Ответы на Экзаменационные вопросы - 2005 год. 1. 1 Квантовомеханическая модель атома. Характеристики энергетического состояния электрона системой квантовых чисел. Основное и возбужденное состояние атома

• Название: 1. 1 Квантовомеханическая модель атома. Характеристики энергетического состояния электрона системой квантовых чисел. Основное и возбужденное состояние атома
• Анкор: Ответы на Экзаменационные вопросы - 2005 год.doc
• Дата: 28.01.2017
• Размер: 0.82 Mb.
• Имя файла: Ответы на Экзаменационные вопросы - 2005 год.doc
• Тип: Документы; #186
• Категория: Химия
• страница: 4 из 7

К блоку d-элементов относятся 32 элемента периодической системы. У d-элементов – непропорционально медленное возрастание атомного радиуса с возрастанием числа электронов. В результате наблюдается незначительное изменение атомных и химических свойств d-элементов с увеличением атомного номера. Есть переменная валентность и разнообразие степеней окисления. Это связано с незавершённостью предвнешнего d-электронного слоя. С увеличением атомного номера в группах металлические свойства закономерно уменьшаются. В промежуточной степени окисления проявляют амфотерные свойства.

Изменение окислительно-восстановительных свойств: В периоде с увеличением заряда ядра наблюдается уменьшение устойчивости соединений элементов в высших степенях окисления. Параллельно возрастают окислительно-восстановительные потенциалы этих соединений.

Комплексные соединения – усложненные группировки атомов, состоящие из типичных групп атомов, которые в определенной степени сохраняют свою индивидуальность, но и взаимодействуют между собой.

Однородные комплексы – соединения, где все лиганды являются частицами одного вида.

Неоднородные комплексы – присутствуют лиганды разных типов.

Наиболее прочные комплексы образуют d - элементы. Для жизнедеят-ти человека важны комплексные соединения Mn,Co,Cu,Zn. Амфотерные p – элементы Al,Pb,Sn также образуют комплексы.

Образование комплексов: d-элементы – металлы комплексообразователи. Лигандами при этом выступают биологически активные вещества как правило, органического характера. или анионы неорганических кислот. Известны многочисленные ди-, три-, тетра-ядерные координационные соединения d-элементов. Белковые молеулы образуют с d-элементами бионеорганические комплексы – кластеры и биокластеры.

Гидроксокомплексы – в качестве лигандов включают гидроксид- ионы: Na[Zn(OH)₄] и др.

Аминокомплексы – лиганд – молекулы аммиака: [Cu(NH₃)₄]SO₄ и др.

Оксалаты – соли щавелевой кислоты, трудно растворимы в воде.

№ 6.4 Химия элементов р-блока. Электронные структуры атомов и ионов. Закономерности в проявлении устойчивых степеней окис­ления. Особенности реакций комплексообразования. Протолитические свойства соединений р-блока. Неорганические соединения углерода: цианиды, тиоцианаты, оксид углерода (II). Азот: азид-ион; оксонитрид азота (V), азотистая кислота и нитриты. Фосфор: поли­фосфаты. Кислород: свойства озона; синглетный кислород. Протолитические и редокс-амфотерные свойства пероксида водорода. Сера: тиосульфат натрия. Хлор: кислородсодержащие соединения хлора. Хлорид-гипохлорит кальция.
р-блок – 30 элементов IIIА – VIIIА-групп периодической системы. Большинство известных на Земле соединений – соединения именно этих элементов). У элементов IIIА – группы появляется первый электрон на p-орбитали. В других группах происходит последовательное заполнение p-подуровня до 6 электронов. В группах радиусы атомов и однотипных ионов увеличиваются. Энергия ионизации при переходе от 2p элементов к 6p-элементам уменьшается. т.к. по мере возрастания числа электронных оболочек усиливается экранирование заряда ядер электронами, предшествующими внешним электронам. С увеличением порядкового номера неметаллические свойства ослабевают. Вдоль периода у этих элементов падает способность к образованию положительно заряженных ионов с зарядом, отвечающим номеру группы. Группах наблюдается склонность элементов образовывать комплексные соединения и повышаются координационные числа, однако уменьшается устойчивость максимальной положительной степени окисления и возрастает устойчивость низших степеней окисления.

Углерод – мароэлемент №1. Из него состоят все ткани организма. Цианиды (цианистые соли) – соли синильной кислоты HCN. Цианиды калия и натрия применяют при добыче золота и серебра из руд (цианирование), в гальванотехнике. Чрезвычайно ядовиты. Тиоцианаты (роданиды) – соли и эфиры тиоциановой кислоты HSCN. Название по ярко-красной окраске тиоцианата железа Fe(SCN)₃. Тиоцианаты аммония, калия и натрия применяют в аналитической химии как компоненты проявителей в фотографии. Тиоцианаты-эфиры – пестициды, стабилизаторы смазок и др. Оксид углерода (II) (угарный газ) – несолеобразующий оксид. Бесцветный газ, без запаха, легче воздуха. Термически устойчив, мало растворим в воде и не реагирует с ней. Химически пассивен в обычных условиях, не реагирует с кислотами и щелочами. Сильный восстановитель при высокой температуре и при наличии катализаторов. Вступает в реакции присоединения с O, Cl, NaOH. С переходными металлами образует комплексные соединения без внешней сферы (карбонилы). Количественно реагирует с I₂O_5. Чрезвычайно ядовит. Блокирует перенос кислорода эритроцитами, вызывает сильное отравление и остановку дыхания.

Азот – высокая электроотрицательность, типичный неметалл, основной компонент воздуха. Азотистая кислота – оксокислота. в свободном виде не получена, существует в водном растворе. Слабая кислота электролитическая диссоциация протекает только у несимметричной формы. Нейтрализуется щёлочами, гидратом аммиака. Проявляет окислительно-восстановительные свойства. Применяется только в виде солей.

Фосфор – полифосфаты – соединения с полифосфорными кислотами (несколько остатков фосфорной кислоты соединены между собой)

Кислород – самый распространённый в земной коре элемент (49,4%). Озон – аллотропная модификация кислорода. Озон отличается от кислорода более высокими температурами плавления и кипения, обладает резким запахом. Образование из кислорода сопровождается поглощением энергии ΔH₀ = +285кДж. Озон поучают при действии электрического разряда в кислороде или под действием УФ. Озон – сильнейший окислитель Синглетный кислород - образуется как сопутствующий продукт, он образуется в организме при многих ферментативных реакциях, например реакции разложения перекиси водорода каталазой.

Сера – схожа по свойствам с кислородом, но проявляет в соединениях степени окисления -2, +2, +4, +6. Тиосульфат натрия: получают при нагревании раствора Na₂SO₃ с порошком серы. Его применяют для лечения чесотки. После втирания его в кожу затем её обрабатывают 6% раствором HCl с итоге тиосульфат распадается на серу и диоксид серы

Хлор – высокая электроотрицательность, неметалл. Входит в состав многих веществ – оксидов, кислот, солей, бинарных соединений. Гипохлорит кальция – соль хлорноватистой кислоты – HClO. Белый, при нагревании разлагается без плавления. Хорошо растворим в воде. Редакционноспособный, полностью разлагается горячей водой, кислотами. Сильный окислитель. Хлорид кальция – белый, негидроскопичный. Плавится и кипит без разложения. Умеренно растворим в воде, гидролиза нет. Вступает в реакции ионного обмена. Применяется как калийное удобрение.

№ 7.1 Протолитические равновесия и процессы. Конкуренция за протон: изолированное и совмещенное протолитические равнове­сия. Константа кислотности и основности. Амфолиты. Изоэлектрическая точка. Буферное действие - основной механизм протолитического гомеостаза организма. Механизм действия буферных систем, их ко­личественные характеристики. Расчет рН протолитических систем. Буферные системы крови: гидрокарбонатная, фосфатная, гемоглобиновая, протеиновая. Понятие о кислотно-основном состоянии организма. Роль реакции гидролиза в биохимических процессах. Применение реакции нейтрализации в фармакотерапии: лекарст­венные средства с кислотными и основными свойствами (гидрокар­бонат натрия, оксид и пероксид магния, трисамин и др.).
Равновесия, устанавливающиеся в растворах между кислотами и сопряженными основаниями, называют протолитическими. Понятия «кислота» и «основание» являются относительными, так как одни и те же объек­ты могут проявлять как кислотные, так и основные свойства в зави­симости от партнера по равновесию.

Конкуренция за обладание протоном делает кислотно-оснoвную реакцию обратимой и приводит ее к состоянию протолитического равновесия с определенным значением константы равновесия K_с при T = Const.

Частицы, способные к взаимодействию как с кислотами, так и соснованиями, называются амфолитами.. Типичным примером амфолитов являются аминокислоты.

Сила кислот определяется их способностью отдавать протон, а оснований — принимать его. Мерой этой способности служат соот­ветственно константа кислотности К_a и константа основности К_b.



Изоэлектрическая точка - точка нулевого заряда, состояние поверхности тела (или частицы дисперсной фазы) в контакте с раствором электролита, характеризующееся равным числом положительных и отрицательных зарядов в адсорбционном слое.

Буферная система — это равновесная система, способная поддерживать примерно на постоянном уровне какой-либо параметр при определенных внешних воздействиях. Протолитические буферные системы поддерживают постоянство рН при добавлении небольших количеств кислот и оснований.

Раствор, содержащий одну или несколько буферных систем, на­зывается буферным раствором.

Буферные растворы имеют две главные количественные характе­ристики — рН и буферную емкость β. При выборе буферного раство­ра для проведения анализа или эксперимента руководствуются необ­ходимой величиной рН среды и способностью ее сохранять это значение при внесении кислот или оснований. Если раствор содер­жит только одну буферную систему, то для расчета рН и β следует использовать отношение а и сумму с концентраций компонентов бу­ферной системы НВ/В (знаки зарядов частиц НВ и В для разных ти­пов систем разные):

Тогда рН раствора, содержащего буферную систему, определяет­ся уравнением

или

Буферное действие раствора измеряется буферной емкостью, т.е. тем количеством щелочи или кислоты, которое требуется прибавить к 1 л раствора, чтобы значение его рН изменилось на единицу.

Буферная емкость измеряется количеством кислоты или щелочи (моль или ммоль эквивалентов), добавление которого к 1 л буферного раствора изменяет рН на единицу.

Способность раствора поддерживать определенное значение рН называется буферным действием.

Буферным действием обладают:

1. Система слабая кислота – ее соль с сильным основанием, а также сочетание кислой и средней солей слабых кислот или двух кислых солей.

2. Система слабое основание – его соль с сильной кислотой:

3. Ионы и молекулы амфолитов – аминокислотные и белковые системы.

Буферные системы крови обеспечивают поддержание относительного постоянства активной реакции крови, т. е. осуществляют регуляцию кислотно-щелочного состояния. В крови имеется 4 буферных системы: 1)бикарбонатная— угольная кислота-двууглекислый натрий (Н2СО3 — НаНСО3), 2)фосфатная — одноосновный-двуосновный фосфорнокислый натрий (НаН2РО4— На2НРО4); 3) гемоглобиновая— восстановленный гемоглобин-калийная соль гемоглобина (ННв-КНвО2); 4) буферная система белков плазмы. В поддержании буферных свойств крови ведущая роль принадлежит гемоглобину и его солям (около 75%), в меньшей степени бикарбонатному, фосфатному буферам и белкам плазмы. Белки плазмы играют роль буферной системы, благодаря своим амфотерным свойствам.

Гидролиз (греч. hydor вода + lysis разложение) – разложение веществ, проходящее с обязательным участием воды и протекающее по схеме:

AB + H-OH → AH + BOH

Без этого процесса не было бы возможным усвоение пищевых продуктов, так как высасываться в кишечнике способны только относительно небольшие молекулы. Так, например, усвоение полисахаридов и дисахаридов становится возможным лишь после полного их гидролиза ферментами до моносахаридов. Точно так же белки и липиды гидролизуются до веществ, которые лишь потом могут усваиваться

Реакциями нейтрализации - реакции получения солей смешиванием кислоты и основания. Вот примеры реакций нейтрализации:

NaOH + HCl = NaCl + H₂O (для получения хлорида натрия);

2NaOH + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2H₂O (для получения сульфата натрия);

Ca(OH)₂ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + 2H₂O (для получения нитрата кальция);

В фармации применяют для количественного анализа неорганических кислот — соляной, серной, борной и органических кислот — уксусной, бензойной, винной, лимонной, салициловой. В биофармацевтических исследованиях методом нейтрализации определяют рКа кислот и рКbоснований, так как по значению этих величин можно прогнозировать способность лекарственных препаратов проходить через биологические мем­браны.

№ 7.2 Гетерогенные равновесия и процессы. Конкуренция за кати­он или анион: изолированное и совмещенное гетерогенные равнове­сия в растворах электролитов. Константа растворимости. Условия образования и растворения осадков. Реакции, лежащие в основе об­разования неорганического вещества костной ткани гидроксидфосфата кальция. Механизм функционирования кальциевого буфера. Явление изоморфизма: замещение в гидроксидфосфате кальция гидроксид-ионов на ионы фтора, ионов кальция на ионы стронция. Остеотропность металлов. Реакции, лежащие в основе образования конкрементов: уратов, оксалатов, карбонатов. Применение хлорида кальция и сульфата магния в качестве антидотов.
Гетерогенными называются системы, которые состоят из гомогенных частей, на границе которых свойства характеризуются разрывами непрерывности. Гетерогенная система состоит из нескольких фаз .

Под фазой понимается совокупность гомогенных ограниченных поверхностями раздела частей системы, термодинамические свойства которых одинаково зависят от параметров состояния.

Конкуренцию за общий катион выигрывает тот анион, который с этим катионом образует менее растворимое соединение. Аналогично протекают конкурирующие процессы за общий анион.

Пример конкуренции за общий катион. Если в растворе присут­ствуют в равных концентрациях сульфат- и карбонат-ионы, то при введении в него ионов кальция в осадок переходит в первую очередь карбонат кальция, так как K₂(CaCO₃) < K₂(CaSO₄).

Пример конкуренции за общий анион. При введении фос­фат-ионов в раствор, содержащий в равных концентрациях ионы стронция и кальция, в первую очередь образуется твердая фаза, со­стоящая из фосфата стронция, так как это соединение имеет мень­шую константу растворимости.

Ks - константа равновесия взаимодействия малорастворимого вещества ионного типа с водой, при котором часть ионов переходит в жидкую фазу. Константа растворимости – константа равновесия процесса, описанного выше. Ks=Mx*Ay, где Mx - металл с коэффициентом х, Ay - анион с коэф. y.

Условием образования в системе осадка является неравенство Пс > Кs , т.е. осадок выпадает в том случае, если произведение кон­центраций ионов, образующих электролит, в степенях, равных стехиометрическим коэффициентам, будет больше константы раствори­мости. При Пс < Ks осадок в системе не образуется, если же подобное выражение описывает состояние надосадочной жидкости, то прои­зойдет частичное растворение осадка. При Пс = Ksв системе имеется равновесие (раствор насыщенный). Если в равновесную систему, со­держащую в растворе ионы М^y+, А^у- и твердую фазу МxAy ввести электролит, имеющий в составе либо М^у+, либо А^у-, то это в соответ­ствии с принципом Ле Шателье приведет к образованию дополните­льного количества осадка. Следовательно, присутствие одноименно­го иона понижает растворимость малорастворимого электролита. Например, если к насыщенному раствору BaSO₄ добавить K₂SO₄, то раствор становится пересыщенным (со временем некоторое количе­ство сульфата бария перейдет в состав твердой фазы).

Кальциевые буферы.

Большая часть ионов Са²⁺, входящих в клетку, практически немедленно связывается цитоплазматическими местами связывания кальция. Показано, что только менее 1% ионов кальция, которые проникают в цитозоль, остается в несвязанном состоянии (11). Цитозольные кальциевые буферы представлены главным образом Са²⁺-связывающими белками, такими как парвальбумин, кальмодулин, тропонин-С, кальретинин, кальциунеурин, белок S-100 (25). Кроме того, цитозольная буферная емкость может быть опосредована АТФ, которая способна связывать значительное количество Са²⁺(64). 20-50% цитозольных кальциевых буферов могут быть удалены из цитоплазмы при перфузировании клетки, что показывает их мобильность, в то время как оставшаяся часть Са²⁺-связывающей емкости относится к фиксированным буферам. Мобильные кальциевые буферы могут играть важную функциональную роль, способствуя диффузии ионов Са²⁺в цитоплазме и распространению Са²⁺сигнала по клетке. Внутриклеточное введение эндогенных Са²⁺буферов (кальбиндина D_28kи парвальбумина) через микропипетку приводило к увеличению скорости нарастания [Ca²⁺]_iна несколько порядков и существенно влияло на кинетику изменения [Ca²⁺]_i, что подтверждает роль мобильных Са²⁺буферов с низким молекулярным весом в эффективном регулировании внутриклеточной концентрации кальция.