1. Кислотноосновные свойства органических соединений, образование солей. Факторы, влияющие на кислотность и основность

• Название: 1. Кислотноосновные свойства органических соединений, образование солей. Факторы, влияющие на кислотность и основность
• Дата: 21.05.2019
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: otvety_khimia.docx
• Тип: Документы; #78057
• страница: 4 из 5

Изменения в группе величины радиусов атомов и ионов, потенциал ионизации

В группе восстановительные свойства s-элементов увеличивается сверху вниз, так как увеличивается атомный радиус и уменьшается в том же направлении энергия ионизации. Степень поляризации иона связана с его зарядом и радиусом. Чем больше заряд иона и меньше его радиус, тем больший поляризующий эффект оказывает ион и тем меньше он сам способен к поляризации. Под поляризацией понимают смещение электронных оболочек относительно ядра, что приводит к образованию новых диполей. По активности эти элементы уступают только щелочным металлам. Изменение радиуса иона оказывает большое влияние на его основные свойства. Гидроксиды катионов s-элементов обладают выраженными основными свойствами, что объясняется непрочностью ионной связи Э-ОН. Растворимость гидроксидов s-элементов связана также с изменением радиуса иона. С увеличением поляризующей способности иона увеличивается прочность связи катиона с гидроксид-ионом и уменьшается растворимость основания.

Реакции комплексообразования соединений IIA группы

Be + 2NaOH +2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂↑ - тетрагидроксобериллат натрия.

BeF₂ + 2KF = K₂[BeF₄] - тетрафторбериллат калия.

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

Be₂+ + 2CO₃^2- > [Be(CO₃)₂]^2-

41. Характеристика отдельных элементов s-блока (водород, натрий, калий, бериллий, магний, кальций, барий) по плану.
42. Химия элементов d-блока. Электронные структуры атомов и катионов. Изменение в группах величины радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации. Окислительно-восстановительные свойства. Устойчивые в условиях организма степени окисления. Образование комплексных соединений с органическими лигандами: гидроксиды, гидроксокомплексы, амминокомплексы. Образование нерастворимых соединений: гидроксиды, фосфаты, карбонаты, оксалаты.

Характеристика отдельных элементов d-блока (медь, цинк, марганец, хром, железо) по плану.

К d-блоку относятся 32 элемента периодической системы. Они расположены в побочных подгруппах периодической системы в 4-7 больших периодах между s- и p-элементами. Характерной особенностью элементов d-блока является то, что в их атомах последними заполняются орбитали не внешнего слоя (как у s- и p-элементов), а предвнешнего [(n - 1)d] слоя. В связи с этим, у d-элементов валентными являются энергетически близкие девять орбиталей – одна ns-орбиталь, три nр-орбитали внешнего и пять (n - 1)d-орбиталей предвнешнего энергетического уровней.

Общая характеристика d-элементов

В периодах с увеличением заряда ядра радиус атома возрастает медленно, непропорционально числу электронов, заполняющих оболочку атома.

Причины – лантаноидное сжатие и проникновение ns электронов под d-электронный слой (в соответствии с принципом наименьшей энергии). Происходит экранирование заряда ядра внешними валентными электронами: у элементов 4-го периода внешние электроны проникают под экран электронов 3d-подуровня, а у элементов 6-го периода – под экран 4f и 5d электронов (двойное экранирование).

В периодах - уменьшение энергии ионизации, энергии сродства к электрону. Поскольку изменения энергии ионизации и энергии сродства к электрону незначительны, химические свойства элементов и их соединений изменяются мало.

В группах с увеличением заряда ядра атома возрастают энергия ионизации, относительная электроотрицательность элементов (ОЭО), нарастают неметаллические и кислотные свойства, уменьшаются металлические свойства элементов.

Кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства и закономерности их изменения

Элементы d-блока находящиеся в III, IV, V, VI, VII B группах имеют незавершенный d-электронный слой (предвнешний эн. уровень). Такие электронные оболочки неустойчивы. Этим объясняется переменная валентность и возможность проявлять различные степени окисления d-элементов. Степени окисления элементов d-блока в соединениях всегда только положительные. Соединения с высшей степенью окисления проявляют кислотные и окислительные свойства (в растворах представлены кислородсодержащими анионами). Соединения с низшей степенью окисления – основные и восстановительные свойства (в растворах представлены катионами). Соединения с промежуточной степенью окисления – проявляют амфотерные свойства. В периоде с возрастанием заряда ядра атома уменьшается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, возрастают их окислительные свойства. В группах увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления, уменьшаются окислительные и возрастают восстановительные свойства элементов.

Окислительно-восстановительные свойства d-элементов в организме человека

Вследствие разнообразия степеней окисления для химии 3d-элементов характерны окислительно-восстановительные реакции.

В свою очередь, способность 3d-элементов изменять степень окисления, выступая в роли окислителей или восстановителей, лежит в основе большого количества биологически важных реакций.

В ходе эволюции природа отбирала элементы в такой степени окисления, чтобы они не были ни сильными окислителями, ни сильными восстановителями.

Нахождение в организме человека d-элементов в высшей степени окисления возможно только в том случае, если эти элементы проявляют слабые окислительно-восстановительные свойства.

Например, Мо⁺⁶ в комплексных соединениях в организме в организме имеет степень окисления +5 и +6.

Катионы Fe⁺³ и Cu⁺² в биологических средах не проявляют восстановительных свойств.

Существование соединений в низших степенях окисления оправдано для организма. Ионы Mn⁺², Co⁺², Fe⁺³ при рН физиологических жидкостей не являются сильными восстановителями. Окружающие их лиганды стабилизируют ионы именно в этих степенях окисления.

Комплексообразующая способность d-элементов

Возможность создания химических связей с участием d-электронов и свободных d-орбиталей обуславливает ярко выраженную способность d-элементов к образованию устойчивых комплексных соединений.

При низких степенях окисления для d-элементов более характерны катионные, а при высоких – анионные октаэдрические комплексы.

КЧ d-элементов непостоянны, это четные числа от 4 до 8, реже 10,12.

Используя незаполненные d-орбитали и неподеленные пары d-электронов на предвнешнем электронном слое, d-элементы способны выступать как донорами электронов – дативная связь, так и акцепторами электронов.

Cu

1. I гр., гл.подгруппа, 4 период. № 29. [Ar]3d¹⁰4s¹

2. Цвет меди красный, в изломе розовый, при просвечивании в тонких слоях зеленовато-голубой. Химическая активность меди невелика. Компактный металл при температурах ниже 185 °С с сухим воздухом и кислородом не взаимодействует. В присутствии влаги и СО₂ на поверхности меди образуется зеленая пленка основного карбоната. При нагревании Меди на воздухе идет поверхностное окисление; ниже 375 °С образуется СuО, а в интервале 375-1100 °С при неполном окислении медь - двухслойная окалина, в поверхностном слое которой находится СuО, а во внутреннем - Сu₂О. Влажный хлор взаимодействует с медью уже при обычной температуре, образуя хлорид СuCl₂, хорошо растворимый в воде. медь легко соединяется и с других галогенами. Особое сродство проявляет медь к сере и селену; так, она горит в парах серы. С водородом, азотом и углеродом медь не реагирует даже при высоких температурах. Растворимость водорода в твердой медь незначительна и при 400 °С составляет 0,06 мг в 100 г меди. Водород и других горючие газы (СО, СН₄), действуя при высокой температуре на слитки Меди, содержащие Сu₂О, восстановляют ее до металла с образованием СО₂ и водяного пара. Эти продукты, будучи нерастворимыми в меди, выделяются из нее, вызывая появление трещин, что резко ухудшает механические свойства меди. Медь образует ряд одновалентных соединений, однако для нее более характерно 2-валентное состояние. Соли одновалентной медь в воде практически нерастворимы и легко окисляются до соединений 2-валентной меди; соли 2-валентной меди, напротив, хорошо растворимы в воде и в разбавленных растворах полностью диссоциированы. Гидратированные ионы Cu²⁺ окрашены в голубой цвет. Известны также соединения, в которых медь 3-валентна. Так, действием пероксида натрия на раствор куприта натрия Na₂CuO₂ получен оксид Сu₂О₃ - красный порошок, начинающий отдавать кислород уже при 100 °С. Сu₂О₃ - сильный окислитель (например, выделяет хлор из соляной кислоты).

3. Медь в двух- и одновалентном состоянии образует многочисленные весьма устойчивые комплексные соединения. Примеры комплексных соединений одновалентной меди: (NH₄)₂CuBr₃; K₃Cu(CN)₄- комплексы типа двойных солей; [Cu{SC(NH₂)}₂]Cl и другие. Примеры комплексных соединений 2-валентной меди: CsCuCl₃, K₂CuCl₄ - тип двойных солей. Важное промышленное значение имеют аммиачные комплексные соединения меди: [Сu (NH₃)₄] SO₄, [Сu (NH₃)₂] SO₄.

4. Медь является жизненно необходимым микроэлементом. В организме она необратимо связана с некоторыми белками. У человека имеется около десятка белков, в состав которых медь входит в качестве простетического элемента. В норме в организме имеется достаточное количество меди, необходимое для того, чтобы она могла включаться в специфические апоферменты, обеспечивающие синтез медьсодержащих белков. Синтез специфических медьсодержащих белков и их количественный состав регулируются генетическими механизмами.

К симптомам недостаточности меди относят: анемии, снижение иммунитета, низкое содержание лейкоцитов. Нарушение формирования коллагена, деминарилизация костей, выпадение волос, пигментация кожи.

Природные источники: Шоколад, печенка, орехи, грибы, моллюски, лосось, шпинат.

В медицине сульфат Меди применяют как антисептическое и вяжущее средство в виде глазных капель при конъюнктивитах и глазных карандашей для лечения трахомы. Раствор сульфата Медь используют также при ожогах кожи фосфором. Иногда сульфат Меди применяют как рвотное средство. Нитрат Меди употребляют в виде глазной мази при трахоме и конъюнктивитах.

Zn

1. II гр., побоч.подгр., 4 период. № 30. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

2. Синевато-белый металл средней твердости. В холодном состоянии хрупок, а при 100-150 °С весьма пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной около сотых долей миллиметра. При 250°С вновь становится хрупким. Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует Zn как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °С цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО₂, происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl₂. Нагретая смесь порошка цинка с серой дает ZnS.

Сульфид Цинк выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей Zn. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок Zn(OH)₂.

3. Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например [Zn(NH₃)₄]SО₄ и другие.

4. Цинкзависимыми являются такие жизненно важные гормоны, как инсулин, кортикотропин, соматотропин, гонадотропины. Цинк служит составной частью более 80 ферментов в организме человека, он необходим для образования эритроцитов и других форменных элементов крови.

Цинк является важным компонентом ряда металлоферментов, таких как карбоангидраза, щелочная фосфатаза и др. Цинк играет важную роль в метаболизме РНК и ДНК, в функционировании Т-клеточного звена иммунитета, в метаболизме липидов и белков. Цинк способен корригировать адаптационные механизмы при гипоксемических состояниях, увеличивать емкостные и транспортные способности гемоглобина по отношению к кислороду. Наряду с противоокислительным действием цинк уменьшает неспецифическую проницаемость мембран клеток, являясь их протектором, и участвует в предотвращении фиброза. Считают, что цинк обладает антиоксидантными свойствами, а также улучшает действие других антиоксидантов.

Дефицит цинка сказывается на половой функции, а также на функции многих других органов и систем. Многочисленные проявления дефицита цинка в организме часто сходны с теми, которые развиваются при синдроме преждевременного старения. Часто при этом нарушаются клеточный иммунитет и заживление ран, иногда развивается энцефалопатия. Недостаточность цинка у беременных женщин может вызвать анэнцефалию у плода. С цинком в организме тесно взаимосвязан другой важный микроэлемент - селен. Он также регулирует половую функцию. Обычно при недостаточном синтезе половых гормонов в организме имеется дефицит как цинка, так и селена.

Наибольшее количество цинка содержится в субпродуктах, в мясных продуктах, нешлифованном рисе, грибах, устрицах, других морских продуктах, дрожжах, яйцах, горчице, фисташках. Почти в 10 раз его меньше в пшеничных зародышах, ягодах черники, семенах тыквы, овсяных хлопьях. Значительное количество цинка содержат семена подсолнуха. Намного меньше его в свином сале и чесноке. Количество цинка существенно снижается при чрезмерной очистке и переработке продуктов. Так, в коричневом рисе в 6 раз больше цинка, чем в белом рисе после его шлифовки.

Препараты Цинка в виде растворов (сульфат Цинка) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись Цинка) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства.

Mn

1. VII гр., побочная подгруппа, 4 период. № 25. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s²

2. Тяжелый серебристо-белый металл. Химически Марганец достаточно активен, при нагревании энергично взаимодействует с неметаллами - кислородом (образуется смесь оксидов Марганца разной валентности), азотом, серой, углеродом, фосфором и другими. При комнатной температуре Марганец на воздухе не изменяется: очень медленно реагирует с водой. В кислотах (соляной, разбавленной серной) легко растворяется, образуя соли двухвалентного Марганца. При нагревании в вакууме Марганец легко испаряется даже из сплавов.

Марганец образует сплавы со многими химическими элементами; большинство металлов растворяется в отдельных его модификациях и стабилизирует их. Так, Cu, Fe, Co, Ni и другие стабилизируют γ-модификацию. Al, Ag и другие расширяют области β- и σ-Mn в двойных сплавах. Это имеет важное значение для получения сплавов на основе Марганца, поддающихся пластической деформации (ковке, прокатке, штамповке).

В соединениях Марганец обычно проявляет валентность от 2 до 7 (наиболее устойчивы степени окисления +2, +4 и +7). С увеличением степени окисления возрастают окислительные и кислотные свойства соединений Марганца.

Соединения Mn(+2)- восстановители. Оксид MnO - порошок серо-зеленого цвета; обладает основными свойствами. нерастворим в воде и щелочах, хорошо растворим в кислотах. Гидрооксид Mn(OH)₃ - белое вещество, нерастворимое в воде. Соединения Mn(+4) могут выступать и как окислители (а) и как восстановители (б):

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O (а) (по этой редакции в лабораториях получают хлор)

MnO₂ + KClO₃ + 6KOH = 3K₂MnO₄ + KCl + 3H₂O (б) (реакция идет при сплавлении).

Оксид Марганца (II) MnO₂ - черно-бурого цвета, соответствующий гидрооксид Мп(ОН)₄ - темно-бурого цвета. Оба соединения в воде нерастворимы, оба амфотсрны с небольшим преобладанием кислотной функции. Соли типа K₂MnO₄ называются манганитами.

Из соединений Mn(+6) наиболее характерны марганцовистая кислота и ее соли манганаты. Весьма важны соединения Mn(+7) - марганцовая кислота, марганцовый ангидрид и перманганаты.

3.

4. Марганец входит в состав нескольких ферментных систем и необходим для поддержания нормальной структуры костей.

При марганцевой недостаточности у человека развивается похудание, могут появиться транзиторный дерматит, тошнота и рвота, иногда изменяется цвет волос, замедляется их рост. Установлено, что если в пище не хватает марганца, у кормящих женщин ухудшается лактация.

Наибольшее количество марганца содержится в зеленых листовых овощах, продуктах из неочищенного зерна (особенно пшеницы, риса), орехах, чае.

В медицине некоторые соли Марганца (например, KMnO4) применяют как дезинфицирующие средства.

Cr

1. V гр., побочная подгруппа, 4 период. № 24. 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

2. Металл голубовато-стального цвета. Хром - твердый, тяжелый, тугоплавкий металл. Чистый Хром пластичен. В соединениях обычно проявляет степени окисления +2, +3, +6, среди них наиболее устойчивы Сr³⁺; известны отдельные соединения, в которых Хром имеет степени окисления +1, +4, +5. Хром химически малоактивен. При обычных условиях устойчив к кислороду и влаге, но соединяется с фтором, образуя CrF