адреналин, папаверин), жаропонижающих (аспирин, салициловая кислота), слабительных (фенолфталеин), адренолитических (мезатон), вяжущих (таннины) и других лекарственных средств, а также витаминов E и P.
Билет 9.
Кислотами называются сложные вещества, состоящие из кислотных остатков, к которым присоединены атомы водорода, способные замещаться на атомы металла. При диссоциации кислот в качестве катионов образуются катионы водорода.
В зависимости от числа атомов водорода в молекуле кислоты, способных замещаться на металл, кислоты делятся на одно- и многоосновные. Например, азотная HNO3 и уксусная СН2СООН кислоты - одноосновные, серная H2SO4 - двухосновная, фосфорная Н3РО4 - трехосновная.
По составу кислоты делятся на кислородсодержащие и бескислородные. Например, азотистая HNO2, сернистая H2SO3 и все остальные кислоты, в состав молекул которых входит кислород, являются кислородсодержащими. Кислоты типа HI, H2S являются бескислородными.
Кислоты представляют собой жидкости (например, H2SO4, HNO3) или твердые вещества (H3PO4, H2SiO3). Большинство кислот хорошо растворимы в воде, при этом их растворы имеют кислый вкус, разъедают животные и растительные ткани, придают индикаторам лакмусу и метиловому оранжевому красный цвет.
Как электролиты кислоты в водных растворах диссоциируют на катионы водорода и анионы кислотного остатка. Многоосновные кислоты диссоциируют ступенчато:
H2SO4 " H+ + HSO4-
HSO4- " H+ + SO4-
Кислоты взаимодействуют с основаниями, основными и амфотерными оксидами с образованием соли и воды:
H2SO4 + 2KOH = K2SO4 + 2H2O
BaO + 2HNO3 = Ba(NO3)2 + H2O.
3H2SO4 + Al2O3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Также кислоты могут реагировать с солями и металлами, стоящими в ряду активности или стандартных электродных потенциалов левее водорода.
В этом случае образуется соль и выделяется водород:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Na2SiO3 + 2HCl = H2SiO3Ї + 2NaCl
Последняя реакция служит для получения кислот, ангидриды которых напрямую с водой не взаимодействуют. Такую кислоту получают действием на ее соль другой кислотой, как правило, более сильной.
Некоторые кислоты обладают специфическими свойствами. Например, при действии азотной кислоты на металл водород не выделяется. Кремниевая кислота в воде нерастворима, угольная кислота очень неустойчива и распадается на углекислый газ и воду. Подобные особенности будут рассмотрены в главах, посвященных соответствующим элементам.
С точки зрения теории электролитической диссоциации, общие характерные свойства кислот, такие как кислый вкус, изменение цвета индикатора, взаимодействие с основаниями, основными оксидами, солями обусловлены наличием ионов водорода H+.
К основным способам получения кислот относятся:
Взаимодействие кислотных оксидов ( ангидридов кислот) с водой:
SO3 + H2O = H2SO4
Взаимодействие сильных кислот - окислителей с неметаллами:
ЗР + 5HN03(конц) + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
Реакции солей слабых кислот с более сильными кислотами, чем получаемая:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2CO2 (CO2 + H2O)
Получение напрямую из простых веществ:
H2 + Cl2 = 2НС1
2. Полисахари́ды — общее название класса сложных высокомолекулярных углеводов, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов.
Полисахариды необходимы для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма. Они принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере.
Классификация полисахаридов[править]
К полисахаридам относятся вещества, построенные из большого числа остатков моносахаридов или их производных. Если полисахарид содержит остатки моносахарида одного вида, его называют гомополисахаридом. В том случае, когда полисахарид составлен из моносахаридов двух видов или более, регулярно или нерегулярно чередующихся в молекуле, его относят к гетерополисахаридам.
К полисахаридам относятся, в частности:
декстрин — полисахарид, продукт гидролиза крахмала;
крахмал — основной полисахарид, откладываемый как энергетический запас у растительных организмов;
гликоген — полисахарид, откладываемый как энергетический запас в клетках животных организмов, но встречается в малых количествах и в тканях растений;
целлюлоза — основной структурный полисахарид клеточных стенок растений;
хитин — основной структурный полисахарид экзоскелета насекомых и членистоногих, а также клеточных стенок грибов;
галактоманнаны — запасные полисахариды некоторых растений семейства бобовых, такие как гуаран и камедь рожкового дерева;
инулин — резервный углерод сложноцветных;
глюкоманнан — полисахарид, получаемый из клубней конняку, состоит из чередующихся звеньев глюкозы и маннозы, растворимое пищевое волокно, уменьшающее аппетит;
амилоид — применяется при производстве пергаментной бумаги;
многоглюкоза — многоконечный продукт гидролиза большинства многосахаридов.
Функциональные свойства[править]
Структурные полисахариды придают клеточным стенкам прочность.
Водорастворимые полисахариды не дают клеткам высохнуть.
Резервные полисахариды по мере необходимости расщепляются на моносахариды и используются организмом.
Билет 10
Основаниями или гидроксидами металлов называются сложные вещества, состоящие из металла и одной или нескольких гидроксогрупп ( одно- и поликислотные основания). При диссоциации оснований в качестве анионов образуются гидроксид-ионы. Число гидроксогрупп в молекуле основания равно валентности металла.
Все основания, как правило твердые вещества с различной окраской. Большинство оснований не растворимо воде. Растворимы гидроксиды щелочных, щелочноземельных металлов и гидроксид аммония. Растворимые в воде основания, проявляющие свойства сильных электролитов, называют щелочами.
Названия оснований образуются так же, как и оксидов. Например, Ba(OH)2 - гидроксид бария, Fe(OH)3 - гидроксид железа (III).
Как электролиты основания в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы гидроксида. Многокислотные основания диссоциируют ступенчато:
Sr(OH)2 " SrOH+ + OH-
SrOH+ " Sr2+ + ОН-
Основания вступают в реакцию с кислотами с образованием соли и воды. Такая реакция называется реакцией нейтрализации, потому что после её окончания среда становится близкой к нейтральной:
2KOH + H2SO4 = K2SO4 + 2H2O
Если основание растворимо в воде, то оно взаимодействует с кислотными и амфотерными оксидами, образуя соль и воду:
2KOH + SO3 = K2SO4 + H2O
2RbOH + ZnO = Rb2ZnO2 + H2O.
Также растворимые в воде основания могут реагировать с солями, образуя новую соль и новое основание при условии, что новое основание нерастворимо:
2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO4
Особую группу гидроксидов составляют амфотерные гидроксиды. Они при диссоциации образуют одновременно и катионы H+ и гидроксид-ионы ОН- К ним относятся, например, Zn(OH)2, Al(OH)3, Be(OH)2, Pb(OH)2 и другие.
Амфотерные гидроксиды реагируют как с растворами кислот, так и с растворами щелочей. При взаимодействии с основаниями они проявляют свойства кислот, а при взаимодействии с кислотами - свойства оснований:
Zn(OH)2 + H2SO4 = ZnSO4 + 2H2O
Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6] (гексагидроксохромат (III) натрия)
Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH) 4] (тетрагидроксоалюминат (III) натрия)
С точки зрения теории электролитической диссоциации свойства растворов оснований (изменение цвета индикаторов, мыльность на ощупь, взаимодействие с кислотами, кислотными оксидами и солями) обусловлены присутствием гидроксид-ионов ОН-. Основания окрашивают индикаторы фенолфталеин - в малиновый цвет, лакмус - в синий.
Методы получения оснований разнообразны. Основания активных металлов можно получить взаимодействия металла с водой ( многие реакции протекают бурно).
2Na + H2O = 2NaOH + H2
либо при взаимодействии соответствующего оксида с водой:
CaO + H2O = Ca(OH)2
В случае, если оксид металла с водой не реагирует, соответствующее основание можно получить реакцией щелочи с растворимой солью этого металла:
ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaCl
2.Моносахариды (от греческого monos: единственный, sacchar: сахар), — органические соединения, одна из основных групп углеводов; самая простая форма сахара; являются обычно бесцветными, растворимыми в воде, прозрачными твердыми веществами. Некоторые моносахариды обладают сладким вкусом. Моносахариды — стандартные блоки, из которых синтезируются дисахариды (такие, как сахароза, мальтоза, лактоза), олигосахариды и полисахариды (такие, как целлюлоза и крахмал), содержат гидроксильные группы и альдегидную (альдозы) или кетогруппу (кетозы). Каждый углеродный атом, с которым соединена гидроксильная группа (за исключением первого и последнего), является хиральным, что дает начало многим изомерным формам. Например, галактоза и глюкоза — альдогексозы, но имеют различные химические и физические свойства. Моносахариды представляют собой производные многоатомных спиртов, содержащие карбонильную группу — альдегидную или кетонную[1].Содержание [убрать]
Виды моносахаридов
Моносахариды подразделяют на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т. д. (3, 4, 5, 6 и т. д. атомов углерода в цепи); природные моносахариды с углеродной цепью, содержащей более 9 атомов углерода, не обнаружены. Моносахариды, содержащие 5-членный цикл, называются фуранозами, 6-членный — пиранозами.
Изомерия
Для моносахаридов, содержащих n асимметричных атомов углерода, возможно существование 2n стереоизомеров (см. Изомерия).
Классификация моносахаридов[править]
Моносахариды с более длинными цепями известны, например кетогепсозы, маногептулоза и седогептулоза.
Химические свойства[править]
Моносахариды вступают в химические реакции, свойственные карбонильной и гидроксильной группам. Характерная особенность моносахаридов — способность существовать в открытой (ациклической) и циклической формах и давать производные каждой из форм. Большинство моноз циклизуются в водном растворе с образованием гемиацеталей или гемикеталей (в зависимости от того, являются ли они альдозами или кетозами) между спиртом и карбонильной группой того же самого сахара. Глюкоза, например, легко образует полуацетали, соединяя свои своим С1 и О5, чтобы сформировать 6-членное кольцо, названное пиранозид. Та же самая реакция может иметь место между С1 и О4, чтобы сформировать 5-членное фуранозид.
Моносахариды в природе[править]
Моносахариды входят в состав сложных углеводов (гликозиды, олигосахариды, полисахариды) и смешанных углеводсодержащих биополимеров (гликопротеиды, гликолипиды и др.). При этом моносахариды связаны друг с другом и с неуглеводной частью молекулы гликозидными связями. При гидролизе под действием кислот или ферментов эти связи могут рваться с высвобождением моносахаридов. В природе свободные моносахариды, за исключением D-глюкозы и D-фруктозы, встречаются редко. Биосинтез моносахаридов из углекислого газа и воды происходит в растениях (см. Фотосинтез); с участием активированных производных моносахаридов — нуклеозиддифосфатсахаров — происходит, как правило, биосинтез сложных углеводов. Распад моносахаридов в организме (например, спиртовое брожение, гликолиз) сопровождается выделением энергии... Глюко́за (греч. γλυκόζη, от γλυκύς сладкий) (C6H12O6), или виноградный сахар, или декстроза встречается в соке многих фруктов и ягод, в том числе и винограда, от чего и произошло название этого вида сахара. Является шестиатомным сахаром (гексозой). Глюкозное звено входит в состав ряда ди- (мальтозы, сахарозы и лактозы) и полисахаридов (целлюлоза, крахмал). Открыта в 1802 году лондонским врачом Уильямом Праутом. В 1819 году Анри Бракконо получил глюкозу из древесных опилок.Содержание [убрать]
Физические свойства
Бесцветное кристаллическое вещество сладкого вкуса, растворимое в воде, растворимо в реактиве Швейцера (аммиачном растворе гидроксида меди Cu(NH3)4(OH)2), в концентрированном растворе хлорида цинка
Глюкоза — конечный продукт гидролиза большинства дисахаридов и полисахаридов.
Получение
В промышленности глюкозу получают гидролизом крахмала.
В природе глюкоза образуется растениями в процессе фотосинтеза.
Химические свойства
Глюкоза может восстанавливаться в шестиатомный спирт (сорбит). Глюкоза легко окисляется. Она восстанавливает серебро из аммиачного раствора оксида серебра и медь(II) до меди(I).
Проявляет восстановительные свойства. В частности, в реакции растворов сульфата меди с глюкозой и гидроксидом натрия. При нагревании эта смесь реагирует с обесцвечением (сульфат меди сине-голубой) и образованием красного осадка оксида меди(I).
Образует оксимы с гидроксиламином, озазоны с производными гидразина.
Легко алкилируется и ацилируется.
При окислении образует глюконовую кислоту, если воздействовать сильными окислителями на ее гликозиды, и гидролизовать полученный продукт можно получить глюкуроновую кислоту, при дальнейшем окислении образуется глюкаровая кислота.
Биологическая роль
Глюкоза — основной продукт фотосинтеза, образуется в цикле Кальвина.
В организме человека и животных глюкоза является основным и наиболее универсальным источником энергии для обеспечения метаболических процессов. Глюкоза депонируется у животных в виде гликогена, у растений - в виде крахмала, полимер глюкозы - целлюлоза является основной составляющей клеточных оболочек всех высших растений.
Применение
Глюкозу используют при интоксикации (например при пищевом отравлении или деятельности инфекции), вводят внутривенно струйно и капельно, так как она является универсальным антитоксическим средством. Также препараты на основе глюкозы и сама глюкоза используется эндокринологами при определении наличия и типа сахарного диабета у человека (в виде стресс теста на вывод повышенного количества глюкозы из организма)
Билет 11
Немета́ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. Расположение их в главных подгруппах соответствующих периодов следующее:Группа III IV V VI VII VIII
2-й период B C N O F Ne
3-й период Si P S Cl Ar
4-й период As Se Br Kr
5-й период Te I Xe
6-й период At Rn
Кроме того, к неметаллам относят также водород и гелий.
Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их большую способность к присоединению дополнительных электронов, и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов.
Неметаллы имеют высокие значения сродства к электрону, большую электроотрицательность и высокий окислительно-восстановительный потенциал.
Благодаря высоким значениям энергии ионизации неметаллов, их атомы могут образовывать ковалентные химические связи с атомами других неметаллов и амфотерных элементов. В отличие от преимущественно ионной природы строения соединений типичных металлов, простые неметаллические вещества, а также соединения неметаллов имеют ковалентную природу строения.
В свободном виде могут быть газообразные неметаллические простые вещества — фтор, хлор, кислород, азот, водород, инертные газы, твёрдые — иод, астат, сера, селен, теллур, фосфор, мышьяк, углерод, кремний, бор, при комнатной температуре в жидком состоянии существует бром.
У некоторых неметаллов наблюдается проявление аллотропии. Так, для газообразного кислорода характерны две аллотропных модификации — кислород (O2) и озон (O3), у твёрдого углерода множество форм — алмаз, астралены, графен, графан, графит, карбин, лонсдейлит, фуллерены, стеклоуглерод, диуглерод, углеродные наноструктуры (нанопена, наноконусы, нанотрубки, нановолокна) и аморфный углерод уже открыты, а ещё возможны и другие модификации, например, чаоит и металлический углерод.
В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород; наиболее редкими — мышьяк, селен, иод.
Предельные одноатомные спирты - это производные алканов, в которых один из атомов водорода замещен на ГИДРОКСИЛЬНУЮ ГРУППУ. Реагируют со щелочными металлами, взаимодействуют с галогенпроизводными (в присутствии концентрировуанной серной кислоты), вз - т с карбоновыми кислотами с образованием сложных эфиров, окисляются с образованием альдегидов или карбоновых кислот, горят, подвергаются дегидратации (межмолекулярной с получением простых эфиров, внутремолекулярной с получением алкенов). Применение: Получение растворителей, сырья в органическом синтезе, синтетического каучука, лекарственных препаратов, парфюмерной продукции. уксусной кислоты, добавок, улучшающих св - ва бензина и моторного топлива, алкогольных напитков и др.
Билет 12
Сера известна с давних времен. В природе встречается в свободном и связанном виде. Общее содержание серы по массе в земной коре составляет около 0,1% или 0,7% массы планеты. Главная масса серы в виде сульфидов металлов находится в мантии Земли на глубине 1100-1400 км.
Известно несколько аллотропных модификаций серы. До температуры 150°C молекула серы имеет циклическую форму. Это кольцо из 8 атомов, соединенных в виде короны. В обычных условиях это кристаллы так называемой ромбической модификации. При повышении температуры до 100°С она превращается в моноклинную. Расплавленная сера при 187°C становится очень вязкой, кольца S8 разрываются и происходит полимеризация в виде спиральных молекул с длиной цепи до 10 000 атомов. При дальнейшем нагревании эти молекулы разрываются и вязкость уменьшается. Охлаждая такой расплав атомы серы образуют пластическую серу, которая через некоторое время переходит в кристаллическую ромбическую модификацию.
В воде сера не растворяется, растворима в органических растворителях. Диэлектрик.
Сера используется при вулканизации каучука, приготовления черного пороха, спичек, ядохимикатов, для получения серной кислоты.
Получают серу выплавкой из так называемой "самородной" серы.
Сера находится в VI группе третьего периода периодической системы. Элементы подгруппы кислорода в значительной мере отличаются от кислорода, прежде всего в способности проявлять положительные степени окисления. На внешнем электронном слое у атома серы шесть электронов. Формула электронной конфигурации 3s23p4. Взаимодействуя с менее электроотрицательными элементами сера может принимать 2 электрона, проявляя степень окисления -2. Также сера способна отдавать электроны, проявляя степень окисления от +2 до +6, причем только в соединениях с кислородом и некоторыми галогенами.
Сера - активный неметалл. Среди металлов только золото, платина и рутений не взаимодействуют с серой. При нагревании сера реагирует с водородом, образуя сероводород:
S + Н2 = H2S
Сера взаимодействует со многими металлами, образуя сульфиды:
S + Fe = FeS
2Al + 3S = Al2S3
Из неметаллов только азот и иод не соединяются с серой. Сжигание серы в струе кислорода приводит к образованию сернистого газа или сернистого ангидрида SO2:
S + O2 = SO2
Элементарная сера может также проявлять восстановительные свойства:
S + 2HNO3 = H2SO4 + 2NO
Кислород (лат. Oxygenium) впервые исследовал шведский химик К. Шееле в 1772 году. Это самый распространенный на Земле химический элемент. Массовая доля кислорода в земной коре примерно 49%. Кислород встречается в природе в свободном ( составная часть воздуха) и в связанном состоянии (вода, различные минералы, растения и животные).
Кислород в нормальных условиях - газ без цвета и запаха, аллотропная модификация - озон, это газ с характерным резким запахом.
Кислород малорастворим в воде (примерно 1 объем на 20 объемов воды). При температуре -183°C кислород образует в синеватую жидкость, а при -219°C превращается в темно-синие кристаллы.
Кислород очень широко используется в технике, металлургии ( при выплавке чугуна и стали, в производстве цветных металлов), для получения высоких температур при сварке металлов. Кислород применяется в медицине и в дыхательных приборах. Жидкий кислород используется как окислитель топлива в реактивных двигателях. Вместе с азотом и некоторыми другими газами кислород образует атмосферу Земли. Кислород играет важнейшую роль в жизни человека и животных.
2. Теория химического строения органических соединений А.М. Бутлерова
Крупнейшим событием в развитии органической химии было создание в 1961 г. великим русским ученым А.М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений.
До А.М. Бутлерова считалось невозможным познать строение молекулы, т. е. порядок химической связи между атомами. Многие ученые даже отрицали реальность атомов и молекул.
А.М. Бутлеров опроверг это мнение. Он исходил из правильных материалистических и философских представлений о реальности существования атомов и молекул, о возможности познания химической связи атомов в молекуле. Он показал, что строение молекулы можно установить опытным путем, изучая химические превращения вещества. И наоборот, зная строение молекулы, можно вывести химические свойства соединения.
Теория химического строения объясняет многообразие органических соединений. Оно обусловлено способностью четырехвалентного углерода образовывать углеродные цепи и кольца, соединяться с атомами других элементов и наличием изомерии химического строения органических соединений. Эта теория заложила научные основы органической химии и объяснила ее важнейшие закономерности. Основные принципы своей теории А.М. Бутлеров изложил в докладе «О теории химического строения»
Основные положения теории строения сводятся к следующему:
1) в молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением;
2) свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т. е. от химического строения молекулы;
3) атомы или группы атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга.
В теории химического строения большое внимание уделяется взаимному влиянию атомов и групп атомов в молекуле.
Химические формулы, в которых изображен порядок соединения атомов в молекулах, называются структурными формулами или формулами строения.
Значение теории химического строения А.М. Бутлерова:
1) является важнейшей частью теоретического фундамента органической химии
2) по значимости ее можно сопоставить с Периодической системой элементов Д.И. Менделеева
3) она дала возможность систематизировать огромный практический материал;
4) дала возможность заранее предсказать существование новых веществ, а также указать пути их получения.
Теория химического строения служит руководящей основой во всех исследованиях по органической химии.
Билет 13
Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде; окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO2, серу — до SO2, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO2, а наиболее сильными восстановителями — до S и H2S. Концентрированная H2SO4 частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислоты.
Химические свойства
Серная кислота — довольно сильный окислитель, особенно при нагревании и в концентрированном виде; окисляет HI и частично HBr до свободных галогенов, углерод до CO2, серу — до SO2, окисляет многие металлы (Cu, Hg и др.). При этом серная кислота восстанавливается до SO2, а наиболее сильными восстановителями — до S и H2S. Концентрированная H2SO4 частично восстанавливается водородом, из-за чего не может применяться для его сушки. Разбавленная H2SO4 взаимодействует со всеми металлами, находящимися в электрохимическом ряду напряжений левее водорода с его выделением. Окислительные свойства для разбавленной H2SO4 нехарактерны. Серная кислота образует два ряда солей: средние — сульфаты и кислые — гидросульфаты, а также эфиры. Известны пероксомоносерная (или кислота Каро) H2SO5 и пероксодисерная H2S2O8 кислот
Серная кислота реагирует также с основными оксидами, образуя сульфат и воду
На металлообрабатывающих заводах раствор серной кислоты применяют для удаления слоя оксида металла с поверхности металлических изделий, подвергающихся в процессе изготовления сильному нагреванию. Так, оксид железа удаляется с поверхности листового железа действием нагретого раствора серной кислоты:
Серную кислоту применяют:
в производстве минеральных удобрений;
как электролит в свинцовых аккумуляторах;
для получения различных минеральных кислот и солей;
в производстве химических волокон, красителей, дымообразующих и взрывчатых веществ;
в нефтяной, металлообрабатывающей, текстильной, кожевенной и др. отраслях промышленности;
в пищевой промышленности — зарегистрирована в качестве пищевой добавки E513(эмульгатор);
в промышленном органическом синтезе в реакциях:
дегидратации (получение диэтилового эфира, сложных эфиров);
гидратации (этанол из этилена);
сульфирования (синтетические моющие средства и промежуточные продукты в производстве красителей);
алкилирования (получение изооктана, полиэтиленгликоля, капролактама) и др.
Для восстановления смол в фильтрах на производстве дистилированной воды.
Мировое производство серной кислоты ок. 160 млн тонн в год. Самый крупный потребитель серной кислоты — производство минеральных удобрений. На 1 т P₂O₅ фосфорных удобрений расходуется 2,2-3,4 т серной кислоты, а на 1 т (NH₄)₂SO₄ — 0,75 т серной кислоты. Поэтому сернокислотные заводы стремятся строить в комплексе с заводами по производству минеральных удобрений.
2. Изомерия (от др.-греч. ἴσος — «равный», и μέρος — «доля, часть») — явление, заключающееся в существовании химических соединений (изомеров), одинаковых по составу и молекулярной массе, но различающихся п
Изомеризация
Химические превращения, в результате которых структурные изомеры превращаются друг в друга, называется изомеризацией. Такие процессы имеют важное значение в промышленности. Так, например, проводят изомеризацию нормальных алканов в изоалканы для повышения октанового числа моторных топлив; изомеризуют пентан в изопентан для последующего дегидрирования в изопрен. Изомеризацией являются и внутримолекулярные перегруппировки, из которых большое значение имеет, например, перегруппировка Бекмана — превращение циклогексаноноксима в капролактам (сырье для производства капрона).
Процесс взаимопревращения энантиомеров называется рацемизацией: она приводит к исчезновению оптической активности в результате образования эквимолярной смеси (−)- и (+)-форм, то есть рацемата. Взаимопревращение диастереомеров приводит к образованию смеси, в которой преобладает термодинамически более устойчивая форма. В случае π-диастереомеров это обычно транс-форма. Взаимопревращение конформационных изомеров называется конформационным равновесием.
При теоретическом рассмотрении проблем изомерии все большее распространение получают топологические методы; для подсчёта числа изомеров выведены математические формулы.
Билет 14
Галоге́ны (от греч. ἁλός — соль и γένος — рождение, происхождение; иногда употребляется устаревшее название гало́иды) — химические элементы 17-й группы периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы VII группы)[1].
Реагируют почти со всеми простыми веществами, кроме некоторых неметаллов. Все галогены — энергичные окислители, поэтому встречаются в природе только в виде соединений. С увеличением порядкового номера химическая активность галогенов уменьшается, химическая активность галогенид-ионов F−, Cl−, Br−, I−, At− уменьшается.
К галогенам относятся фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At, а также (формально) искусственный элемент унунсептий Uus.
Фтор F Хлор Cl Бром Br Иод I
Все галогены — неметаллы. На внешнем энергетическом уровне 7 электронов, являются сильными окислителями. При взаимодействии с металлами возникает ионная связь, и образуются соли. Галогены, (кроме F) при взаимодействии с более электроотрицательными элементами, могут проявлять и восстановительные свойства вплоть до высшей степени окисления +7
Их распространённость в земной коре уменьшается при увеличении атомного радиуса от фтора к иоду. Количество астата в земной коре измеряется граммами, а унунсептий в природе отсутствует. Фтор, хлор, бром и иод производятся в промышленных масштабах, причем хлор производится в гораздо больших количествах.
В природе эти элементы встречаются в основном в виде галогенидов (за исключением иода, который также встречается в виде иодата натрия или калия в месторождениях нитратов щелочных металлов). Поскольку многие хлориды, бромиды и иодиды растворимы в воде, то эти анионы присутствуют в океане и природных рассолах. Основным источником фтора является фторид кальция, который очень малорастворим и находится в осадочных породах (как флюорит CaF2).
Основным способом получения простых веществ является окисление галогенидов. Высокие положительные стандартные электродные потенциалы Eo(F2/F−) = +2,87 В и Eo(Cl2/Cl−) = +1,36 В показывают, что окислить ионы F− и Cl− можно только сильными окислителями. В промышленности применяется только электролитическое окисление. При получении фтора нельзя использовать водный раствор, поскольку вода окисляется при значительно более низком потенциале (+1,32 В) и образующийся фтор стал бы быстро реагировать с водой. Впервые фтор был получен в 1886 г. французским химиком Анри Муассаном при электролизе раствора гидрофторида калия KHF2 в безводной плавиковой кислоте.
В промышленности хлор в основном получают электролизом водного раствора хлорида натрия в специальных электролизёрах. При этом протекают следующие реакции:
полуреакция на аноде:
полуреакция на катоде:
Окисление воды на аноде подавляется использованием такого материала электрода, который имеет более высокое перенапряжение по отношению к O2, чем к Cl2 (таким материалом оказался RuO2).
В современных электролизёрах катодное и анодное пространства разделены полимерной ионообменной мембраной. Мембрана позволяет катионам Na+ переходить из анодного пространства в катодное. Переход катионов поддерживает электронейтральность в обеих частях электролизёра, так как в течение электролиза отрицательные ионы удаляются от анода (превращение 2Cl− в Cl2) и накапливаются у катода (образование OH−). Перемещение OH− в противоположную сторону могло бы тоже поддерживать электронейтральность, но ион OH− реагировал бы с Cl2 и сводил на нет весь результат.
Бром получают химическим окислением бромид-иона, находящегося в морской воде. Подобный процесс используется и для получения иода из природных рассолов, богатых I−. В качестве окислителя в обоих случаях используют хлор, обладающий более сильными окислительными свойствами, а образующиеся Br2 и I2 удаляются из раствора потоком воздуха.
Физические свойства галогенов
Фтор является трудносжижаемым, а хлор легкосжижаемым газом с удушливым резким запахом. Энергия связи галогенов сверху вниз по ряду изменяется не равномерно. Фтор имеет аномально низкую энергию связи (151 кДж/моль), это объясняется тем, что фтор не имеет d-подуровня и не способен образовывать полуторные связи, в отличие от остальных галогенов (Cl2 243, Br2 199, I2 150,7, At2 117 кДж/моль). От хлора к астату энергия связи постепенно ослабевает, что связано с увеличением атомного радиуса. Аналогичные аномалии имеют и температуры кипения (плавления):Простое вещество Температура плавления, °C Температура кипения, °C
Химические свойства галогенов
Все галогены проявляют высокую окислительную активность, которая уменьшается при переходе от фтора к астату. Фтор — самый активный из галогенов, реагирует со всеми металлами без исключения, многие из них в атмосфере фтора самовоспламеняются, выделяя большое количество теплоты, например:
2Al + 3F2 = 2AlF3 + 2989 кДж,
2Fe + 3F2 = 2FeF3 + 1974 кДж.
Без нагревания фтор реагирует и со многими неметаллами (H2, S, С, Si, Р) — все реакции при этом сильно экзотермические, например:
Н2 + F2 = 2HF + 547 кДж,
Si + 2F2 = SiF4(г) + 1615 кДж.
При нагревании фтор окисляет все другие галогены по схеме
Hal2 + F2 = 2НalF
где Hal = Cl, Br, I, At, причем в соединениях HalF степени окисления хлора, брома, иода и астата равны +1.
Наконец, при облучении фтор реагирует даже с инертными (благородными) газами:
Хе + F2 = XeF2 + 152 кДж.
Взаимодействие фтора со сложными веществами также протекает очень энергично. Так, он окисляет воду, при этом реакция носит взрывной характер:
3F2 + ЗН2О = OF2↑ + 4HF + Н2О2.
Свободный хлор также очень реакционноспособен, хотя его активность и меньше, чем у фтора. Он непосредственно реагирует со всеми простыми веществами, за исключением кислорода, азота и благородных газов. Для сравнения приведем уравнения реакций хлора с теми же простыми веществами, что и для фтора:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3(кр) + 1405 кДж,
2Fe + ЗCl2 = 2FeCl3(кр) + 804 кДж,
Si + 2Cl2 = SiCl4(Ж) + 662 кДж,
Н2 + Cl2 = 2HCl(г)+185кДж.
Особый интерес представляет реакция с водородом. Так, при комнатной температуре, без освещения хлор практически не реагирует с водородом, тогда как при нагревании или при освещении (например, на прямом солнечном свету) эта реакция протекает со взрывом по приведенному ниже цепному механизму:
Cl2 + hν → 2Cl,
Cl + Н2 → HCl + Н,
Н + Cl2 → HCl + Cl,
Cl + Н2 → HCl + Н и т. д.
Возбуждение этой реакции происходит под действием фотонов (hν), которые вызывают диссоциацию молекул Cl2 на атомы — при этом возникает цепь последовательных реакций, в каждой из которых появляется частица, инициирующая начало последующей стадии.
Реакция между Н2 и Cl2 послужила одним из первых объектов исследования цепных фотохимических реакций. Наибольший вклад в развитие представлений о цепных реакциях внёс русский учёный, лауреат Нобелевской премии (1956 год) Н. Н. Семёнов.
Хлор вступает в реакцию со многими сложными веществами, например замещения и присоединения с углеводородами:
СН3-СН3 + Cl2 → СН3-СН2Cl + HCl,
СН2=СН2 + Cl2 → СН2Cl — СН2Cl.
Хлор способе при нагревании вытеснять бром или иод из их соединений с водородом или металлами:
Cl2 + 2HBr = 2HCl + Br2,
Cl2 + 2HI = 2HCl + I2,
Cl2 + 2KBr = 2KCl + Br2,
а также обратимо реагирует с водой:
Cl2 + Н2О = HCl + HClO — 25 кДж.
Хлор, растворяясь в воде и частично реагируя с ней, как это показано выше, образует равновесную смесь веществ, называемую хлорной водой.
Заметим также, что хлор в левой части последнего уравнения имеет степень окисления 0. В результате реакции у одних атомов хлора степень окисления стала −1 (в HCl), у других +1 (в хлорноватистой кислоте HOCl). Такая реакция — пример реакции самоокисления-самовосстановления, или диспропорционирования.
Хлор может таким же образом реагировать (диспропорционировать) со щелочами:
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н2О (на холоде),
3Cl2 + 6КОН = 5KCl + KClO3 + 3Н2О (при нагревании).
Химическая активность брома меньше, чем у фтора и хлора, но все же достаточно велика в связи с тем, что бром обычно используют в жидком состоянии и поэтому его исходные концентрации при прочих равных условиях больше, чем у хлора.
Для примера приведем реакции взаимодействия брома с кремнием и водородом:
Si + 2Br2 = SiBr4(ж) + 433 кДж,
Н2 + Br2 = 2HBr(г) + 73 кДж.
Являясь более «мягким» реагентом, бром находит широкое применение в органической химии.
Отметим, что бром, так же, как и хлор, растворяется в воде, и, частично реагируя с ней, образует так называемую «бромную воду», тогда как иод практически в воде не растворим и не способен её окислять даже при нагревании; по этой причине не существует «иодной воды». Но иод способен растворяться в растворах иодидов с образованием комплексных анионов:
I2 + I− → I−3.
Образующийся раствор называется раствором Люголя.
Иод существенно отличается по химической активности от остальных галогенов. Он не реагирует с большинством неметаллов, а с металлами медленно реагирует только при нагревании. Взаимодействие же иода с водородом происходит только при сильном нагревании, реакция является эндотермической и сильно обратимой:
Н2 + I2 = 2HI — 53 кДж.
Таким образом, химическая активность галогенов последовательно уменьшается от фтора к астату. Каждый галоген в ряду F — At может вытеснять последующий из его соединений с водородом или металлами, то есть каждый галоген в виде простого вещества способен окислять галогенид-ион любого из последующих галогенов. Астат ещё менее реакционноспособен, чем иод. Но и он реагирует с металлами (например с литием):
2Li + At2 = 2LiAt — астатид лития.
А при диссоциации образуются не только протоны, но и ионы At+:HAt диссоц. на:2HAt=H++At-+H-+At+.
2. Крахма́л (C6H10O5)n — полисахариды амилозы и амилопектина, мономером которых является альфа-глюкоза. Крахмал, синтезируемый разными растениями в хлоропластах, под действием света при фотосинтезе, несколько различается по структуре зёрен, степени полимеризации молекул, строению полимерных цепей и физико-химическим свойствам.
Безвкусный, аморфный порошок белого цвета, нерастворимый в холодной воде. Под микроскопом видно, что это зернистый порошок; при сжатии порошка крахмала в руке он издаёт характерный «скрип», вызванный трением частиц.
В горячей воде набухает (растворяется), образуя коллоидный раствор — клейстер; с раствором йода образует соединение-включение, которое имеет синюю окраску. В воде, при добавлении кислот (разбавленная H2SO4 и др.) как катализатора, постепенно гидролизуется с уменьшением молекулярной массы, с образованием т. н. «растворимого крахмала», декстринов, вплоть до глюкозы.
Молекулы крахмала неоднородны по размерам. Крахмал представляет собой смесь линейных и разветвлённых макромолекул.
При действии ферментов или нагревании с кислотами подвергается гидролизу. Уравнение: (C6H10O5)n + nH2O—H2SO4→ nC6H12O6.
Качественные реакции:
Крахмал, в отличие от глюкозы, не даёт реакции серебряного зеркала;
Подобно сахарозе, не восстанавливает гидроксид меди (II);
Взаимодействует с йодом (окрашивание в синий цвет).
Биосинтез
Часть глюкозы, образующейся в зелёных растениях при фотосинтезе, превращается в крахмал:
6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2
nC6H12O6(глюкоза) → (C6H10O5)n + nH2O
В общем виде это можно записать как 6nCO2 + 5nH2O → (C6H10O5)n+ 6nO2.
Крахмал в качестве резервного питания накапливается в клубнях, плодах, семенах растений. Так, в наиболее часто используемых для производства крахмала растениях, клубнях картофеля содержится до 24 % крахмала, в зёрнах пшеницы — до 64 %, риса — 75 %, кукурузы — 70 %.
Модификация крахмала
В промышленности превращение крахмала в глюкозу (процесс осахаривания) происходит путём кипячения его на протяжении нескольких часов с разбавленной серной кислотой (каталитическое влияние серной кислоты на осахаривание крахмала было обнаружено в 1811 г. К. С. Кирхгофом). Чтобы из полученного раствора удалить серную кислоту в него добавляют мел, получая из серной кислоты нерастворимый сульфат кальция. Последний отфильтровывают, и вещество выпаривают. Получается густая сладкая масса — крахмальная патока, которая содержит кроме глюкозы значительное количество остальных продуктов гидролиза крахмала.
Патока используется для приготовления кондитерских изделий и для разнообразных технических целей.
Если нужно получить чистую глюкозу, то кипячение крахмала ведут дольше, чем достигается более полное превращение его в глюкозу. Полученный после нейтрализации и фильтрования раствор сгущают, пока из него не начнут выпадать кристаллы глюкозы. Также в настоящее время гидролиз крахмала производят ферментативно, с использованием альфа-амилазы для получения декстринов различной длины, и глюкоамилазы − для дальнейшего их гидролиза с получением глюкозы.
При нагревании сухого крахмала до 200—250 °C происходит частичное его разложение и получается смесь менее сложных ем крахмал полисахаридов (декстрин и другие).
Физическое изменение позволяет получать крахмал с высокой способностью удерживать влагу, что в свою очередь придает конечному продукту желаемую консистенцию. Модифицированный крахмал не имеет никакого отношения к генетически модифицированным организмам, так как является веществом, а не организмом, и никаких генов не имеет.
Пищевое значение
В желудочном тракте человека и животного крахмал поддаётся гидролизу и превращается в глюкозу, которая усваивается организмом. Промежуточными продуктами гидролиза крахмала являются декстрины.
Крахмал, как пищевая добавка, используется для загущения многих пищевых продуктов, приготовления киселей, заправок и соусов.
Крахмал является наиболее распространенным углеводом в рационе человека и содержится во многих основных продуктах питания. Главными источниками крахмала в мире являются Зерновые культуры: рис, пшеница, кукуруза; различные корнеплоды, в том числе картофель, а также маниок.[1] Большинство других крахмалистых продуктов произрастают только в местах с определённым климатом, например: рожь, ячмень, гречиха, овёс, пшено, желуди, бананы, каштаны, сорго, батат, плоды хлебного дерева, ямс, таро, чилим, маранта, арракача, канна, колоказия, кандык японский, пуэрария дольчатая, маланга, кислица клубненосная, такка перистонадрезанная, саго, и многие виды бобовых, таких как чечевица, бобы садовые, маш, горох лущильный, нут.
Широкоизвестными блюдами, содержащими крахмал, можно назвать: хлеб, блины, лапшу, макароны, каши, кисели и различные лепешки, в том числе тортильи.
Для пищеварительных ферментов расщепление кристаллического крахмала (класс РК3) представляет некоторую сложность. Сырой крахмал плохо переваривается в двенадцатиперстной и тонкой кишках, а бактериальное разложение будет проходить в основном в толстой кишке. Продукты с большим количеством амилозы, хуже перевариваются, чем с амилопектином. При этом даже резистентный (неперевариваемый) крахмал (классов РК2, РК3, РК4) играет свою физиологическую роль: снижает уровень сахара после пищевой гипергликемии (увеличения концентрации глюкозы в крови, особенно важно для больных сахарным диабетом), образует органические кислоты — энергию эпителия толстого кишечника, поддерживает иммунитет кишечного тракта, противовоспалительную защиту организма и другое.[2] В целях повышения усваиваемости крахмала его термически обрабатывают. Поэтому, прежде чем люди начали использовать огонь, зерно и другие высококрахмалосодержащие продукты были не самым лучшим способом получения энергии организма (в отличие от белковой пищи).
Клейстеризация и желатинизация крахмала, например, во время выпечки торта, может быть снижена за счёт сахара, конкурирующего за воду, что улучшает текстуру крахмала, предотвращая «зарезинивание».
Применение в промышленности
Применение крахмала для приклеивания в быту
В пищевой промышленности крахмал используется для получения глюкозы, патоки, этанола, в текстильной — для обработки тканей, в бумажной — в качестве наполнителя. Кроме того крахмал входит в состав большинства колбас, майонеза, кетчупа и пр. В мире наибольшее применение крахмал нашёл в целлюлозо-бумажной промышленности, насчитывая миллионы метрических тонн ежегодно - [3]
Грязевой крахмал — побочный продукт при производстве первого сорта крахмала: та его часть, которая отлагается вверху при отмывке в осадочных чанах или чанах с мешалкой. Содержит 90-95 % крахмала, перерабатывается вторично на крахмал.
Билет 15
Азо́тная кислота́ (HNO3), — сильная одноосновная кислота. Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации с моноклинной и ромбической решётками.
Азотная кислота смешивается с водой в любых соотношениях. В водных растворах она практически полностью диссоциирует на ионы. Образует с водой азеотропную смесь с концентрацией 68,4 % и tкип120 °C при нормальном атмосферном давлении. Известны два твёрдых гидрата: моногидрат (HNO3·H2O) и тригидрат (HNO3·3H2O).
Азот в азотной кислоте четырёхвалентен[2], степень окисления +5. Азотная кислота — бесцветная, дымящая на воздухе жидкость, температура плавления −41,59 °C, кипения +82,6 °C с частичным разложением. Растворимость азотной кислоты в воде не ограничена. Водные растворы HNO3 с массовой долей 0,95-0,98 называют «дымящей азотной кислотой», с массовой долей 0,6-0,7 — концентрированной азотной кислотой. С водой образует азеотропную смесь (массовая доля 68,4 %, d20 = 1,41 г/см, Tкип = 120,7 °C)
При кристаллизации из водных растворов азотная кислота образует кристаллогидраты:
моногидрат HNO3·H2O, Tпл = −37,62 °C
тригидрат HNO3·3H2O, Tпл = −18,47 °C
Твёрдая азотная кислота образует две кристаллические модификации:
моноклинная, пространственная группа P 21/a, a = 1,623 нм, b = 0,857 нм, c = 0,631, β = 90°, Z = 16;
ромбическая
Моногидрат образует кристаллы ромбической сингонии, пространственная группа P na2, a = 0,631 нм, b = 0,869 нм, c = 0,544, Z = 4;
Плотность водных растворов азотной кислоты как функция её концентрации описывается уравнением
где d — плотность в г/см³, с — массовая доля кислоты. Данная формула плохо описывает поведение плотности при концентрации более 97
Химические свойства
Высококонцентрированная HNO3 имеет обычно бурую окраску вследствие происходящего на свету процесса разложения:
При нагревании азотная кислота распадается по той же реакции. Азотную кислоту можно перегонять (без разложения) только при пониженном давлении (указанная температура кипения при атмосферном давлении найдена экстраполяцией).
Золото, некоторые металлы платиновой группы и тантал инертны к азотной кислоте во всём диапазоне концентраций, остальные металлы реагируют с ней, ход реакции при этом определяется её концентрацией.
HNO3 как сильная одноосновная кислота взаимодействует:
а) с основными и амфотерными оксидами
б) с основаниями:
в) вытесняет слабые кислоты из их солей:
При кипении или под действием света азотная кислота частично разлагается
Азотная кислота в любой концентрации проявляет свойства кислоты-окислителя, при этом азот восстанавливается до степени окисления от +4 до −3. Глубина восстановления зависит в первую очередь от природы восстановителя и от концентрации азотной кислоты. Как кислота-окислитель, HNO3 взаимодействует:
а) с металлами, стоящими в ряду напряжений правее водорода:
Концентрированная HNO3
Разбавленная HNO3
б) с металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода:
Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции. Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO2, N2O, N2 и NH4NO3.
Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:
увеличение концентрации кислоты увеличение активности металла
Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации
С золотом и платиной азотная кислота, даже концентрированная не взаимодействует. Железо, алюминий, хром холодной концентрированной азотной кислотой пассивируются. С разбавленной азотной кислотой железо взаимодействует, причем в зависимости от концентрации кислоты образуются не только различные продукты восстановления азота, но и различные продукты окисления железа:
Азотная кислота окисляет неметаллы, при этом азот обычно восстанавливается до NO или NO2
и сложные вещества, например:
Некоторые органические соединения (например амины, скипидар) самовоспламеняются при контакте с концентрированной азотной кислотой.
Азотная кислот
Некоторые металлы (железо, хром, алюминий, кобальт, никель, марганец, бериллий), реагирующие с разбавленной азотной кислотой, пассивируются концентрированной азотной кислотой и устойчивы к её воздействию.
Смесь азотной и серной кислот носит название «меланж».
Азотная кислота широко используется для получения нитросоединений.
Смесь трех объёмов соляной кислоты и одного объёма азотной называется «царской водкой». Царская водка растворяет большинство металлов, в том числе золото и платину. Её сильные окислительные способности обусловлены образующимся атомарным хлором и хлоридом нитрозила:
Нитраты
Азотная кислота является сильной кислотой. Её соли — нитраты — получают действием HNO3 на металлы, оксиды, гидроксиды или карбонаты. Все нитраты хорошо растворимы в воде. Нитрат-ион в воде не гидролизуется.
Соли азотной кислоты при нагревании необратимо разлагаются, причём состав продуктов разложения определяется катионом:
а) нитраты металлов, стоящих в ряду напряжений левее магния:
б) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений между магнием и медью:
в) нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений правее ртути:
г) нитрат аммония:
Нитраты в водных растворах практически не проявляют окислительных свойств, но при высокой температуре в твердом состоянии являются сильными окислителями, например, при сплавлении твердых веществ:
Цинк и алюминий в щелочном растворе восстанавливают нитраты до NH3:
2.Состав жиров определили французские ученые М. Шеврель и М. Бертло. В 1811 году М. Шеврель установил, что при нагревании смеси жира с водой в щелочной среде образуются глицерин и карбоновые кислоты(стеариновая и олеиновая). В 1854 году химик М. Бертло осуществил обратную реакцию и впервые синтезировал жир, нагревая смесь глицерина и карбоновых кислот.
Состав жиров отвечает общей формуле: CH2-O-C(O)-R¹ | CH-О-C(O)-R² | CH2-O-C(O)-R³, где R¹, R² и R³ — радикалы (иногда различных) жирных кислот.
Природные жиры содержат в своём составе три кислотных радикала, имеющих неразветвлённую структуру и, как правило, чётное число атомов углерода (содержание «нечетных» кислотных радикалов в жирах обычно менее 0,1 %).
Жиры гидрофобны, практически нерастворимы в воде, хорошо растворимы в органических растворителях и частично растворимы в этаноле (5—10 %)[1].
Природные жиры чаще всего содержат следующие жирные кислоты:
Насыщенные:
Алкановые кислоты:
стеариновая (C17H35COOH)
маргариновая (C16H33COOH)
пальмитиновая (C15H31COOH)
капроновая (C5H11COOH)
масляная (C3H7COOH)
Ненасыщенные:
Алкеновые кислоты:
пальмитолеиновая (C15H29COOH, 1 двойная связь)
олеиновая (C17H33COOH, 1 двойная связь)
Алкадиеовые кислоты:
линолевая (C17H31COOH, 2 двойные связи)
Алкатриеновые кислоты:
линоленовая (C17H29COOH, 3 двойные связи)
арахидоновая (C19H31COOH, 4 двойные связи, реже встречается)
В состав некоторых входят остатки и насыщенных, и ненасыщенных карбоновых кислот.
Приблизительный состав (масс. %)твёрдых и жидких жиров (триглицеридов)[2]:Триглицериды Остатки кислот
Пальмитиновая Стеариновая Олеиновая Линолевая Линоленовая
Сливочное масло 25 11 34 6 5
Подсолнечное масло 11 4 38 46 -
Оливковое масло 10 2 82 4 -
Льняное масло 5 3 5 62 25
Бараний жир (твёрдый) 38 30 35 3 9
Говяжий жир (твёрдый) 31 26 40 2 2
Свиной жир (твёрдый) 27 14 45 5 5
Жиры в организме человека 25 8 46 10 -
Свойства жиров
Энергетическая ценность жира приблизительно равна 9,1 ккал на грамм, что соответствует 38 кДж/г. Таким образом, энергия, выделяемая при расходовании 1 грамма жира, приблизительно соответствует, с учетом ускорения свободного падения, поднятию груза весом 39000 Н (массой ≈ 3900кг) на высоту 1 метр.
При сильном взбалтывании с водой жидкие (или расплавленные) жиры образуют более или менее устойчивые эмульсии (см. гомогенизация). Природной эмульсией жира в воде является молоко.
Физические свойства
Жиры - вязкие жидкости или твёрдые вещества, легче воды. Их плотность колеблется в пределах 0,9-0,95 г/см³. В воде не растворяются, но растворяются во многих органических растворителях (бензол, дихлорэтан, эфир и др.)
Билет 16
Углеро́д (химический символ — C, лат. Carboneum) — химический элемент 4-ой группы главной подгруппы 2-го периода периодической системы Менделеева, порядковый номер 6, атомная масса — 12,0107[5].Содержание [убрать]
Углерод в виде древесного угля применялся в глубокой древности для выплавки металлов. Издавна известны аллотропные модификации углерода — алмаз и графит.
Химические свойства
При обычных температурах углерод химически инертен, при достаточно высоких температурах соединяется со многими элементами, проявляет сильные восстановительные свойства. Химическая активность разных форм углерода убывает в ряду: аморфный углерод, графит, алмаз, на воздухе они воспламеняются при температурах соответственно выше 300—500 °C, 600—700 °C и 850—1000 °C.
Степени окисления +4 (напр., CO2), −4 (напр., CH4), редко +2 (СО, карбонилы металлов), +3 (C2N2); сродство к электрону 1,27 эВ; энергия ионизации при последовательном переходе от С0 к С4+ соответственно 11,2604, 24,383, 47,871 и 64,19 эВ.
Неорганические соединения
Углерод реагирует со многими элементами. Соединения с неметаллами имеют свои собственные названия — метан, тетрафторметан.
Продукты горения углерода в кислороде являются CO и CO2 (монооксид углерода и диоксид углерода соответственно). Известен также неустойчивый недооксид углерода С3О2 (температура плавления −111 °C, температура кипения 7 °C) и некоторые другие оксиды (например C12O9, C5O2, C12O12). Графит и аморфный углерод начинают реагировать с водородом при температуре 1200 °C, с фтором при 900 °C.
Углекислый газ реагирует с водой, образуя слабую угольную кислоту — H2CO3, которая образует соли — карбонаты. На Земле наиболее широко распространены карбонаты кальция (минеральные формы — мел, мрамор, кальцит, известняк и др.) и магния (минеральная форма доломит).
Графит с галогенами, щелочными металлами и др. веществами образует соединения включения. При пропускании электрического разряда между угольными электродами в атмосфере азота образуется циан. При высоких температурах взаимодействием углерода со смесью Н2 и N2 получают синильную кислоту
При реакции углерода с серой получается сероуглерод CS2, известны также CS и C3S2. С большинством металлов углерод образует карбиды, например:
Важна в промышленности реакция углерода с водяным паром:
При нагревании углерод восстанавливает оксиды металлов до металлов. Данное свойство широко используется в металлургической промышленности.
Органические соединения
Способность углерода образовывать полимерные цепочки порождает огромный класс соединений на основе углерода, которых значительно больше, чем неорганических, и изучением которых занимается органическая химия. Среди них наиболее обширные группы: углеводороды, белки, жиры и др.
Соединения углерода составляют основу земной жизни, а их свойства во многом определяют спектр условий, в которых подобные формы жизни могут существовать. По числу атомов в живых клетках доля углерода около 25 %, по массовой доле — около 18 %.
Применение
Графит используется в карандашной промышленности. Также его используют в качестве смазки при особо высоких или низких температурах.
Алмаз, благодаря исключительной твердости, незаменимый абразивный материал. Алмазным напылением обладают шлифовальные насадки бормашин. Кроме этого, ограненные алмазы — бриллианты используются в качестве драгоценных камней в ювелирных украшениях. Благодаря редкости, высоким декоративным качествам и стечению исторических обстоятельств, бриллиант неизменно является самым дорогим драгоценным камнем. Исключительно высокая теплопроводность алмаза (до 2000 Вт/м·К) делает его перспективным материалом для полупроводниковой техники в качестве подложек для процессоров. Но относительно высокая цена (около 50 долларов/грамм) и сложность обработки алмаза ограничивают его применение в этой области.
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода — производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) — для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода — для научных исследований (радиоуглеродный анализ).
Углерод играет огромную роль в жизни человека. Его применения столь же разнообразны, как сам этот многоликий элемент. В частности углерод является неотъемлемой составляющей стали (до 2,14 % масс.) и чугуна (более 2,14 % масс.)
Углерод является основой всех органических веществ. Любой живой организм состоит в значительной степени из углерода. Углерод — основа жизни. Источником углерода для живых организмов обычно является СО2 из атмосферы или воды. В результате фотосинтеза он попадает в биологические пищевые цепи, в которых живые существа поедают друг друга или останки друг друга и тем самым добывают углерод для строительства собственного тела. Биологический цикл углерода заканчивается либо окислением и возвращением в атмосферу, либо захоронением в виде угля или нефти.
Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.
Кре́мний — элемент главной подгруппы четвёртой группы третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 14. Обозначается символом Si (лат. Silicium).Содержание [убрать]
Физические свойства
Кристаллическая структура кремния.
Кристаллическая решётка кремния кубическая гранецентрированная типа алмаза, параметр а = 0,54307 нм (при высоких давлениях получены и другие полиморфные модификации кремния), но из-за большей длины связи между атомами Si—Si по сравнению с длиной связи С—С твёрдость кремния значительно меньше, чем алмаза. Кремний хрупок, только при нагревании выше 800 °C он становится пластичным веществом. Интересно, что кремний прозрачен для инфракрасного излучения начиная с длины волны 1,1 мкм. Собственная концентрация носителей заряда — 5,81·1015 м−3 (для температуры 300 K)..
Билет 17
Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, в виде простых веществ обладающих характерными металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск.
6 элементов в группе щелочных металлов,
6 в группе щёлочноземельных металлов,
38 в группе переходных металлов,
11 в группе лёгких металлов,
7 в группе полуметаллов,
14 в группе лантаноиды + лантан,
14 в группе актиноиды (физические свойства изучены не у всех элементов) + актиний,
вне определённых групп бериллий и магний.
Таким образом, к металлам, возможно, относится 96 элементов из всех открытых.
Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −39 °C (ртуть) до 3410 °C (вольфрам). Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые «нормальные» металлы, например олово и свинец, можно расплавить на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от плотности, металлы делят на лёгкие (плотность 0,53 ÷ 5 г/см³) и тяжёлые (5 ÷ 22,5 г/см³). Самым лёгким металлом является литий (плотность 0.53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22.6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними. Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0.003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются. Пластичность зависит и от чистоты металла; так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы такие как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий могут срастаться между собой, но на это может уйти десятки лет.
Все металлы хорошо проводят электрический ток; это обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля. Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность; по этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также натрий, в экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Высокая теплопроводность металлов также зависит от подвижности свободных электронов. Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла; широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Химические свойства металлов
На внешнем электронном уровне у большинства металлов небольшое количество электронов (1-3), поэтому они в большинстве реакций выступают как восстановители (то есть «отдают» свои электроны)
Реакции с простыми веществами
С кислородом реагируют все металлы, кроме золота, платины. Реакция с серебром происходит при высоких температурах, но оксид серебра(II) практически не образуется, так как он термически неустойчив. В зависимости от металла на выходе могут оказаться оксиды, пероксиды, надпероксиды:
оксид лития
пероксид натрия
надпероксид калия
Чтобы получить из пероксида оксид, пероксид восстанавливают металлом:
Со средними и малоактивными металлами реакция происходит при нагревании
С азотом реагируют только самые активные металлы, при комнатной температуре взаимодействует только литий, образуя нитриды:
При нагревании
С серой реагируют все металлы, кроме золота и платины:
Железо взаимодействует с серой при нагревании, образуя сульфид:
С водородом реагируют только самые активные металлы, то есть металлы IA и IIA групп кроме Be. Реакции осуществляются при нагревании, при этом образуются гидриды. В реакциях металл выступает как восстановитель, степень окисления водорода −1:
С углеродом реагируют только наиболее активные металлы. При этом образуются ацетилениды или метаниды. Ацетилениды при взаимодействии с водой дают ацетилен, метаниды — метан
Взаимодействие кислот с металлами[править]
С кислотами металлы реагируют по-разному. Металлы, стоящие в электрохимическом ряду активности металлов (ЭРАМ) до водорода, взаимодействуют практически со всеми кислотами.
Взаимодействие неокисляющих кислот с металлами, стоящими в электрическом ряду активности металлов до водорода[править]
Происходит реакция замещения, которая также является окислительно-восстановительной:
Взаимодействие серной кислоты H2SO4 с металлами
Окисляющие кислоты могут взаимодействовать и с металлами, стоящими в ЭРАМ после водород
Очень разбавленная кислота реагирует с металлом по классической схеме:
При увеличении концентрации кислоты образуются различные продукты:
Реакции для азотной кислоты (HNO3)[править]
Продукты взаимодействия железа с HNO3 разной концентрации
2. Аминокисло́ты (аминокарбо́новые кисло́ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.
Аминокислоты могут рассматриваться как производные карбоновых кислот, в которых один или несколько атомов водорода заменены на аминные группы.Содержание [убрать]
По физическим свойствам аминокислоты резко отличаются от соответствующих кислот и оснований. Все они кристаллические вещества, лучше растворяются в воде, чем в органических растворителях, имеют достаточно высокие температуры плавления. Эти свойства отчётливо указывают на солеобразный характер этих соединений. Особенности физических и химических свойств аминокислот обусловлены их строением — присутствием одновременно двух противоположных по свойствам функциональных групп: кислотной и основной. α-Аминокислоты являются амфотерными электролитами.
Общие химические свойства
Все аминокислоты амфотерные соединения, они могут проявлять как кислотные свойства, обусловленные наличием в их молекулах карбоксильной группы —COOH, так и основные свойства, обусловленные аминогруппой —NH2. Аминокислоты взаимодействуют с кислотами и щелочами:
NH2 —CH2 —COOH + HCl → HCl • NH2 —CH2 —COOH (хлороводородная соль глицина)
NH2 —CH2 —COOH + NaOH → H2O + NH2 —CH2 —COONa (натриевая соль глицина)
Растворы аминокислот в воде благодаря этому обладают свойствами буферных растворов, то есть находятся в состоянии внутренних солей.
NH2 —CH2COOH N+H3 —CH2COO-
Аминокислоты обычно могут вступать во все реакции, характерные для карбоновых кислот и аминов.
Этерификация:
NH2 —CH2 —COOH + CH3OH → H2O + NH2 —CH2 —COOCH3 (метиловый эфир глицина)
Некоторые аминокислоты имеют несколько аминогрупп и карбоксильных групп. Для этих аминокислот трудно говорить о каком-то конкретном цвиттер-ионе.
Важной особенностью аминокислот является их способность к поликонденсации, приводящей к образованию полиамидов, в том числе пептидов, белков, нейлона, капрона, энанта.
Аминокислоты входят в состав спортивного питания и комбикорма. Аминокислоты применяются в пищевой промышленности в качестве вкусовых добавок, например, натриевая соль глутаминовой кислоты[4].
Билет 18
2. Сло́жные эфи́ры — производные оксокислот (как карбоновых, так и минеральных) RkE(=O)l(OH)m, (l ≠ 0), формально являющиеся продуктами замещения атомов водорода гидроксилов —OH кислотной функции на углеводородный остаток (алифатический, алкенильный, ароматический или гетероароматический); рассматриваются также как ацилпроизводные спиртов. В номенклатуре IUPAC к сложным эфирам относят также ацилпроизводные халькогенидных аналогов спиртов (тиолов, селенолов и теллуролов)[1].
Реакции этерификации и переэтерификации обратимы, сдвиг равновесия в сторону образования целевых продуктов достигается удалением одного из продуктов из реакционной смеси (чаще всего — отгонкой более летучих спирта, эфира, кислоты или воды; в последнем случае при относительно низких температурах кипения исходных веществ используется отгонка воды в составе азеотропных смесей).
взаимодействие ангидридов или галогенангидридов карбоновых кислот со спиртами, например получение этилацетата из уксусного ангидрида и этилового спирта:
(CH3CO)2O + 2 C2H5OH = 2 CН3COOC2H5 + H2O
взаимодействие солей кислот с алкилгалогенидами
RCOOMe + R'Hal = RCOOR' + MeHal
Присоединение карбоновых кислот к алкенам в условиях кислотного катализа (в том числе и кислотами Льюиса):
RCOOH + R'CH=CHR'' = RCOOCHR'CH2R''
Алкоголиз нитрилов в присутствии кислот:
RCN + H+ RC+=NH
RC+=NH + R’OH RC(OR')=N+H2
RC(OR')=N+H2 + H2O RCOOR' + +NH4
Алкилирование карбоновых кислот арилиакилтриазенами:
ArN=NNHR + R1COOH R1COOR+ ArNH2 + N2
Свойства и реакционная способность[править]
Сложные эфиры низших карбоновых кислот и простейших одноатомных спиртов — летучие бесцветные жидкости с характерным, зачастую фруктовым запахом. Сложные эфиры высших карбоновых кислот — бесцветные твердые вещества, температура плавления зависит как от длин углеродных цепей ацильного и спиртового остатков, так и от их структуры.
В ИК-спектрах сложных эфиров присутствуют характеристические полосы карбоксильной группы — валентных колебаний связей C=O при 1750—1700 см−1 и С-О при 1275—1050 см−1.
Атом углерода карбонильной группы сложных эфиров электрофилен, вследствие этого для них характерны реакции замещения спиртового остатка с разрывом связи ацил-кислород:
RCOOR1 + Nu− RCONu + R1O−
Nu = OH, R2O, NH2, R2NH, R2CH и т. п.
Такие реакции с кислородными нуклеофилами (водой и спиртами) зачастую катализируются кислотами за счет протонирования атома кислорода карбонила с образованием высокоэлектрофильного карбокатиона:
RCOOR1 + H+ RC+OHOR1,
который далее реагирует с водой (гидролиз) или спиртом (переэтерификация). Гидролиз сложных эфиров в условиях кислотного катализа является обратимым, гидролиз же в щелочной среде необратим из-за образования карбоксилат-ионов RCOO−, не проявляющих электрофильных свойств.
Низшие сложные эфиры реагируют с аммиаком, образуя амиды, уже при комнатной температуре: так, например, этилхлорацетат реагирует с водным аммиаком, образуя хлорацетамид уже при 0 °C[2], в случае высших сложных эфиров аммонолиз идет при более высоких температурах.
Билет 19
2. Дисахариды (от др. греч. δύο — два и ζάχαροη — сахар) — органические соединения, одна из основных групп углеводов; являются частным случаем олигосахаридов.Содержание [убрать]
Строение молекул
Молекулы дисахаридов состоят из двух остатков моносахаридов, соединённых друг с другом за счёт взаимодействия гидроксильных групп (двух полуацетальных или одной полуацетальной и одной спиртовой). Общая формула дисахаридов, как правило, C12H22O11.
Примеры дисахаридо
Лактоза — состоит из остатков глюкозы и галактозы.
Сахароза — состоит из остатков глюкозы и фруктозы.
Мальтоза — состоит из двух остатков глюкозы.
Физические свойства
Дисахариды — твердые, кристаллические вещества, от слегка белого до коричневатого цвета, хорошо растворимые в воде и в 45 — 48°-ном спирте, плохо растворимы в 96°-ном спирте, имеют оптическую активность; сладкие на вкус[1].
Химические свойства
При гидролизе расщепляются на составляющие их моносахариды за счёт разрыва гликозидных связей между ними. Эта реакция является обратной процессу образования дисахаридов из моносахаридов.
При конденсации дисахаридов образуются молекулы полисахаридов.
По химическим свойствам дисахариды можно разделить на две группы:
восстанавливающие
невосстанавливающие
К первой группе относятся: лактоза, мальтоза, целлобиоза. Ко второй: сахароза, трегалоза[2].
Восстанавливающие дисахариды[править]
В этих дисахаридах один из моносахаридных остатков участвует в образовании гликозидной связи за счет гидроксильной группы чаще всего при С-4 или С-6, реже при С-3. В дисахариде имеется свободная полуацетальная гидроксильная группа, вследствие чего сохраняется способность к раскрытию цикла. Возможностью осуществления цикло-оксо-таутометрии обусловлены восстановительные свойства таких дисахаридов и мутаротация их свежеприготовленных растворов[3].
Билет 20
Аммиа́к — NH3, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта)
Аммиак почти вдвое легче воздуха, ПДКр.з. 20 мг/м3 — IV класс опасности (малоопасные вещества) по ГОСТ 12.1.007[1]. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.
Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N−H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH4+. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.
В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения (tкип −33,35 °C) и плавления (tпл −77,70 °C), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а также тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м³, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.Содержание [убрать]
Химические свойства
Благодаря наличию неподеленной электронной пары во многих реакциях аммиак выступает как основание Бренстеда или комплексообразователь (не следует путать понятия «нуклеофил» и «основание Бренстеда». Нуклеофильность определяется сродством к положительно заряженной частице. Основание имеет сродство к протону. Понятие «основание» является частным случаем понятия «нуклеофил»). Так, он присоединяет протон, образуя ион аммония:
Водный раствор аммиака («нашатырный спирт») имеет слабощелочную реакцию из-за протекания процесса:
Ko=1,8·10−5
Взаимодействуя с кислотами даёт соответствующие соли аммония:
Аммиак также является очень слабой кислотой (в 10 000 000 000 раз более слабой, чем вода), способен образовывать с металлами соли — амиды. Соединения, содержащие ионы NH2−, называются амидами, NH2− — имидами, а N3− — нитридами. Амиды щелочных металлов получают, действуя на них аммиаком:
Амиды, имиды и нитриды ряда металлов образуются в результате некоторых реакций в среде жидкого аммиака. Нитриды можно получить нагреванием металлов в атмосфере азота.
Амиды металлов являются аналогами гидроксидов. Эта аналогия усиливается тем, что ионы ОН− и NH2−, а также молекулы Н2O и NH3 изоэлектронны. Амиды являются более сильными основаниями, чем гидроксиды, а следовательно, подвергаются в водных растворах необратимому гидролизу:
и в спиртах:
Подобно водным растворам щелочей, аммиачные растворы амидов хорошо проводят электрический ток, что обусловлено диссоциацией:
Фенолфталеин в этих растворах окрашивается в малиновый цвет, при добавлении кислот происходит их нейтрализация. Растворимость амидов изменяется в такой же последовательности, что и растворимость гидроксидов: LiNH2 — нерастворим, NaNH2 — малорастворим, KNH2, RbNH2 и CsNH2 — хорошо растворимы.
При нагревании аммиак проявляет восстановительные свойства. Так, он горит в атмосфере кислорода, образуя воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты:
На восстановительной способности NH3 основано применение нашатыря NH4Cl для очистки поверхности металла от оксидов при их пайке:
Окисляя аммиак гипохлоритом натрия в присутствии желатина, получают гидразин:
Галогены (хлор, йод) образуют с аммиаком опасные взрывчатые вещества — галогениды азота (хлористый азот, иодистый азот).
С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):
(гидрохлорид метиламмония)
С карбоновыми кислотами, их ангидридами, галогенангидридами, эфирами и другими производными даёт амиды. С альдегидами и кетонами — основания Шиффа, которые возможно восстановить до соответствующих аминов (восстановительное аминирование).
При 1000 °C аммиак реагирует с углём, образуя синильную кислоту HCN и частично разлагаясь на азот и водород. Также он может реагировать с метаном, образуя ту же самую синильную кислоту:
История добычи[править]
2.
Билет 21
Солями называются сложные вещества, состоящие из кислотных остатков и атомов металлов или других атомных группировок. При диссоциации солей образуются катионы металлов (а также катион аммония NH4) и анионы кислотных остатков.
При полном замещении атомов водорода в молекуле кислоты образуются средние ( или нормальные) соли, при неполном - кислые соли. Существуют несколько групп солей.
При частичном замещении групп OH- в молекуле многокислотного гидроксида кислотными остатками образуются основные соли, например, KNO3, Na2CO3.
Кислые соли образуются многоосновными кислотами в случае их неполной нейтрализации гидроксидом, например, NaHCO3, Ca(HCO3)2. Кислые соли могут образовывать только многоосновные кислоты, одноосновные кислоты кислых солей образовать не могут.
Если атомы водорода в многоосновной кислоте замещены атомами не одного, а двух различных металлов, образуются двойные соли, например, KAl(SO4)2, NaKCO3.
При частичном замещении групп OH- в молекуле многокислотного основания кислотными остатками образуются основные соли: Zn(OH)Cl, Al(OH)SO4.
Также существует группа комплексных солей, состав которых нельзя объяснить, используя обычные представления о валентности. Строение и свойства этих соединений изучаются в высшей школе.
Название соли каждой кислоты происходит от латинского названия кислотного остатка. Например, соли азотистой кислоты называются нитритами: нитрит калия KNO2, нитрит магния Mg(NO2) 2. Названия солей бескислородных кислот оканчиваются на "ид", например, сульфид калия K2S. В случае, когда соль образована металлом, имеющим разную валентность, то она указывается после названия металла римской цифрой в скобках. Например, FeCl2 - хлорид железа (II), Fe2(SO4)3 - сульфат железа (III). Если в кислой соли в кислотный остаток входит один атом водорода, то к названию соли добавляются частицы "би" или "гидро", а если два атома, то "дигидро": Mg(HCO3)2 - бикарбонат, или гидрокарбонат магния, Na2HPO4 - гидрофосфат натрия, NaH2PO4 - дигидрофосфат натрия.
Соли являются твердыми веществами с самой различной растворимостью в воде. По этому критерию их условно делят на растворимые, малорастворимые и практически нерастворимые.
Как электролиты средние соли в водных растворах диссоциируют на катионы металлов и анионы кислотных остатков:
MgSO4 " Mg2+ + SO42-
Кислые и основные соли диссоциируют ступенчато. У кислых солей вначале происходит диссоциация на катион металла и анион кислотного остатка, после чего в значительно меньшей степени, диссоциирует анион с образованием катионов водорода. У основных солей вначале отщепляются кислотные остатки, а затем, также в значительно меньшей степени, ионы OH-.
Химические свойства солей во многом зависят от их химической природы.
Если соль образована летучими или слабыми кислотами наподобие HCl, H2S, H2СO3, то она взаимодействует с нелетучими кислотами, например. H2SO4, с выделением летучей или слабой кислоты и образованием новой соли:
2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl
Ca3(PO4) 2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4
В водных растворах соли могут вступать в реакцию с гидроксидами, образуя новую соль и гидроксид при условии, если один из продуктов реакции будет выпадать в осадок:
CuCl2 +2NaOH = Cu(OH)2Ї + 2NaCl
Na2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4Ї + 2NaOH
При подобных условиях в водных растворах соли могут вступать в реакцию друг с другом, образуя новые соли:
KCl + AgNO3 = AgClЇ + KClO3
Соли также реагируют в водных растворах с металлами, стоящими в ряду активности до металла, входящего в состав соли:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + CuЇ
К наиболее общим способам получения солей относятся химические взаимодействия: металлов с неметаллами 2Na + Cl2 = 2NaCl
металлов с кислотами: Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2
основных оксидов с кислотными CaO + CO2 = CaCO3.
кислот с солями H2SO4 + BaCl2 = BaSO4 + 2HCl.
оснований с солями 2NaOH + CuSO4 = Na2SO4 + Cu (ОН)2Ї
кислот с основаниями NaOH + HCl = NaCl + H2O
основных оксидов с кислотами H2SO4 + CaO = CaSO4 + H2O
кислотных оксидов с основаниями Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
двух солей между собой K2SO4 + BaCl2 = BaSO4Ї + 2KCl
металлов с солями Fe+ CuSO4 = FeSO4 + Cu
Кислые соли получают при неполной нейтрализации кислоты основанием, при этом гидроксид берут в количестве, недостаточном для полной нейтрализации кислоты: NaOH + H2S = NaHS + H2O
Основные соли получают частичной нейтрализацией основания кислотой:
Zn(ОН) 2 + HCl = Zn(ОН)Cl + H2O
2. Ами́ны — органические соединения, являющиеся производными аммиака, в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы.
По числу замещённых атомов водорода различают соответственно первичные (замещен один атом водорода), вторичные (замещены два атома водорода из трех) и третичные (замещены три атома водорода из трех) амины. Четвертичное аммониевое соединение вида [R4N]+Cl- является органическим аналогом аммониевой соли.
По характеру органической группы, связанной с азотом, различают алифатические CH3-N<, ароматические C6H5-N< и жирно-ароматические (содержат ароматический и алифатический радикалы) амины.
По числу NH2-групп в молекуле амины делят на моноамины, диамины, триамины и так далее.Содержание [убрать]
Номенклатура
К названию органических остатков, связанных с азотом, добавляют слово «амин» при этом группы упоминают в алфавитном порядке: CH3NHC3H7 — метилпропиламин, CH3N(C6H5)2 — метилдифениламин. Для высших аминов название составляется, взяв за основу углеводород, прибавлением приставки «амино», «диамино», «триамино», указывая числовой индекс атома углерода:
2-аминопентан
Для некоторых аминов используются тривиальные названия: C6H5NH2 — анилин (систематическое название — фениламин).
Химические свойства
Амины, являясь производными аммиака, имеют сходное с ним строение и проявляют подобные ему свойства. Для них также характерно образование донорно-акцепторной связи. Азот предоставляет неподеленную электронную пару, исполняя роль донора. В качестве акцептора электоронов может выступать, например, протон Н+, образуя ион R3NH+. Возникшая ковалентная связь N-H полностью эквивалентна остальным связям N-H в амине.
Алкиламины являются сильными основаниями, ариламины менее основны.
Взаимодействие с водой. Водные растворы алифатических аминов проявляют щелочную реакцию, так как при их взаимодействии с водой образуются гидроксиды алкиламмония, аналогичные гидроксиду аммония:
Взаимодействуя с кислотами, амины образуют алкиламмониевые соли, в большинстве случаев растворимые в воде. Например, амины присоединяют галогеноводороды:
Ацилирование. При нагревании с карбоновыми кислотами, их ангидридами, хлорангидридами или сложными эфирами первичные и вторичные амины ацилируются с образованием N-замещенных амидов, соединений с фрагментом -С(О)N<:
Реакция с ангидридами протекает в мягких условиях. Ещё легче реагируют хлорангидриды, реакция проводится в присутствии основания, чтобы связать образующийся HCl.
Таким образом получают жаропонижающее средство — ацетанилид:
Если в качестве исходных соединений взять диамин и дикарбоновую кислоту, то они взаимодействуют по такой же схеме, но поскольку каждое соединение содержит две реагирующие группы, то образуется полиамид.
Амины присоединяют галогеналканы RCl, с образованием донорно-акцепторной связи N-R, которая также эквивалентна уже имеющимся.
Ароматические амины реагируют с галогенами по механизму электрофильного замещения в бензольном ядре. При галогенировании анилина бромной водой при комнатной температуре образуется триброманилин (в виде осадка белого цвета)
Если нет реакционноспособных групп в радикале, то образуются N-галогенамины.
Первичные и вторичные амины взаимодействуют с азотистой кислотой различным образом. При помощи азотистой кислоты первичные, вторичные и третичные амины отличают друг от друга. Из первичных аминов образуются первичные спирты:
При этом выделяется газ (азот). Это признак того, что в колбе первичный амин. Вторичные амины образуют с азотистой кислотой желтые, трудно растворимые нитрозамины — соединения, содержащие фрагмент >N-N=O:
Вторичные амины сложно не узнать: по лаборатории распространяется характерный запах нитрозодиметиламина.
Третичные амины при обычной температуре в азотистой кислоте просто растворяются. При нагревании возможна реакция с отщеплением алкильных радикалов.
конденсация первичных аминов с альдегидами и кетонами приводит к образованию иминов или так называемых оснований Шиффа — соединений, содержащих фрагмент -N=C<:
При горении амин выделяет кроме воды и углекислого газа ещё и азот:
Получение
Восстановление нитросоединений — Реакция Зинина. Эту реакцию впервые осуществил Н. Н. Зинин в 1842 году.
Действуя на нитробензол сульфидом аммония, он получил анилин:
Восстановление железом
:Восстановление водородом в присутствии катализатора и при высокой температуре:
Билет 22
Впервые фосфор (лат. phosphorus) был получен гамбургским алхимиком Г. Брандом в 1669 г. Это распространенный элемент, содержание его в земной коре примерно 0,1%. В свободном виде фосфор в природе не существует, а встречается только в связанном состоянии. В воде фосфор не растворяется и с ней не взаимодействует.
На внешнем электронном слое атома фосфора 5 электронов (3s23р3), соответственно он проявляет степени окисления +5, +3 и -3. Фосфор образует несколько аллотропных модификаций. Главные из них - белый, красный и черный фосфор.
Фосфор образует устойчивую молекулу P2. На внешнем слое у фосфора три неспаренных р-электрона и он во всех своих модификациях образует по три s-связи так, что образуется молекула P4, имеющая форму тетраэдра. Таково строение белого фосфора. Для красного и черного фосфора характерна пространственная атомная решетка.
Белый фосфор - ядовитое, бесцветное твердое кристаллическое соединение, плохо нерастворимое в воде. Плавится при температуре 44°C, превращаясь в бесцветную жидкость. Белый фосфор химически очень активен из-за неустойчивости молекулы P4. Если нагревать белый фосфор без доступа воздуха, он превращается в красный фосфор.
Красный фосфор по своим свойствам сильно отличается от белого фосфора. Он ядовит, не растворяется ни в чем. При охлаждении его паров образуется белый фосфор. Красный фосфор используется главным образом в производстве спичек, ядохимикатов.
Черный фосфор образуется из красного при нагревании его до 350°C под высоким давлением.
На воздухе фосфор сгорает, образуя оксид фосфора (V) - фосфорный ангидрид:
4Р + 5O2 = 2P2O5
При взаимодействии со щелочами образуется фосфин PH3:
2Р + 2NaOH + H2O = Na2HPO3 + PH3
Это бесцветный ядовитый газ с запахом чеснока, аналог аммиака, однако в отличие от него очень неустойчив и при непосредственном взаимодействии фосфора с водородом не образуется. Используется как боевое отравляющее вещество.
Азотная кислота окисляет фосфор до фосфорной кислоты:
3Р + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO
В атмосфере xлора фосфор горит, со фтором реагирует со взрывом, с серой фосфор образует сульфиды различного состава, с металлами при нагревании - фосфиды.
Смесь красного фосфора с бертолетовой солью очень взрывоопасна:
6Р + 5КС1О3 = 5КС1 + ЗР2О5
Чистый фосфор получают восстановлением фосфоритов и апатитов коксом в присутствии песка в электропечах при 1500°C:
Ca3(PO4)2 + 5C+ 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5CO + 2P
2. Анили́н (фениламин) — органическое соединение с формулой C6H5NH2, простейший ароматический амин. Представляет собой бесцветную маслянистую жидкость с характерным запахом, немного тяжелее воды и плохо в ней растворим, хорошо растворяется в органических растворителях. На воздухе быстро окисляется и приобретает красно-бурую окраску. Ядовит. Название «анилин» происходит от названия одного из растений, содержащих индиго — Indigofera anil (современное международное название растения — Indigofera suffruticosa).Содержание [убрать]
В промышленности анилин получают в две стадии. На первой стадии бензол нитруется смесью концентрированной азотной и серной кислот при температуре 50 - 60°C в результате образуется нитробензол. На втором этапе нитробензол гидрируют при температуре 200-300°C в присутствии катализаторов
Впервые восстановление нитробензола было произведено с помощью железа
Другим способом получение анилина является восстановление нитросоединений — Реакция Зинина:
Химические свойства:
Для анилина характерны реакции как по аминогруппе, так и по ароматическому кольцу. Особенности этих реакций обусловлены взаимным влиянием атомов. С одной стороны, бензольное кольцо ослабляет основные свойства аминогруппы по сравнению с алифатическими аминами и даже с аммиаком. С другой стороны, под влиянием аминогруппы бензольное кольцо становится более активным в реакциях замещения, чем бензол. Например, анилин энергично реагирует с бромной водой с образованием 2,4,6-триброманилина (белый осадок).
Окисление
В отличие от аминов алифатического ряда, ароматические амины легко окисляются. Примером может служить реакция хромовой смеси с анилином, в результате образуется краситель «черный анилин».
Реакции электрофильного замещения.
Аминогруппа, являясь заместителем первого рода, оказывает сильное активирующее влияние на бензольное ядро, что при нитровании может произойти окисление молекулы анилина, для предотвращения окисления аминогруппу перед нитрованием «защищают» ацилированием
Анилин оказывает негативное воздействие на центральную нервную систему. Кровеносный яд, вызывает кислородное голодание организма за счёт образования в крови метгемоглобина, гемолиза и дегенеративных изменений эритроцитов.
В организм анилин проникает при дыхании, в виде паров, а также через кожу и слизистые оболочки. Всасывание через кожу усиливается при нагреве воздуха или приёме алкоголя.
Билет 23
Алюминий входит в главную подгруппу III группы. Встречается только в связанном состоянии, это самый распространенный металл в природе. В земной коре его 7,45% по массе.
Алюминий - очень пластичный металл серебристо-белого цвета. Прекрасно проводит электрический тока и тепло. Алюминий является активным металлом. На внешнем электронном слое у атома алюминия три электрона, отдавая которые, проявляет восстановительные свойства. В электрохимическом ряду напряжений алюминий стоит перед железом. Поверхность металла всегда покрыта химически инертной пленкой оксида Al2O3, которая не дает алюминию окисляется. Разбавленные же соляная, серная и азотная кислоты легко растворяют алюминий вместе с его оксидной пленкой:
2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2
2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2
Al + 4HNO3 = Al (NO3)3 + NO + 2H2O
Концентрированные серная и азотная кислоты на холоде не действуют на алюминий, поэтому азотную кислоту хранят и перевозят в алюминиевых емкостях. При нагревании алюминий вступает в реакцию, восстанавливая серную кислоту до оксида серы (IV) и азотную кислоту до низших оксидов азота.
При нагревании порошкообразный алюминий сгорает с ослепительной вспышкой, образуя оксид Al2O3:
4Al + 3O2 = 2Al2O3
В отсутствие оксидной пленки алюминий бурно взаимодействует с водой:
2Al + 6H2O = 2 Al (OH)3 + 3H2
Алюминий соединяется с галогенами - хлором, бромом, иодом, образуя галогениды:
2Al + 3Cl2 = 2AlCl3
При сильном нагревании алюминий реагирует с серой, углеродом и азотом, хорошо растворяется в щелочах и растворах карбонатов щелочных металлов, образуя алюминаты:
2NaOH + 2Al + 6H2O = 2Na [Al (OH)4] + 3Н2
Алюминий способен отнимать кислород у оксидов многих металлов. Способность алюминия восстанавливать металла из оксидов при высоких температурах называется алюмотермией и используется в промышленности:
Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr
Алюминий очень широко применяется во многих отраслях промышленности и в быту.
Получают алюминий прокаливанием бокситов Al2O3*хН2О, далее расплав Al2O3 подвергают электролизу, добавляя криолит для уменьшения температуры плавления. Суммарное уравнение реакции электролиза Al2O3:
2А12О3 = 4А1 + 3О2
Расплавленный алюминий на дне емкости электролизера и является катодом. Как анод используются угольные стержни. Кислород реагирует с углеродом анода, образуя оксид углерода, т.е. анод надо постоянно возобновлять.
2.
Белки́ (протеи́ны, полипепти́ды[1]) — высокомолекулярные органические вещества, состоящие из альфа-аминокислот, соединённых в цепочку пептидной связью . В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций создают молекулы белков с большим разнообразием свойств. Кроме того, аминокислотные остатки в составе белка часто подвергаются посттрансляционным модификациям, которые могут возникать и до того, как белок начинает выполнять свою функцию, и во время его «работы» в клетке. Часто в живых организмах несколько молекул разных белков образуют сложные комплексы, например, фотосинтетический комплекс.
Свойства
Размер белка может измеряться в числе аминокислотных остатков или в дальтонах (молекулярная масса), но из-за относительно большой величины молекулы масса белка выражается в производных единицах — килодальтонах (кДа). Белки дрожжей, в среднем, состоят из 466 аминокислотных остатков и имеют молекулярную массу 53 кДа. Самый большой из известных в настоящее время белков — титин — является компонентом саркомеров мускулов; молекулярная масса его различных вариантов (изоформ) варьирует в интервале от 3000 до 3700 кДа. Титин камбаловидной мышцы (лат. soleus) человека состоит из 38 138 аминокислот[13].
Белки обладают свойством амфотерности, то есть в зависимости от условий проявляют как кислотные, так и осно́вные свойства. В белках присутствуют несколько типов химических группировок, способных к ионизации в водном растворе: карбоксильные остатки боковых цепей кислых аминокислот (аспарагиновая и глутаминовая кислоты) и азотсодержащие группы боковых цепей основных аминокислот (в первую очередь, ε-аминогруппа лизина и амидиновый остаток CNH(NH2) аргинина, в несколько меньшей степени — имидазольный остаток гистидина). Каждый белок характеризуется изоэлектрической точкой (pI) — кислотностью среды (pH), при которой суммарный электрический заряд молекул данного белка равен нулю и, соответственно, они не перемещаются в электрическом поле (например, при электрофорезе). В изоэлектрической точке гидратация и растворимость белка минимальны. Величина pI зависит от соотношения кислых и основных аминокислотных остатков в белке: у белков, содержащих много кислых аминокислотных остатков, изоэлектрические точки лежат в кислой области (такие белки называют кислыми), а у белков, содержащих больше основных остатков, — в щелочной (основные белки). Значение pI данного белка также может меняться в зависимости от ионной силы и типа буферного раствора, в котором он находится, так как нейтральные соли влияют на степень ионизации химических группировок белка. pI белка можно определить, например, из кривой титрования или с помощью изоэлектрофокусирования[14].
Хим.свойства
Белки различаются по степени растворимости в воде. Водорастворимые белки называются альбуминами, к ним относятся белки крови и молока. К нерастворимым, или склеропротеинам, относятся, например, кератин (белок, из которого состоят волосы, шерсть млекопитающих, перья птиц и т. п.) и фиброин, который входит в состав шёлка и паутины[16]. Растворимость белка определяется не только его структурой, но внешними факторами, такими как природа растворителя, ионная сила и pH раствора[14].
Белки также делятся на гидрофильные и гидрофобные (водооталкивающие). К гидрофильным относится большинство белков цитоплазмы, ядра и межклеточного вещества, в том числе нерастворимые кератин и фиброин. К гидрофобным относится большинство белков, входящих в состав биологических мембран, — интегральных мембранных белков, которые взаимодействуют с гидрофобными липидами мембраны[17] (у этих белков, как правило, есть и гидрофильные участки).
Как правило, белки достаточно стабильны в тех условиях (температура, pH и др.), в которых они в норме функционируют в организме[7]. Резкое изменение этих условий приводит к денатурации белка. В зависимости от природы денатурирующего агента выделяют механическую (сильное перемешивание или встряхивание), физическую (нагревание, охлаждение, облучение, обработка ультразвуком) и химическую (кислоты и щёлочи, поверхностно-активные вещества, мочевина) денатурацию[14].
При образовании белка в результате взаимодействия α-карбоксильной группы (-COOH) одной аминокислоты с α-аминогруппой (-NH2) другой аминокислоты образуются пептидные связи. Концы белка называют N- и C-концом, в зависимости от того, какая из групп концевого аминокислотного остатка свободна: -NH2 или -COOH, соответственно. При синтезе белка на рибосоме первым (N-концевым) аминокислотным остатком обычно является остаток метионина, а последующие остатки присоединяются к C-концу предыдущего.
Билет 24
Железо и его свойства
Элемент железо входит в побочную подгруппу VIII группы периодической системы и относится к d-элементам.
Железо известно очень давно. Это самый распространенный в земной коре металл (около 4% по массе) и самый распространенный в природе переходный металл. В природе железо существует только в виде соединений. Чистое железо имеет преимущественно внеземное происхождение.
Железо используются в виде сплавов: чугуна, стали и ковкого железа. Эти сплавы различаются различным содержанием углерода, в чугуне более 1,7%, в стали - от 0,3% до 1,7%, а в ковком железе - менее 0,3%. В состав так называемых легированных сталей входят хром, вольфрам, молибден, никель, ванадий, титан, кобальт и другие металлы, что дает возможность получать стали с разными полезными свойствами.
Чистое железо - блестящий серебристо-белый металл. В ряду активности стоит до водорода и растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, выделяя водород. При действии концентрированной серной и азотной кислот железо пассивируется - покрывается тонкой защитной пленкой оксида, поэтому эти кислоты перевозят в железных цистернах.
В соединениях железо проявляет различные степени окисления, в основном +2 и +3, известны также высшие степени окисления железа +4, +5 и +6. Железо является металлом средней активности. При нагревании выше 200°С в отсутствие паров воды железо покрывается плотной пленкой оксида. Этот процесс называется воронением.
Железо взаимодействует с парами воды при нагревании:
3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
С галогенами железо образует соответствующие соли железа(II и III), а при избытке галогена образуется галогенид железа (III):
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Железо растворяется в разбавленных соляной и серной кислотах с образованием солей железа (II):
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2
Разбавленная азотная кислота растворяет железо с выделением оксидов азота и нитрата железа (III).
Во влажном воздухе и воде железо разрушается - коррозирует, образуя ржавчину. Коррозия - это окислительно-восстановительный процесс, при котором металл окисляется. Наиболее интенсивно он идет при одновременном присутствии воды и кислорода. В сухом воздухе или в воде, не содержащей кислорода, железо не ржавеет. Суммарное уравнение реакции ржавления железа можно записать так:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe (OH)3
.
2. Нефть (из тур. neft, от персидск. нефт[10]) — природная маслянистая горючая жидкость со специфическим запахом, состоящая в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений. Относится к каустобиолитам[11] (ископаемое топливо[12]). Подавляющая часть месторождений нефти приурочена к осадочным породам[4][13]. Цвет нефти варьирует в буро-коричневых тонах (от грязно-жёлтого до тёмно-коричневого, почти чёрного), иногда она бывает чисто чёрного цвета, изредка встречается нефть окрашенная в светлый жёлто-зелёный цвет и даже бесцветная, а также насыщенно-зелёная нефть. Имеет специфический запах, также варьирующий от легкого приятного до тяжелого и очень неприятного.[источник?]
На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.
По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. Эти ископаемые объединяют под общим названием петролитов. Петролиты относят к ещё более обширной группе так называемых каустобиолитов — горючих минералов биогенного происхождения, которые включают также другие ископаемые топлива (торф, бурые и каменный уголь, антрацит, сланцы).
Нефть обнаруживается вместе с газообразными углеводородами на глубинах от десятков метров до 5—6 км. Однако на глубинах свыше 4,5—5 км преобладают газовые и газоконденсатные залежи с незначительным количеством лёгких фракций.
Заключающие нефть породы обладают сравнительно высокой пористостью и достаточной для её извлечения проницаемостью. Породы, допускающие свободное перемещение и накопление в них жидкостей и газов, называются коллекторами. Пористость коллекторов зависит от степени отсортированности зёрен, их формы и укладки, а также и от наличия цемента. Проницаемость определяется размером пор и их сообщаемостью. Главнейшими коллекторами нефти являются пески, песчаники, конгломераты, доломиты, известняки и другие хорошо проницаемые горные породы, заключённые среди таких слабопроницаемых пород, как глины или гипсы. При благоприятных условиях коллекторами могут быть трещиноватые метаморфические и изверженные породы, находящиеся в соседстве с осадочными нефтеносными породами.
Различного типа залежи нефти в гидравлически незамкнутых (1—3) и замкнутых (4—6) ловушках: 1 — пластовые сводовые нефтяные и газонефтяные залежи; 2 — массивная сводовая газонефтяная залежь; 3 — нефтяная залежь в выступе палеорельефа, первичного (напр., рифа) или вторичного (эрозионного); 4 — нефтяная залежь, экранированная стратиграфическим несогласием; 5 — нефтяная залежь в ловушке первичного (фациального, литологического) выклинивания коллектора; 6 — тектонически экранированная залежь нефти; а — нефть; б — газ; в — вода.
Физические свойства[править]
Нефть — жидкость от светло-коричневого (почти бесцветная) до тёмно-бурого (почти чёрного) цвета (хотя бывают образцы даже изумрудно-зелёной нефти). Средняя молекулярная масса 220—400 г/моль (редко 450—470). Плотность 0,65—1,05 (обычно 0,82—0,95) г/см³; нефть, плотность которой ниже 0,83, называется лёгкой, 0,831—0,860 — средней, выше 0,860 — тяжёлой.
Плотность нефти, как и других углеводородов, сильно зависит от температуры и давления[21]. Она содержит большое число разных органических веществ и поэтому характеризуется не температурой кипения, а температурой начала кипения жидких углеводородов (обычно >28 °C, реже ≥100 °C в случае тяжёлых не́фтей) и фракционным составом — выходом отдельных фракций, перегоняющихся сначала при атмосферном давлении, а затем под вакуумом в определённых температурных пределах, как правило до 450—500 °C (выкипает ~ 80 % объёма пробы), реже 560—580 °C (90—95 %). Температура кристаллизации от −60 до + 30 °C; зависит преимущественно от содержания в нефти парафина (чем его больше, тем температура кристаллизации выше) и лёгких фракций (чем их больше, тем эта температура ниже). Вязкость изменяется в широких пределах (от 1,98 до 265,90 мм²/с для различных не́фтей, добываемых в России), определяется фракционным составом нефти и её температурой (чем она выше и больше количество лёгких фракций, тем ниже вязкость), а также содержанием смолисто-асфальтеновых веществ (чем их больше, тем вязкость выше). Удельная теплоёмкость 1,7—2,1 кДж/(кг∙К); удельная теплота сгорания (низшая) 43,7—46,2 МДж/кг; диэлектрическая проницаемость 2,0—2,5; электрическая провОдимость2∙10−10 до 0,3∙10−18 Ом−1∙см−1.
Нефть — легковоспламеняющаяся жидкость; температура вспышки от -35[4] до +121 °C (зависит от фракционного состава и содержания в ней растворённых газов). Нефть растворима в органических растворителях, в обычных условиях не растворима в воде, но может образовывать с ней стойкие эмульсии. В технологии для отделения от нефти воды и растворённой в ней соли проводят обезвоживание и обессоливание.
Химический состав
Нефть представляет собой смесь около 1000 индивидуальных веществ, из которых большая часть — жидкие углеводороды (> 500 веществ или обычно 80—90 % по массе) и гетероатомные органические соединения (4—5 %), преимущественно сернистые (около 250 веществ), азотистые (> 30 веществ) и кислородные (около 85 веществ), а также металлоорганические соединения (в основном ванадиевые и никелевые); остальные компоненты — растворённые углеводородные газы (C1-C4, от десятых долей до 4 %), вода (от следов до 10 %), минеральные соли (главным образом хлориды, 0,1—4000 мг/л и более), растворы солей органических кислот и др., механические примеси.[источник не указан 76 дней