Шпаргалки по химии

Все темы, понятия

и определения

в

KpaT.. . - ....,'

изл-.,.,.,-

D:1

О

6

:::J

о

()

г----~-----T-----------,

ББК

24.1

1. Предмет и задачи химии

С59

Химия -

естественная наука, изучаю-

щая состав, строенне, свойства и превращения веществ, а также явления, сопро-

вождающие эти превращения. Важнейшая

задача химии

-

получение

I I I I

веществ

целей свойствами. создает

такие

вещества

и

двигаться

ные

на

положительно

ма

-

про­

заряженную

часть

ато­

ядро, масса которого больше массы В

1911

г.

атома, согласно которой ядро находится в

электроны

вращаются

щимся вокруг Солнца.

Согласно теории Резерфорда:

1.

Атомы химических элементов имеют

сложное внутреннее строение.

2.

В центре атома находится положи­

тельно

3.

FeS,

JJ хо-

/{о

I

Железо взаимодействует с углеродом,

заряженное

ядро.

Весь положительный заряд и почти

4.

111823

а.е.м.).

Вокруг ядра по замкнутым орбитам

движутся отрицательно

заряженные

элек­

троны. Их общий заряд равен заряду ядра.

Поэтому атом в целом -

злектронейтра­

лен.

образуя цементит:

Ядро атома состоит из протонов и ней­

+ С --> Fe,C; 3Fe + 2СО --> Fe,C + СО, -

а

ма (масса электрона равна

+ 5СО

рошо растворимый в чугуне.

Жидкий чугун

атома,

вся масса атома сосредоточены в ядре ато­

Сера частично превращается в

3Fe

центре

вокруг ядра подобно планетам, вращаю­

t ~ 1100 'С, при этой темпе­

SiO, + 2С --> Si + 2СО MnO + С --> Mn + СО Са,(РО,), + 5С --> 2Р + 3СаО

тронов (и те и другие имеют общее назва­

ние

это расплавленное же­

-

нуклоны). Количество протонов в

лезо, которое растворило в себе углерод,

ядре атома элемента строго определено: оно

цементит,

равно порядковому номеру элемента в пе­

кремний,

марганец,

серу. Добавляют флюсы

СаСО,

-->

-

фосфор,

риодической системе

известняк:

образуя

реагирует

шлаки,

не поддается

но А

собнра­

в

- Z (где

А

масса элемента;

Количество

- относительная атомная Z - порядковый номер).

Заряд ядра атома определяется количе­

Серый чугун (хрупкий,

ством протонов. Масса ядра определяется

ковке и прокату) использу­

суммой масс протонов и нейтронов.

ют для литья. Белый чугун перерабатыва­ етсн

Z.

злемента может быть различным: оно рав­

с пустой по­

которые,

ясь над чугуном, предохраняют его от дей­

ствия кислорода.

-

нейтронов в ядре атомов одного и того же

СаО+СО,.

Оксид кальция родой,

ISBN 5-94455-465-7

в

Резерфорд предложил планетарную модель

(СО-восстанови­

меси в руде:

(Серия «Средняя школа»).

двигаться

а-частицы, и отталкивались.

+Q

ратуре частичио восстанавливаются при­

-

начинали

сы:

чивается при

с.

Не­

ОНН, проходя через мета.:rIЛ, Н8Талкивались

Восстановление железа из руды закан­

2007. - 80

частицы

протекают следующие химические процес­

3Fe,O, + СО --> 2Fe,O, + СО, + Q (t ~ 450500 "с) Fe,O. + СО --> 3FeO + СО, + Q (t ~ 600 "с) FeO + СО --> Fe + СО, + Q (t ~ 700 'С) FeO + С --> Fe + СО

тера»,

направлении.

дение а-частиц можно объяснить тем, ЧТО

Выплавка чугуна

тель)

Шпаргалки по химии. - СПб.: Издательский дОМ <<JIи-

прежнем

тивоположном направлении. Такое пове­

С + О, --> СО, + Q СО, + С --> 2СО

С59

в

своего пути на различные углы, а отдель­

Получение различных металлов и

При выплавке чугуна в доменной печи

СОКОЛОВ Д. И.

движения

большая часть а-частиц отклонялась от

сплавов,

•

траектории

тицы), пройдя через фольгу, продолжало

матери­

алы. С помощью химии осуществляется:

1.

изучая

а-частиц, бомбардирующих листки золо­ а-частиц (положительно заряженные час­

Химическая

промышленноеть, опираясь на химическую науку,

Строеиие атома по Резерфорду. Э. Ре­ зерфорд,

той фольги, обнаружил, что большинство

и материалов с необходимыми для конк­ ретных

2. Строение атомов химических элементов. Изотопы

Изотопы

сталь.

-

разновидности

атомов он­

ределенного химического элемента, имею­

•

Получение особо чистых металлов ме­

тодами

ISBN 5-94455-465-7

© ©

СОКОЛОВ д. И., 2005 Издательский дОМ «Литера»,

щие одинаковый атомный номер, но раз­ ные количества нуклонов (массовые чис­

металлотермии:

+ 2АI --> 2Сг + Al,o, TiCl, + 2Mg --> Ti + 2MgCl, Сг,О,

2007 L

ла). Они обладают ядрами с одинаковым количеством

~

протонов

и

различным

I

ко·

личеством нейтронов, имеют ОДИН81<овое

I

~-~

3

г-----------T-----~----I

I I I I I I

строение электронных оболочек и эани­

мают одно и ТО же место в Периодичес­

кой системе элементов Меиделеева. Отно­

сительные атомные массы х~мических элементов,

нриводимые

в

этан

системе,

есть средние массовые числа природных

смесей ИЗОТОПОВ. Поэтому они и ОТЛПЧ8­

ЮТСЯ от целочисленных значений.

Рассмотрим в качестве примера два иэо­

топа таллия:

таллий - 203

203

ют!

1 (81 1 P;

таллий ~

1

I . Полученне металлов методом электроI Катод: Na' + е ..... Na I Анод: 2Cl· - 2е ...., Cl, I электролиз 2NaCl ..... 2Na + Cl, I 2. ПРОН3ВОД~ТВО веществ, используемых I в химическои промышлеиноети: • Получение аммиаКа: I N, + 3Н, Р 2NH, Получение серной кислоты: I 4FeS, + 110, ..... 2Fe,Q, + 8S0, (обжиг лиза расплава солей, например:

•

122 0 п) - 29,5 %

I

205

руды)

280, + О, (

2~~TI(81 Jp; 122Ап) - 70,5 % ляется формулой ~

0,295 • 203 + 0,705 • 205­ 204,383

Изотопы водорода имеют специальные СИМВОЛЫ и

названия:

)Н -

протий;

~D -

дейтерий;

~T -

тритий.

Химические свойства изотопов одного элемента одинаковы. Изотопы, имеющие одинаковые

массовые

числа,

но

различ­

ные заряды ядер, наэываются изобарами.

Например,

~~Лr, NК и ~8Ca; 11~Cd и l~gsп.

) 280,

nSO, + H,SO. (конц) ..... (Н,80 •. nSO,) • Получение азотной КИСЛОТЫ:

4NH, + 50, Р 4NO + 6Нр 2NO + О, ..... 2NO,

4NO, + О, + 2Нр ..... 4HNO, • Получение щелочей (электролиз):

Средняя атомная масса таллия опреде­ А".]т]] =

V20 S: 450... 500 "С

* I I I I I I I I I I

2КСl + 2Н,0 -~ 2КОН + Cl, + Н,

г----~-----------------I

I I I I I I I I I I I I

I I I

3.

молекулы благородных гаэов одноатомны, Представление о том, что все вещества состоят из отдельных

возникло

задолго до нашей эры. Древнегреческие ены из меЛЬ'lайших неделимых частиц

­

что

все вещества

образу­

Многие химические элементы образуют не одно,

атомов, а все происходящие в природе из­

Такое явление называется аmIOтропией,

объясняли

соединен нем

или

2.

видоизменением

-

кор­

цией) данного вещества (например, угле­ графит и алмаз, фосфор

-

красный и черный).

состоянии непрерывного дви­

жения и характеризуются определенны­

неодинвковой кристаллнческой структу­

лекул отдельных аллотропных форм. Ал­ элемента различаются физическими свой­ ствами и химической активностью.

Атомная масса. Выраженная в граммах масса атома

размерами.

дорода имеет массу ~ наименьшая

существованию

белый,

рой простых веществ илн различным ко­

ми химическими свойствами, массой и

способная

-

Существование ал­

лотропные видоизменения химического

Атомы, так же как и молекулы, на­

щеСТВ8,

М­

личеством атомов, входящих в состав мо­

Корпускулы, в свою очередь, состоят

Молекула

-

(модифика­

лотропных видоиэменений обусловлено

Все вещества состоят из находящихся

ходятся в

а каждое из этих простых веществ

род

из элементов (атомов).

3.

а несколько простых веществ.

лотропным

пускул (молекул).

частица

ве­

к самостоятельному

и обладающая

химичес­

кими свойствами данного вещества.

Са,(РО.), t 4Н,РО...... 3Са(Н,РО.),

молекул

чеством и расположением образующих их

в непрерывном движении частиц

(простой суперфосфат)

с

атомоа дает сложное вещество (химичес­

1.

2NН, + Н,80 ...... (NH.),SO. (аммонил) • Получение фосфорных удобрений: Са,(РО.), + 2H,SO...... 2СaSO. + Са(Н,РО.),

вид атомов

кое соединение).

полarали,

ного учения (М. В. Ломоносов):

(аммиачная селитра)

-

Химический элемент

одинаковым зарядом ядра. В результате

находится пустое пространство. Древние

Основные положения атомно-молекуляр­

HNO, ..... NH.NO,

сотен тысяч атомов.

мыслители

Наиболее полно эти взгляды были раз­

(калийная селитра)

трех­

-

ется простое вещество. СочетВ1Iие разных

виты в Древней Греции.

+ NaNO, ..... NaCl + KNO,

двухатомны, воды

сочетания одноатомных

В промежутках между атомами

раэъединением атомов.

(натриевая селитра)

-

атомны, а молекулы белков построены Из

жении.

менения

• Получение азотных удобрений:

Na,CO, + 2NO, ..... NaNO, + NaNO, + СО,

простых газов

атомов, находящихся в непрерывном дви­

отличаются друг от друга формой, коли­

--

пользуются

очень мала. Т81С, атом ВО­

1,67 . 10·2<

относительной

Г. Поэтому

атомной

мас­

сой, выраженной в атомных единицах мас­ сы (а.е.м.).

1/12

В качестве

1

а.е.М. принята

часть массы атома иэотопа углерода

Такие физические свойства, как темпе­

12С. Масса атома, выраженная в атомных

ратуры плавления и кипения, механичес­

единицах массы, показывает, во сколько

кая прочность и твердость, эависят от

раз масса данного атома больше

(двойной суперфосфат)

прочности связи между молекулами в дан­

сы атома "С. Так. атомная масса азота в

• Получение комбинированных удобре­

ном веществе. Такие величины, как плот­

14/12

ность, существуют как для молекулы в

да. Молекулярной массой вещества на­

ний:

1/12

мас­

раэа больше атомной массы углеро­

NH, + Н,РО ...... NH.H,PO. (аммофос) • Получение синтеТИ'lеского каучука:

целом, так и

для вещества. Плотность

зывается масса молекулы, выраженная в

молекулы всегда больше, чем плотность

атомных единицах массы. Например, мо­

-(-СН,-СН ~ СН-СН,-),­

твердого вещества, так как в каждом ве­

лекулярная масса углекислого газа (СО,)

(дивиниловый каучук)

ществе при любом агрегатном состоянии

равна

• Получение волокон: химических (аце­

между молекулами всегда есть свободное

татное волокно), синтетических (полиак~

пространство. Электропроводность и теп­

держащее столько

рилонигрил).

лоемкость вешества определяются

(атомов, молекул, ионов, электронов и др.),

Важнейшей задачей химии является охрана

природы:

очистка

сточных

его

44

Моль

а.е.М.

-

зто колнчество вещества, со­ структурных единиц

структурой в целом, а не свойствами от­

сколько их содержится в

вод,

дельных молекул. Изменение этих свойств

углерода "С.

12

г изотопа

атмосферы.

не является изменением состава молекул,

Один моль любого вещества содержит

Именно поэтому разрабатываются такие

которые при плавлении или кипении ве­

одинаковое число структурных элементов

технологические процессы,

щества, как правило, не претерпевают су­

независимо от его химических свойств и

щественных превращениЙ.

агрегатного состояния

контроль ЧИСТОТЫ

почв,

вод,

которые пол­

ностью ИСКЛЮ'lИЛИ бы эагрязнение окру­ жающей среды.

Атом

-

наименьшая частица химичес­

кого элемента,

--~--------~-----------~

4

частиц,

философы считали, что вещества постро­

в народном хоэяйстве:

NН, +

жать различное количество атомов. Так,

химии

3. Производство веществ, используемых

КСl

данного элемента. Молекулы могут содер­

Основные понятия и законы

входящая в состав моле­

кули сохраняющая химические свойства

L

-

6,02· 10"

час­

тиц. Это число называется чИСЛОМ Аво· гадро

(NJ.

Масса одного моля вещества

называетсJi его молярной массой, ова ЧJlс· ~-~

5

г-----------------~----I ленно равна МOJIекулярной массе веще­

ства. Молярную массу выражают в грам­ мах на моль (г/моль):

M(H,SO,)

циенты

в

уравнениях

химических

ПОКRЗЫВают,

Большинство физических явлений (из­

5. Периодическийзакон

Радиоактивность

Д. И. Менделеева

ниях

в каких объемных

реагируют или получаются

Радиоактивностью называется самопро-

отноше­

извольное

гвзооб­

превращение

• Свойства

элементов, а потому и обра­

неустойчивого

зуемых ими простых и сложных тел (ве­

изотопа одного химического элемента в

щесТВ), стоят в периодической зависимо­

Менделеева.

изотоп другого элемента, сопровождающе­

сти от их атомного веса.. Современная

мического состава молекул. В результате

Для любой массы идеального газа спра­

еся испусканием элементарных частиц или

формулировка: свойства химических эле­

химических реакций атомы переходят из

ведливо уравнение Клапейрона

ядер.

ментов (т. е. свойства и форма образуе­

одних молекул в другие. Образуются мо­

леева:

менение агрегатного состояния, диффузия

и др.) не сопровождается изменением хи­

разные

вещества.

Уравиение Клапейрона

мимо органических соединений молеку­ где р

ганические вещества. .к иим. относятся

R -

соединения,

температура газа; т

в

состав

которых

входят

-

Менде­

pV= (m/M)RT,

лярную структуру имеют некоторые неор­

лишь неметаллы, а именно: водородные и

-

Радноактивность,

лекулы новых хнмических веществ. По­

-

давление газа;

газовая

V постоянная; Т -

-

объем газа;

мых ими соединений) находятся в перио­

ным изотопом элемента, называется есте­

дической зависимости от заряда ядра ато­

ственной радноактивностью,

мов химических элементов.

ным

абсолютная

масса газа; М

проявленная природ­

Радиоактивное

­

молярная масса газа.

искусствен­

искусственной радиоактивностью.

-

излучение

Периодические изменения свойств хи­

неоднородно:

мических элементов обусловлены повто­

под действием магнитного поля оно раз­

рением электронной конфигурации внеш­

деляется на три пучка лучей

него энергетического уровня (валентных

-

а, ~, у.

со­

Лучи, не отклоняющиеся в магнитном

единения неметалЛQБ с азотом, кислород­

поле и, соответственно, не несущие элект­

ряда

содержащие Кислоты. Но не все окружа­

рического заряда, называют у-лучами. Они

периодического закона является Перио­

ющие нас

обладают большой проникающей способ­

дическая таблица Менделеева. Она содер­

ностью (подобны рентгеновским ЛУЧIU\I).

жит семь периодов и восемь групп. Пери­

кислородные соедииения

вещества

неметаллов,

состоят из

молекул.

Большинство неорганических соединений, ную кристаллическую решетку, например

питном

хлорид

стоят

натрия.

поле

из

говорит

о

том,

электрически

ЧТО

они

заряженных

од

со­

ядра.

Графическнм изображением

горизонтальные ряды элемеитов с

-

одинаковым

час­

главного

максимальным

квантового

значением

числа

валентных

Закон сохранения массы веществ (М. Ло­

тиц. Противоположное отклонение пуч­

злектронов.

моносов, А. Лавуазье). Масса веществ, всту­

ков лучей свидетельствует о том, что в

количество энергетических уровней в ато­

ПИВШИХ в реакцию, равна массе веществ,

состав одного из них входят отрицатель­

ме элемента. В зависимости от количе­

образовавшихся в результате реакции.

но заряженные частицы, а в состав друго­

ства электронов на внешнем энергетичес·

При химических реакциях общее количе­

го

ство атомов не изменяется, лишь

их

перегруппировка.

Закон сохранения энергии. Энергия не возникает из ничего и

-

положительно заряженные.

Лучи,

а происходит

не исчезает бес­

они

величина

электрона.

одинаковых

количество

занимает

2)

газов

при

одинаковых

одинаковые

объемы;

1 моль любого

К и давлении

(шестой) элементов.

щелочным металлом (s-элементом),

элемента

свойства

рассматривают­

ся как способность атомов элементов от­

заряду

давать

в течение кото­

электроны,

анеметаллические

­

Заполнение

внешнего s-подуровня указывает на метал­

количество радио­ уменьшается

а за­

канчиваются благородиым газом (пв' пр·).

при соединять электроны.

первоначальное

лические свойства атома,

вдвое,

иие внешнего р-подуровня

лнческие свойства.

а формирова­

-

на немет8Л­

Увеличение количе­

ства электронов на р-подуровне (от

1 до 5)

усиливает неметаллические

то они сопровождаются

ма. Атомы с полностью сформированной,

испусканием у-лу­

энергетически

а-распад

(а·qастица

101,3 кПа) газа занимает объем 22,4 л.

273

удвоенному

32

пада относятся а-распад и ~-распад. Час­

1.

условиях

2

(четвер­

Все периоды (кроме первого) начинаются

Металлические

чей.

при нормальных условиях (при темпе­

ратуре О 'С ~

-

которых

а абсолютная

К основным видам радиоактивного рас­

молекул.

одно и то же количество молекул раз­

ЛИЧНЫХ

масса

а-лучами;

JJ Iio

называют периодом полураспада.

условиях

Следствия:

1)

называют

из частиц,

заряда

активного

(давлении и температуре) содержится рав­ ное

из положительно за­

Промежуток времени, рого

при

частиц,

состоят

стоянный качественный и количествен­

газов

электронов.

равна массе атома гелия,

Каждое химическое соединение имеет по­

личных

18

Последний, седьмой период не завершен.

чествах.

Закон Авогадро. В равных объемах раз­

(второй и третий),

тый и пятый) илн

ряженных

лучения.

8

ми; они представляют собой поток быст­

ся в другие в строго эквивалентных коли­

ный состав неЗ8ВИСИМQ от способа его ПО~

(первый),

но заряженных частиц, называют ~-луча­

Лучи, состоящие

Закон постоянства состава (Ж. Пруст).

Номер периода обозначает

ком уровне, периоды могут состоять из

которые состоят из отрицатель­

ро движущихся

следно, но одни ее виды могут превращать­

-

устойчивой

свойства ато­ конфигураци­

это испускание а-частиц

ей внешнего электронного слоя (пв 2 пр·)

это .ядро атома гелия, КОТО­

химически инертны. В больших периодах

рое содержит два протона и два нейтро­

переход свойств от активного металла к

на). Это приводит к уменьшению заряда

благородному газу происходит более плав­

исходного радиоактивного элемента на

но, чем в малых периодах, т. к. происхо­

-

2,

Закон объемных отношений (Ж. Гей­ Люссак). Объемы газов, вступающих в хи­

а его массового числа на

мические реакции, и объемы газов, обрв.­

л.иют собой два состояния одной и той же

ns 2 -слоя. Большие периоды состоят из чет­

зующихся в результате реакции, относятся

частицы

ных и нечетных рядов. У элементов чет­

между собой как небольшие целые числа.

ловиях (например, когда избыток нейт­

L_~

2.

~

L

дит

4.

~-распад. Протон и нейтрон представ­

-

I I I I I I I I I I

электронов) их атомов с увеличением за­

Отклонение других пучкоа лучей в маг­

имеют в кристаллическом СОСТОЯНИИ ИОН­

6

I

4. Ядерные реакции.

реа.к·

ций для молекул газообразных веществ

г/моль.

98

=

г----~-----T-----------I

Следствие. Стехиометрические коэффи­

формирование внутреннего (п-1)

d-подуровня

нуклона. При неизвестных ус­

~

при сохранении

внешнего

ных рядов на внешнем слое ns 2 -электро·

~_~

7

г-----------T-----~----I вы, поэтому преобладают металлические

ронов в ядре приводит к неустойчивости)

свойства и их ослабление с ростом заряда

нейтрон может превращаться в протон,

ядра невелико; в нечетных рядах форми­

одновременно испуская электрон. Этот

руется nр-подуровень, что объясняет зна­

процесс можно изобразнть схемой: нейт­

чительное ослабление

рон

свойств. Группы

металлических

вертнкальные столб­

-

......

протон

г----~-----------------I

6.

в нейтрон: протон

Позитрон

......

нейтрон

может

харак­

+ позитрон.

ворить о какой-либо определенной тра­

-

шагом в развитии представлений о строе­

ектории движения злектрона

нии атома после теории Резерфорда яви­

лишь судить О той ИЛИ иной степени ве­

лась теория, созданная в

роятности его нахождения в данной точ­

1913

г. датским

можно

элементарная частица с мас­

физиком Н. Бором. Согласно теории Бора,

ке пространства. Электрон не имеет тра­

группы. Главные подгруппы СОСТОят из эле­

сой, равной массе электрона, но несущая

электроны могут обращаться вокруг ядра

ектории движения и может находиться в

ментов малых и больших периодов, ва­

положительный заряд,

атома только по строго определенным(раз­

любой части пространства, окружающей

решенным) круговым орбитам, причем,

ядро,

двигаясь

электроны

ной плотностью отрицательного заряда,

лентные

электроны

ны на внешних

ns-

равным

которых

номеру

расположе­

Процесс

и nр,подуровнях. По­

-

превращения

q

le+1 ~ q le-I.

протона

в неЙт·

рон с образованием позитрона может про­

по твким орбитам,

электронного облака с определен­

-

бочные подгруппы состоят из элементов

исходить, если в ядре содержится избы­

не излучают электромагнитную энергию.

плотность вероятности обнаружения злек­

только больших периодов. Их валентные

ток протонов.

То, какую именно разрешенную орбиту

трона в котором равна

будет занимать электрон, зависит от энер­

электрона в

электроны находятся на внешнем n8-ПО­

дуровне и внутреннем

(или (n -

2)

(8',

р-,

d- или

f-) заполняется валентными электронами, химические элементы подразделяются на:

8-элементы (элементы главной подгруппы

1 и П групп), р-элементы (элементы глав­ ных подгрупп НI - VП групп), d-элементы (элементы побочных подгрупп), f-элемен­

ты (лантаноиды, актиноиды). В главных подгруппах сверху вниз металлические

свойства усиливаются, а неметалличес­

кие -

Таким образом,

1) d-подуровне

(n -

f-подуровне). В зависимости

от того, какой подуровень

ослабевают. Элементы главных и

побочных групп сильно отличаются по

свойствам. Номер группы показывает выс­

шую валентность элемента (кроме кисло­ рода, фтора, элементов подгруппы меди и

VПI группы). Общими для элементов глав­ ных и побочных подгрупп являются фор­

мулы высших оксидов (и их гидратов). У

высших оксидов и их гидратов элементов

можно выделить два

вида ~-распада:

I

Состояние

мя квантовыми числами. Гл.авное кван­

состоянии атом обладает минимальной

товое число

электронном ~-распаде заряд ядра увели­

энергией, и электрон вращается по наи­

трона (энергетический уровень электрона

чивается на

* I I I I I I I I

90 %.

атоме описывается четырь­

гии атома. В основном (невозбужденном)

а) электронный ~-распад (~--распад). При

n характеризует энергию элек­

а массовое число не изме­

более близкой к ядру орбите. В этом слу­

в атоме) и размеры электронного облака;

няется, т. е. образуется изотоп элемента с

чае связь электрона с ядром наиболее проч­

оно может принимать только положитель­

порядковым номером на единицу больше;

ная. Если атом получает дополнительную

ные целочисленные значения:

б) позитронный ~-распад (~+-распад).

порцию энергии, он переходит в возбуж­

и т. д. С увеличением главного квантово­

При позитронном ~-распаде заряд ядра

денное

го числа энергия

уменьшается на

перемещается на одиу из наиболее удален­

Электроны, имеющие одно и то же глав­

ных от ядра орбит (возбужденное СОСТО­

ное квантовое число, находятся в элект­

яние). Обратный переход электрона сопро­

ронных облвках приблизительно одина­

меняется.

1,

1,

а массовое число не из·

При позитронном ~.распаде могут испус­

каться частицы нейтрино

-

у, если один

из протонов превращается в нейтрон. Ядерные реакции

-

это превращение

атомных ядер в результате их взаимодей­

состояние.

При зто м

электрон

1, 2, 3

электрона возрастает.

вождается умеиьшением знергии атома и

ковых размеров. Поэтому говорят о суще­

выделением ее в виде электромагнитного

СТБQвftнии в атоме электронных слоев (К,

излучения. По Бору, излучение энергии

L,

атома

каждого значения

происходит

только

при

переходе

М,

О). Количество орбиталей для

N,

n

равно квадрату глав­

ствия С элементарными частицами и друг

электрона с более 01'даленных орбит на

с другом.

орбиты, расположенные ближе к ядру.

квантовое число

Электрон, движущийся по одной И той

тронного облака.

осуществил Э. РезерфОРД, который бом­

же орбите, не излучает энергию. В атоме,

квантовом

бардировал ядра атома азота а-частица­

находящемся в основном состоянии, элек­

вое число

трон может вращаться бесконечно долго,

численные значения от О до

т. е. твкой атом является устойчивой си­

ствующие орбитали обозначаются строч­

Впервые искусственую ядерную реакцию

ми.

I-ПI групп (кроме бора) преобладают ос­

НОГО квантового числа (n'). Орбитал.ьное

1 описывает При

n

числе

1 может

форму элек­

данном главном

орбитальное кваито­

прннимать любые цело­

n-l.

Соответ­

стемоЙ. При переходе электрона с более

ными буквами латинского алфавита:

кислотные. Для элементов главных под­

отдаленной от ядра орбиты на орбиту,

8 (l

групп общими являются формулы водо­

более близкую к ядру, энергия излучения

Орбитальное квантовое число отобража­

родных соединений.

изменяется не непрерывно, а порциями

ет энергию электрона на подуровне. Ко­

новные свойства, с

IV

по VПI группу

­

Элементы главных

подгрупп

1 - IП групп образуют твердые вещества гидриды (водород в степени окисления -1), а IV - УН групп - газо­ образные. Водородные соединения элемен­ тов главных подгрупп

IV

нейтральны,

(ЭН )

V группы

группы (ЭН,)

з -

УI и VП групп (Н,Э и НЭ) Атомный радиус

-

­

основания,

-

кислоты.

по периоду слева на­

право уменьшается, а в подгруппе сверху

-

вниз возрастает; энергия ионизации

по

периоду возрастает. а в подгруппе умень­ шается;

электроотрицательность

перноду

увеличивается,

уменьшается.

L_~

8

напоминает волновое и

частотой колебаний). Поэтому нельзя го­

Возможно также превращение протона

валентных электронов,

на

теризоваться амплитудой, длиной волны,

Строение атома по Бору. Следующим

+ электрон.

цы элементов с одинвковым количеством

Строение атома

и его :щектроииой оболочки

а

в

-

по

подгруппе

I I I I I

L

2

1), d (1

~

2), f (1

~

3).

личество возможных подуровней в каж­

нм.

дом энергетическомуровне совпадает с по­

В дальнейшем в теорию Бора были внесе­

рядковым номером электронного слоя, но

0,053

ны дополиения, допускавшиевозможность

фактически ни один энергетический уро­

движения злектрона в атоме не только по

вень не содержит больше четырех подуров­

круговым, НО и по элдиптическим орби­

ней. Первому энергетическомууровню со­

там,

ответствует В- подуровень; второму УРОВ­

расположенным в

различных плос­

костях. Несмотря на эти дополненияи усо­

ню

вершенствования, теория Бора не смогла

четвертому

атомов.

-

8 И р; третьему уровню

-

Магпитное ляет

Современные представления остроенин

I

~

вой стационарной орбиты равен

тронных

~

(1

квантами. Для атома водорода радиус пер­

объяснить некоторые свойства многоэлек­

I I I I ~

­

~ О), Р

з, р,

d

и

квантовое

ориентацию

- 8,

Р И

d;

f. число т опреде­

орбиталей

в простран­

стве. При орбитальном квантовом числе

1

атома учитывают двойственную природу

магнитное квантовое число т может при­

электрона,

ниматъ любые целочисленные значения 0'1'

обладающего свойствами

не

только частицы (имеет определенную мас­

су покоя), но и волны (движение электро­

-l

до

+l,

в том числе и нулевое значение.

Оно определяет количество орбиталей в

~-~

Шпаргалки по ХИМИИ

9

г-----------------~----,

I I I I I I I +1/2 I I

I I

ОДНОМ

И

ТОМ

8-0рбиталь (т равно (т равно

тали

с

выми

ным ми

же

(т

электронном

~

О),

слое:

одна

три р-орбитали

-1, О, +1), пять d-орбиталей -3, -2, -1, О, +l, +2, +3). Орби­

различными числами,

но

магнитными с

кванто­

одинаковыми

глав­

и орбитальным квантовыми числа~

характеризуются одной

энергией. Четвертое товое число m

и

-1;2.

ь

-

и

спиновое

той

же

кван­

-

может иметь два значения:

висит

ОТ

значения

гозлектронного атома. В атоме водорода

на электрон действует только сила при­

главного

числа. Так, К-слой

7. Химическая связь

1)

состоит лишь

(n = 2) содер­

(n

жит одну 2S-0рби'галь

~

и три

Химическая

~

3)

обмена электронами.

2р-орбита­

При

образовании

=

2n 2 ,

соответствующую

строению

атома

квантовое число. Расположе­

Ковалеитная связь. Осуществляется за

ние электронов по слоям и орбиталям на­

счет электронной пары, принадлежащей

зывается

обоим атомам.

электронной

Например:

конфигурацией.

Донорно-акцenmорный атом (донор)

механизм.

предоставляет

а другой

Принцип Паули. В атоме не может

т)

орбитали может находиться не более двух

Чем

мекьше энергия

с

из

атомов,

то

роотрицательностей

ковалентная

частицы, мы

связь

которые

электронов.

это заряженные

превращаются

..

или

ато­

присоедиве­

..

Если разность злектроотрицательностей атомов велика,

то электронная пара,

осу­

ществляющая связь, переходит к одному из

атомов

и

оба

атома

превращаются

в

коны. Химическая связь между ионами,

располагаться

осуществляемая за счет электростатичес­ кого притяжения, называется ионной СВЯ­

орбита­

шесть электронов: на d-поДуровне

зью.

орбиталей)

L_~

в

-

Na·+·r.:~ Nа+[:r.:г

Таким образом, на s-подуровне каждого

электронов.

в

направлении

разру­

Водородвая связь

I ~

-

это связь между по­

ложительно заряженным атомом водоро­

L

2

требуются высокие энергии; такие мо­

кулах (НС!, Н,О) требуется меньше энер­

Полярность связи

в результате отдачи

нил

ходиться не более двух электронов, спины

- десять электронов: на (7 орбиталей) - четырнадцать

протекают

разрыва связей в сильнополярных моле·

атомов.

Иоииая связь. Ионы

пределах определенного поду­

{-подуровне

химических

лекулы мало реакционноспособны. Для

тройная связь

N=N) -

называется полярной.

которых имею'г противоположные знаки.

(5

характер

N2

одного

Поэтому на каждой орбитали может на­

-

играет

рят о кратных свяэях:

ровня.

ли)

роль

акции

электронная плотность смещена в сторону

возможное количество несш:tренных элек­

(3

реакций:

связей и строение молекул реагентов. Ре­

ткая связь называется nеnолярnоU. Если

+ 1)

максимально

два электрона: на р-подуровне

ре­

Природа реагирующих веществ. Боль­

шую

тем больше, чем больше разность элект­

может

1.

[Н](1)

на симметрично между атомами, ковален­

Энергия орбиталей возраста­

электронного слоя

ческвх

орби­

Если электронная плотность расположе­

18 < 28 < 2р < 38 < 3р < 48 < 3d < 4р <

<5в < 4d < 5р < 68 < 5d ~ 4{ < 6р < 78.

3. Правило Хунда. Атом в основном

в

вероятность

ния веществ с более прочными связями.

(или

ет в ряду:

тронов

а

Факторы, влияющие иа скорость хими­

предос­

:rir'+'rir:~:N::N:

каждый электрон располагается так, что­

иметь

веществ,

экергией молекул.

-

Так, для разрыва связей в молекулах Н и

меньшей энергии). В оСНовном состоянии

состоянии должен

акции

Два атома могут обобществлять неско­

Правило Клечковского (принцип наи·

орбиталь

реагирующих

лько пар электронов. В этом случае гово­

электронов (с противоположными спинами).

имеет

новений определяется концентрациями

Один

шения менее прочных связей и образова­

были бы оцинаl<ОВЫМИ, т. е. на каждоЙ

энергию

Ее ско­

ведут к превращению. Количество столк­

электронную

атом (акцептор)

н

быть двух электронов, у которых значе­

n.

(-) ­

исходному веществу.

молекул реагирующих веществ.

H:::+H+~ Н:::Н

Принципы заполнения орбиталей:

меньшим

соот­

вений и вероятвостью того, что они при­

электронного облака.

наименьшую

t2

щую электронную пару:

таль:

+ 1), тем

и

рость определяется количеством столкно­

для электронов с

(n

t1

если скорость опре­

по одному неспаренному электрону в об­

пару,

меньше сумма

(+) -

Реакции происходят при столкновении

тавляет для этой пары свободную

орбитали. При заданном значении (n

по

н· +'Н -.Н:Н Н' + 'ci: .. ~н:ёl: ..

неодинаковой формой

± (t.C / t.t),

деляется по продукту реакции, знак

Обменный механизм. Каждый атом дает

Na 1в 2 2в 2 2р'3в 1 (полная фор­

jjNa [loNe] 38' (сокращенная фор­

II

руют внешний электрон от ядра. При этом

бы его энергия была минимальной.

~

молярные концентрации

-

ветственно; знак

ближайшего инертного газа.

где

экранирование оказывается различным

2.

)]

веществ в моменты времени

N

экрани,

т.

j

ку,

данном электронном

слое описывается формулой

них слоев атома ослабляют притяжение

(n, 1,

(t, - t

/

3d-орбиталей и т. д. Максимальное коли­

кивание электронов. Электроны внутрен­

всех квантовых чисел

реагирующих веществ:

- Cj )

чество электровов в

мула).

ния

[(С,

±

где С, и С,

В мвогоэлектронном атоме к этому взаи­

1.

ции одного из

v~

(или двухэлектронвую) внешнюю оболоч­

модействию прибавляетс,я взаимное оттал­

10

I

I I I I I I I I I I

обрести устойчивую восьмиэлектронную

мула) и

е.

Скорость химической реакции опреде­ ляется изменением молярной концентра­

3S-0рбитали, трех 3р-орбиталей и пяти

(n

I

это взаимодей­

-

химической связи атомы стремятся при­

М-слой

8. Скорость химических реакций

осуществляемое путем

связь

ствие двух атомов,

состоит ИЗ одной

ли;

TяжeHия положительнозаряженногоядра.

внешнего электрона ядром, т.

I

квантового

ИЗ одкой s-орбитали; L-слой

n - r Л8вное

Структура электронной оболочки мно­

г----~-----T-----------,

Строение каждого электронного слоя З8­

~ I I I I I I I I I I I I I

~

гии,

и

скорость

реакции

значительно

выше. Реакции между ионами в раство­ рах

электролитов

протекают

практичес­

ки мгновенно.

2.

Концентрация.

центрации

объема) молекул рость

С увеличением

(количества

чаще происходят реагирующих

реакции

кон­

частиц в единице

столкковения

веществ

-

ско­

возрастает.

3акои действующих масс. СКОРОС7Ь химической

реакции

прямо

пропорцио­

вальна произведению концентраций реа­ гирующих

веществ:

аА

+ ЬВ + ... ---; ...

V~k· [А]"' [В]"

...

Константа k скорости реакции зависит от природы реагирующих веществ, темпе­

ратуры и катализатора, но не зависит от

значе~ия концентраций реагентов. Физи­ ческии Смысл константы k заключается в

том, что она равна скорости реакции при

единичных концентрациях реагируюш их

веществ. Для гетерогенных реакций кон­

~_~

J1

г-----------T-----~----I

I I I I I I I I

I I

I I I

центрация твердой фазы в выражение скорости реакции не входит.

3. Температура. При повышении тем-

пературы на каждые 10 'С скорость реак-

ции возрастает в 2~4 раза (правило Вант

Гоффа). При увеличении температуры от

t, до t, изменение скорости реакции мож-

I I I I I

где V'2 и V"

=

родная связь (на рисунке показана точка­

скорости реакции при температурах t, и t, соответственно; у -

температурный коэффициент данной ре-

акции). Правило Вант Гоффа применимо

только в узком интервале температур. 4. Поверхность соприкосновения реа-

гuрующих веществ. Чем больше поверхность соприкосновения гетерогенных си с-

тем, тем быстрее протекает реакция. 5.

Катализ. Вещества, которые участву-

I I оставаясь

I I I I I I I

о--

о--

Б+

н

тов их взаимодействия. По агрегатному состоянию растворы могут

и

катализатор

составляют

фазу, при гетерогенном катализе

металла.

р-орбитали

превращаются

в

растворенного

если нар-орбитали, не участвующей в гиб­ ридизации,

мические реакции, для которых ~G
находится

электрон

вр-гибридизация.

Одна

кает с образованием гидратов. Процесс

имодействий компонентов сопровождаетея тепловыми явлениями. Энергетической

одна р-орбиталь превращаются в две одина­

химических реа«ций, НО не смещает рав-

КО8ые 4гибридныез орбитали, угол меж­

новесия.

ду ОСями когорых равен

Катализатор уменьшает полную знер-

180'.

Две

(ВеН"

ZnCl,).

зоваться,

если

на двух р-орбиталях,

участвующих в гибридизации,

раз-

рушение кристаллической решетки, разрывы химических связей в молекулах;

• выделяющие тепло процес:ы - обра-

зование

продуктов

взаимодеиствия

ра-

створенного вещества с растворителем

(гидраты) и др. Растворимость. Предельная растворимость многих веществ - постоянная величина,

соотаетствующая

концентрации

насыщенного раствора при данной темпе-

ратуре (в граммах на 100 г растворителя).

не

находят­

Растворимость

ся электроны (ацетилен С,Н,).

зависит от

природы

ра-

створяемого аещества и растворителя, а

также от температуры и давлеиия. Н:рис-

L_~

12

I

~

I

~

гидролиз сопровождается изменением ре­

2

2

f-!-

2

4

действие ионов соли с молекулами воды

Соли,

образованные катионом сильного

вергаются. Водные растворы таких солей

Практически не гидролизуются также и

ные слабым основанием и С1rльной кисло­

l'

I лентным катиовом, протекает ступенча­

I 1 I AJ(NO,), + Н 2О Р Al(OИj(NO')2 + HNO, I АР- + Н 2 О <=t [Al(OH)]'+ + Н' 2 ступень: I Al(OH)(NO,), + н,о F Al(OИj,(NO,) + НNO, I + ]' + " I 3 ступень: Аl(ОН),(NОз ) + Н,О <=t AJ(OИj, + HNO, I [Al(OH),]' + Н,О <=t Al(OH), + Н+ I I второй ступени и совсем слабо - по тре­ I < 7. I Гидролиз по аниону. Соли, образован­ то:

ступень:

[Al(OИj]'+

Н О ~ [Al(OИj

Н+

Гидролиз протекает достаточно сильно

по первой ступени, довольно слабо

по

тъей ступени. При гидролизе по катиону

реакция раствора кислая: рН

I таллические вещества подразделяются на: I I хорошо растворимые (более 1,0 г на 100 г L

4

Гидролиз солей, образованных многова­

• поглощающие тепло процессы -

Еще две 1t-связи могут обра­

это химическая реакция

представляет собой сумму тепловых эф-

среди них являютСя:

битали могут образовывать две (j-связи

реакции.

Гидролиз

ионного обмена между водой и растворен­

NH,Cl + н,о <=t NН,OH + НС! NН: + н,о <=t NH,OH + Н­

дий процесса. Наиболее значительными

sp-op­

I 10. Гидролиз I I ным В ней веществом с образованием сла­ I бого электролита. В большинстве случаев I акции среды (рН) раствора. Большинство I реакций гидролиза - обратимы: РЬ(NО ), + Н,О <=t Pb(OИj(NO,) + НNО I Na НРОз + Н О н NaН РО + NaOH з I Некоторые реакции гидролиза протека­ I ют необратимо: AJ,S, + 6Н,о ~ 2AJ(OH), + 3H,si I Причиной гидролиза является взаимо­ I из гидратной оболочки с образованием I малодиссоциированных соединений или I ионов. Способность солей подвергаться гидролизу зависит от свойств ионоа, об­ I разующих соль, и внешних факторов. I основания и анионом сильной кислоты I (например, LiВr, K,SO, гидролизу не под­ I имеют иейтральную реакцию среды (рН ~ 7). I труднорастворимые соли (например, I СаСО" Mg,(PO,)2)' I Гидролиз по катиону. Соли, образован­ I той, гидролизуются по катиону:

характеристикой растворения является ~ теплота образования раствора, которая фектов всех зидо- и экзотермических ста-

и

состояния равновесия в случае обратимых

вещества называется соль-

растворения вследствие такого рода вза-

(этилен

s-орбиталь

вещества.

вода - гидратациеи). Растворение проте·

С,Н,).

достижение

растворенного

ватацией (если ра:творителем является

(j-СВЯЗЬ. Если орбитали перекрываютсявне линии, соединяющей ядра атомов, то об­

хи-

и

Процесс взаимодействия растворителя и

две р-орбитали превращаются в три оди­ наковые .гибридные. орбитали, угол между осями которых равен 120'. Если орбитали перекрываются по ЛИНИИ, со­ единяющей ядра атомов, то образуется

т. е. величины ~H и ~G:

•

стаорителя

109'28'.

разуется л-связь. Три sр'-орбитали могут образовывать три (j-связи (BF" A1Cl,). Еще одна связь (л-связь) :может образоваться,

гию активации

те вещества, чем в насыщенном. Растворы образуются при взаимодействии ра-

четыре

Общие закономерности катализа: • Применение катализатора не изменяет термодинамики химической реакции,

ускоряет

створ ~ это раствор, содержащии мень-

вр2·гибридизация. Одна в-орбиталь и

С,Н,ОН (AJ 20,) ~ С 2 Н,+Н,О С 2 Н,ОН (Ag, Сп) ~ СН,СНО+Н 2

катализатор

очень неустоичивы. Нехасыщенн.ыu ра-

зто изме­

более эффективного пере крыв а­

между осями которых равен

ряде случаев можно осуществить, добавляя в реакционную среду ингибиторы. Характеристики катализатора: а) активность, или ПРОИЗ8Dдителъность; б) селективность, или избирательность:

-

содержащии больше аещества, чем в насыщенном. ~еренасыщенные paCT~Opы

связь между

одинаковые <гибридные. орбитали, угол

нежелательных химических процессов в

катализатор ускоряет только те

Перенасыщ:нныu раствор - это раствор,

нов, перемещающихся по всему кристаллу.

три

раз-

ные фазы. Резкое замедление протекания

-

весии с иэбытко,,: растворенного вещества.

шетки, и большое количество электро­

вр3_гибридизация. Одна s-орбиталь и

одну

-

створ находится в динамическом равно-

ленных положениях кристаллической ре­

ния орбиталей.

соединений. При гомогенном катализе реагенты

шего растворения вещества, раствор на-

зывается насыщеltНЫМ. Насыщенный ра-

тельных ионов, расположенных в опреде­

тижеиия

присут­

данных условиях не происходит дальней-

Поэтому металл содержит ряд положи­

атомами

жидком растворе,

ствуют в нем в таком количестве, "то при

ядрами и могут легко отрываться от них.

Гибридизация орбиталей -

реак-

пределенные в

роны металлов слабо связаны со своими

уменьшением

активации

молекулярные или ионные "астицы, рас-

Металлическая связь. Валентные элект­

нение формы некоторых орбиталей при образовании ковалентной свлзи ддя дос­

энергии

- менее 10-' м (порядка размеров молекул). Если

тов, карбоновых кислот.

ми, называются катализаторами, Мехаинам действия катализаторов связан с ции за счет образования промежуточных

ры частиц в истинных растворах

Наличие водородных связей объясняет

всеми

быть жидки-

ми, газообразными или твердыми. Разме-

н

высокие температуры кипения воды, спир­

осуществляют

это однородная многоком-

рителя, растворенных веществ и продук-

Б+

?-H ..... O-V

Эдектроны

к концу реакции неизменны-

Б+

-

понентная система, состоящая из раство-

частично донорно-акцепторный характер:

*

ЮТ в реакциях и увеличивают ее скорость,

Растворы

ми) имеет частично электростатический,

Б+

1,,-,,)/10,

9. Растворы. Растворимость

женным атомом другой молекулы, Водо­

но рассчитать по формуле

V" / V"

г----~-----T-----------I

да одной молекулы н отрицательно заря­

~

ные сильныМ основанием и слабой кисло­ той, гидролизуются по аниону:

~-~

13

г-----------T-----~----I 1

1 1

I

СН СООК + Н О F' СН СООН + КОН

СН'СОО + Н ,6...---> СН СООН +ОН­ 3 --,

1

I 1

I

ту 1 ступень: КОН К СО + Н О ..---> КНСО +

ЮТСЯ

С

3

+Н

СО'3

2

О

1

2.~

2 ступень: КНСО, + HP F' Н 2 СО з + КОН НСО, + HP F' Н 2 СО, + ОН­ Первая ступень гидролиза протекает достаточно сильно, а вторая - слабо, о

чем свидетельствует рН растворов карбо­

I 1

I

акцию (рН

> 7).

образованные слабым основанием и сла­

бой КИСЛОТОЙ, ГИДРОЛИJУЮТСJl И по кати­ ону И по аниону:

CH,COONH, + Н,О Р СН,СООН + NH.OH СН з СОО + NH,· + Н,О Р р СН з СООН + NH.OH Гидролиз таких солей протекает очень

сильно, поскольку в результате образу­

ЮТСЯ и слабое основание t и слабая кисло­ та. Реакция среды зависит от сравнитель­ ной силы основания и кислоты, т. е. от

их констант диссоциации (К П )­

Если КD(основания) > Ко(кислоты) ,то

если КD(основания) < Ко(кислоты), то рН < 7.

Если основание. и кислота, образующие

соль, являются не только слабыми элект­

ролитами, но и малорастворимы или не­

устойчивы и разлагаются с образованием летучих продуктов, то в этом случае гид­

ролиз соли протекает необратимо: -t 2А1(0Н),

+ 3Н,8

Поэтому сульфид алюминия не может в

виде

водных

растворов;

он может быть получен ТОЛЬКО ~сухим спо­

собом 0), например, из элементов при высо­ кой температуре:

2Аl

+ 38 (t')

-t

отношению количества ГИДРОЛИЗ0ванных

молекул (С,,,,,) " общему количеству ра­ створенных молекул (Ср,ш):

a~". ~ ([С],,,,,. / [С]р,,",) . 100

г воды). Прн образовании раствора М

В

1.

ты раствора ДОЛЖНЫ иметь однотипные

ложительно

цессом, то с повышением температуры ето

3_

и наобо­

4.

1

NaCJ)

идет на разрушение кристаллической ре­ шетки. При этом гидратированные ионы

слой за слоем переходят в растворитель и, перемешиваясь с его молекулами, об­

-

RоличеСТБОМ

ного вещества в

% 1

~

измеряется в

сколько

грамм-эквивалентов

соли,

I

~

относятся:

почти

все

орга­

основания

и

гидроксид

аммония

1- - - - -

-:J<- - ­

12. Химическое равновесие

1

Обратимые реакции

1 1

I 1

--1

-

химичеСКliе ре­

акции, протекающие одновременно в двух

противоиоложных направлениях. ХИМИ­

ческое равиовесие

-

стемы, когда скорость

такое состояние си­

V,

прямой реакции

равна скорости V, обратной реакции. При

веществ остаются неизменными. Химичес­ 1" кое равновесие имеет динамический Х8­

1

рактер: прямая и обратная реакции при

~ равновесии не прекращаются. химического

1

равновесия

Состояние

количественно

характеризуется константой К равнове­ сия, представляющей собой отношение

константы К, прямой реакции и констан­

легко образуются свободные гидратиро­

1

определяется формулой

к ~ K,IK,~ ([СУ' [D]')/([A]m.

ванные ионы.

1

I кой L

не­

ты К, обратной реакции. Для реакции тА + nВ f::1 рС + dD константа равновесия

мость растворов. Процесс электролитичес­

1

содержатся

1

ионы, объясняет электрическую про води­

данного

ионами

(Саз(РО,),; Си(0Н)2; Аl(ОН),; NН,ОН); вода.

молекулы).

Электролиты инеэлектролиты. Элект­ ролитическая диссоциация веществ, в результате которой образуются свободные

раствора.

Нор.пальнал концентрацил показыва­

с

Н,8); почти все малорастворимые в воде

1

ется и превращается в ионную, далее уже

растворен­

вещества содержится в 1 литре раствора.

(полярные

полярная молекула еще больше поляризу­

г растворителя. Та­

вещества, час­

некоторые неорганические кислоты (Н,СО"

кото­

зультате взаимодействия с диполями воды

моль.

молеи

молекулы

ве­ щества (например HC1), определенным об­ разом ориентируются диполи воды. В ре­

.кое выражение концентрации называют

ет,

1

1000

связи

-

нические кислоты (СНзСООН, С,Н,СООН);

Вокруг каждой полярной молекулы

Концентрацию раст.вора можно

МОЛЯЛЬНОСТЬЮ

1

лентной

~ т,в, ! (М,В) V),

вещества,

и вещества,

рых образованы по типу полярной кова­

молярная масса растворенного

количество

выразить

I

социируют

вещества, г/моль; V - объем раствора, л;

I

I моль/л. 1

ацuu nолярnых веществ. Аналогично дис­

етва содержитс~ в 1 лит~ раст.вора:

НNО з ) и силь­

КОН, Ва(0Н)2'

химическом равновесии концентрации

Механизм эле"тролитичес"ойдиссоци­

Моллрнал концентрацил С(в, показы­

наряду

электролитам

разуют раствор.

в процентах.

(NaOH,

связя­

сильные

диссоциироваllные молекулы. К слабым

с

с энергией кристаллической решетки,

(8) ,

НВг, Н 2 80"

соли,

практически отсутствуют.

створах

гидратации, значение которой сравнимо

отношению массы растворенного вещества к общей массе раствора: W ~ т / т

вещества с

тично диссоциирующие на ионы. В ра­

вокруг всех

энергия (энергия гидратации). Энергия

это безразмерная величина, равная

растворимые

(HCl,

-

полярными

растворенное вещество находится в

ные СВЯЗи. При этом процессе выделяется

Массовая доля растворенного вещества

,в)

начинается

решетки, молекулы воды образуют с ними

Массовую долю растворенного вещества

1

воды

либо водородные, либо донорно-акцептор­

лярную и нормальную концентрацию.

I где М

гидратации

диполей

СИЛЬНО

Слабые эм"тролиты

концентра­

ентируясь вокруг ионов кристаллической

раствора. Наиболее часто используют мас­ совую долю растворенного вещества, мо­

V

лы

электролита и

температуры и

выступов и граней кристаллов соли. Ори­

различные способы выражения состава

С(в, ~ n,в, !

процесс

ориентации

вещества, ко­ воде полностью

виде ионов; недиссоциированные молеку­

соединений с ионными связями (например,

I I обычно выражают в десятичных дробях I I вает, сколько молей растворенного веще­ 1

та

ации ионltых веществ. При растворении

уменьшает­

-

в

Са(ОН),). В растворе сильного электроли­

(обратная реакция

природы

ИЛИ

ные основания

Механизм эле"тролитической диссоци­

Концентрация растворов. Сущестауют

или

от

растворении

хорошо

кислоты

­

ции.

растворимость газов в жидкостях увели­

(8)

зависит

растворителя,

­ уаеличивается. С повышением давления

I

диссоциация

Степень электролитической диссоци­

ации

газов в ЖИДКОСТЯХ с повышением темпе­

W(B) -

а

называется МОЛЯрliзациеЙ).

ются с выделением тепла. Растворимость

ся.

ми:

(+).

Электролитическая

обратимый

тока

(-),

20Н

+

распадаются на ионы. Это ионными

электрического

к аноду

торые при

заряженные

двигаются К катоду

(+)

(-) -

процесс

увеличение их растворимости при нагре­

чивается, а с понижением -

Под действием

катионы

ратуры уменьшается, а с понижением

I

отрицательно

анионы

2_

* I I

и

ионы (катионы и анионы).

вании. Практически все газы растворя­

1

Ва(ОН), рВа"

+ 280,'­

Сильные электролиты

электролиты расиадаются на по­

растворяются в полярных растворителях и плохо в неполярных, а молекулярные вещества - наоборот. Если растворение

I рот. Для большинства солей характерно

1

CaCl, р Са'· + 2Cl­ KAI(80,), р К' + АР· HNO. р Н' + NO;

г. шведский ученый С. Аррениус

При растворении в воде (или расплав­

лении)

связи. Поэтому ионные вещества хорошо

растворимость уменьшается _

1

1887

диссоциации, согласно которой:

вещества является экзотермическим про­ 1

и опуская растворитель (Н, О):

предложил теорию электролитической

вые связи могли образоваться, КОМПDнен­

Молярная концентрация

Количественные характериетиltи гид­

14

1

Биде схемы, не раскрывая его механизма

Электролитическая диссоциация

тицами разных компонентов. Чтобы но­

n -

AI,8,

ролиза. Степень гидролиза (а,,,,,) равна

L_~

I

1

рН> 7;

существовать

I

1

Гидролиз по катиону и аниону. Соли,

Al,8, + 6Н,О

11.

г воды); нерастворимые (менее 0,1 г на

связи между частицами каждого из ко ­

1

f----!: 3 F' НСО - + ОН­

створы таких солей имеют щелочную ре­

1

I

100 100

I понентов заменяются связями между час­

пенчато:

I ната и гидрокарбоната калия. Водные ра· I

воды); малорастворимые (0,1 г -- 1,0 г на

Соли многооеновных :киелот гидролизу­

2

1

I

г----~-----------------­

диссоциации принято записыатьь в

I I I ~

[в]n).

Константа равновесия зависит от тем­ пературы и природы реагирующих ве­

ществ. Чем больше ковстанта равновесия,

тем больше равновесие сдвинуто ~ старо­

ну образования продумтов прямои реак­

ции.

~-~

15

г-----------------~----I Они плохо (или почти совсем) не прово­

ризуются

дят электрический ТОК. Многоосноввые

+

+ СО,2- (вторая

нсо- (первая ступень)

Неэле"mрол.umы

-

лекул

ступень)

ЭТО вещества, вод­

связи

-

Это

и

не

на

ионы.

газы, твердые вещества (неметал­

лы), органические соединения (сахароза, бензин, спирт).

Степень диссоциации. Константа дис­

диссо­

циацию которых можно считать полной, коицентрацию ионов легко определить по

концентрации

и составу молекулы элект­

ролита (стехиометрическим коэффициен­ там), например:

Н,80, р 2Н'

+ 80.'

Концентрации ионов в растворах сла­

1

бых злектролитов качественно характе­

~

- - -

-~-

Способы смещении химического равно­ весня. Принцип Ле Ша'l:елье. Если на си­

1

единения). Их молекулы состоят из ато­

ролиты). Степень диссоциации эависит

мов различных химических элементов (ок­

1

от концентрации раствора слабого элект­

СИДЫ, основания, кислоты, соли). В хи­

ролита. При разбввлении водой степень

мических

диссоциации всегда увеличивается, т.

разлагаются с образованием

к.

реакциях

сложные

вещества

нескольких

других веществ. Резкой границы между

ра­

металлами

и немеТ8ллами нет,

ренного вещества. Согласно принципу Ле

простые вещества,

Шателье положение равновесия злектро­

ственные свойства.

т.

К.

про являющие

есть

двой­

литической диссоциации в этом случае

Аллотропия ~ способность некоторых

должно сместиться в направлении обра­

химических элементов образовывать не­

зования

сколько

продуктов,

т.

е.

гидратирован­

простых

веществ,

различающих­

ных ионов. При увеличении температуры

ся по строению и свойствам (С

степень диссоциации растет,

графит, карбин; О

т.

к.

акти­

-

кислород,

-

алмаз,

озон).

стано­

Явление аллотропии вызывается следую­

вятся более подвижными и легче ионизи­

щими причинами: различным количеством

руются.

атомов в

молекулах, они

О,

молекуле

и озон О,),

(например,

обраэоввнием

кислород

раэличных

шению произведения равновесных концен­

кристаллических форм, (например, алмаз

траций ионов в степени соответствующих

и графит).

падаться на ионы: чем выше КD' тем боль­

которых атомы металлов соединены с од­

ше концентрация ионов в растворе. Дис­

ной

1

социации слабых многоосновиых кислот

группами (с точки зрения теории элект­

1

ИЛИ многокислотных оснований протека­

ролитической диссоциации, основания

I

ют по ступеням, причем для каждой сту­

зто

пени существует своя константа диссоци­

которых в водном растворе

ации:

катионы

двух

противоположных

реакции,

ко­

Давление. Увеличение давления (для га­ зов) смещает положение равновесия в сто­

рону реакции, ведущей к уменьшению объема (т. е. к образованию меньшего ко­ личества

молекул).

Температура. Увеличение температуры 1

реакции,

1

поглощением

теплоты).

Концентрация. Увеличение концентра­

ции

исходных

веществ

и

удаление

про­

дуктов из сферы реакции смещает поло­

жение равновесия в сторону прямой реак­ ции. Катализаторы не влияют на положе·

вне равновесия.

Основания

характеризует способность вещества рас­

1 1

I 1

I

I

или

-

это сложные вещества, в

несколькими

сложные

вещества,

металла

(или

гидроксильными

при

NH, +)

Н,РО,­

7,1 . 10'

+ НРО/­ (fH"]fHPO,'-]) j [Н 2 РО,-] +

~

1.

ниже

2Na + 2Н,О + 2Н,о

Са

К'" > K D2 > КDэ

I I L

2.

степень окисления

+1, +2 (Na,O; МgO; CuO).

Амфотервые

(обычно для металлов

2.

со степенью окисления

Кислотные. Это

ВаО

оксидов

оксиды неметвл­

-

оксидам

,шя, кислотным ным

-

Р,О,;

+7 (80,; 80,;

новным

Mn 20,;

СгО,). Ос­

соответствуют ОСllова­

-

кислоты,

амфотер­

и те и другие. Получить оксиды

можно одним

ИЗ двух

приведеиных ииже

способов:

1.

Взаимодействие ПРОС'гых и сложных кислородом:

2Mg + О, 2MgO

4Р + 50, 2Р,О,

8 + 02'" 802

2СО + О, ... 2С02

2Cu8 + 30., ... 2CuO + 280,

СН, + 202 ~ СО, + 2Н,о 4NH, + 502 кат.) 4NO + 6Н 2 О 2.

Разложение

держащих

некоторых

веществ

кислородсо­

(оснований,

кислот,

солей) при нагревании:

Cu(OИj,

(tO) ... CuO + Н,О (tO) 2CuO + СО, + н,о 2РЬО

+ 4NO, + 02 ... Мп,О, +

Хu.'rtuчес"uе свойства

основных

Н 2О

ОКСИ­

дов:

1.

Взаимодействие с водой:

Образуется

Na,o + Н,О СаО + HP 2.

спосо­

основание:

2NaOH

Са(ОН),

Взаимодействие

с кислотой:

соль и вода:

MgO + НрО, (С) Mg80, + И,О CuO + 2НСl (О СнС', + Н,О 3. Восстановление до простых веществ: ЗСнО + 2NH, ... 3Cu + N 2 + 3Н,о

- щелочных и - металлов с водой: 2NaOH + Н, Са(ОН), + Н,

Взаимодействие

+3, +4) ZnO; AI,O,;

8пО,. В качестве гидратов им соот­

2НМпО, (С;Н 2 80,(конц.»

активных

металлов с водой:

оксиды металлов, в

-

которых последние проявляют небольшую

Образуются Реакция

N,O, NO.

подразделяются

группы:

Основные. Это

2Pb(NO')2 (С)

щелочноземельных

j [НРО,'-] ~ 5,0 . 10-13

L_~--------~-----------~

приведенных

1.

оксиды

(CUOИj2CO,

бов.

РО;

кJJз ~ ([Н'][РО;-])

1

Получить основания можно

одним из трех

6,2' 10-8

Третья ступень:

НРО/- р Н'

I

анионы ОН-). Основания подраэ­

бых кислот.

~

на три

веществ с

1

нования проявляют также свойства сла­

Н 2 РО; р Н' ~

1

и верастворимые в воде. Амфотерные ос­

Вторая ступень:

K D,

I I

и гидро­

деляются на растворимые в воде (щелочи)

+

кисдород.

Солеобразующие

до

образуются

Н,РО, р Н'

-

является

Несолеобразующие оксиды: СО,

лов и металлов со степенью окисления от

­

ксид

со­

ветствуют амфотерные гидроксиды.

диссоциации

Первая ступень:

К'" ~ «Н'][Н,РО,-]) j [Н,РО,] ~

эндотермической реакции (т. е. в сторону с

цесса электролитической диссоциации и

*

смещает положение равновесия в сторону

протекающей

Основания

торых

I

I 3. I +5

I I

молекул.

Она является константой равновесия про­

это сложные вещества,

стоящие из двух элементов, одннм из ко­

Cr ,О,;

1

стехиометрических коэффициентов к кон­ центрапии недиссоциированных

1

1

1

торая ослабляет это воздействие.

1

ница деления на сильные и слабые элект­

то оно благоприятствует протекани~ той из

1

1

= 0,3

ся давление, температура, концентрация),

ВОДИТСЯ внешнее воздействие (изменяют­

1

(металлы, неметаллы).

I I

стему, находящуюся в равновесии, произ­

16

вида

лагаться с образованием других веществ

Константа КD диссоциации равна отно­

- - - --1

одного

Сложные вещества (или химическне со­

вируются СВЯЗИ в

I

< 1)

2

ный электролит распадается на ионы. В электролитов,

а

атОмов

реакциях простые вещества не могут раэ­

створителя (Н 0) на одну молекулу раство­

рах зависит от того, насколько полно дан­

сильных

<

увеличивается количество молекул

социации. Концентрация ионов в раство­

растворах

(О

из

1

~ условная гра­

или в процентах (а

малополяр­

распадаются

njN

а ~

состоят

-

Оксиды

(атомов одного злемента). В химических

Она выражается в десятичных дробях

Они содержат

ковалентные неполярные иЛИ вые

веществ

(n) к общему количеству раство­

14. ОКСИДЫ

1

Простые вещества. Молекулы простых

рас павши хея на ИОНЫ мо­

ренных молекул (N):

ные растворы и расплавы которых не про­

водят электрический ток.

13. Классификация иеорганическихвеществ

нию количества

Н,СО, р Н'

г----~-----T-----------­

ДИССQ­

Степень диссоциации (а) равна отноше­

СН СООН р СН,СОО- + Н'

НСО; р Н'

и константой

цивции.

злектролиты диссоциируют ступенчато:

з

степенью

активных

+ н,о ... Ва(ОН), ~

~-~

17

г----~-----------------I

------------T-----~----I

Химические своиства кислотных оксидов: 1. Взаимодействие с водой:

I I

Образуется кислота:

80,

-j-

Р,05

2.

1.

3Н,О ~ 2Н,РО,

Взаимодействие

8О,

3.

2.

4.

кислотами

:как

желтый,

с кислотными

окси­

+ СО, ~ К,СО, + + СО, ~ КНСО,

Н,О

Обменная резкция с солями:

Ва(ОН), + К,80, ~ 2КОН + BaSOJ 3KOH+Fe(NO,), ~ Fе(ОН),J- + 3KNO,

Na,CO,

Амфотерные оксиды взаимодействуют: с

-

малиновый.

3. Взаимодействие с кислотами:

NaOH + HNO, ~ NaNO, + Н,О

и кис­

соль:

-

-

Взаимодействие

КОН

лотных оксидов между собой обрззуется

СО, ~

синий, метилоранж

2КОН

5СО

При взаимодействии основных

Na,o +

2

дами:

Восстановление до простых веществ:

+

-

фенолфталеин

с основанием:

+ Ва(ОН), ~ ВаСО, + Н,О + 2NaOH ~ Na,80, + Н 2 О

Р,05+ 5С ~ 2Р

2

Действие на индикаторы:

лакмус

Образуются соль и вода:

СО,

2

I

Химические своиства щелочеи:

н,о ~ Н,SO,

+

3. Электролиз водных растворов солей: 2NaCl + 2Н О эл. ток) 2NaOH + Н + Сl

Хи""ические своиства

основные:

ZnO + H280,~ ZnSO, + Н 2 О;

- с основаниями как :кислотные: ZnO + 2NaOH (t) ~ Na,ZnO, + Н,О (ZnO + 2NaOH + н,о ~ Nа,[Zп(ОН),])

I II

*

Вззимодействие

Сн(ОН),

2.

+

2НСl ~

(t')

~ СиО

Ва(ОН), + СО, ~ ВаСО, + Н,О 7) основания с кислотой:

шесть следующих групп:

8) соли с кислотой:

MgCO + 2НСI ~ MgCI + Н О + СО i 3 2 2 2 ВаСI + Н SO ~ Ва80 1 + 2НС] , ,. , 9) раствора основания с раствором соли: Ва(ОН), + Na,80, ~ 2NaOH + BaSO,J­

1. Средltие. При диссоциации дают толь­ ') ко катионы металла (или NH, : Na,SO, р 2Na' +80:CaCl. р Са'" + 2CI­ ' дают ка­ 2. Кислые. При диссоциации , тионы металла (или NH, ), ионы водоро­

10)

+ НСО,

2Н,О

О ClioeltbIe. П ри

тионы металла (или

Na" +

Н'

+

СО,'·

+ С!-

3

4 2

2Cu(NO,), ~ 2СиО + 4NO, + О,

2. Гидролиз: Al,8, + 6Н,о ~ 2АI(ОН), + 3Н,8 Na 8 + Н О Р NaH8 +NaOH " 3. Обменные реакции с кислотами, ос-

р

нованиями и другими солями:

р Zn" + ан- + CI­

Эти соли являются продуктами непол­ ного замещения групп ОН· соответствую­

Термическое разложение:

1.

СаСО, ~ СаО + СО,

диссоциации дают ка­ NH,"), анионы гидро­

Zп(ОН)Сl р [Zп(ОН)]'

4

Химические своиства средll.их солеи:

ксила и кислотного остатка:

Н,О

з

2

Р

основной кислоты на атомы металла.

3.

•

солеи:

3CaCI. + 2Na РО ~ Са (РО ) J- + 6NaCl

да и анионы кислотного остат}(а:

NaHCO, р Na'

+ 2НС] ~ CaCl, + 2Н,0

растворов двух

AgNO, + HCl ~ AgCl,l + HNO,

Fe(NO,), + 3NaOH ~ Fе(ОН),J- + 3NaNO '

1- - - - -

-х-

I I I I

Са(ОН),

ного замещения атомов водорода много­

с кислотами:

+

. 6) основания с КИСЛОТНЫМ ОКСИДОМ:

ких соединений. Соли подразделяются на

~

Термический распад:

Си(ОН),

Соли ЭТО сложные вещества, которые СОСТОЯТ из атомов металла и кислотных остатков. Ови представляют собой наи­

Эти соли являются продуктами непол­

Itерасmвори""ых

CuCl, +

5) осиовного оксида с кислотой: + Н,80, (t') ~ Си80, + н,о

СиО

I более многочисленный класс неорганичес·

I I I I I I I

осnован.uU:

1.

15. Солн

- - -­

I I

I I I I I I

I I I I I I

щего основания на кислотные остатки.

4. Двоиltые. При диссоциации дают два катиона и один

анион:

КЛJ(80,), Р К'

5.

+ Al'" + 280:

Смешаltные, Образованы одним ка­

тионом и двумя анионами:

CaOCl, 6.

р Са'"

+ Cl- +

ОС]

Ко""плеКСltые. Содержат сложные ка­

тионы

или

анионы:

[Ag(NH,),]Br ~ [Ag(NH,),]+ + Br Na[Ag(CN),] Р Na' + [Ag(CNJ,]­

I I

Получение средних солей. Большинство ~

I I I I I I I I

~-~--------~-----------~ 18

воположными

своиствами:

1) металла снеметаллом: 2Na + Cl, ~ 2NaCI

2) металла с кнслотой: Zn + 2HCl ~ ZnCl, + Н, i 3) металла с раствором соли менее ак­ тинного

Fe +

I I

L

4) ~M:

металла:

Си80, ~

FeSO, +

Си

основного оксида с кислотным окси­

MgO

+ СО, ~ MgCO,

Генетическая связь между

различными классами соедииений

Ниже приведены примеры такой связи:

I I I

I I

способов получения средких солей ОСНО­ ~

вано на взаимодей:'Гвии веществ с проти ­

16.

1)

металл

+

неметалл ~ соль

Hg+8~Hg8

2А!

2)

+ 31,

----) СаО

+

кислотный оксид ~

соль

Li,o + 3)

~ 2Аl1,

основной оксид

СО,"" и,СО,

~ СаБlO,

+ 8102

основание

Си(ОН),

+

+

кислота..., соль

2НС] ~

CuCl, +

2Н,о

I

I I I

I

I

I

I ~

~-~

19

------------------~----I

4.

1.

Окнсдительно-восстановительныере­

акции, обусловленные свойствами кати­

+

ZnCl, +

16НСl

---t 2MnCl, + 2КСl + + 5Cl, + 8Нр

2.

1. ком

2. КОМ

3.

+ 2NaOH

р [Аl(ОН),]Сl

кислотного

Са(НСО,),

1.

+ 4Н,РО, ---t 3Ca(H,PO,j,

2.

Хшtические свойства кислых солей:

Термическое разложение с образова-

нием средней соли:

Са(НСО,), ---t СаСО,

2.

K,[Fe(CN),]

K,[Fe(CN),] K,[Fe(CN).] K,[Fe(CN),] -

+ СО, i + HP

+ Ва(ОН),

---t 2BaCO,J.

+ 2Н,0

использовать:

~------I

L-

4)

металл

2Са

+ О,

---t основной ---t 2СаО

оксид

Ш+~---tа~

5) неметалл ---t кислотный 8 + О, ---t 80, 4As + 50, ---t 2Ав'05 6)

основной оксид

ВаО

+

---t

оксид

основание

Н 2 О ---t Ва(ОН),

Lip + Н,О ---t

2LiOH

7) КИСЛОТНЫЙ оксид ---t Р'05 + 3Н,0 ---t 2Н,РО, 80, + Н,О ---t Н,80,

+ 4NaCl

кислота

I I I I I I I

на

металл:

на

одвоосновные

1. Взаимодействие кислотного оксида с водой (для кислородсодержащих кислот):

80, + Н,О ---t Н,80,

Р'05

2.

---t 2Н,РО,

ченного продукта в воде (для бескислородных кислот):

координационное число

Н 2 + Cl, ---t 2НС1

лиганд

Центральными атомами обычно служат

+ 3Н,0

Взаимодействие водорода с неметал­

лом и последующим растворением полу-

_

Н2~---tН~

с

центральным

акцепторной

атомом

18.

По злектронным структурам нейтраль­

AgCl + 2NH, ---t [Ag(NH,),]Cl FeCi, + 6KCN ---t K,[Fe(CN),] +

кают германий и его аналоги. Максималь­

3КСl

ная валентность этих элементов равна че­ тырем.

Химические свойства комплеКС/l·ЫХ со Разрушение комплексов за счет обра­

Значение углеродв исключительно ве­ лико,

->

---t [Co(H,O),]Cl,

его

соединения являются

лого газа. который в растворенном состо­

янии находится также во всех природвых

+ 2КСl

водах. Природный углерод слагается из

двух иэотопов: "С

(98%)

и 1ЗС(1 %). Мас­

са изотопа углерода 12С принята за едини­

цу атомных и молекулярных масс. Угле­

род

I I I I ~-~-------_~_---------_~

как

сфере углерод содержится в виде углекис­

внутренней сферами:

+ 6Н,О

так

основой всех ЖИВЫХ организмов. В атмо­

+ 2КСl + 4NH,i

Обмен лигандами между внешней и

К,[СоС!,)

I I I

I I I I

•

при

высоких

активность про­

температурах.

Углерод проявляет восстановительные

свойства, вступая в реакции:

--

с

кислородом

+ О, (п ---t С0 2 (углекислый газ) 2С + О, (п ---t 2СО (угарный газ)

С

С

С

со фтором

+ 2F 2 ---t CF,

с водяным паром

+ н,о (t") ---t

С

с

+ 2СиО С

-

СО

оксидами

+ Н, (водяной

газ)

металлов

(t') ---t 2Си

+ С0 2

кислотами-окислителями

С

+ 2Н,80,(конц.)

•

Углерод

---t СО, +

280,

+ 2Н 2О

проявляет окислительные

имеет три

аллотропные модифика­

ции:

Алмаз вещество,

с

С

некогорыми

+ с

-

кристаллическое прозрачное сильно

металлами

Са ---t СаС 2 (карбид кальция)

водородом

+ 2Н 2

---t СН.

Оксид углерода

(11) СО (угарный газ) ­

бесцветный газ, без запаха,

малораство­

рим в воде, растворим в органических рас­ ядовит.

Получение

Углерод

зования малорастворимых соединений:

*

J Iro

рует только со фтором; являет

мало­

при низких температурах реаги­

творителях,

лей:

-> Cu8J.

I

-

донорно­

ных атомов к углероду и кремнию примы­

2.

Применение:

Химические свойства. Углерод

активен,

2С

Периодической системы

связью.

К,8

ток.

литель нейтронов в ядерных реа.кторах. Карбин черный порошок; полупро­

-

Элементы IV группы

Реакции солей с лигандами:

1.

электрический

свойства, вступая в реакции;

Ni, Ag, Pt, Hg); типичными лигандами являются ОН-, CN-, NH" СО, нр; они

Си,

связаны

I

I

дает металлическим блеском, мягкое, про­ водит

1

ионы металлов больших периодов (Со,

,

20

на две груп­

Получить кислоты можно одним из двух

комплексообразоаатель

2[Cu(NH,),]Cl +

I I I

подразделяются

приведенных ниже способов:

внутренняя сфера

кристаллическое, слоистое,

-

I водник. Состоит из линейных цепочек I -С=С-С=С- или ~C~C~C~C~. I

I

(НзРО,)...

внешняя сфера

Графит

непрозрачное, темно-серое вещество, обла­

диссоциации в качестве катионов обра-

(HNO,), двухосновные (Н,8), трехосновные

---t 8nCl, + HP

I

- - - - - - - - - - --,

I электроды, карандашные грифели, замед­

замещаться

+ СО, + Н,О

т

I

1. По составу: на бескислородные (HCl) и кислородсодержащие (HNO,). 2. По числу атомов водорода, способных

(центральный атом)

K,[Fe(CN\] K,[Fe(CN),] -

Получе"ие ос"ов"ых солей. Для зтого МОЖНО

НС!

­

го остатка. (С точки зрения теории элект-

Кислоты

Структура комплекс"ых силей:

Взаимодействие со щелочью:

Ва(НСО,),

+

-

пы.

Взаимодействие с кислотой:

8п(ОН)Сl

-

это сложные вещества, со-

зуют только Н+.)

---t

---t 2СиО

-

Кислоты

ролитической диссоциации, .кислоты представляют собой электролиты, которые при

Термическое разложение:

лотой:

1.

Кислоты -

Взаимодействие солей слабых кислот

[Сu(ОН)],СО,(малахит)

Взаимодействие средней соли с кис­

~ -

-

стоящие из атомов водорода и кислотно-

ХимичеСlCllе свойства ос"ов"ых солей:

оксида:

+ 2СО, ---t

-

17.

+ 2NaCl

2MgCl, + 2Na,CO, + Н,О ---t ---t [Мg(ОН)],СО, + СО, i

+ Н,О

KHSO,

---t

Взаимодействие основания с избыт­

Са,(РО,),

+ НСl

-

'\

со средними солями:

основания:

Са(ОН),

3.

AlCl,

использовать:

+ Н,80,

Н,О р [Zп(ОН)]Сl

Добавление небольших количеств

I I I

',Г -

таллов:

Взаимодействие кислоты с недостат­

КОН

сла­

щелочей к растворам средних солей ме­

Получе"ие кислых солей. Для этого можно

образованных

бым основанием и сильной кислотой;

она ИЛИ аниона:

2КМпО,

Гидролиз солей,

преломляет

лучи

света,

очень твердое, не проводит электрический

ток, плохо проводит тепло. Применение:

В промышленности (в газогенераторах):

С

+ 02 ---t

СО,

+С

СО, ---t 2СО

В лаборатории:

НСООН (t',

Н,С 2 О,

H,SO,) ---t н,о + СО

---t СО + СО, + н,о

Н,80,)

(t",

Химические свойства. При обычных условиях угарный газ инертен; при нагре­ вавии

-

восстановитель; несолеобразую­

щий оксид.

2СО СО СО

+ О, ---t

Вступает

СО

2С0 2

+ СиО ---t Си + СО,

+ C1 2 (свет) ---t СОС1,(фосген) в реакции:

с расплавами щелочей (под давлением)

+ NaOH ---t HCOONa

шлифовальный порошок, буры, стеклорезы.

L

~-~

21

г

т

- - - - - - - - - - ­ с переходными металлами (образует

-

карбонилы)

Ni + 4СО (С) -.. [Ni(CO)4] Оксид углерода ОУ) СО, (углекислый

газ

угольный ангидрид) _

бесцветный

газ: без запаха, растворим в воде

-

в

1

л

Н,О растворяется 0,9 л СО, (при нормаль­

ных условиях); тяжелее воздуха, не под­ дер живает

горение.

Получеnие

..

..

1. Термическое разложение солеи угольнои

кислоты (карбонатов). Обжиг известняка: СаСО (t') -.. СаО

2.

+ СО t

I I I I I I I I

де'йствие сильных 'кислот на карбо­ ~

1\

наты и гидрокарбонаты:

СаСО, + 2НСl -.. CaCl, + Н,О + cO,t NaHCO, + НСl -.. NaCl + Н,О + cO,t Химические свойства Вступает в реакции с ОСновными окси­ дами и основаниями, образуя соли уголь­

ной кислоты: СО, + Na,O -.. Na,CO, СО, + 2NaOH -.. Na,CO, + СО + NaOH -.. NaHCO

,

I I I

I

Н,О

_'

При повышеннои темпераТJ::ре может

проявлять окислительные своиства:

СО, + 2Mg (О -.. 2MgO + С Качественная реакция - помутнение из­

I I II -

-----

~

/

- - - --,!

'~I .~

'\

;

\г

I

В результате реакции соли с кислотой также можно получить кислоту:

ве

-

неитрализации

розовыи.

):

2

I

I

H,SO, + BaCl, -.. ВаВО) +2НСl

-

-

-

-

-

-

Н О + СО t

-

,

-

-

-

+ СО, -..

CaCO,~

-

+ Н,О

Угольная кислота Н,СО,. Слабая кисло­ та,

которая

существует

только

в

+ Н,О Р Н,СО, + НСО,'

+ СО,"

лые соли

-

-

кислот.

карбонаты (СО,"). Кис­

ты (НСО,). Гидрокарбонаты и карбона­ ты могут превращаться друг в друга:

2NaНCO, (С) -..

Na,CO, + HP +

Na,CO, + HP + СО, СО, -.. 2NаНСО з

Карбонаты металлов (кроме щелочных) при нагревании декарбоксилируются, об­ разуя

оксиды:

СпСО, (t') -.. СпО +

co 2 t

Качественная реакция

-

«вскипание.

при действии сильной КИСЛОТЫ:

Na 2CO, + 2HC1-.. 2NaCl + Н,О + cO,t СО,' + 2Н- -.. НзО + СО}

первичным процессом является собствен­ но ние

электрохимическая стадия иопов

2Cl- -.. 2Clo +

разряда

электрохимические

ионов,

вторичные

peaK~

химичес-

2Сl

окисле­

2е-,

ся атомов хлора в молекулы:

электродах,

-

хлора:

на

связывание образующих­

-

-.. Cl,

Складывая уравнения процессов, проте­

ду собои, с веществом электролита и элек-

кающих у электродов, получим суммар­

трода. Электролитические процессы применя-

ное уравнение о:кислительно-восстанови­ тельной реакции, происходящей при элек­

кислорода,

хлора,

щелочеи

и

тролизе расплава хлорида магния:

Mg"

+ 2Cl" -.. Mgo + ClO,

калий, бериллий, магний, ЦИНК, алюминий, медь и т. д.); очистки металлов (медь, серебро); получения металлических спла-

Эта реакция не может протекать само­ произвольно; энергия, необходимая для ее осуществления, поступает от внешнего

вов;

источника

получения

гальванических

покры-

тока.

Электрод,

на котором

тий; обработки поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка); получения органических веществ; электродиализа и обессоли-

происходит восстановление, называется катодом (заряжен отрицательно); эле кт­ роД, на котором происходит окисление, называется анодом (заряжен положитель­

вания воды; нанесения

но).

пленок при ПQМQ-

При

электролизе

химическая

реак­

ция осуществляется за счет энергии элек­ трического тока, подводимой извне. Кро­ ме ионов электролита, в водном растворе имеются ионы, являющиеся продуктами диссоциации воды: Н' и ОН. В электро­

литическом поле ионы водорода переме. щаются к катоду, агидроксила - к ано­ ду_ Таким обраэом, у катода могут разря.

а через проводники второго рода

жаться как катионы электролита, TIlК и

(растворы или расплавы электролитов) ионами. В тех местах электрической цепи,

катионы водорода. Аналогично у анода может происходить разряд как анионов

где

электролита,

проводник первого рода граничит с

проводником

бикарбонаты, гидрокарбона­

ные электроны, окисляются. При этом

а вторичным

нами,

Обладает всеми свойствами Средние соли

к

Через про водники первого рода (металлы) электричество переносится электро-

Н,СО, р Н+

НСО; Р Н+

-

кислот и солей.

водном

растворе:

СО,

катоду, отрицательных

щи электрофореза. Электролиз протекает только в тех средах, которые проводят электрический ток. Способностью проводить ток обладают также водные растворы оснований,

вестковой воды:

Са(ОН),

к

т. д.); получения металлов (литий, натрий,

обмена), при которых выделяется газ или

+,

-

(водорода,

образуется осадок:

2КСl

через

ют для: получения неорганических вещ:ств

взаимодействуют кислоты-неокислители.

5 В· (

. заимодеиствие с солями реакции

,-..

пропускании

кие реа~ции продуктов электролиза меж-

:1

С металлами, стоящими в электрохи­ мическом ряду напряжений до водорода,

+ ,

при

тельному электроду и, ОТДllВая иэбыточ­

аноду), диффузия ионов, разряжающихся ции

H,SO, + 2КОН -.. K SO, + 2Н О 2HNO + С (ОН) 2 С (NO) + 2Н О ' а 2 -.. а ,2 , 3. Вааимодействие с основными оксидами: CuO + 2HNO, (О -.. CU(NO')2 + HP 4. Взаимодействие с металлами: Zn + 2НСl -.. ZnCl, + H,t

2Аl + БНСl -.. 2AlCl, + 3H 2t

2НСl К СО

электролита

тельных

Взаимодействие с основаниями (ре­

акции

это совокупность процес­

цессам относятся; миграция ионов (положи­

Де~ствие на индикаторы: ла.кмус -

-

Анионы хлора перемещаются к положи­

него электрического тока. К таким про­

Хими;еские своиства кислот:

2.

- - - - - - - - - - - - - - - - -­

сов, протекающих в растворе или распла­

-..

красныи, метилоранж

~

19. Электролиз Электролнз

Ba(NO,), + H,SO, -.. BaВO,~ + 2HNO, Na,SiO, + 2H~ -.. H,SiO.~ + ;mаСl 2NaCl(TB.) + ,SO,(конц.) (t) -.. Na,SO, + 2HClt 1.

- - - -

'1

второго

рода,

электроны

так

и

ионов

гидроксила.

Кроме того, молекулы воды также могут

вступают во взаимодействие с ионами ~

подвергаться электрохимическому окис­

происходят электрохимические процессы.

лению

Если эти процессы протекают самопроиз-

именно электрохимические процессы бу­

вольно, то система называе'l'СЯ

или

восстановлению.

То,

какие

химичес-

дут протекать у электродов при эле:ктро­

ким источником энергии. Если же их протеJ<ание обусловлено подводом электрической энергии извне, то происходит

лизе, зависит от соотношения электро­ ДНЫХ потенциалов соответствующих элек­ трохимических систем. На катоде будут

электролиз.

восстанавливаться

окисленные формы

В качестве примера рассмотрим элект-

электрохимических систем, имеющих наи­

ролиз расплава хлорида магния. При про-

больший электродный потенциал, а на

хождении тока через расплав MgCl, катионы магния под действием электричес-

аноде будут окисляться восстановленные формы систем с НllИменьшим электродным

кого

потенциалом.

поля

движутся

к

отрицательному

Если злектролит образован

электроду. Здесь, взаимодействуя с ПРИ-металлом, электродный потенциал кото­ ходящими по внешней цепи электронами, рого значительно выше, чем -0,41 В, то

I L_~

22

~

L

они восстанавливаются:

Mg 2 -r-+2e- -t MgO

из нейтрального раствора у катода будет

выделяться металл. Такие металлы нахо­

~-­

23

I

Г-

I I

I I I

-

-

-

-

-

-

-

-

-

-

­

-

-

-

-

~-

-

дятся В ряду напряжений вблизи водоро­

металл

да. В случае электролитов, металл кото­

тных

рых имеет потенциал значительно более

электрохимических

низкий, чем

-0,41

В, металл восстанав­

анода расположен

потенциалов

блюдаться

В противном

ние водорода. Если потенциал металла

ние

Схема

сти от концентрации раствора и условий

меди (Щ:

электролиза возможно как ние

металла, так

и

кислых

разряд

+ 2е --. Си'

Си"

+ 2е- --. Н 2 + 20Н-

и

электролиз

с

Катод f- 4К'

активным

2Сl

--. 2Cl' +

2С!

--. Cl,

анодом.

не

претерпевает

окисления

в

ходе

злектролиза. Активным называется анод,

2К 2 80,

280.'- --.

4К' 4Н,о

Инертным называется виод, материал ко­ торого

+ 4е --.

40Н-

--.

КОН; 4Н"

2Н,О

+ 4НО

--.

--.

2Н,

4Н+

тивным (никелевым) виодом:

Катод f-

жащих кислот и их солей, а также фто·

И

воды с выделением кислорода. В зависи­

мости от рН раствора этот процесс проте­ кает

по-разному

и

может

различными уравнениями.

быть записан

В щелочной

среде:

40Н-

--.

О,

Ni'+

+ 2е- --. Nio

Эффективность рядом сила

факторов,

тока,

КПД

N180.

выход

по

+ 2Н 2 О + 4е-,

(выход по энергии), гии

а в кислой или нейтральной:

на

единицу

полученного

бескислородных

ряжаются

HF

кислот

и

их

и фторидов) у анода раз­

анионы:

2Cl- --. Cl"., + 2е­ 2Н,о --. 002 + 4Н+ + 4еВ случае активного анода количество конкурирующих

окислительных

сов возрастает до трех:

1)

процес­

электрохими­

ческое окисление воды с выделением кис­

лорода, ние) и

2) 3)

разряд аниона (т. е. его окисле­ электрохимическое окисление

металла анода ('гак ных

металла).

анодное возмож­

процессов будет идти тот,

который

энергетически L_~

24

называемое Из этих

растворение

слои песка. При образовании воды с од­

к

щелочным

Водород

металлам

~ это галоген,

ствие своего

особого

и

галогенам.

который

проявляет

в

химическом

объема водорода:

в каче­

стве первого члена Периодической мы

ним объемом кислорода соединяются два

вслед­

положения

систе­

2Н 2

отношении

внешнее сходство со щелочными

металла­

образует

он является

двухатомные

выступать

в

качестве

в

соединениях,

воды

они

отрица­ однова­

Соединения

галогенидам

связи

водорода

почти

-

очень

ключительно

створяет многие газы,

разуются

~

Iia I

наиболее

выгоден.

Если

~

лекул Н,. Водород COCTO~T из смеси изотопов 'Н (протин), 'D (деитерин) и "Т (три-

тия).

Получение. В природе водород образу-

ется

при

разложении

органических

ве-

ществ бактериями. В промышленности его получают

при

коксовании

угля

или

из

воды. В качестве побочного продукта во-

дород получается в процессе электролиза водных

растворов

хлоридов

щелочных

металлов и при термическом разложении

IL

углеводородов:

СН,

--.

3 ШllаРl'алки

С + 2H,I.

ПО ХИYlИИ

1.

твердые

= 0,92

ды) при

оп­

4

г/см', максимальная р(во­

'с равна 1г/см'. объема.

Самая большая удельная теплоем­

кость (в

4 I

которые

При замерзании воды происходит рас­

3.

I I I I I I I I I

водородные связи,

Лед плавает на поверхности водоема,

~льда)

2.

водорода

родом. Свободный водород состоит ИЗ мо-

жидкие и

ределяют уникальные свойства воды:

ширение

более распространенных химических эле­ количество

-104,5";

вещества). Между молекулами воды об­

электроположительными,

Основное

-С. Чистая вода

является дипольным растворителем (ра­

протои. Это отличает водо­

содержится в воде и соединенинх с угле-

4

не проводит электрический ТОК.

Молекула полярна; угол саязи

цательно. Водород является одним из наи­ ментов.

полярно­

связь О-Н ковалентная полярная. Вода

при этом водород не является металлом и

I I I I I I

I I I I I

высокой

лоемкостью.

маленькое

валентными, но, в отличие от него, нс-

воды атома

жидких и твердых веществ удельной теп­

анало­

как и водород, могут быть только одно-

от

Она характеризуется наибольшей из всех

.

остается

характеризуется

большую плотность при

водорода с метвлла­

и характеру

сторону

стью. Жидкая вода бесцветна, имеет наи­

водород

электрополо~

где

в молекуле

одну

высокой полярности связи Н-О молекула

в

исключительно

по

кислорода. Вследствие этого и вследствие

неметал­

молекулы,

водорода

расположены

ми.

Как и галогены,

+ 02 --. 2Н,0

Оба атома

род от всех остальных элементов Перио­

Кислородсодержащие виионы не способ­

солей (кроме

нием, или фильтрованием сквозъ толстые

нии

обладает способностью заряжаться отри­

ны окисляться. При электролизе водных растворов

может быть освобождена или отстаива­

дической системы. Щелочные металлы,

продукта.

От

ствуют и большие различия в его отноше­

ядро атома

2 --. О, + 4Н+ + 4е­

в растворенном.

последней (УЩ групп. Но при этом суще­

ма

2Н О

-

большей части взвешенных частиц вода

(1)

В случае отщеплен ия электрона от ато­

расход электроэнер­

другие

и пред­

гичны

току,

При­

примеси.

стоянии,

водород и гелий. Водород

-

ми по строению

выход по веществу, КПД злектроэнергии

содержат

Одни из них находятся во взвешенном со­

лентны.

тока,

всегда

два элемента

галогены

относятся:

плотность

воды

группе, т. к. 1-й период содержит только

жительнога иона. Так же как и водород,

с ак­

оценивают

которым

тока,

родные

какой-либо определенной ее

тельно заряжены,

электролиза

напряжение,

источника

природе химическим соединением.

отнесен к

может

Ni o --. Ni'· + 2е­ к

Периодической системы и не может быть

связью. Так же как и галогены,

•

фтор ида в

происходит электрохимическое окисление

+ 200 + 4е­

80.'- --. Анод

SO 2­

Ni'+

да и является самым распространенным в

которых атомы водорода связаны простой

NiSO.

кислородсодер­

кислоты

раствора

Вода представляет собой оксид водоро­

иаиболее легкий из всех хи­

-

Вода

мических элементов. Он стоит в начале

лом:

200 --. О,; H,SO.

Схема электролиза

ристоводородной

Анод

--.

материал которого окисляется в ходе элек­

ных растворов щелочей,

I

2е

280/­

тролиза.

На инертном аноде при злектролизе вод­

Акод

тным виодом:

Различают электролиз с инертным вио­ дом

хлорида

Схема злектролиза раствора К,80, с инер­

становления воды:

2Н,О

аниона.

2Cl --.

происходит вслед­

етея результатом электрохимическогоВОС·

выделе­

21.

I

объединяет признаки первой

ствие разряда ионов водорода. В нейт­ ральных или щелочных средах ОНО НВЛЯ·

Водород

металла.

идти

раствора

Катод f- Си 2.

выделение водорода.

растворов

будет

Водород

20.

других

CuCl,

ВОССТ8новле~

Электрохимическое выделение аодорода из

или

г----~-----T-----------..,

то будет на­

растворение

электролиза

-..,1

-

обеих

систем,

случае

кислорода

близок к значению -0,41 В, то в зависимо­

-

в ряду стандар­

правее

виодное

ливаться ие будет, а произойдет выделе­

I

3100

раз больше, чем у воздуха; в

раза больше, чем у горных пород).

Химические свойства

1. Кислотно-основные свойства 1. Вода -=- слабый электролит: Н 2 О Р Н t ОН­ 2. Вода - амфотерное соединение. Она

реагирует как с основными оксидами (ок­

сидами щелочных и щелочноземельных ме­

таллов), так и с кислотными оксидами (кроме

8102):

+ Н 2О --. 2LIOH MgO + Н,О --. Mg(OH)2

80. + Н,О --. H,so.

Li

2

3.

О

Гидролиз некоторых солей приводит

к ИХ полному разложению:

Аl

S

+ 6Н О --. 2Al(OH) J. + 3Н S

~_~_~ _ _ ~_~-~

25

I

г-----------T-----~----,

I снрн t Н,О --> СО, + 3Н" или в резул-ьтате каталитического тер­ 4. Вода разлагает гидриды, фосфиды, I мического разложекия аммиака карбиды, нитриды и кекоторые другие I 2NН, (950 Ч ( р, Fe с добавкамк ) N + 3 . бинарные соединения активных металлов ~ снеметаллами: I В лабораториях:

СаН, + 2Н,о --> Са(ОН), + 2Н,' Zn + 2НСl --> ZnCl, + н,,

Са"Р, + 6Н,о --> 3Са(0Н), + 2РН з ' I 2Аl + 2NaOH + 6Нр -->

СаС, + 2Н,О --> Са(ОН), + С,Н,' I --> 2Nа[Al(0Н),J + 3Н,'

Ca,N, + 6Н,О --> 3Са(0Н)2 + 2NН з ' I 2Na + 2Н,О --> 2NaOH + н,"

5. Молекулы воды с некоторыми соля- Другие способы получения: ми дают кристаллогидраты: I СаН, + 2Н,О --> Са(ОН), + 2Н,'. Cu80,(белый) + 5Н, О --> I 4Н,О + 3Fe --> FезО, + 4Н,"­ Al,(СОз)з + 6Н,о -->

--> 2Al(OHJ,I- + зн,о + 3СО,

2

--> Cu80,' 5Н,О(синий)

П.

и

При реакции воды с активными ме­

дении

t

ся различные

4F, + знр --> OF,+ 6HF Cl, + Н,О --> НСЮ + НСl

*

окисления: ния

+ О,

Вода, в состав которой

но

воды

в

-1,

из

бес­

воде.

+1.

Реакция образова­

водорода и кислорода силь­

Пероксид (перекись) водорода (н,О,) от­

разует

можно перегонять без разложения при по­ пиженном

2Li

давлении.

2.

-->

2Н,О

+ О,

Окислительные и восстановительные

жиров и т. д.

+ 3Н,80, -->

2Мп"80,

t 500,

2600

используя

&0, +

-

можно

2Нр р Н,О,

t

кварца

и

пера,

мехов,

-

сильный

ный):

NaCl(TB.) + Н 80 (конц.) --> NaНSO 2

4

+ НС]

4

Образование белого осадка хлорида се­ ребра,

нерастворимого

кислотах, используется

в

K8JC

реакция для обнаружения

минеральных качественная

анионов

Cl-

в

растворе.

При

растворении

хлористого

водорода

в воде образуется соляная кислота ная

кислота,

снеметаллами:

Н2

+ Cl,

(свет)

-->

НС]

которая

-

полностью

силь­ диссо­

~

L

+ Cl­

Хлориды металлов

-

-

соли соляной кис­

получают взаимодействием ме­

таллов с хлором или реакциями соляной кислоты с металлами, их оксидами и гид· роксидами:

2НСl

+

НСl рН' лоты

НСЮ

- со щелочами:

CI, + 2КОН (5 ОС) --> КСl + КСЮ + Н,О 3Cl, + 6КОН (40 ОС) --> --> 5КС! + КСЮ з + 3Н,О

I

Lцин~д~нфици~юш~редство._~

-

- с водой: Cl, + н,О р

Перекись водорода применяют для от· шерсти,

+ 3Cl,' + 7Н 2 О

- с металлами: 2Na + Cl 2 --> 2NaCl Ni + Cl, .... NiCl,

Ва(ОН),

воска, для реставрации картин, в меди-

--> --> 2CгCl, + 2КСl

окислитель. Он вступает в реакции:

При.кененuе беливания шелка,

14НСl

Химичесн;uе свойства. Хлор

ЛИВ.

гидролиз:

Получение

циирует:

для вы­

наиболее эффективных реактивных топ­

получить,

+

- электролиз раствора NaCl: 2NaCl + 2Н,О --> Н, + Cl, + 2NaOH

т. п. Жидкий водород является одним из водорода

+ 4НСl --> MnCl, + C1 2, + 2Н,О

ра

Высокая температура (до

тугоплавких металлов,

в

l

газ желто-зеленого цвета.

Промышленный способ иолучения хло­

Н,

'С), получающаяся при горении во­

ления

Получение

Перекись

водой

дорода в кислороде, используется для плав­

+ К,804 + 8н,0

-

К,ст,о,

работки из растительных масел твердых

восет 8Jiовите.'I ь

-->

2LiН,

ния аммиа«а и др., в пищевой

ОКИСЛИТЕ!ЛЬ

;

МпО,

легко разлагаются

растворимый

СаСО, + 2НСl --> CaCl + н,О + СО,, НСl + AgNO, --> ЛgСl + НNО з

Хлор получают в лабораториях:

ности водород служит сырьем для получе­

+ нр-; + H,so, --> r, + 2Нр-' + K,so,

2КМп"0, + 5Н,О

Хлор

Пр именение. В химической промышлен,

свойства:

2К1-1

+ Сп + Q.

+ Н,О --> LiOH +

LiН

Разложение:

2Н,О,

+ Н2 -->

хорошо

с солями:

23, Хлор

гидриды:

которые

Химические свойства

1.

Н,О

воздуха,

с основаниями и аммиаком;

ртути:

При нагревании с металлом водород об­

это бесцветная ЖИДКОСТЬ, которую

-

+ Н, -->

CuO

г. Л.-Ж. Тенар.

Физичесн;ие свойства. Пероксид водо­ рода

свинца,

желее

атомов.

+ О, --> 2Нр + Q

меди,

(хлорная изяесть)

l ' ~Синтетический способ (промышлен­ ныи):

I Н, + Cl, --> 2НСl ~ •

I ХимuчеСlCие своиства. Хлористыи водо­ элементов увеличиваются радиусы атород вступает в реакции: мов, уменьшается электроотрицательI - с металлами, стояшими в ряду на­ ность, ослабевают неметаллические СВОЙпряжений до водорода: ства; окислительная способность умень- I Zп + 2НСl --> ZnCl, + Н,, шается с увеличением атомной массы. I - с оксидами металлов: • Молекулы галогенов состоят из двух I MgO + 2НСI --> MgCl, + HP

_ • С увеличением атомной массы окрас- I НСI + кон --> КСl + Н О

ка галогенов становится более темной, воз· НС! + NH --> NH Сl '

" ------------I -

газа.

О,

+ Са(ОН), --> CaOCI, + Н,О

• Общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня _ nв'nр'. • С возрастанием порядкового номера

или охлаж~

-

Cl,

I Хлор вытесняет бром и йод из галогено­ I водородных кислот и их солей: I Cl, + 2КI --> 2КСl + 1, Cl, + 2НВг --> 2НСl + Вг, I Хлористый водород - это бесцвет­ I вый газ с резким запахом, ЯДОВИТЫЙ, тя­ I воде. I • Гидросульфатный способ (лаборатор­ I

JIO

Водород способен отнимать кислород у

(DP).

Пероксид водорода

1818

марганца: Мп, Тс, Re. Атомы галогенов имеют 7 эле,:троно~ во внешнем слое. Так

I

ную положите~ьную валентность можно:J ожидать равнаи семи. Общая характеристика галогенов

ОКСИДОВ многих элементов: в частности, у

крыл в

группы составляют элементы подгруппы

лоидов. С другои стороны, их максималь-

экзотермична:

2Н,

входит дейте­

рий, называется тяжелой водой

логенОв: F, Cl, Вг, 1, At. Другую часть

менты играют р~ль одновалентных метал-

дород одновалентен, характерные степени

соединения:

I

являются соединения, в которых эти эле-

Химичесн;ие свойства. В соединениях во­

При реакции с галогенами образуют-

Одна часть этой группы состоит из га.

11

рона, наиболее ТИПИЧНЫМИ для галогенов

цветный газ, не имеющий запаха. Плохо растворяется

+ 2Нр --> 2NaOH + Н l' Са + 2Н,О --> Са(ОН), + н, 2.

коксового

воды

Физичесн;ие своиства. Водород

оксид

водород:

2Na

Периодической системы

него СЛОЯ не хватает лишь одного элект-

Водород также получают при электро­ литическом разложении

таллами образуются щелочь и водород, а

-

22. Элементы VH группы

J:

как ДО устоичивои конфигурации внеш-

+ С --> СО + Н 2 · СО + НР." --> СО, + Н, «конверсия СО.).

Он;ислитеЛЬ1iо-восстановительные

с металлами средней активности

I

Н,О

свойства

1.

I I I I

г----~-----T-----------,

2Fe Mg

+ 3Cl, --> 2FeCl,

2НС! --> MgCl, + Н,,

+ 2НСl --> CaCl, + н,о Ва(ОН), + 2НС! --> BaCl 2 + 2Н,О

t

СаО

Большинство ХЛОРИДОВ раствоРИМЫ в

воде (за исключением хлоридов серебра, свинца и одновалентноЙ ртути).

----­

--~-~ 27

26

г-----------T-----~----I

I растают температуры плавления и кипе· Хлорноватистая кислота ния, а также ПЛОТНОСТЬ. I • Сила галогеноводородных КИСлот воз­ HCI"O (H-O-CI) Физические свойства. Существует толь­ I растает с увеличением атомной массы. • ров. I нения друг с другом (например BrCl). Получение. Cl, +. Н,О ~ НСl + НСЮ Фтор ХиJltичес"ие свои:тва. НСЮ - слабая I Фтор _ газ светло-желтого цвета. Фтор киСлота и СИЛЬНЫИ окислитель. I получают, исполь.зуя электролиз распла­ ко в виде разбавленных водных раство­

u

Она ра~лагается, выделяя атомарныи

кислород. НСЮ на свет

I I I I I I I

Галогены могут образовывать соеди-

I

ва гидрофторида калия KHF,: 2F- _

2ё ~

F

о

~ НСl + О ' . у) I ХиJltические своиства. Фтор - самый ( Вступая в реакцию со щелочами, дает сильный окислитель из всех веществ: соли - гипохлориты: ~ Н, + F, ~ 2HF (со взрывом) НСЮ + КОН ~ КСIO + Н,О , Cl, + F, ~ 2C1F Окисляет йодоводород: I Фтористый водород. Это - бесцветВЪ!й 2НI + НСЮ ~ 1 J. + НСl + Н О газ. Хорошо растворяется в воде. ' 2 _ _ I Получение " _ Хлористая кисл.ота НСI О, (Н О CI-O) Са!" + Н 80 (кон .) ~ СаВО + 2HF Физuчес"ие своuства. Существует толь­ х' " .ц В' •

I

ко в водных

астворах.

р

• Получение. Образуется при взаимодеи­

ствии пероксида водорода с оксидом хло­

ра •(IV), который полу;ают из бертолето­ вои соли и

I I I I

щавелевои кислоты в среде

серной кислоты:

2КСЮ" + Н,СР, + Н,SO, ~ ~Ч~+Щ+~+~ 2СЮ, + НР, ~ 2НСЮ, + О,

ХиJltичес"ие свойства. НСЮ,

1

I

иJltuчес"ие своисmва.

фтористого водорода

створяет стекло:

8iO + 4HF ~ 8iF + 2Н О , '2 8i( + 2HF ~ H,[SiF,J (гексафторкремниевая кислота)

1

,­

слабая

-

соли -

Хлорная кислота HCI"O,

хлориты.

НСЮ, + КОН ~ КСЮ, + Н,О

+ НСЮ, + 2СЮ,

Хлориоватая кислота ко в

сильная

Вступая в реакцию со Iцелочами, дает

Получение

Ва (СЮ), + Н,80, ~ 2НСЮ,

+ ВаБО)

ХuJltичес"ие свойства. НСЮ,

- сильная

кислота и сильный окислитель; соли хлор­

-

хлораты:

соли

--

НСЮ,

перхлораты:

+ КОН

~ КСЮ,

КСЮ, (О ~ КСl

з

+

+ ЗО,

(40

+ 2Н,О

6КОН ~ 5КС!

+

КСЮ,

+

3Н,О

окислителя; при нагревании она разлага­ ется:

L_~

28

I

I

I I

ме кислорода, могут присоединять по два электрона, образуя злектроотрицательные

ионы. Элементы главной подгруппы име­

ют на внешнем электронном уровне шесть злектронов (nв'nр'). Атомы кислорода име­ ют два неспаренных

J

{Io

электрона и не имеют

d-подуровня. Поэтому кислород проявля­

ет степень окисления -2 и только в со· единениях со фтором

+2.

Сера, селен, тел­

лур и полоний тоже имеют на внешнем

уровне шесть электронов, но у всех у них есть незаполненный d-подуровень, поэто­ му они могут иметь до шести неспаренных

злектронов и в соединениях проявлять степень окисления

- 2, +4

и

+6.

Законо­

мерность изменения активности этих эле­

ментов такая же, как и в подгруппе гало­ генов: легче всего окисляются теллуриды,

------------

I

I

I

I

I

I

I

I

I

их используют для получения сверхтвер-

дых и жаропрочных специальных сплавов.

Соединения галлия с элементаМIl УI группы (серой, селеном, теллуром) являются

полупроводниками. Жидким галлием на.

полняют высокотемпературные термомет.

Элементы 111 группы

ры. Добавка индия к сплавам меди уве.

личивает устойчивость последних к дей­ ствию морской воды. Алюминий Нахождение в природе Алюминий является самым распростра­ ненным в природе металлом. Важнейшие природные соединения алюминия

-

алю­

мосиликаты, бокситы, корунд. Алюмоси­ ликаты

составляют

основную

массу

зем,

ной коры. Продукт их выветривания

­

глина и полевые шпаты (ОРТОКЛ8З, аль· бит,

анортит).

каолин

Основу глин составляет

Al,O,. 28iO, .

Алюминий

-

2НР.

серебристо-белый легкий

вается в про волоку и раскатывается в лис­

и

злектропроводностью.

Химические свойства

Алюминий

-

ак~ивный металл. На воз­

па), а также скандий, иттрий, лантан и

духе алюминий устойчив,

лантаноиДы, актиний и

поверхность пакрывается

актиноиды (по­

так :квн

его

очень плотной

бочная подгруппа). На внешнем электрон­

пленкой оксида, предохраняющей металл

ном уровне элементов главной подгруппы

от контакта с воздухом. Если с алюмини­ евой проволоки снять защитную оксид·

ко отдают эти электроны или образуют

ную пленку, то алюминий начнет энергич­

три неспаренных электрона за счет пере­

но

хода

водяными

одного

электрона на

р-подуровеяь.

+3.

также

находятся три

электрона,

образующих конфигурацию nв'nр', яо они расположены после 18-электронногослоя. Поэтому в отличие от алюминия галлий

~

I I I

ты. Алюминий обладает очень большой

Периодической снстемы

уровне

I I I

I I I I I

металл, очень пластичный, легко вытяги­

25.

индий, таллий) на внешнем электронном

2О,

'С)

Бертолетову соль используют в качестве

,

у элементов подгруппы галлия (галлнй,

раствор КОН:

3Cl, +

ную подгруппу называю~ подгруппой хро­ ма. Все элементы главнои подгруппы, кро­

нения только со степенью окисления

Бертолетова соль КСlO . Ее получают, пропуская хлор через подогретый

селена (селен, теллур и полоний), побоч­

I I

главной подгруппе выделяют подгруппу

Для бора и алюминия характерны соеди­

разлагаются:

4НСЮ, (О ~ 4СЮ,

НСЮ, + КОН ~ КСЮ, + HP

6Р + 5НСЮ, ~ 3Р ,О, + БНСl

+ Н,О

При нагревании хлорная кислота и ее соли

лород, сера, селен, теллур и полонии) и побочной (хром, молибдея и вольфрам). В

находятся три злектрона (nв'nр'). Они лег­

кислота и СИЛЬНЫЙ окислитель.

водных растворах.

новатой Кислоты

-

Шестая группа Периодической системы

состоит ИЗ двух подгрупп: главной (~ис­

галлий, индий, таллий (главная подгруп­

+ Н,80, ~ КНВО, + НСЮ,

ХиJltичес"ие свойства. НСЮ,

делением большого количества теплоты.

тепло·

кость, tK~. ~ 25 'С, tп.,.~ -101 'с.

КСЮ,

HCI"O,.

Физические свойства. "У"стойчива ТОЛЬ~

Периодической системы

к ПI группе относятся бор, алюминий,

Получение

+ Н,О

I образование их оксидов сопровождается вы· I Элементы IП группы находят самое раз­ нообразное применение. Соединения бора I с металлами (бориды) обладают высокой I твердостью и термостойкостью. Поэтому

24. Элементы VI группы

I I

Физичес"ие свойства. Бесцветная жид­

Неустойчива, при хранении разлагает­ 4НСЮ, ~ НСl

I I I I I I I I

одныи раствор

4КСЮ" (О ~ КСl + 3КСЮ, 2КСЮ, (МпО" t') '7 2КСl + ЗО,

ся:

1

- слабая кислота (плавиковая). Соли плавиковой кислоты - фториды. Плавиковая кислота ра-

кислота и сильный окислитель. Вступая в реа~цию со щелочами, дает

г----~-----T-----------I

I I I

Кuс//'ородсодержащuс кис//,оты х//,ора

обладает неметаллическими свойствами. Эти свойства в ряду ют, а

Ga, In,

Тl ослабева­

металлические свойства усилива·

ю~ся. Все элементы

III

группы обладают

I очень сильным сродством к кислороду, L

и

взаимодействовать парами

с

кислородом

и

воздуха:

+ З0, + 6Н,О ~ 4Al(0Н), + Q 2Аl + 6Н,О ~ 2Аl(0Н)з + 3Н, l' 4А!

Алюминий растворяется в разбавленных серной и соляной кислотах:

2Аl + 3Н,80, ~ Al,(80.), +3Н,1'

2Аl + 6НСl ~ 2AlCl, + 3Н, l'

Разбавленная азотная кислота на холо·

де пассивирует алюминий, но при нагре­

вании алюминий растворяется в ней:

8Al + 30НNО з ~ 8Al(NО,)з + 3Np + 15Н,о Концентрированная

азотная

кислота

пассивирует алюминий. ~-~

29

г-----------T-----~----I

г----~-----------------I

I

1

Так как оксид и гидроксид алюминия обладают амфотерными свойствами, алю­

мин ий легко растворяется в водных ра­ створах всех щелочей, кроме гидроксида аммония:

+6Н,0 -; 2K,[AJ(OИj,1 + 3Н,!

АлЮМИНИЙ ВЗ8имодействует С немет8..,."'!.

2Аl 4Аl

+ 3Вг, -; 2AlВг,

+ З0, -; 2Al,O,

+ 38 -; Al,8,

+ 3С -; Al,C,

Сульфид алюминия в водных растворах подвергается полному гидролизу:

Al 28, +

6Н 2 О

-;

2Al(OИj,

+

3Н 2 8

Алюмотермия используется для

сварки

+ 3Fe,04 -; 9Fe + 4Al 20, + Q

Нагревание солей алюминия с натрием:

AJC1, + 3Na -; 3NaCl +

А!

В настоящее время алюминий получают электролизом его расплавленных солей в электролитических ваннах. В качестве элек­

85 '!с, Al,O,.

тролита служит расплав, содержащий

Na,AJF6

и

15 %

глинозема

В расплаве:

При пропускании электрического тока натрия

движутся

к

12е

-;

2Аl,Оз

+

З0,

Расход глинозема все время восполняет­ ся.

s-подуровне

их

атомов­

один (у хрома) или два (у вольфрама) элек­

-

2050

'С. В природе оксид алю­

миния встречается в виде корунда и гли­

и особенно для хрома, характерны соеди­

Оксид алюминия обладает амфотерны­

мый в воде и других растворителях. При атмосферном давлении кислород сжижа­

ется при

-219

шивающие органические вещества). В моле­

Получение.

сится к активным неметаллам. во всех пеРОI<:СИДОВ, он

ния

-2.

кислород

-

имеет степень окисле­

(В соединениях со фтором кисло­

состоянии

В

можно

разложением перманганата калия при

а в

2КМпО, = К 2 МпО,

-

новной

I сплавов.

составной

частью тугоплавких

Природный корунд

очень твердое ве­

-

+ 02

4Аl

+ 302

~

Al,o, и

Кислород взаимодействует со всеми не­

металлами за исключением галогенов, об­

теряет воду, нревращаясь в оксид алюми­

разуя кислотные или несолеобразующие

ния.

оксиды:

+

+

3Н,80,

3КОН

-;

-;

Аl,(SО,)з + 6Н,о

К з [Al(ОНЦ

В кислороде

Гидроксид алюминия является слабым

неорганические

С кислородом

соли алюминия находятся в растворе толь­

только

в

присутствии

хлоридов

из­

на

воздухе

окисляются

и органические

реагируют

вещества.

все соединения за исключением

и бромидов:

ТКИ

Из органических соединений С кислоро­

поглощать

различные ве­

ВОДЫ.

ДОМ

~

L

получают

жидкого воздуха. В

последнем случае воздух сильно сжимают

(10-20

МПа), а затем резко поннжают

давление. Жидкий воздух состоит из азо­

-195,8

1 %.

взаимодействуют почти все,

20%).

Посколь­

'С, а температу­

-183

'С, из

жидкого воздуха вначале аТГDняется азот, а

затем

кислород.

Примененне. Кислород применяют для интенсификации окислительных процес­

сов в химической и металлургической промыщленности: в реакциях окисления

щества, поэтому его примен.яют для очис­

ет свойствами

ем (ректификацией)

ра кипения кислорода равна

+ 02 ~ СаО + HP

2Zn8 + 302 = 2ZnO + 2802

Mg,P 2 + 40, ~ Mg,(PO,),

Ca28i + 20, = Са,8iO,

4КI + 02 + 2Н 2 О ~ 4КОН + I 2

гидролизу. Гидроксид алюминия облада­

кислород

либо электролизом воды, либо разделени­

ку азот кипит при

СаН,

водой эти соединения подвергаются

В промышленности

ртути:

Примеси составляют около

металлов с неметаллами,

присутствии избытка кислоты, а

-

и

ка­

- 2КСl + 302

та (около 80 %) и кислорода (около

8 + 02 = 802

4Р + 502 = 2Р,о,

N 2 + 02 ~ 2NO

свойствами:

как

разложением нитратов щелочных или

2КNО з ~ 2KN0 2 + 02 -- разло>Кением оксида 2HgO = 2Hg + 02

~ 2Аl,Оз

и др.) и амфотерные (ZпО, Сг,О"

белое вещество; при нагревании

марганца

щелочноземельных металлов:

2MgO

др.) оксиды.

2А1(0Н),

-

сидами, образует кислотные (СrО з , Мп,07

кругов и шлифовальных по­

Гидроксид алюминня Al(OИj,

Al(OИj,

2КСlO з

Ряд металлов, наряду с осноаными ок­

щество. Он применяется для изготовления

-

2Mg

дноксида

талнзатора:

всех платиновых металлов (кроме осмия), образуя основные оксиды:

+ Мп0 2 + 02

разложением бертолетовой соли в

присутствни

таллами, за исключением золота и почти

--1

Это

-1.)

Кислород взаимодействует со всеми ме­

условнях

нагревании:

его

окисления равна

су­

и озона 0 З ,

получить:

+2,

стъю И термостойкостью и является ос­

может

02

лабораторных

пероксидных соединениях степень

I фрама отличается очень большой твердо­

кислород

ществовать в виде кислорода

род проявлнет степень окисления

ров

L_~

Hыx материалов (легче разрушаются окра­

поэтому применяется для изготовления ни­

лением:

+ СО,

ство используют для отбеливания различ­

тей в лампах накаливания. Карбид воль­

бытка щелочи. При разбавлении раство­

2КАlO2

В атомарном Состоянии кислород более

активен, чем в молекулярном. Это свой­

кулярном

'С.

Химические свойства. Кислород отно­

I таллов температурой плавления (3370 'С),

переводят в растворимое состояние сплав­

-;

'С, а затвердевает при

-183

и

алюминаты

(П

всех оксндов, из которых состо­

вольфрам обладает наивысщей среди ме­

кислотах и щелочах. ОКСИД алюминия

+ К 2 СО,

+ 502 ~ 3СО, + 4Н,О

+ 02 ~ 2СН,СНО + 2Н 2 О

2СН,СНО + 02 ~ 2СН,СООН

C6H 120 6 + 602 = 6СО, + 6Н,о

2С 6 Н 6 + 1502 ~ 12С0 2 + 6Н,о

2С 2 Н,ОН

входит в состав воды

соединениях, кроме соединеннй со фтором

КО в

Al,O, + 2]\ОН (t') -; 2КАlO2 + Н,О

AJ,оз + 3]\28207 (П -; 3K 2SO, + Al,(S04)'

- 23 %),

получения специальных сталей. Чистый

ми свойствами, но не растворяется в воде,

Аl,оз

совая доля

газ без цвета и запаха, слабораствори­

но ДЛЯ молибдена,

основанием и слабой кислотой, поэтому

нозема.

С,Н,

состоянии он содержитсяв атмосфере(мас­

ществ. При обычных условиях кислород ­

t6,

I и +3 или +2 для хрома). Молибден ис­

I кой нрочности. Вольфрам применяется для

I

В свободном

лей, а также многих органичес:ких ве­

~ нения, в которых ОНИ имеют более НИЗ­ 't\ кую степень окисления (+4 для молибдена

I

47 %.

степень окисления

ными

белое вещество с температурой

плавления

изводные):

ной коре составляет

трона. Все они проявляют максимальную

Гидроксид алюминия обладает амфотер­

Оксид алюминин Аl 2 О з Это

полихлорэтаны и аналогичные бромпро­

том в природе. Его массовая доля в зем­

ит земная кора, кислородсодержащихсо­

на

хлора или

ется наиболее распространенным элемен­

(88,9 %),

поэтому

содержанием

брома (хлороформ, тетрахлорид углерода,

НЯ,

нервую очередь и в расплавленном состоя­

-

ных С большим

Нахождение в природе. Кислород явля­

группы хрома идет заполнение d-подуров­

рошков.

На аноде:

30

лучения цветных стекол. В элементах под­

наждачных

нии собирается на дне ванны.

I

I

I I I

I

ся в стеКОЛЬНQЯ промышленности для по­

катоду: алюминий восстанавливается в

4АlO з З -

Соединения се­

1-

AlAlO, р Al'+ + АIO,'­

Na,AlF6 р 3Na+ + АIF 6 З­ катионы алюминия и

I

I

IIолучеuuе

криолита

I I

I I

(фреонов). а также хлор- и бромпроизвод­

Кислород

26.

пользуется в производстве сталей выео­

или для получения металлов:

8А!

соединения теллура

I I I

лами:

2Аl

ных соединений серы наиболее устойчи­

лена занимают промежуточное положение.

2Al + 6КОН

4Аl

I затем селениды и сульфиды. Из кислород­ I вы соединения серы (VI), а для теллура ­

I (IV). I Соединения ce~eHa и теллура применяют­

органнческих веществ, для обжига руд, выплавки чугунов и сталей, прн резке металлов, в горнодобывающей промыш­ леНRОСТИ. Чистый кислород используется

в медицине, кислородных приборах для кроме

полностью фторированных уrлеводородов

работы под землей, под водой, на боль­ ших высотах, и как окислитель paкeтHO~ го

топлива.

~-~

31

г-----------------~----, 0308 ОЗ' Окислительные свойства озона

ми наблюдаются при дыхании и гниении,

выражены более ярко, чем кислорода. Это

а

объясняется тем, что озон легко распада~

духе. Процесс горения используют в про­

ется на молекулярный и атомарный КИС~

мышленности

лород:

(сжигание угля, кокса, дров, нефтепродук­

О,

= 02+ О

О,

+

2Ю

+

также

при

окислении

некоторых

смолистых веществ хвойных деревьев. Воздух

это смесь газов. основными

-

компонентами которой являются кисло­

(20,9 %

род

(78,16 % по (0,99 % по объе­

по объему), азот

объему) и инертные газы

му). Содержание этих компонентов прак­ тически

неизменно,

поэтому

они

счита­

ются постоянными. К переменным компо­ нентзм воздуха относятся углекислый газ

и водяной пар. Пыль и различные газы Н 2 8,

(80"

NO,) яаляются

случайными при­

месями. Их концентрапия зависит от ме­ теорологических и местных условий, вре­

мени года, наличия поблизости промыш­

ленных предприятий и т. д. Содержание углекислого

газа в воздухе в местах,

ленных от промышленных

выбрасывающих

уда­

предприятий,

большие его количества

в атмосферу, не превышает

Вбли­

0,03 %.

зи промышленных предприятий и авто­ транспортныхмагистралейсодержание его

в атмосфере значительно выше. Чистый воздух, освобожденный от пыли и чайных примесей, -

запаха.

слу­

прозрачен и не имеет

Все реакции,

кислорода,

характерные для

протекают

и

на

воздухе,

но

их скорость меньше из-за разбавления кис­ лорода другими газами. В жидком возду­ хе

концентрация

кислорода

значительно

выше, и многие реакции в нем протекают так

же интенсивно,

как

образном кислороде. ддя

окислении

с

металлов

целью

на

получения

БОЗ­

тепла

вой энергии в механическую и электри­

В природе озон образуется при электри­ а

при

тов, горючих газов), превращения тепло­

HP ~ 1, + О, + 2КОН

ческих разрядах в атмосфере во время гро­ зы,

также

и

в

чистом

газо­

Воздух необходим

жизнедеятельности

ЖИВОТНЫХ

и

ческую (сжигание различных видов топ­ лива

двигателях

внутреннего

сгорания

личных оксидов (обжиг сульфидных руд и др.). Все реакции, в которых участвует кислород,

относятся

окислительно-вос­

It

становительным.

Круговорот кислорода в природе. Из всего кислорода, содержащегося в земной коре, воздухе, а также в составе оксидов,

солей и

воды, круговороту подвергается

только тот, который содержится в свобод­

ном состоянии в воздухе. По оценке уче­ ных, масса свободного кислорода в возду­

хе приближенно равна

состав­

ляет всего лишь

10" т, что около 0,0001 %

общего

содержания кислорода в земной коре. При окислении углерода и

водорода, содержа­

щихся в различных видах топлива, обра­ зуются углекислый газ и вода. При сжи­

гании углей, нефтепродуктов, древесины, различных природны,, попутных и образу­

ющихся в производстве газов (генератор­ ный,

коксовый, доменный) расходуется

огромное количество кислорода. тельную

его

часть

Значи­

поглощают при

дыха­

нии живые организмы. Однако концент­ рация

кислорода

в

атмосфере

практически неизменной.

остается

которые поглощают углекислый газ и воду

и с

помощью особых катализаторов

ферментов

энергии (фотосинтез) превращают их углеводы,

n СО, + n атмосферу

ния кислорода, азота и инертных газов, а

которая

жидкий воздух служит также холодиль­

процессы.

ным агентом.

концентрации кислорода в атмосфере обус­

с

Окисление. Взаимодействие кислорода

ловлено

различными

ного

ществами

нием

проетыми

и сложными

всегда сопровождается

значительных

Rоличеств

ве­

и

и

на

животного

раститель­

мира.

ствия кислорода с различными

32

фат натрия

(Na,80,), кристаллогидрат ко­ торого (Na,80,' 10H,O) называется глау­ 6еровой солью; сульфат кальция (CaSO,), образующий минерал гипс (caSo, . 2Нр); и сульфат

магния,

или

горькая

соль,

(МgБО,' 7Нр). Физичеекие свойства. кристаллическое

Сера

вещество

твердое

-

желтого

цве­

та. Существуют три аллотропные моди­ фикации серы: Н!lЯ

И

ромбическая,

моноклин­

При обычных условиях молекула серы из

восьми

атомов,

замыкающих­

акцию дами

Н,8

с

и

;::! Н+ + 82­

основаниями,

основными

окси­

солями:

+ КОН -'> КН8 + Н,О + CdO -'> Cd8 + Н,О + Cu80, -'> СпS + Н,80,

Сероводород проявляет очень сильные восстановительные свойства:

Н,8

+ Вг, -'> 8 + 2HBr + 2FeCl, -'> 2FeCl, + 8 + 2НСl H2S + Н 2 80,(конц) -'> 8 + 80, + 2Н,0 H2S-' + 3Н,8+ 6О,<конц) (П -'> 480, + 4Нр Н28

Качественная реакция на сероводород и растворимые сульфиды:

Na 28 + РЬ(NО з ),

Pb8J. + 2NaNO,

-'>

(черный

осадок)

Сульфиды Получеnuе

Hg + 8 Н28

органических

(С) -'> НgБ

+ 2КОН

-'> К,8

Zn80, + Na,8

растворителях.

-'>

+ 2Н,0 Na,80, + ZnSJ.

Химические свойства. Сера относится

Хuмuчесхuе

к числу активных неметаллав. Взаимо­

о Гидролиз:

действует с кислородом. металлами и не­

К,8 + Н,О ;::! KНS + КОН 8'- + Н 2 О ;::! Н8- + ОН­

металлами:

свойства

8 + О,'" 80, 28 + Cl, ;::! 8,Cl,

напряжений левее железа (включительно),

8+Н,;::!Н,8

растворимы

о Сульфиды металлов, стоящнх в ряду

-'>

38"0, +

6КОН -'> К,8"О, -'>

+

2Нр

2К,8

сильных

кислотах:

'+

идет)

о Водорастворимые сульфиды растворя­

знр

ют серу с образованием полисульфидов:

Na 28 + n8 ... Na 28"Tl (1 5 n 5 5) Сернистый газ

Na,8,O,

Бесцветный газ с

SO,.

резким, удушливым запахом.

Промышленный метод

в

в

Zn8 + Н,80, ... Zп80, + Н 2 8 НgБ + Н,80, -\... (реакция не

выплавле­

-

т

пара.

3S +

частности

для

3Н,0

очень

получения

вулканизации

сер·

каучука,

сероводородная кисло­

-

бесцветный газ с

запахом тухлых яии. Сероводород

IL~~сстановител~

Полученuе

8 + О, -'> 80, 4Fe8 2 + 1102 -'>

-

силь­

2Fе,Оз

+ 880,

Химические свойства

•

Сернистый газ

При

Сера применяется

та. Сероводород Н,8

~

кислота вступает в ре­

ется в воде, но хорошо растворима во мно­

Сероводород и

вещества­

нs-

ся в кольцо. Сера очень плохо растворя­

получения эбонита, спичен, пороха.

­

слабая

пластическая.

состоит

гих

-

кислота:

Сероводородная

Н,8

киноварь

+ 280,

H,S ;::! Н+ + Н8-;

Важнейшие природные сульфаты: суль­

медный блеск

(CuFe8,),

ной кислоты,

теплоты.

сероводородная

Н,8

широко,

горением. Медленные процессы взаимодеЙ.

L_~

колчедан

-'> 2Н,0

+ 302

Водный раствор сероводорода

(Cu,8), (Hg8).

халькопирит

Применение.

Если реакция протекает медленно, то про­

I I

или железный

2. В лаборатории: 2Na,8 + Na,80, + 6НСl -'> -'> 6NaCl 2Н 28 + О, -'> 28 + 2Н,О

выделе­

цесс называют тлением, а если быстро

пирит,

цинковая обмаRка (ZпS), свинцо­

вый блеск (РЬ8),

1.

постоянство

жизнедеятельностью

фиды:

(Fe8),

ние из руды с помощью водяного

окнслительные

Таким образом,

11I

Получение

компенсирует ту ее часть,

расходуется

сульфатов. Важнейшие нриродные суль­

8° + Nа,8"О з

попадает в

ти его используют как сырье для получе­

родная сера), а также в виде сульфидов и

Растворение:

в

HP -'> (СНр)" + n О, кислород

Нахождение в природе. В природе сера встречается в свободном состоянии (само­

38° +

освобождая кислород:

Выделяющийся

2Н,8

Диспропорционирование:

­

под действием солнечной

-

Сера

27.

58 + 2Р -'> Р,8,

8 + Zn -'> Zn8

8 + 2Н,80 ,(конц)

Это достигает­

ся благодаря жизнедеятельности растений,

рас­

тительных организмов. В промышленнос­

в

и турбинах), а также для получения раз­

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

г----~-----------------,

его

-

кислотный оксид.

растворении в воде

образуется

слабая и неустойчивая сернистая кисло­

та Н 2 80,:

80, +

HP ;::! Н,80,

Н,80,;::! Н·

+ HSO,

НS0 3

+ 80,' (1V) образует

;::!

Н'

Оксид серы

лей

два ряда со­

- средние (сульфИТЫ) и кислые (гид­ )

РОСУЛЬФИТ~----~-~ 33

------------------~----I Ва(ОН), + 8О, Ва(ОН),

---7

Ва80,1

+ 28О, ---7

+ н,о

сильными

Ва(Н80')2

80,

ные в ряду напряжений после водорода

(медь, серебро, ртуть), и многие неметал­

+ ВГ 2 + 2Н 2 О ---7 Н,80, + 2НВт

Водные растворы сульфитов щелочных металлов

окисляются

на

воздухе:

расположенные

в

ряду

напряже­

ний после водорода внепосредственной

2Na,80, + 02 ---7 2Na,8O, • Реакция восстановления:

80, + 2Н,8 ---7 З8 + 2Н 2 О

близости от него, восстанавливают кои· центрированную серную кислоту до

2Fe

Сернистая кислота Н,80,. Является сла­ бой, неустойчивой и существует только в

Сернистая кислота образует средние и

окислительными свойствами:

Н,80,

+ 2Н,8 ---7 зн 2 о + 38

---7 Н,80, + 2НI

кислые соли

С

NaCl +

- сульфиты и гидросульфи­ (Na280" NaH80,). Сама кислота прак­

тического применения не

соли

Na,80,

и

находит, но

ее

широко применя­

NaH80"

ются в кинофотопромышленности.

Сериый таз (серный ангидрид) цветная летучая

80,.

Бес­

+ 280, +

Н,8О,(конц.)

-

(РЬ80,)

и

в

воде

и

-

сильный окислитель.

+ О,

(450... 500 ~ 280,

ОС;

створяются мет~ллы,

вой

Zп + Н,80,(разб.) ---7 Zn80, + н,1'

При растворении металлов, проявляю­ щих несколько степеней окисления, обра­ .. зуются сульфаты металлов с низшеи сте­ пенью окисления:

Fe

+ Н2

80

,(разб.) ---7 Fe

80 4

+ Н2

t

Концентрированная серная кислота по­ чти не диссоциирует, без нагревания не взаимодействует с железом. Она обладает L_~

БLi

80 зн2 80 ~ 2;Ж) ...: зн 80 2NO +'0 ---7 2NO '4 NO + 80 ---7 80 2+ NO 2

О

2

Н

во аремя

N:---7 2N':

2NН,

~ 107,З·. Атом

ет сравнительно высокие температуры КИ· пения и плавления, он легко сжимается.

Хорошо растворим в воде: в 1 литре Н,О

,

растворяется 750 литров NH"

фос­

Полученuе

форной, плавиковой и многих органичес­

КИХ кислот методом обмена, в производ­ С'гве красителей фосфорных и азотных

I I

удобрений. ~

L

он'

ЗСu

+ N, + зн 2 о

Соли аммония

NH 4 ~,

Физuчес~ие свойства. Аммиак (NH,) ­ бесцветныи таз с резким, удушливым за­ пахом, ядовитый, легче воздуха. Молекулы аммиака соединены слабыми водородны­ ми связями, благодаря чему аммиак име­

3

ют для получения солянои, азотно

HNH

+ 3Cu0---7

Соли аммония

нята неподеленнои электроннои парои.

Применение. Серную кислоту применя­ .. й

NH/ +

-

сложные вещества, в

состав которых входят катионы аммония

азота три уч~ствуют в образовании оди­ нарных связеи N-!I' а че,'верта~ связ: за­

2

~

Аммиак реагирует с кислотами с обра­

щелоч­

+ N,---7 2Li з N

+ N, (О ---7 МgзN,

азота в вершине, угол

+ 2NO + Н О

аммония:

NH,OH

металлов:

ет форму треугольной пирамиды с атомом

КИСЛОТОЙ:

+Н

-

Аммиак Строение. Молекула NH, полярная, име­

3-я стадия. Поглотительная башня: n8О + Н 80 (конц) ---7 (н 80 . n80 )

80

(в природе

азотв находится в sр'-гибридном состоя: нии; из четырех гибридных орбиталеи

го газа оксидами азота. Для запуска про­ цесса сернистую кислоту окисляют азот­

в

очень устойчи,

- с водородом (500 'С, kat, р)

N,o + зн, ~ 2N-'Hg

- с активными (щелочными и

V20,):

кислота реагирует с OCHOBHЫM~ ок~ида­ ми, гидроксидами и солями. неи ра­ расположенные

(:N=N:)

N: ---7 2N-'.

+ 02 ---7 2NO

Окислитель

окисляется в

2' , '(о;еум) , Нитрозный способ: окисление сернисто­

ряду напряжении левее водорода:

+ 2Н,о

грозы)

газ поступает в

где

Серная кислота Н 2 804 • Безводная сер­ - тяжелая маслянистая бес­ цветная жидкость. Разбавленная серная ная кислота

аммония:

ЗМg

теплообмена сернистый

н 2о ~

NН, + НС! ---7 NН,C! 2NH, + Н 2 80, ---7 (NH,),so, NН, + н,о + СО, '"" NH 4HCO, Аммиак восстановитель (окисляется дО N,o или NO); он: 1) разлагается при нагревании: 2N-'H, (t") ---7 N, О + ЗН, 2) горит в кислороде: - без катализатора 4NH, + ЗО, ---7 2N, + 6Н,0 - окисдяется в присутствии катали­ затора (Pt) 4NН, + 50, ---7 4NO + 6Н,О 3) восстанавливает оксиды некоторых

N:

осушки и

+

спирт)

зованием солей аммония:

Восстановитель

+ 8802 + Q

гидроксида

NН,

(нашатырный

ного испарения) жидкого воздуха.

Азот вступает в реакции:

2-я стадия. После очистки,

основание Льюиса. Водный

аммиака

тодом фракционной перегонки (постепен­

ноземельными) металлами:

(800 ОС). 4Fe8 2 + 110, ---7 2Fe 20,

280,

ния

компоненты воз­

ладает низкой реакционной способностью.

l-я стадия. Печь для обжига колчедана

серный газ

-

в промышленности получают ме­

Молекула азота

кислотах.

контактный аппарат,

80, + 2NaOH ---7 Na 280, + Н,О

80, + NaOH ---7 NaН80,

и трехвалентен.

ва (три ковалентные связи), поэтому об­

Контактный способ:

росульфаты):

-

электронного

Химические свойства

контактный и нитрозный.

• Серный газ - кислотный оксид.

80, + н,о ---7 Н,80,

Оксид серы (VI) образует два ряда со­

лей - средние (сульфаты) и кислые (гид­

2s'2p'

внешнего

NH,NO, (tO) ---7 N,

кальция

-

имеет щелочную реакцию из-за образова­

структуру

Лабораторный способ. Разложение нит­

НС!

Химические свойства

Аммиак

имеет

рита

ных способа получения серной кислоты:

Химические свойства

основа

Получение

ПОЛУЧe>lие. Существуют два промышлен­

280, + 02 (У,О" 450 ос) ~ 280,

Fe,(80,), (П ---7 Fe,O, + З80,

-

раствор

духа

(СБSО,) слаборастворимы, а сульфаты ба­ римы

газ, без цвета, запаха и

N2 -

Азот и другие газы

сульфаты и гидросульфаты.

свиица

т).

2. Лабораторный способ: 2NH,Cl + Са(ОН), (t") ---7 ---7 CaCl, + 2NH, t +. 2Н,о (NH')28O, + 2КОН (О ---7 ---7 К 2 80, + 2NH 2t + 2Н 2 О

жизни. Атом азота в ОСновном состоянии

слоя

Серная кислота образует средние и кис­ лые соли

(N,) составляет (75,6 % или

органические соединения азота

2Н,О

---7 NaH80, +

Свободный дЗОТ

­

вкуса; плохо растворим в воде. Сложные

рия (Ва80,) и стронция (8г80,) нераство­

жидкость.

Получение

Серный газ

2Н,8О, ---7 СО,

Сульфаты

80, + н 2 о ---7 Н 2 80,

•

+

%.

4' 10"

с неметаллами и солями:

ты

-------------~

основную массу атмосферы

+ 6Н,8О, ---7 Fe,(8O,), + 380, + 6Н,О

-

присутствии сильных восстановителей

О,ОЗ

Серная кислота вступает в реакцию:

Н,80, + 1, + Н,О

лота обладает восстановительными, а в

I I I I

Массовая доля азота в земной коре

8o,:

- с активными металлами (Zn, Mg, Al):

Zn + 2Н,80,(конц.) ---7

---7 Zn804 + 80, + 2Н,О

3Zn + 4Н,80,(разб.) ---7

---7 3Zn80, + 8 + 4Н,О

4Zn + 5Н,80,(сильно разб.) ---7

---7 4Zn80, + Н,8 + 4Н,О

разбавленных растворах. Сернистая кис­

34

лы (например углерод, серу, фосфор). Ме­ таллы,

г----~---­ aA~

свойствами:

окисляет некоторые металлы, расположен­

Реакция окисления:

•

окислительными

1. Промышленный способ (р ~ 100 МПа; t ~ 500'С; Fe + алюмосиликаты): N2 + зн, ---7 2NH,

связанные с кислотным остатком.

Физические свойства. Соли аммония ­ кристаллические вещества, хорошо ра­ створимые в воде.

Получение

NH, + HNO, ---7 NH,NO, 2NH,OH + Н,80, ---7 (NH')280, + 2Н,О Химические свойства 1. Являются слабыми электролитами

(диссоциируют в водных растворах):

NH,Cl ~ NH; + С! 2. Разлагаются при нагревании:

а) если кислота летучая

NH,Cl (t") ---7 NH, + НС!

NH,HCO, ---7 NH, + н,О + СО,

б) если анион проявляет окислительные

свойства

NH,NO, (t") ---7 N,o + 2Н,о (NH,),Cr,O, (t') ---7 N + Cr,O, 2

+ 4Н,О

З. Вступают в реакцию с кислотами и

солями (реакция обмена):

(NH,),CO, + 2НСl ---7 2NH,Cl + н,О + СО, (NH,),SO, + Вa(NO,), ---7 BaSO,1 + 2NH,NO, ~-~

35

------------------~----I

4.

-

Подвергаются гидролизу

среда кис­

лая:

NH,CI + Н,О ~ NH,oH + НСI NH; + Н,О ~ NH,oH + Н+ 5. При нагревании со щелочами

выделя­

ют аммиак (качественная реакция на

NH,')

NH,CI + NaOH (tO) ~ NaCI +- NH,i

+ Н,О

Оксид азота (1)

-

селящий газ.)

сладковатый, няется

как

(закись азота, <ве­

N.o

бесцветный газ, запах

растворим в

воде. Приме­

анестезирующее

Получение.

NH,NO, (П

~

средство.

N,O +

Химические свойства. Несолеобразую­ щий оксид.

2N,O (t')

~

2N, +

N,O+H,~N:+H,o (окись

NO

азота)

­

бесцветный газ, плохо растворим в воде. Получение

Каталитическое окисление аммиака

1.

(промышленный способ):

4NН,

~

+50,

4NO +

6Н,о

3Cu(NO,), + 2NO + 4Н,О 2NO (в природе во время

грозы) Несолеобразующий

1.

генами:

2NO + О, ~ 2NO,

2NO + Cl, ~ 2NOCI

нитрозил)

2. Является окислителем:

2NO + 28О, ~ 280, + N,

Оксид азота (ПI)

-

темно-синяя жидкость

(при

низких температурах). При температуре, превышающей температуру кипения, раз­

лагается на риду

и

NO

NO,.

соответствует

Азотистому ангид­

азотистая

кислота

NO, + NO

~

Химические свойства. Обладает всеми

+ 2NaOH

Оксид азота диоксид азота) :кий,

~

2NaNO, +

с

+-

кислотой;

NaNO, +-

сильными

ее соли

1.

Н,О

AgNO,), при

-

Нитрит

-

2NaNO, +

и,о

зованием

соответствующих

ЯДОВИТ.

Получение

2NO + 02 ~ 2N0 2 Си + 4HNO,(KOHU.)

~

~ Cu(NO')2

+ 2NO, +

2Н,О

~-~--------------------~

36

кислота:

пассивирует (без нагревания) железо, вступает

в

реакции

с

тяжелыми

ме­

NO,);

вступает в peaJЩИИ со щелочными и ще­

с тяжелыми металлами (образуя

(образуя

нитратов.

I I L

N,

t:::l HBr +

НВгО

с

2КОН ~

KBr +

сильными

~

КВгО

+

н,о

восстановителями:

1, + 2HBr

HBr

Физические свойства. Бесцветный газ,

t .= -87' С.

пл

t

IOш.

~

-67

·С;

2NaBr +

Н,РО, (П ~

Na,HPO, + 2HBr

Химические свойства. Водный раствор

или

NO);

NH,NO,).

4. Вступая в реакцию снеметаллами, образует NO (или NO ); неметаллы окис­ ляются ДО соответств~ющих кислот: 8 + 6HNO (конц) ~ Н SO + 6NO + 2Н О В + 3HNci' ~ Н во -: 3NO 2 , 3Р + 5HNO + 2Н о ~ 5NO' + 3Н РО

~_'

J

i/o

l I I I I I

N,O).

металлами, а Т8J(же с оловом и железом

окисляются кислородом воздуха с обра­

Н,О

со щелочами:

Получение

- со щелочными и щелочноземельными

разложения. В растворах они постепенно

с водой:

хорошо растворимый в воде;

реакции:

-

-

Бромистый водород СО,

Разбавленная азотная кислота вступает

Н,О.

+ ВГ 2 t:::l 2НВг

+ 5Вг, ~ 2PBr,

-

О,

лочноземельными металлами (образуя

его получают

2АIВг з

2Р

Br 2 +-

Окрашивает белки в оранжево-жел­

таллами (образуя

производстве

....

Н,

Br 2 + 2HI

алюминий, хром, золото, платину;

в

~

+ 4NO, +

3Вг,

снеметаллами:

-

Разлагается на свету и при нагревании:

Концентрированная азотная

по схеме:

NO, + NO + 2NaOH

з

3. При взаимодействии с металлами никогда не выделяется водород: металл + НNО з ~ ~ соль азотной кислоты + вода + газ

восстановите­

1,.1 + 2NOi + 2Н,О

-

NО -.

тый цвет.

бесuветны, почти все хорошо растворимы используется

+

вытесняет слабые кислоты из

4НNО з (t', свет) ~ 2Н,0

2.

4. Является сильным восстановителем: HNO, + CI, + Н,О ~ HNO, + 2НСI Соли азотистой кислоты нитриты ­ в воде (хуже других

з

р Н'

+

-

Br, +

Специфические свойства

2Н,80, ~

~ 2К,80, +

4HNO,

2HNO, + СиО ~ Cu(NO,), + Н,О HNO, + NaOH ~ NaNO, + Н,О 2НNО з + Na 2CO, ~ 2NаNО з + Н,О +

лями):

2КI

2Н,о ~

2Н,О

с металлами:

2Аl

их солей:

Лишь немногие нитриты плавятся без

(IV) N02 (двуокись азота, - бурый газ, запах рез­

удушливый,

ваниями,

водных раС1'ворах.

органических красителей,

N,O,

свойствами кислотных ОКСИДОВ

N,Оз

реакциях

+

+

Бром вступает в реакции:

-

NO,:

Реагирует с основными оксидами, осно­

HNO, (H-O-N-O)

Является слабым окислителем (толь­

натрия

(HNO,), Получение.

в

2KNO, +

(азотистый ан­

N,O.

ко

воздуха дО

водой в присутствии

ре почти полностью: НNО

2. Разлагается при нагревании:

3HNO, (tO) ~ HNO, + 2NO + Н,О

3.

(хлористый

О,

Вг,

Химические свойства

6Н,0

Химические С60Йства. Очень сильная

свойства

~

NO,

сильными окис­

Br -

Mn02 + 4HBr ~ МПВГ2 + CI, + 2KBr ~ 2КСI + Вг,

на платиновом

кислота. Диссоциирует в водном раство­

AgNO, + НСI ~ HNO, + AgCl.1

+ NaOH

Окисление ионов лителями:

кислорода:

4NO, +

Азотистая кислота

HNO,

оксид.

Легко окисляется кислородом и гало­

гидрид)

в) поглощение избытка

N,O, + Н,О ~ 2HNO,

2N,O, (П ~ 4NO, + О,

Является слабой

аммиака

NO кислородом ~ 2NO,

О,

бурая жидкость с тяжелыми

-

Получение

этапа:

окисление

2NO +

устойчивы:

свойства

Бром

ЯДОВИТЫМИ парами; имеет неприятный за­

воде.

способ. Осуществля­

б) окисление

Химические свойства

Хu.мuчесн:uе

Промышленный в три

Бром

30.

пах.

дО NO: 4NH, + 50, (500 'с, Pt) --> 4NO +

неустоЙчивое.

кислота

в

катализаторе (азотный ангид­

Получение

1.

Химические

а)

Получение

~ О, ~

2. ется

(V) N,O,

существует только в

2. 3Си + 8НNО,(разб.) ~

3. N, +

Н,О

кристаллическое вещество, лету­

Азотистая

бесцветная жид­

-

растворимая

Получение

2NO, + О, ~ N,o, + О,

2HNO, +Р,05 ~ 2НРО, + N'05

О,

Оксид азота (П)

чее,

-

неограниченно

1. Лабораторный способ KNO, + H,SO,(KOHU) (П ~ КН80, + HNO,

Является окислителем:

Оксид азота

I

Азотная кислота

Азотная кислота HNO. :кость,

NO, + 80, ~ 80, + NO

3. Димеризация:

2NO, t:::l N,O,

рид)

2Н,о

29.

1. Вступает в реакцию:

- с водой

2NO, + Н,О ~ HNO, + HNO,

4NO, + 2Н,О + О, ~ 4HNO,

- со щелочами

2NO, + 2NaOH ~ NaNO, + NaNO, +2.

Оксиды азота

г----~-----T-----------­

Химичес"ие свойства

I

I I

I I I I I

~---':'_-.l

бромистого водорода ная

1.

t:::l Н+ +

Вг­

Эта кислота вступает в реакции:

с металлами, стоящими в ряду напря­

жения

до

водорода:

Mg + 2HBr -

бромистоводород­

Диссоциация:

НВг

2. -

-

кислота.

с

~

оксидами

MgBr, +

Н,

металлов:

СаО + 2HBr ~ СаВг, + Н,О

- с основаниями:

NaOH + НВ!' ~ NaВr + Н,О

- с аммиаком:

NH, + HBr ~ NH,Br

.

-

с солями.

AgNO, +

НВг ~ AgBr.1 + HNO,

Соли бромистоводородной кислоты на­

зываются бромидами. Последняя реак­ ция - образование желтого, нераствори­

мого В кислотах осадка бромида сереб­ ра

- служит для обнаружения анионов в

растворе.

~-~ 37

г----~-----------------I

------------T-----~----I

известны слабая бромноватистая кисло-

I I I I

та НВг"О

I

3. Эта кислота -

сильный восстанови-

тель:

2НВг + Н 80 (конц.) -; Вг, + 80, + 2Н О 2

4

2

2

:?

Из кислородсодержащих кислот брома

та HBr,lO и сильная бромноватая кисло-

. ,

Реакции разложения ннтратов при нагревании

Нитраты щелочных металлов разлага­

ЮТСЯ до нитритов:

2NaNO (П -; 2NaNO + О 3

2

2

Нитраты менее активных металлов (от

щелочноземельных до меди) разлагаются до оксидов:

2Mg(NO,), (t') -; 2MgO + 4NO, t О, 2Cu(NO,), (t') -; 2СиО + 4NO, + О, Нитраты наименее активных металлов разлагаются

до

металлов:

Hg(NO,), (t') -; Hg + 2NO, + О, 2AgNO, (О -; 2Ag + 2NO, + О, Нитрат аммония разлагается до закиси азота:

NH,NO,

*

(О

-; N,O + 2Н,0

I I

31. Фосфор в свободном состоянии фосфор в приро­

I

створим В воде, нестоек, ЯДОВИТ.

рация - ls'2s'2р 3s'3р'. Име~ трн аллотропные модификации: Белыи фосфор. Получается при конден­ сации паров. Состоит нз молекул Р,. Мяг· кое, бесц~етное вещество, ядовит, имеет

Получение Фосфиды щелочных и щелочноземель­ ных металлов разлагаются кислотами и водой с образованием фосфина: Са,Р, + БНСl -; 3CaCl, + 2РН,

чесночныи запах, растворнм в сероугле­ роде (С8,), летуч. Очень реакцнонноспосо­

бен, окисляется на воздухе (при этом са­ мовоспламеняется), в темноте светится.

Красный фосфор. Не имеет запаха, цвет

РН,

аморфен. Нерастворим в воде и в органи­

•

Физические свойства

зависят от способа получения.

Черный фосфор

полимерное вещество

-

в

воде

и

в

Имеет

решетку,

органических

раство­

атомиую кристалличес­

Фосфорнстый ангидрид Р,О, (оксид фос­ фора (Ш)). Представляет собой белые кри­

Р,О,.

существует

в виде нескольких мо­

В парах состоит из молекул

Фосфористому

ствует фосфорнстая

ангидриду

достатке

кислорода:

получают из белого, Белый фосфор полу­

4Р

чают восстановлением фосфата кальция:

Химические свойства

+ 38iO, + 5С (С)

-;

3Са8iO,

t

5СО

+ 2Р

•

+ 30, -;

р,о,

•

-

с кислородом:

+ 50,

Р,О,

4Р

при

4Р

2Р 2Р

+ 3Н,О -;

2Н,РО,

Является сильным восстановителем:

2Рр,

+ 0,-; Р,О,

Фосфорный ангидрид Р20•. Представля­

недостатке кислорода:

ет собой белые кристаллы, имеет несколь­

+ 30, (О -; 2Рр,

ко модификаций.

с галогенами:

В парах состоит из мо­

лекул Р,Н,о' очень гигроскопичен (исполь­

+ 3Cl, -; 2PCI, + 5Cl, -; 2PCI,

зуется как осушитель газов и жидкостей).

галогениды фосфора легко разлагаются ВОДОЙ,

например:

Получение, Окисление фосфора в избыт­ ке

PCl, + 3Нр -; Н,РО, + 3НСI PCI, + 4Н,о -; Н,РО, + 5НС]

- с серой:

2Р + 58 (П -; Р,8,

-

с азотной кислотой:

3Р

+ 5HNO, +

кислорода:

4Р

+ 502 -;

2Р,о,

Химические свойства. Обладает всеми свойствами кислотных ОКСИДОВ. Вступает в реакции:

-

+ 5NO

с водой:

Р 2 О,

+ HP -;

Р,О,

...

-3): 2Р + 3Mg .., Mg,P, 3Li t Р.., Li,P

Р,о.

+ 3Н,О -; 2Н,РО,

_ со щелочами:

4Р + 3NaOH + 3Н 2 О -; РН, + 3NaH 2 PO,

- с основными оксидами:

Рр, + 3ВаО -; Ва,(РО,),

-

2Н,О

кислот­

оксидов:

Вступает в реакции:

-;

2Р,О,

Обладает всеми свойствами

ных

Химические свойства

(с)

соответ­

кислота Н,РО,.

Получение. Окислевие фосфора при не­

полупроводник.

-;

38

На воздухе самовоспламеняется.

дифнкацнЙ.

Са,(РО,),

-;

3Н,РО,

с металлами (образует фосфиды, в ко­

торых фосфор проявляет степень окисле­

ния

L

+ Н! -; [PH,]+I­

Является сильным восстановителем.

сталлы,

рителях.

2Р-'Н

"

-; 2Р + 3Н,

фит, без запаха, жирный на ощупь. Нера­ створим

+

I

Проявляет слабые основные свойства:

с металлическим блеском, похож на гра­

Получение, Красный и черный фосфор

~_~

2РН, (О

лическая решетка очень сложная. обычно

ноте не светится.

3Са(ОН)

I

I

Химические свойства • Разлarается при нагревании:

•

ческих растворителях. Устойчив. В тем­

I

-, + БН О -; " 2'

Са, Р

красно-бурый, не ядовит. Атомная кристал·

кую

I I I I I I I I ~ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ..JI

запахом тухлой рыбы, бесцветный, малора­

де ве встречается. Электронная конфигу­ б

I I I I I I I I I I I

I I

Соедиnеnия фосфора Фосфин РН" - газ, с неприятным

2НРО, (метафосфорная кислота)

2Н,О

Н,р,о, (пирофосфорная кислота)

-;

(ортофосфорная кислота)

~-~

39

г-----------------~----I

-

Р,О,

+ БКОН

-4 2К,РО, + 3Н,0

Фосфорный ангидрид отнимающее

Р,О,+

сильное водо­

-

-4 2НРО,

Метафосфорная кислота НРО,.

Фосфористая кислота Н.РО, кристаллическое

-

Фосфоритную муку получают при тонком

ния имеет строение внешней электронной

хорошо

размоле фосфоритов. Так как мука содер­

оболочки 3в'3р' и двухвалентен. Степени

Водный раствор Н,РО,

двухоснов­

-

фосфи­

-

ты). Реагирует со щелочами: -4

Na,HPO,+

обладает большой твердостью,

HgCl,+ Н,О

вещество,

-4 Н,РО,+

Hg +

-

-

гигроскопичное,

шо растворимое в воде. кислота

2НСl

Ортофосфорная

но применяют в

+

(Na,PO,)

ты

-

ортофос­

и два типа кислых солей

(NaH,PO,)

­

и гидрофосфа­

(Na,HPO,).

Получение

Лабораторный способ:

Р,О,+ 3Н,О -4 2Н,РО,

Промышленный способ:

Са,(РО')2(твердый) + 3Н,SО,(конц.) -4 -4 2Н,РО,+ 3СаВО,

3Р

I

+ 5HNO, +-

L_~

40

ты

аммиаком

получают

N

и

Разновидности:

2Н,О -4 3Н,РО,+

- NH,H,PO. + NH.NO,: - (NH,j,HPO. + NH.H,PO. +

5NO

:i /io I

реагирует. Растворя­

~

ми (образуются

-4

SiH, -

решетки металлического типа содержат в узлах положительно заряженные ионы

и нейтральные атомы: между ними пере­

двигаются относительно свободные элек­ троны, Физические свойства. Объясняются осо­

бым строением кристаллической решет­ ки

наличием свободных электронов

-

Пластичность

способность изменять

-

2.

Ag,

Сп,

Sn,

РЬ,

пластич­

Zn, Fe

уменьшается.

Влеск, обычно серый цвет и непроз­

рачность. Это связано со взаимодействи­ ем свободных

электронов

на металл квантами света.

с падающимн

Электропроводность. Объясняется на­

При

от отрицательного полюса

к

поло­

нагревании Т.

:К.

Си.

Ag,

электропроводность С повышением

колебания

ионов в узлах крнсталлической что

затрудняет

4:электронного

4.

решетки, движенне

газа,..

Обусловлена

вы­

свободных электро­

НОВ и колебательным

движением атомов,

ла.

5.

чему происходит температуры

Наибольшая

висмута и

~

темпе·

атомов и

сокой подвижностью

равнивание

2Н,О

направленное

Теплопроводность.

благодаря

SiН.

Al, Fe

уменьшается.

ратуры усиливаются

бесцветный газ, ядовнт.

+ 20, -4 SiO, + -4 Si + 2Н,

и

(начиная со второго), Кристаллические

уменьшается,

Mg,Si

2MgCl, +

V (Sb,Bi)

таллы расположены в начале периодов

злектропроводность

СИЛИЦI'LДЫ):

4НСl -4

Бп, РЬ),

IV (Ge,

ности потенциалов. В ряду

Химuч.еские свойства

L

(кроме бора),

УI (Ро). Наиболее типичные элементы-ме­

жительному под влиянием небольщой раз­

Полученuе

БiН.

ты 1 и 11 групп, все d- и {-элементы, а

также р-элементы главных подгрупп: 111

ронов

Si + 2NaOH + HP -> Na,SiO.+ 2Н, • Как окнслитель реагирует с металла­

SiН.

к элементам-металлам относятся s-элемен­

правленным движением свободных элект­

нагреванни):

Mg,Si +

вблизи Дl'Lагонали (Ве, Al, Ti, Ge, Nb, БЬ и

др.), обладают двойственным характером.

3.

взаимодействует,

3Si + 4HNO. + 18HF -4 -4 3H,[SiF,) + 4NO + 8Н,0 • Вступает в реакцию со щелочамl'L (при

Сl'Lлан

ты-неметаллы. Элементы, расположенные

ность

вой кислот:

Si + 2Mg (t')

ных подгрупп), а справа вверху - элемен­

ряду Аи,

свойства

ется ТОЛЬКО в смеси азотной и плавико­

I I I I I I I I I I I

аroнали будут находиться элементы-метал­ лы (к ним Же относятся элементы побоч­

локу, прокатываться в тонкие листы. В

Проявляет восстановительные свой­

Si + О, (t") -4 SiO, Si + 2F, -4 SiF. Si + С (t') -4 SiC • С водородом не • С кислотами не

­

аммофос

содержащий

бериллия к астату, то слева внизу по ДН­

1.

ства:

+ KC1.

+ РО:­

Она образует средние соли фаты

•

Еслl'L в ПеРI'LОДl'Lческой таблице элемен­ тов Менделеева провести диагональ от

форму при ударе, вытягиваться в прово­

+ Si'-'O, (О -4 Sio + 2СО 2Mg + Si+40, (С) -4 2MgO + SiO

2Н,О

Металлы

33.

(.электронного газа.):

2С

Нейтрализацией ортофосфорной кисло­

(NH,J,HPO, + NH.H,PO.,

I I I I I I I I I I I I

Получение

Химические

'

I I I I I

кристаллический кремний_

тат:

Н,РО, т Са(ОН), -4 СаНРО.

бурый порошок,

структуру, более реакционноспособен, чем

виде гранул;

4Н,РО, ~3Са(Н,РО,),

Нейтрализацией гашеной извести орто­

аммофоска

РО:­

+ Н,РО,­ р Н+ + НРО.'­

дигидрофосфаты

+

-

гигроскопичен, имеет алмазоподобную

нитроаммофос

Н,РО, р Н'

НРО,2- р Н'

Аморфный кремний

фосфорной кислотой получают преципи­

Р.

РО,-З

Н,РО,+ 3Н 2 О Р 3Н,о+ Н,РО,-

структуру. Инертен.

простой суперфосфат (обыч­

-

хрупок,

полупроводник, имеет алмазоподобную

расте­

+ 2H,SO, -4 Са(Н,РО,), + 2СаВО,

Са(Н,РО.),

хоро­

лителем, треХОСНОВН6Я.

+

усваиваемые

в воде

ниями на любых почвах:

белое

средней силы, не .является окис­

Н,РО, Р 3Н+

хорошо

растворимые

(двойной суперфосфат)

Ортофосфорная кислота Н,РО, твердое

При обработке

получают

соединения,

Проявляет восстановительные свой­

Н,РО, +

Имеет две аллотропи­

IШСЛОТОЙ

Са,(РО.),

ства:

+4, -4.

ческие модификации:

на

рое вещество с металлическим блеском,

4Н з РО з -4 3Н,РО, + РН,

•

окисления:

то ус­

ТОЛЬКО

тов или апатитов серной или фосфорной

2Н,О

При нагревании превращается в орто­

может

Кристаллический кремний - темно-се­

почвах.

Са,(РО,),

фосфорную кислоту и фосфин:

растениями

фосфори­

кислых

ная кислота средней силы (соли

•

Фосфорные удобрения. Фосфорными

ваиваться

2NaOH

кремния

удобрениями являются кальциевые и ам­

жит нерастворимую соль Са,(РО ,)"

воде.

3Н,О -4 Н,РО.+ 3НСI

Н з РО,+

родом и рядом друтих элементов. Весьма часто встречается и свободная двуокись

Ag,PO,

бесцвет­

вещество,

Хи",ичеСICие свойства

•

РО:- р

монийные соли ортофосфорной кислоты.

Получение

PC1,+

различных соединений кремния с кнсло­

(SiO,) , главным образом в виде обычного песка, Свободный кремний впер­ вые был получен в 1823 г. Природный эле­ мент слагается из трех изотопов: "Si, '·Si и 30Si. В основном состоянии атом крем­

метафосфаты.

в

Качественная реакция на обнаруженне

(ярко-желтый осадок)

свойствами кислот. Соли метафосфорной

растворимое

всего он находится в силикатных породах, обычно представляющих собой смеси

3Ag+ +

Хи",ические свойства. Обладает всеми

ное

Чаще

2Н,РО, (t') -4 Н,р,о, + Н,О в растворе анионов РО:­

Р,О,+ Н,О -4 2НРО,

-

раненности в природе злементом.

ЮТСЯ окислителями. При нагревании она превращается в пирофосфорную кислоту:

+ N,o,

Получение

кислоты

Кремний является третьим по распрост-

ны все свойства кислот, которые не я.вля­

Р,О,+ 2НСЮ, -4 2НРО,+ Cl,O,

Кремний

32.

Для ортофосФорной кислоты характер­

средство:

2HNO,

г----~-----T-----------I

Хи",ичеСICие свойства

со щелочами:

быстрое

по массе

теплопроводность

вы­

метал·

-

ртути.

Твердость. Самый твердый металл

­ хром (режет стекло): самые мягкие -

у

I I

~_~

41

г-----------T-----~----I

г----~-----T-----------I

I щелочные металлы (калий, натрий, руби­ I Оксид кремния (IV) (Вi02 ). Si0 I б. Плотность. Она тем меньше, чем мень­ I тиет, 2агат, яшма, опал, кремнезем (ОСНОВ­ I ше атомная масса металла и чем больше I ная часть песка). Аl 2 Оз ' 2Si0 2· 2Н 2 О - ка­ I Al,O,' 6SiO, I

I 7. Температуры плавления и кипения. шпат). SiO, - твердое, тугоплавкое веще­ Самый легкоплавкий металл - ртуть, са· I етво, кислотный ОКСИД. При сплавлении I

I I

ния выше 1000 ос - тугоплавкие, ниже I лочноземельных металлов, а также с пла­ I 1000'С - легкоплавкие. I виковой кислотой. Si02 + СаО -; CaSiO, I Общие химические свойства I SiO + 2NaOH -; Na ВiO + Н О . С + -; CaSiO + I Ме о -пе-; Ме"' I SiO SiO +КСО ~КВiO +СО 1. I Si02 + 4HF -; SiF, t 2Н,о 2Mg + -; 2MgO + 6HF -> 2

б + I

дий и цезий

можно резать ножом).

радиус его атома (самый легкий

тий; самый тяжелый

кварц, горный

ли­

оли НИ Т

осмий).

мый тугоплавкий металл

(основная

хрусталь,

часть

К,О'

взаимодействует с основными оксидами,

Металлы, имеющие температуру плавле­

щелочами, с карбонатами щелочных и ще­

ильные

2

восстановители.

2

СаСО

2 2

3

3 3

:1

2

3

СО

2

ВiO,

Hg+S-;НgS

С водородом реагируют только щелоч­ ные и щелочноземельные металлы:

2Li + Н, -> 2LiН Са + Н, -; СаН, П. Реакции с кислотами

Металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода, восстанав­ кислаты-веОRислители:

Mg + 2HCl -> MgCl, t Н,! 2Аl + 6НС! -; 2A1Cl, + 3Н,! ПI. Взаимодействие с водой

1.

Активные (щелочные и щелочнозе­

мельные) металлы образуют растворимое основание

и

водород:

2Na + 2Н,О -; 2NaOH + Н,,! + 2Н,о -; Са(ОН), + H,I Металлы средней активности окис­

ляются водой при нагревании до оксида:

Zn + Н,О (t') -; ZnO + Н,! 3.

Неактивные металлы (Аи,

Ag, Pt)

с

водой не реагируют.

IV.

Вытеснение более aKmUBHbt)l1U ме­

таллаJttu

.J,fenee

растворов

Си t

активных

их солей

HgCl, -> Hg + СиС', Fe + CuSO, -> Си + FeSO,

I

I

L_~

42

I I I I I I

I

-

металлов

из

H,SiO. -

очень сла­

ПЛОТНОСТЬЮ

электролизом

и

ионный

характер,

личивается

с

ростом

соединения

имеют

почти

-

(кремнезем) (поташ)

-

с

магнезита

лов с немеТlLТШами образуются бинарные соединения:

2Li + Cl, -; 2LiCl (галогениды) 2Na + S -; Na,S (сульфиды) 2Na + Н, -> 2NaН (гидриды) реакция

I

I

~

фиолетовый.

L

на катионы ще­

окрашивание пламе­

ни в следующие цвета:

Na" -

ртути.

подгруппы

их атомнОй

MgCO.,

хлорид магния

-

в со­

JJ 6Н,о.

/{о

Физические своиства

Магний ~- серебристо-белый металл. При

низкнх температурах покрывается оксид­

ной пленкой, которая предохраняет его дальнейшего окисления кислородом

I

Химические свойства I Магний - активный металл. Если раз­ I

ности, он легко окисляется кислородом I Bo~дyxa. При нагреваю{и магний взаимо­ I 2Mg + О, -; 2MgO I Mg t Cl, -; MgCl, Mg + S -; MgS I 3Mg + 2Р --> Mg.P, I Магний не растворяется в воде, при на­

I I

I I I I I I

I I I

I I

I I I I

I 1 I I I I

I

I I

I I

рушить оксидную пленку на его поверх­

В результате реакций щелочных метал­

красный,

этой

с увеличением

к

воздуха.

- с кислородом: 4Li + О, -> 2Li,O 2Na + О, -> Na,O, К + О, -> КО,

-

элементов

цинка

I от

2Na +- 2НСl -; 2NaCl + Н,!

Качественная

от

став карналлита KC1·MgCl,.6H,o, сульфат магния в состав каинита KCl'MgSO,

I

кислотами:

ЛО"ЧНЫХ метв..:rIЛОВ

к

Соединения магния встречаются в раз­

I

- с водой: 2Na + 2Н,О -; 2NaOH + Н,!

К,СО.

от магния

цинка амфотерность

ЛИЧНЫХ минералах. Карбонат магния BXO~ дит В состав доломита Caco,.MgCO" и

щелочи, их

Щелочные металлы активно взаимодей­

(полевой шпат)

уве­

Раство­

Магний

все растворимы

ствуют:

2Н,О->

гидроксидов

к барию.

массы.

проявля­

дом образуют гидриды.

минералов):

уменьшается

и вы­

щелочноземельных

от магния

уменьшается

хе при умеренном нагревании. С водоро­

Каолинит и кремнезем образуются при

ту

плавления

римость солей уменьшается

массы металла. Воспламеняются ва возду·

выветривании горных пород (разрушение

летучесть.

группы характер­

металлов растворимость

сильные

они

со степенью

+1. Восстановитель­

увеличивается

Все

11

температура

Активность

Очень

сила возрастает с увеличением атомнОЙ

+ 4SiO, +

сокая

которые

+2.

низкая

оксидов

Na,SiO. + 2НСl -; 2NaCl + H,SiO, H,SiO, (t") -; н,о + SiO,

+

ны

(118').

соединеиня

Для всех элементов

и кн­

в воде. Гидроксиды Н-ОН

СО,

окисления

хлоридов:

В соединениях

массы.

образуя

радию. В подгруппе

свойства.

способность

атомной

силикаты.

K,o·Al,O,6SiO, +

отдают,

твердостью,

плавления

расплавов

ют степень окисления ная

и радий (главная

и подгруппа цинка: цинк,

дятся два электрона

характеризуются

Получе"ие

I I -> Al,O,' 2SiO,' 2Н,о I I I I I I I I I I

I

I

~

небольшими

восстановители.

не имеет кислого вкуса. Соли кремниевой кислоты

блеском,

Химические

бая, непрочиая, в воде ма...-rrораетворима 1

ще­ каль­

тов главной и побочной подгрупп нахо­

отсутствии

2NaCl -> 2Na + Cl, катод: Na· + lе- -; Nao анод: 2Cl- - 2е- -; C10,

стекла.

Кремниевая кислота

При

таллическим

ют

магний,

На внешнем электронном уровне элемен­

свойства.

Получение. Щелочные металлы получа-

2Н,О

-

бериллий,

кадмий, ртуть (побочная подгруппа).

соедине­

пения и хорошей электропроводностью.

С водой не реагирует.

(каолинит)

Са

2.

*

"равления

получения

низкими температурами

кислота)

процесса

источником

ют собой серебристо-белые вещества с ме­

Две последние реакции лежат в основе

I

барий

подгруппа)

служат ос­

-

воздуха литий и его аналоги представля·

(гексафторкремниевая

Ni + Cl, «()-; NiCl 2 3Са + N, (П-; Ca,N, 3Са + 2Р (П-; Са,Р,

лявают

Н [SiF ]

ций, стронций.

карналит (KC1-МgСl,.6Н,О)

Фи.зические

Реакции с неметаЛЛlU<и

О,

мет8.JIЛЫ:

ний калия.

2

2

группе относятся

11

лочноземельные

наввым

2

Периодической системы

входит в состав морской воды. Дру­ гие минералы - сильвинит (mKC1'nNaCl),

(NaCl)

ортоклаз (полевой

35. Элементы II группы Ко

Содержание в 1Iрироде. Поваренная соль

глины).

вольфрам.

I

34. Элементы 1 группы

Периодической системы

аме­

Li" -

карминово­

желтый, К+, НЬ" и

Cs"­

деиствует снеметаллами:

I

гревании взаимодействует с парами воды:

Mg + Н,О -> MgO+ Н 2 !

I Магний легкО отнимает кислород и га·

I

~

логены у многих металлов:

3Mg +

МоО,

-) 3MgO +

Мо

I

I

I I

I

I I I I

~-~

43

г-----------T-----~----I

I Магний горит в атмосфере углекислого I Оксиды щелочных металлов - R 0 Хu.мuчес"uе свойства I газа: Mg + СО, ---" MgO + СО I Оксиды щелочных металлов вступают в I и хорошо растворяется в кнслотах: I реакции: I Mg + H,SO, ~ Mg80, + H,i ~ с водои: . Получеnие I L1,O + Н,О --. 2LЮН I М8l'НИЙ получают электролизом распла- I - с кислотными оксидами: вов его солей. Магний получают также

Na,O + 80з ---" Na,80,

I восстановлеиием его из оксида карбидом I - с кислотами:

к,О + 2HNO, ---" 2KNO, + HP I кальция, аморфным углеродом или крем­ I нием при нагревании. I Пероксид натрия Na О MgO + СаС, ---" СаО + Mg + 2С

I 1. Является сильным' о~ислителем: I MgO + С ---" Mg + СО

2NaI + Na О + 2Н 80 ---" I

I 2MgO + СаО + 81 ---" Са8iO, + 2Mg

" ~ 1, '+ 2Na,80. + 2Н,о I 2. Разлагается водой: IIримеnение I Магний применяется для получения мно­ I Na,O, + 2Н,О ---" 2NaOH + Н,О, I миния. Добавка магния к чугуну улучша­ I Надпероксид калия К02

I I I I

2

u

I

г----~-----T-----------I

I I I

~

2

u

3

металлического магния

или

лотах;

Mg(OR) + Н SO ---" Mg80 + 2Н О

'

"

'2

При пропускании углекислого газа че­

рез суспензию гидроксида магния ПОсле­ дний растворяется с образованием гидро­

карбоната магния: Mg(OH), + СО, --. MgCO, + н,о MgCO, + СО, + Н,О --. Mg(HCO,),

Гидроксид магния получают дейсгвием

щелочей на растворы солей магния: MgCl, + 2КОН ---" Мg(ОН), + 2КСI

I I

L_~

44

I

I I

дои:

2LI + 2Н,О ---> 2LiOH + Н, i Li,O + Н,О ---> 2LЮН Na О + 2Н О --. 2NaOH + Н О 2

2

2

2

2

(циклы).

мел

и

мрамор) и

доломит СаСО,

Органическая химия

фосфо­

фторид кальция

три разновидности гибридизации орби-

нитрат кальция

талей: в случае sр'-гибридизации образу­

ются четыре гибридных орбитали, имею-

щие тетраэдрическую ориентацию; с их помощью образуются простые ковалент­

ные связи: в случае sр2_ гибридизации об-

тивный металл, при обычных условиях легко взаимодействует с кислородом воз­

разуются три гибридные орбитали, ориентированные в одной плоскости, и в ком­

духа и галогенами:

бинации снегибридной орбиталью они

2Са + О, ---> 2СаО Са + Вг ---" caВr

образуют двойные кратные связи; наконец, с помощью sр-гибридных орбиталей,

С неметаллами кальций реагирует при

имеющих линейную ориентацию, и негибридных орбиталей между атомами угле­

Са + Н, ---> СаН, Са + S --. Са8

Атомы углерода способны образовывать простые, двойные и тройные связи не толь­

"

нагревании:

С· холодной водой кальций взаимодей­

ствует медленно, а с горячей - знергично: Са + 2Н,о ---" Са(ОН), + Н, i

Кальций обладает восстановительными

свойствами;

БСа + Nb О = СаО

~

это химия со-

можностью проявлять ие одну, а целых

пла­

щелочных металлов.

БСа

I I I I I I I , I

-

единений углерода. Углерод обладает воз­

серебристо-белый ковкий металл, тверже

I Химические свойства. Гидроксиды ще­ лочных металлов - сильные освования I I (щелочи). Сила оснований увеличивается I I в ряду LiOH - NaOH - КОН - RbOH ­ СвОН; они вступают в реанции: I I ~ с кислотными оксидами; I I 2NaOH + СО, ---> Na,CO, + н,о - с кислотами: I I LiOH + НС! ---> LiCl + Н,О I I I

~

связываться друг с другом в длиниые цепи

ияк,

виковый шпат

2

-

ются минералы кальцит СаСО, (извест­

(или

Получение

u

Углерод выделяется среди всех химичес-

ких элементов тем, что его атомы могут

Са80 2Н,о. фосфаты кальция

2

сжиганием

Нахождеnие в природе. Наиболее рас­

прострв.ненными его соединениями явля­

Кальций содержат также: гипс

Получеnuе К +0, ---"ко,

I Оксид магнии MgO ~ Химические свойства I Это - белое мелкокристаллическое ве­ 1. Является сильным окислителем: щество, нераст~оримое в воде. Обладает I 4КО, + 2СО ---" 2К,СО + 30 I основными своиствами:

MgO + Н SO ---" Mg80 + Н О

I 2. Разлагается водои: I При " " 2КО,+2НО---,,2КОН+Н.0 нагревании реагирует с 1ШСЛОТНЫ­ I -, , 2 +0. ми оксидами: I Гидроксиды щелочных металлов - ROH MgO + 80, ---" Mg80, Это - белые, кристаллические веще­ В лаборатории оксид магния получают I ства. I прокаливанием его гидроксида: I 1. Электролиз растворов хлоридов: Mg(OH), ---" MgO + HP 2NaCI + 2:r,O ---" 2Na~H + Н, + CI, В промышленности оксид магния полу­ I KaTO~: 2Н + 2е_ ---" Но' чают термическим разложением карбо­ анод. 2СI - 2е ---" Сl , I 2. Обменные реакции между солью и ната магния: MgCO, ---" MgO + СО, I основанием: к,СО, + Са(ОН), ---" СаСО, + 2КОН Гидроксид магния Мg(ОН), I 3. Взаимодеиствие металлов или их окЭто - вещество белого цвета, нераство­ римое в воде, но легко растворимое в кис­ I си~ов, пероксидов и надпероксидов с во-

37. Органическая химия

I I ·MgCO,. .. I рит Са,(РО,), и апатит 3Ca,(PO,);CaF, Ca,(PO.),F), I CaF" ­ I кальциевая селитра Ca(NO,),. Кальций ­ I I XиMи~eCKиe Свойства. Кальций _ ак­

гих легких сплавов, в частности дюралю­

I ет механические свойства последнего.

36. Кальций

,, + 2NbCl

+ 2Nb

= БСаСI 5

п олученuе.

I ко друг с другом, но также и с другими I элементами. Таким образом. современная I теория строения молекул объясняет и ог­ I pOMH~e количество орга~.ических соедиI нений от их химического строения. Она нении, и зависимость своиств этих соеди-

же полностью подтверждает основиые

+ 2Nb

I принципы теории химического строения,

2

Металлический

рода возникают тройные кратные связи.

кальций

получают злектролизом расплавов его со­

лей.

JJ

/io

также

в

производстве

металлов

(Tl, Zr, Hf).

Это -

белое вещество с ярко выражен­

ными ?сновными сво~ствами. Хорошо ВЗR­

имодеиствует с водои, кислотами и кис­

лотными

ОJ(сидами:

СаО+ Н,О ---" Са(ОН),

СаО+ 2НСl ---" CaCl, + Н,О

СаО

+ СО, ---" СаСО,

В лабораторных условиях оксид каль­

ция получают окислением кальция,

а

также термическим розложением карбо­

ната кальция. В промышленности его по­

.0 теории химического строе­

испытателей в

1861

г.

Основные положеиия этой теории:

редких

ОКСИД кальция СаО

ным А. М. Бутлеровым и изложенные им

ния. на Международном съезде естество­

таллургии для очистки чугуна и стали от а

разработанные выдающимся русским уче­

I в докладе

IIри",еnе"ие. Кальций применяют в ме­ оксидов,

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

1.

I I

I I I I I I

лучают обжигом известняка. Применяют

Атомы в молекулах соединены между

собой в определенном порядке химичес­

кими связями согласно

IIX

валентности;

углерод во всех органических соединени­

их четырехвалентен.

2. Свойства вещества

только качественным

определяются

составом,

не

но и его

строением, взаимным влиянием атомов,

как связанных между собой химически­

ми связями, так и непосредственно не сви­ занных.

3. Строение

молекул может быть уста­

НОБлено на основе изучения ИХ химичес­

ких свойств.

Важным следствием теории химическо­

I в промышлевности строительных матери­ I го строения был ВЫВОД о том, что каждое ~ I I I

одну химическую формулу, отражающую алОН как

L

вяжущий

материал.

органическое

~

соединение должно

иметь

~-~

45

г-----------T-----~----I I

I I

I 1

его строение. Такой вывод теоретически

Гидроксид кальция Са(ОН),

1

обосновывал хорошо известное уже тогда явление изомерии, открытое в 1830 г., -

I

существование веществ, которые имели

Это - твердое белое вещество, плохо растворимое в воде. Насыщенный водный

ствование изомеров потребовало исполь­

I лотами. :КИслотными оксидами и солями:

I

1

I

Са(ОН), + 2НСI Са(ОН),

формул, но и структурных формул, отра­ изображение химических связен

1

валентности.

I I

Значение органических соединений ог­

ромно уже потому, что вся жизнь на Земле

ниями. В природе эти соединения нахо­ дятея чаще всего в виде сложных сочета­

ний и Лишь изредка появляются в чистом виде (например, хлопок

-

это весьма чи­

I

I

тый холестерин). Органические соедине­

KaJ(

сырье при производстве тка­

ней (шерсть, хлопок, лен и т. д.). В совре­ менном мире очень важную роль итрают

синтетические высокомолекулярные со­

единения, производство которых достига­

1

1

I I 1

промышленности как

1

и т. д. Многие из них ПО своим свойствам

I

превосходят природные материалы. Орга­

1

ми компонентами ряда препараТО8, ис­

I

нические соединения являются Основны­

пользуемых в повседневной жизни, напри­

мер лекарственных препаратов, моющих

средств, огнетушащих средств, пестици­ дов (т. е. веществ, уничтожающих раз­

Bo~a при кнпячении образует накнпь, в

He~ не развариваются пищевые продук­

1

I

ривается как сумма карбонатной и не­

ных вредителей жиаотных И растений)

1

и т. д.

1

I I 1

I

+ Nа,СО з --> MgCl, + Nа з СО з --> 4)

1.

-4

R,Ca +

I 1

+ 30, + 6Н,

О

-->

3.

+ 4Н,О

'С)

гревании:

I

I

~I 1

в

молекуле,

вычисленныи

в

(на холоде концентрированные азотная

электроотрицательные атомы эле­

ментов

вещества имеют отрицательные

степени

окисления,

а

атомы

элементов

меньшей электроотрицательностью ­

с

положительные.

Реакции, 11 которых не изменяется сте­

пень окисления элементов Реакции

присоедннения:

80 + Na

О -4

2

,

Na,,80 -

3

Реакции разложения:

Сu(ОН), (1") --> CuO + Н,О

Реакции обмена:

+ КСI -4 AgCl + KNO,

NaOH + HNO, --> NaNo з + Н,О

AgNО з 1

I

-->

--> Fе,(80.)з + 38О,! + БН,о Fe + 6HNO,(KOHH') (t") --> --> Fе(NО з ), + 3NO,! + 3Н,О

L

I более

1

+ Н,!

В концентрированных кислотах-окисли­ телях железо растворяется только при на­

I

предположении, что молекула состоит из

I

И разбавленной серной кислотах:

дних.

1

атома

ионов и в целом электронеЙтральна. Нан­

4. Железо легко растворяется в соляной

ТОЛЬКО два после­

это условный .за­

-

ряд

Железо реагирует с неметаллами при

6Н,SO.(конц.) (t')

+ 8Н,0

1

1

2Fe +

(III)

Виды химических реакций

39.

Степень окисления

2Fe + 3Br, (t") -4 2FeBr,

Fe + 8 (t") -4 Fe8

Для устранения временной жесткости

I

парами воды:

,

железа

1------3<----­

4Fе(0Н),

Fe + 2НСl -4 FeCI , + Н t

Fe + Н,80.(разб.) -4 FeSO.

в соединения

ВОС­

они легко

10Fe80, + 2КМпО. + 8Н,80. --> --> 5Fe,(SO.), + К,80, + 2Мп80. ­

нагревании:

2Н'

(П) обладают

свойствами,

под действием окислителей:

(t") --> Fe,O. + 4Н,!

3Fe

СаСО,+ 2NаНСО з

реагирует с

­

(III):

+ 2Н,о --> 4Fе(0Н).

железа

превращаются

На воздухе железо легко окисляется в

железо

2

--~--------~-----------~

46

­

восста­

3Fe + 20, --> Fe,o. 2. При высокой температуре (700...900

б) анионный обмен: 2ROH + 80/- --) R,80. + 20Н--, где R - слОжный органический радикал.

ранения ПОСТОНННОЯ -

атомная масса

в кислороде, образуя окалину:

используют все чет~ре способа, а для УСТ­

1

26;

Накаленная железная проволока горит

смолу:

Са"

-

Металл средней активвости,

4~'e

пропусканием через ионообменную

2RH +

d-элемент УН! группы; по­

присутствии влаги (ржавление):

из ра­

СаСО, + Na,80. МgСО з + 2NaCI

а) катионный обмен:

Соединения

Химические свойства

створа ионов Са 2+ и Mg'-:

1) кипячением:

Са(НСО,), (t') --> СаСО, + СО, + Н,О

Mg(HCO,), (С) --> MgCO, + СО, + Н,О

2) добавлением известкового молока:

Са(НСО) + Са(ОН) --> 2СаСО + 2Н О

Са80,

СТ8Qовителъны:ми

окисляясь, буреет

образуя гидроксид железа

Железо и его соединения

карбонатной. Устранение жесткости воды

3) добавлением соды.

Са(НСО,), + Na,CO, -4

Железо

кислорода воздуха бе­

Fe(OH)"

4Fе(0Н), + О,

(II):

Н,О

FeO +

В присутствии

новитель. Основные степени окисления

фатов. Общая жесткость воды рассмат­

3

Fе(ОН), (t') -4

ОКСИДОВ

+2, +3.

(постоянная) жесткость - хлоридов и сулъ­

2 •

из их

без доступа

Fe(OH),

воздуха образуется оксид железа

лый осадок

-

+ Fе(ОН),J­

+ Н,80. --> Fe80. + 2Н,О

FeO + С -4 Fe + СО

Fe,o, + 3СО --> 2Fe + 3СО 2

NiO + С --> Ni + СО

Со,О, + 3С -4 2Со + 3СО

56.

кальция и магния, некарбонатная

3 2

восстановлением

рядковый номер

бонатная (временная) жесткость обуслов­

осуществляется путем осаждения

используются в самых разных отраслях материалы, синтетические волокна, клеи

Природная вода, содержащая ионы Са"

-t 2КСI

слабое основание, раствори­

При прокаливании

углем или оксидом углерода (П):

1

I I

при

мо в сильных кислотах;

Переходные металлы подгруппы железа

лена присутетвием в воде гидрокарбона­

ет многих миллионов тонн в год и которые конструкционные

I

Жесткость воды

+ 2КОН

Fe(OПj,

получают

I тов

FeCI

Fe(OH), -

Подгруппа железа

I

известковый раствор, используемый в

строительстве.

Образуется

леза (П) без доступа воздуха:

амфотерныЙ. Все

ные соединения.

ты, моющие средства не дают иены. Кар­

ния служат Животным и людям пищей

зуются

1

(11).

действии растворов щмочей на соли же­

дения имеет ОСПОВНОЙ характер, высшая ­

-

+ Си

--> Fe80.

Гидроксид железа

проявляют переменныестепени окисления.

I

'· называется жесткои. • Ж есткая и М g,

ре представляют собой иногда почти чис­

имеют низкую электроотрицательностьи

кислотный, средние

Си80,

Fe +

Соединения двухвалентного железа

переходные металлы образуют комплекс­

весть в смеси с песком и водой образует

Железо вытесвяет металлы, стоящие

ров их солей:

(d- и {-элементы). Все переходныеметаллы

1

весть), называется гашением. Гашеная из-

*

элементы по­

-

бочных подгрупп Периодической системы

I

чается гидроксид кальция (гашеная из-

1

стая целлюлоза, а камнн в желчном пузы­

(например, зерно, мясо) и издавна исполь­

3СаС], 2~'e(0Н),

5.

Начиная с ПI группы низшая степень окис­

I ция с водой, в результате которого полу­

между атомами в молекуле с учетом их

связана с их возникновением и превраще­

+ СО, -4 СаСО, + HP +2FeCl, --> +

Процесс взаимодействия оксида каль-

ле каждого изомера. Структурная Форму.­

ла -

СаС), + 2Н,О

-4

3Са(0Н),

1

I жающих порядок связи атомов в молеку­

I

Переходные металлы

1

обладали различными свойствами. Суще-

Переходиые металлы

ПР81lее его в ряду напряжений, из раство­

известковой водой. Он реагирует с кис­

зования не только простых молекулярных

I

38.

1

раствор гидроксида кальция называется

I

одинаковый молекулярный состав, но

г----~-----------------I

1

1

I I

Реакции, в которых происходит изме­

нение степе ией окисления

атомов эле­

ментов, входящих в состав реагирующих

соединений (окислительно-восстанови­

тельнт;е). ~априме~; -2 2Mg + О, --> 2Mg О

~cePHa~~o~ ~сивируют...:елезо~ ~ ~KCl"O;'~ :,2KC1:': 30,0 ~ _

~ 47

г-----------------~----I

6Fe80,

+ 2HNO, + 3H,SO, ..... ..... 3Fe,(80,), + 2NO + 4Н,О

Качественная реакция на

валентного

но-бурого

K,[Fe(CN),J (красной

синий осадок

чем у

(турнбулева

Fe'-,

..... Fe,[Fe(CN),J,~ + 3K,SO,

объясняется тем, что у

а поэтому

значительно,

Fe(OH),

- - - --1

К окислительно-восстановительным относятся:

I

1

Межмолекулярные реакции. Окисли­ тель и восстановитель находятся в раз-

I

ных веществах; обмен электронами при

этих реакциях происходит между различНЫМИ атомами или молекулами:

+ О: ..... 8+'0,-' Н

лярные

реакции

прави­

ло, при термическом разложении веществ, содержащих

окислитель

и

восстанови-

1

I I

тель;

2KC1"0;' (О N-'H,N"O, (О 2Pb(N+'0 3 -') 2

2KC1-' + 30: N;'O + 2Нр 2РЬО + 4N+40 + 2

1 1

О

торои

один

элемент

одновременно

в ко-

FeCl, +

Nа[Fе(ОН),J

Соединения трехвалентного железа

восстановителями:

2FeCl,

+ Н,8 ..... 8 ... 2FeCl, +

2НСl

При действии гексацианоферрата

K,[Fe(CN),]

разуются

жащему ионы FеЗ-t I

_1.-

соли

трехвалентного

двухвалентного

хрома,

1.

соли

Оксид хрома (П) СгО и соответствую-

щий ему гидроксид Сг(ОН), проявляют ос-

ваво-красная

НОБные свойства:

роданида

железа

СгО + 2НСI ..... CrCl, + HP

(Ш):

FeCl, + 3NH,CN8 ..... 3NH,Cl

+ Fe(CN8),

1 1

I

~

хрома:

или аммония появляется интенсивная иро­

окраска

I

I I I I

а

Оксиды и гндроксиды хрома

роданистого J<:алия

Оксид хрома (П) при окислении превращается в оксид хрома (II1). Гидроксид при действии раствора щелочи на CrCl,:

_.J

Сг"

+

20Н-

..... Cr(OH),

Сг(ОН), ~ восстановитель. При прока-

L

+

Н,О

41. Йод

Йод -

кристаллическое вещество тем­

но-фиолетового

цвета с

металлическим

блеском. Хорошо растворим в органичес­ ких

растворителях.

ПОЛУ'lенuе

Окисление ионов

1-

сильными

окисли­

телями:

Cl, + 2КI ..... 2КСl + 1,

2КI + МпО, + 2Н,80, .....

..... 1, + К,80, +

Мп80,

+

2Нр

XUMU'leCKue свойства. Йод вступает в

реакции:

1

-

I I I I

2Аl

-

с металлами:

+ 31, .....

с

Н,

+ 1,

-

с

1, +

2АlI,

водородом:

Р 2НI

сильными

8О,

+

2Нр

восстановителями:

.....

Н,80,

+

2НI

1

-

1

Йодистый водород Н/. Бесцветный газ

1

с резким запахом, хорошо растворимый в

Сг(ОН), получают в виде желтого осадка

I

2КОН (t') ..... 2КСгО,

+

Сг(ОН),

пассивируется (покрыва­

Сг + 2НСI ..... CrCl, + Н,! 4Сг + 12НСI + 02 ..... 4CrCl. + 4H,i + 2Н,0

I I

свойства

если реакция протекает на воздухе -

При добавлении к раствору, содер­

метахромиты:

Сг,О,

+ 3NaOH (О ..... Na,CгO, + 3Н,О Вступая в реакцию с кислотами, Сг О С (ОН) , , и r , дают соли:

Сг,О, + БНСl ..... 2CrCl, + 3Н,О

2Сг(0Н), + 3Н,80, ..... Сг,(80,), + 6Н,О ~ _

ной и разбавленной серной кислотах об-

4FeCl, +3K,[Fe(CN),J ..... ..... Fe,[Fe(CNJoJ.~ + 12КСl

2Nа,[Сг(ОН),J

.....

вая доля хрома в земной коре

ется оксидной цленкоЙ). В хлороводород-

(желтой кровяной соли)

3Н,О

и ортохромиты:

кислотах хром

(11)

на растворы солей трехвалентного железа

2.

СЯ

которых железо

В азотной и концентрированной серной

Качественные реакции па Ре 2 +

1.

+ 6NaOH +

При сплавлении со щелочами образуют­

хромит,

реагирует снеметаллами: Сг + 2HF CrF, + Н 2 !

2Сг + N, 2CrN 2Сг + 38 Сг 2 8, Сг + 8i Cr8i 4Сг + 302 (t') ..... 2Сг,о,

знр

слабые окислители: они реагируют с силь­ НЫМИ

первую очередь,

Металлический хром цри нагревании

I

повы­

шает и понижает степень окисления: L -':1~OH ..... KC~O ~KC1-'-=-Нр.

48

+ 3НСl + NaOH

Ст,О,

частично замещено на марганец. Массо-

Химические

щелочей:

"

2

Диспропорционирование - это окислитель~о~восстановительная реакция,

разбав­

зурь):

в од­

Внутримолекукак

в

образуется синий осадок (берлинская ла­

Окис­

находятся

протекают,

Fе(ОН),

*

1

2Н,8-' + Н,8 О, ..... 38" + знр 2. Внутримолекулярные реакции. и восстановитель

растворах

калия

Си"О + С"о ..... Си" + СНО,

ной и той же молекуле.

1

I

растворяется

ленных кислотах и в концентрированных

Fе(ОН), 1

1.

обладает слабо выраженной ам­ он

хрома:

0,03 %. XP~M - серебристо-белый металл. Чистыи хром достаточно пластичен, а техни• •• ческии самыи твердыи из всех металлов.

лой вследствие подавления гидролиза. фотерностью;

в

+ N,! + 4Нр

чах образуются комплексиые соединения природе. Хром встреча­

же его разновидности, в

При нагревании окраска темнеет, а при

Образуется при

это,

аммония:

При растворении Сг,О,и Сг(ОН),в щело·

или хромистый железняк Fe(CгO,),. а так·

добавлен ни кислот становится более свет­

действии растворов щелочей на соли трех­

2КI-l + Cl: ..... 2KC1-' + 1: Мп"О, + 4HC1' ..... MnHC1, + Cl,' + 2Н,0

нералах;

Fe" + Н,О ..... [Fе(Он)J" + Н' [Fе(ОН)J" + Н,О [Fе(ОН),J' + Н' [Fе(ОН),J" + Н,О Fе(ОН), + Н'

Сг,О, и гидроксид амфотерные соеди­

(NH,),CT,O, (t') ..... Ст,О,

ется в виде соединений в различных ми­

разуются блатодаря гидролизу:

ОСНОВНОЙ ОКСИД, В незначитель­

ромата

до

+2, +3, +6.

Нахождение в

HP ..... 2Сг(0Н)з

(Ill) Сг(ОН). -

лаборатории получают нагреванием дих­

из них наиболее устойчивы химиче­

ления

которые об­

Fe(OH).,

+1

хрома:

Сг,О, ~ тугоплавкий порошок зеленого

ские соединения хрома со степенями окис­

в желто-бурый цвет, что

железа или молекул

Fe,O, + 6НСl (t') ..... 2FеСl з + 3Н,О

Fep, + 2NaOH + 3Н,О (О ..... 2Nа[Fе(0Н),J

литель

различные степени окисления: от

окисля­

соединения

цвета. По твердости близок к корунду. В

ма, хром может проявлять в соединениях

+6:

в

нения.

ответствии с электронным строением ато­

же·

объясняется присутствием гидроксоионов

свойства:

8"

трехвалентного

легко

воздуха

+ 1/202 +

хрома (ПI)

в Сг,О._ Соедине­

хрома

Оксид хрома

2.

валентных электронов равно шести. В со­

почти бесцветен, содержащне его раство­

ной степени проявляющий амфотерные

реакциям

соли

2Сг(0Н),

последнего уровня, но общее количество

очень сильно. Гидролизом объяс­

ры окрашены

2FeSO, (О ..... Fe,O, + 8О,! + 8О,!

-~-

более

кислородом

трехвалентного

го уровня переходит на d-подуровень пред­

тного железа: несмотря на то что иои Fе ­

или при прокаливании солей железа:

- - -

а

Строе­

В атоме

один электрон с внешнего энергетическо­

З

4Fe8, + 110, ..... 2Fe,O, + 88О,!

(111).

Fe(OH),

3d'4s'.

двухвалентного

ются

хрома наблюдается <Проскок. электрона:

слабее удержи­

т. е.

элемент побочной подгруппы УI

ние электронной оболочки

Fe"

няется и цвет растворов солей трехвален­

например при обжиге пирита:

Гидроксид железа

-

леза

Оксид железа (111). Образуется при тер­ мической обработке сульфидов железа,

~

Fe"

-

группы Периодической системы.

более слабое основание, чем

двухвалентного железа гидролизуются не­

Соединения трехвалентного железа

-

Хром

легко диссоциирует. В связи с этим соли

+ 2K,[Fe(CN),J .....

ливании превращается

Хром

ния

вает гидроксид-ионы,

Fе 2 О з

40.

меньше заряд нона и больше ето радиус,

синь):

3FeSO,

г----~-----------------I

в виде крас­

осадка:

Fe(OH), Fe(OH),. Это

кровяной соли)

на растворы солей двухвалентного железа

образуется

выпадая

Fe(NO,), + 3КОН ..... Fе(ОН),L + 3KNO,

Ре 2 ­

При действии гексацианоферрата (ПI) калия

железа,

l.-

со

щелочами:

31, + 6NaOH ..... 5NaI +

воде.

NаЮ,

+

3Н,О

~--.J

49

------------------~----, При прокаливании Сг(ОН), образуется

2Сr(0Н)з (О

сг,о,

-+

Оксид хрома

(VI)

+ зн,о СгО,

створов хромовых КИСЛОТ со

СгО,

кислотный

-

оксид. Получение:

+ H,SO,

К,сг,о,

-+

2СгО,

ствии

+ К,80, + Н,О

сильный окислитель: окисляет

CrO;i в Сг,Оз: 4СгО,

хромовые кислоты.

кислота

щественно

СгО, обра­ Н,сг,о7

кислота

при

-

­

--1 1

водородная

-

сильная йодисто-

-+ BaI, +

2Н,О

Соли йодистоводородной кислоты

­

Йодис.:говодородная кислота -

очень

восстановитель:

2НI

+ Cl, -+

8НI

+

2НСl

+ 1,

Н,80/конц.)

-+ 41, + Н,8 + 4Н,о

Идентификация анионов

1- в растворе: Nal + AgNO, -+ AgI.J. + NaNO,

Образуется темно-желтый осадок йодида серебра, нерастворимый в кислотах.

1

~

l'

I

I

I

I I I

пара

-

электронов,

+

бодным

электроном)

щие

хроматы (ра­

с

разрывом

-+

ОНИ легкО окис­

Х+

связи

цы:

хрома

получаются

нуклеофильная

Нуклеофильнан

восстановительные

это

частица,

заряженные

и

в дихроматы:

разовывать

+ 3Вг, + 4NaOH -+

-+ 2Na,CгO, + 6NaВr + 8Н,о

[Сr(ОН).J

это частица,

ная с С 17 '

пару

­

ко валентную

JJ Iio I

с

которой он взаимодействует.

Частица

с

положительным

нам.

являющиеся

результатом

и

ФоmQхu.мu'Ч,еск;uе,

молекулы,

дят в

более

стояния

и

при

подвергаются

обычно

к различным продуктам. примером

здесь

является

50

~

углеродных

~

L

случае

-

атомов

цикле

ведут

присоединевия

Гидрироваllие:

+

Циклопентан

+ Н, (350

Н,

(50 ... 70 'С, Pt) -+ -+ СН, -СН, -СН, 'С,

Pt) -+

Галогеllироваllие:

+ Br,

(П

-+

-+

СН,Вг-СН, -СН,Вг

(l,3-дибромпропан).

приводят

Циклопентан

Классическим

+ Вг, -+

СН,

Н,С\/ 'рн,-Вг

и

гексахлорциклогексан.

в

замещения.

Циклопропан

+ НВг

Н,С-СН,

первом случае образуется хлорбензол, во

втором

углерода,

вступать в реакции присоеди­

Циклопропан

2.

химичес­

термическое

циклоалканов

атомов

СН, -СН, -СН, -СН, -СН,

фотохимическое хлорировавие бензола: в

1

свойства

нения. Циклоалканы с большим количе­

исходных соединений термические и фо­ тохимические реакции

алканов.

количества

перехо­

ким превращениям. Для одних и тех же

1

L_~

твердые вещества. Темпера­

столк­

высокие энергетические со­

далее

газы,

(циклопропан и циклобутав) ведут

способны

1.

:которых

поглощая квант света,

от

Реакции

новений молекул при их тепловом движе­ нии,

ны

акции

на

Согласно другой классификации,

ческuе,

-

себя как алканы, для них характерны ре­

ортанические реакции делятся на терми­

компонентом нержавеющих сталей.

нх мо­

себя как ненасыщенные углеводороды, они

ством

за счет электронов той

частицы,

атоме углерода называется карбокатио­

Примеllеllие. Хром является важнейшим

ростом

составляющих цикл. Низшие циклоалка­

кантные орбитали для образования кова­

зарядом

-

Химические зависят

связь.

трофил представляет незаполненные, ва-

+ 4Н,о

циклоалканов

жидкости, начи­

5

соответствующих

электронов

имеющая свободную орби-

лентной связи

свойства

туры кипения цнклоалканов выше, чем у

таль на внешнем электронном уровне. Элек-

кислот в кислой сре­

структур­

простравственная.

циклоалканы С -С 16 -

электрофильная.

Электрофильная частица (электрофил) ~

5Сг ,(8О ')3 + 6КМпО, + lIH,o -+

-+ 3К,Сг,О, + 2Н,Сг,о, + 6MnSO, +9H,SO,

- сильные окислители: 3Na 280, + К,Сг,О, + 4H,SO,.-+ -+ 3Na,80, + Сг,(80,)з + K,SO,

новую

изомерии: и

виях циклопропан и циклобутан

части­

частица (нуклеофил)

имеющая

вида

лекулярной массы. При нормальных усло­

пары электронов нуклеофил способен об­

Соли хромовых

Физические

В результате гетеролитического разры­ ва

три

межклассовая

закономерно изменяются с

+ :у-.

переходят: в щелочной среде ~ в хрома­

2Na,

ная,

ЗИ остаются с одной из ранее связанных частиц: Х:У

циклогексан

начиная с С,Н., ха­

кова­

на внешнем электронном уровне. За счет

-

циклопевтав

Для циклоалканов,

лентных связей, когда оба электрона свя­

~

I I ' н,СсJ;Н,

И,С-СИ,

зто процессы, иду­

тетеролитическим

и,С---С~н

СИ

частица с не­

циклобутан,

.

И,С-СН, пиклобутан

НС/ 'СИ 2 \ I 3

называется сво­

алка­

И'у-уИ,

циклопропан

рактерны

-

циклогексан

Я:'

радикалом.

ИОltltые реакции

оранже­

напоминают

И,с-си,

образующая

.У.

Нейтральный атом (или спаренным

+ 4НСl -+ 4CrCl, + 2Н,О

характерны

ко­

При гомолитическом

тического разрыва образуются свободные

+ HP

хрома

разрывом

циклопентан,

одному злектрону. В результате гомоли­

де

1

связи.

углево­

этого ряда соедине­

ний являются циклопропан,

свойства. ПОД действием окислителей они

1

1

йодиды. сильныи

1

1

Ва(ОН),

+ н,о

СгО,'-

(растворы

восстановители,

ты, в кислой среде

кислота:

НI рНт + 1-

также

гомолитическим

циклические

По своим свойствам

это процессы,

-

~

ны. Представителями

дая из образующихся частиц получает по

уравне­

Для соединений трехвалентного

-+ 8

йодистого водорода

дихроматы

CrCl 2 + О,

+ 2НI Химические свойства. Водный раствор Н,8

2

Циклоалкапы

связь, делится таким образом, что каж­

ляются:

кислоту:

Получеllие

+

сильные

растворении

хромовую

-~- -

-

р

Соединения двухвалентного

+ Н,О -+ 2Н,СгО,

Н,Сг,О,

-

в

разрыве

створы желтого цвета).

+ Н,О -+ Н,Сг,07 переходит

р Сгр,'-

+ 20Н-

вого цвета), а в щелочных

(со­

ЛИ ~ дихроматы):

Дихромовая

следующими

с

валентной

В кислых растворах существуют преиму­

При высокой концентрации зуется дихромовая

+ 2Нт

(О сг,о,'-

+ н,о -+ Н 2 СгО,

воде

идущие

при

-

радикалы:Х:У-+Х'

2СгО,'-

­

хроматы):

2НI

Циклоалканы

дороды, имеющие общую формулу С"Н,".

химических

радикальные и ионные.

радикалыlеe реакции

ниями:

С избытком воды об­

разует хромоную кислоту Н,СгО, (соли

представить

-

пы реакций

+ Na,SO, + н,о

Равновесие в системе «хромат-дихромат.

можно

по типу разрыва

числа можно выделить две большие груп­

Na,Cr,O, + 2NaOH -+ 2Na,CrO, + Н,О

'С разлагается:

250

СгО, легко растноряется н воде, образуя

1, +

43.

I

связей в реатирующих частицах. Из их

кислотами:

матов:

+ 302

2Сг,О,

-+

2СгО,

с

Возможен и обратный переход

+ 2Сг,О,

При нагреаании до

СгО,

фицируют

добавлении щелочей к растворам дихро­

+ 38 -+ 380,

4СгО,

хроматов

2 Na2Cr 20, + Н,80, -+ .... Na,Cr,O,

йод, серу, фосфор, углерод, пренращаясь

t-- -

Типы оргаиических реакций

Чзще всего органические реакции класси­

щелочами:

+ 2NaOH -+ Na,CrO, + Н,О

Дихроматы получаются при взаимодей­

(конц)

-+

в

42.

зуются при взаимодействии СгО, или ра­

СГ,О,:

3.

г----~-----T-----------­

Хроматы и дихроматы. Хроматы обра­

(бром-циклопентан)

~

~-~

51

г-----------T-----~----I Циклогексав + Cl, (tl -> ->

+

НС)

СНС]

и,С,", 'ри,

И,С, ... СВ, СИ,

(монохлорциклогексан)

Циклогексан (зоо'С Pt) -> О + 3Н ,

2

бензол

Получение. Циклоалкавы выделяют из

нефти, а также получают при помощи ре­

акции Вюрца: 1. При действии цинка в этиловом спир·

те на соответствующее дигалогенопроиз,

водное цепь углеродных атомов замыка·

ется, приводя к циклоалкану (Г. Густав.

сон):

.... СИгВг

И,С

.... СН. + Zn -> Н,С I - + ZnBr,

'СИгВг

2.

'СИ,

При действии

1,4-дибромбутан СН-СИ-Вг

l'

амальгамы

образуется

+ 2Li/Hg

,

лития

на

циклобутан:

->

И,С-СИ,

I

I

+ 2LiВr + 2Hg

нений.

Нахождение в

в природе.

состав

Наибольшее

нефти,

ют циклогексаи,

Циклогексаны

эфирных

практическое

масел.

значение

этилциклогексан.

име­

Цик­

логексан используется для получения цик­

логексавола,циклогексавова, КИСЛОТЫ,

кanрола.кта.ма,

стве растворителя. зуется стве

а

ингаляционного

сматриваются относительно атомов угле-

рода. участвующих в реакции. Наиболее часто встречаются следующие названия

реакций:

1)

присоединеиие

R-CH~CH

+ ХУ

nCH,~CH,

-> RCHX-CH У;

(-СН,-СН,-)n

молекула образуется при соединении двух

*

частиц, отщепленных от соседних атомов

Окисление

I I

I I

практике

в

ет

окислению. Baющeгo

-

соединение

углерода,

полностью

насыщены

водо­

родом. Поэтому предельные углеводороды содержат в молекуле максимальное коли­ чество

водородных

атомов.

Гидрирование

-

реакция, представля­

-

реакция,

при

Пиролиз

продуктов

-

при

нием

одного

или

нескольких

дые вещества. Алканы

-

16, -

твер­

неполярные со­

углерода

находятся

и

трудно

поляризуемые,

легче

створителях

Жидкие алкаиы

-

ставляют тетраэдр (углы между осями свя­

ли

органических

зей С-Н равны

Метан и этан, а также высшие алканы не

Ряд соединений,

109'28').

котором каждый член отличается от

гомологами. Они обладают

-

кономерным

изменением

свойств. Если

от алкана

физических

,отнять>

один

остаток

-

ради­

Свободная валентность в радикале находиться

у

разных

и

третичные

для

с

высокой

многих

имеют запаха. Алканы

Получение. Для получения алканов ис­ разные алканы получают из природного И

попутных нефтяных газов, а твердые ал­

каны дых

из нефти. Природной смесью твер­

-

высокомолекулярных

(500

ется горный воск

1.

nС

+ 2nН,

алканов

'С, оксиды железа)

углеродных

2.

nСО

+ (2n + 1)Н, (Со или Ni, 200 'С) -> -> СnН'n+'

3.

+ n Н,О

Лабораторные методы:

-

вторичный радикал (изоп­ ропил);

б) реакция А. Вюрца:

(СНз)зС-

-

третичный радикал (трет­

НзС-Вг

новых:

H,C~CH, + Н,

Н-С=С-Н

(Pt, Pd, Ni) ->

+ 2Н,

-> НзС-СН з

+ 2Na + Вг-СН з ->

применя­ но­

Названия первых четырех пропав,

->

~С II Н 2п + 2

а) гидрирование этилеиовых и ацетиле­

радикалы:

углеводородов

явля­

природный битум.

(СНз),СН-

этан,

горючие веще­

пользуют природные источники. Газооб­

первичный радикал (ме­

метан,

-

веществ.

ства. Метан горит бесцветным пламенем.

-

предельных

полярностью.

хорошие растворите­

НзС-

виальные:

продуктов.

­

жидкости; начиная с углеводородов с чис­

ре гибридные орбитали в простраистве со­

менклатуры.

бутан.

Начиная с пятого эти названия образова­

Некоторые реакции получают свои на­

га­

ся. Не растворяются они и в других ра­

атомы

членов гомологического ряда метана три­

ложению без доступа воздуха с образова­

-

зообразные вещества; начиная с пентана

в состоянии sрЗ.гибридизации: все четы­

ют систематическую и рациональную

единение подвергается термическому раз­

Первые четыре

углеводородах

ния

которой со­

дру­

воды И В ней практически не растворяют­

Номенклатура и изомерия. Для назва­

реакции.

реакция,

Фнзические свойства.

члена гомологического ряда метана

бутил).

дит присоединение, за которым обычно

а

единения

тнл);

которой

цепь,

разветвленную (изост­

-

родов является метан СН,. В предельных

вторичные

катализатора.

их соеди­

и родоначальником предельных углеводо­

/Jичным. Соответственно этому могут быть

ющая собой частный случай восстановле­

углеродную

изобутан

-

лом атомов углерода, равным

СтроеЮlе. Простейшим представителем

рода.

побочных

52

ми

дикале находится у первичного атома уг­

происходит рост цепи. Сначала происхо­

~

роение).

атомов. Если свободная валентность в ра­

прннимает

разветвленную

тавшиеся валентности углеродного атома, не затраченные на связь с другими атома­

то порядок

изомеров бутана (н·бутан) содержит не­ гой

может

следует элиминирование с образованием

L_~

в

свя­

лерода, то такой радикал называется nер­

Конденсация

наркоза.

углерода

атомы водорода. или теряет атомы кисло­

ствии

в каче­

атомы

Если

нения может быть различным. Один из

заны между собой простой (J-СВЯЗЬЮ. Ос­

кал.

обратная

связи или ароматическому ядру в присут­

исполь­

которых

тный углеводородный

ния. Водород присоединяется к кратной

каче­

молекулах

атом водорода, то образуется одновален­

Под действием восстанавли­

реагента

фатические предельные углеводороды,

ные '!Левы

или теря­

реакция,

али­

-

близкими химическими свойствами и за­

водород.

Восстановление

углеродных атомов,

А.лканы (общая формула СnН,,.,)

изомерия.

в молекуле алкана содержится более трех

ется гомологическим рядом, а его отдель­

действием окисляющего резrента веще­ с кислородом

характерна структурная

ряда метана (алканы)

предыдущего на одну группу СН" называ­

реакция, при которой под

ство соединяется

44. Предельные углеводороды

в

вые ниже.

адИПИВО80Й

также

Циклопропан

в медицинской

по

структурному признаку. В органической химии все структурные изменения рас·

I , '1 2) замещение R-CH,X + У -> R-CH,Y + Х; I 3) отщепление I R-CHX-CH,Y -> R-CH=CH, + ХУ (элиминирование); I 4) полимеризация I -> В большинстве случаев элимииируемая I I углерода. Такой процесс называется 1,2-эли· I I I I I I I I

-> О

(циклогексан)

входят

как и в неорганической химии -

I I I I I I I I I I I I

ребляются и названия реакций, приведен­

Гидрогенизация ароматических соеди­

( ) + 3Н, (100 'С, Ni)

акции часто классифицируются так же,

г----~-----------------I

I I I I

I

I

рех названий реакций иа практике упот­

И,С-СИ,

3.

Кроме того, в органической химии ре·

минированием. Кроме приведенных четы-

СНгСИгВг

->

I I I I I I I I I I I

НзС-СНз

->

НзС-СИ з

+ 2NaВr

в) сплавление солей карбоновых кислот со

щелочами:

НзС-СООNа

4.

+ NaOH ->

СН,

+ Na,CO,

Восстановление галогенопроизводных:

НзС-Сl

+ Н,

-> СН,

+ НС!

Химические свойства. В алканах все

звания по продуктам, к которым они при­

ны от греческих числительных с добавле­

атомы

водят.

нием суффикса ·ан. По рациональной но­

а-связями,

менклатуре

насыщены водородом. Поэтому алканы не

~

L

алканы

рассматривают

производвые

метана,

го

несколько

в

молекуле

как

которо­

связаны

между

валентности

собой

прочными

атомов

углерода

вступают В реакции присоединения. При

ато­

обычных условиях они проявляют хими­

мов замещены на радикалы. Для алканов

ческую устойчивость. Основные химичес­

один

или

водородных

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

~-~

53

г-----------------~----I кие

реакции

идут

при

гии (при нarревании

сообщеиии

энер­

или ультрафиолето­

вом облучении). При этом могут произой­ ти или разрыв связи С-Н с последующим замещением атом

или

лекулы ны

-

атома

группу

водорода

атомов,

по связи

С-С.

или

на другой разрыв

Поскольку

мо­

алка­

соединения неполярные, то при раз­

рыве связей образуются радикалы (гомо­ литический механизм).

1. Галогенuрованuе. по

радикальному

Реакция

идет

на

механизму:

Сl х

+

+

СН,Х

2.

и т. д.

(IV)

или

в присутствии

оксидом уг­

катализатора

+ 20, -+

СО,

+

2Н,О

+Q

рах жизни. и деятельности человека.

Газообразные алкаиы (метан и пропан­ бутввовая смесь) нспользуются в качестве

С]Х -+ Cl:C] ;

+ Clx -+ СН,:С!

топлнва.

(реакция М. И. Коновв,

ракетных топливах и используются в ка­

Н,80,

+ HNO, ) -+ H,C-CHNO,-CH, +

Н,О

Н,80, -+

жидкость без запаха и вкуса, использует­

ся в медицнне, парфюмерни и косметике.

3. СулЬфuрованuе:

C17H,. +

(смесь жидких углеводородов с числом атомов углерода до 15) -- прозрачная Вазелин (смесь жидких и твердых предель-

C17 H,.SO,H + Н,О

4. СУЛЬфQхлорuроваnuе:

С,.Н" + 8О, + Cl, -+ C,.H 2I SO,Cl + НСl

При взаимодействии сульфохлорида со щелочью образуется алкuлсульфоnат:

C,.H 2I SO,Cl + 2NaOH -+ -+ C,.H 2I SO,Na + NaCl +

Н,О

ных

углеводородов

с

числом

углеродных

атомов до 2~) при меняется для приготов­ ления

мазеи,

используемых

в

медицине.

Парафин (смесь твердых углеводородов С,. -С••) -- белая твердая масса без запаха и вкуса (tM = 50... 70 'С) - применяется для

изготовления свечей, пропитки спичек и

Реакции расщепления (при нагревании)

упаковочной бумаги, для тепловых проце-

1. Дегидрироваnие (СГО"

дур в медицине и т. д. В современной неф­

t'):

техимической промышленности предель-

Н,С-СН,-СН, -+ Н,С=СН-СН,

2.

Термuческuй. крекиnг (разрыв связей

С-С и С-Н при нarревании до

500

'С и

выше беэ катализаторов или в ИХ присут­

ствии). В результате происходит образо­ вание более простых углеводородов

-

пре­

дельных инепредельных.

3. Изомерuзацuя (в присутствии AlСl з )·

Неразветвленная углеродная цепь превра­ щается

в разветвленную.

Это сопровож­

дается разрывом связей С-С. В зту реак­

L_~

ные углеводороды являются базой для получения

разнообразных

органических

соединений, важным сырьем в процессах получения

полупродуктов для

ства пластмасс,

каучуков,

производ­

синтетических

волокон, моющих средств и многих других

веществ.

г----~-----T-----------­

45. Непредельные углеводороды

"

I I I I I I I I I I I I I I I I I

Жндкие углеводороды состав­

ляют значительную долю в моторных и честве растворителей. Вазелиновое масло

Н,С-СН,-СН,

54

паром, кислородом

Применеиие. Алканы находят широкое

лова):

I

является его коnверсuя: окисление водя-

применение в самых разнообразных сфе-

-+ Н,С:СН,;

Нитрование

Основным способом переработки метана

СН,

в) обрыв цепи (терминация): С]Х

ца) и одновременном нarревании происхо­

Горение на воздухе:

Сl х

+ Clx -+ снзх + HCl; СН,Х + Cl, -+ СН,Сl + Clx СН,Х

окислении (в присутствии солей маргвв-

+ 1/20, -+ СО + 2Н,

СН, + СО, -+ 2СО + 2Н,'

СН,

+

(КМпО" К,СгО,). При каталитическом

СН,

б) рост цепи (элонгация):

СН,Х

чивы К действию сильных окислителей

и при высокой температуре: СН, + Н,О -+ СО + 3Н,

а) инициация:

-+

атомов.

При обычных условиях алкввы устой-

лерода

Стадии реакции:

Сl

углеродных

Реакции окисления

иым

+ Cl, -+ СНзСI+ НС!

СН,С\ + С1, -+ CH,Cl, + HCI

CH,Cl, + Cl, -+ CHCl,+ НСl

CHCl, + Cl, -+ CCl, + НС!

:

четырех

спиртов, кетонов, карбоновых кислот и др.

СН,

Сl

рые в углеродной цепи содержат не менее

дит окисление алканов с образовввием

Реакции замещения свету

цию вступают только те аЛК8НЫ, кото-

I I I I I I

I I I I I I I I I ~

-

Алкены

46.

Ацетиленовые углеводороды (алкины)

алифатические непредельные

Ацетиленовыми углеводородами (алки­

углеводороды, в молекулах которых меж­

нами) называются непредельные (ненасы­

ду

одна

щенные) углеводороды, содержащие в мо­

двойная связь. Алкены образуют гомоло­

лекуле одну тройную связь и имеющие

гический ряд с общей формулой С.Н,.,

общую формуду С.Н,._,. Тройную связь

углеродными

атомами

имеется

осуществляют

Строение. Простейшим представителем алкевов,

их

родоначальником,

представителя

ряда

-

этилена

-

углеводородах

атомы

атомы углерода в sр-гибрндизованном со­ гибридных орбитали, направленных друг

к другу под углом

углеро­

комбинацией из одной (1- и двух 1t-связей,

ной (1- и одной 1t-связи. Длина двойной

образуемых двумя sр-гибридизованными

нм.

атомами. (1-СВЯЗЬ возникает при осевом пе­

Номенклатура н изомерия. Алкены про­

рекрывании sр-гибридных орбиталей со­

стого строения называют, заменяя суффикс

седвих атомов углерода; одна из 1t-связей

-аn в алканах на суффикс -uлеn. По систе­

образуется при боковом перекрывании

матической номенклатуре названня про­ изводят заменой суффикса -аn в соответ­

I

ствующих алканах на суффикс -еn. Для

1

алкенов

xap~тepHЫ два

вида

р,-орбиталей, другая

1

гомологического

изомерии:

I но хорошо

- в органических растворите­

этих

углеводородов

мерия углеродного скелета (начиная с

С.Н.) , изомерия положения тройной свя­

пропи·

пения. Алкены плохо растворяются в воде,

ряда

Изомерня. Алкинам свойственны изо­

Физические свойства. Первые три пред­

I лен и бутилен) - газы; начиная с С.Н,.­ а с С"Н,. - твердые вещества. I жидкости, С увеличением молекулярной массы по­ I вышаются температуры плавления и ки­

при боковом пере­

является ацетилен нс..сн.

структурная и геометрическая, зависящая

ставителя ряда алкенов (этилен,

-

крывании P,-орбиталеЙ. Родоначальннком

от положения двойной связи в цепи. 1

90'

ным орбиталям. Тройная связь является

никает двойная связь, состоящая из од·

r

и две негибридных

по отношению друг к другу и к sр-гибрид­

ции. Между углеродными атомами воз­

0,134

180',

Jt-орбнтали, расположеиных под углом

да находятся в состоянии sр'-гибридиза­

связи равна

общих электронов атомов

стоянии. Каждый из них имеет по две эр­

такие

углеводороды называют этUl!enовымu. В этиленовых

6

углерода. В образовввии связи участвуют

является

этилен (этен) С,Н,. По названию первого

1

I I I

I

ряда этилена (алкеиы)

зи (начиная с С,Н.) и межклассовая изо­ мерия

I

с

алкадиенами.

•

Физические своиства. В обычных усло­

алкины С, С, газы, С, С,. 'tJJ виях жидкости, высшие алкины твердые -

-

-

­

-

вещества.

I лях. Этилен и пропилен горят коптящим I Полученне пламенем. I 1. В. промышленности (высокотемпера­ I Получение. В промышленности алкены турныи пиролиз метана): I получают дегидрированием алканов в при­ I 2СН, (1500 'С) -+ нс..сн + 3Н, сутствии катализатора (Сг,О,). Например: I 2. Дегалогенированне дигалогенопроиз­ I Н С-СН -СН -СН -+ Н + алканов: I водных I + H,C~CH-CH,-CH, + CH,-СНВг-СН,Вг + 2КОН (этанол) -+ + Н,с-сн-сн-ен, I -+ СН,-с..сн + 2КВг + 2Н,О I В лаборатории: I сн -евг -СН -СН + 2КОН (этанол) -+ 1. Дегидрогалогенирование: -+ СН -С=С-СН + 2КВг + 2Н О I Н,СВг-СН, + к-он (спирт) -+ I 3. Разложение" карбида кальция водой:, -+ Н С=СН + КВг + Н О I " '1 СаС, + 2Н,О -+ Са(ОН), + НС=СН I Н-С=С-Н 2. Гидрирование алкинов: • + Н (Pd) -+ Н С=СН I Хнмическне своиства '" 1. Гидрировввие:

I 3. Дегидратация спиртов: I С Н + Н (t' катализатор) -+ С Н

(реакция в недостатке водорода) I Н,С-СН,-ОН (t, Al,O, или Н,80,) -+ С Н + 2Н (t' катализатор) -+ I -+ H,C~CH, + Н,О I I 4. 2СН, (550...650 'С, катализатор) -+ I -+ С.Н, ••, I IL ~Н,С=СН~~~ (ре~Пи~изб~~ода)~ 3

2

2

3

2

з

о

11

2,.-2

11

211.-2

2

2

2'

3

11

2/1

:2'

55

------------T-----~----, СН=СН

Н, (t', катализатор) -->

+

-->

СН,=СН, 2.

Н2

+

СН,=СН,.

катализатор) -->

(t',

-->

СН,-СН,.

I I I

+

Вг,

-->

СН"СН

+

Вг,

+

2Вг,

-->

-->

+

НС!

--;

-->

2.

3.

11

НС=СН

+

Реакции

альдегид:

(HgSO.) --; --;

[Н,С=СН]

--;

I

-r

СН з - С "-

о

тримеризация

комплексных

димеризация

(600

2.

НС=СН)-->

3.

ак­

--;

+

О

+

2Н,о

2Н,С-СООН

2СО,

+ 2Н,О

/Сатализатора:

ка­

алкены способиы изомеризо­

полимеризации

кена могут соедиияться, образуя длииные

НС=СН

+ NaNH 2 --; HC"CNa + NH, + 2[Ag(NH,),]OH --> --; ЛgС"СЛg + 4NH, +

цепные

2Н,О

кислороде температура пламени достига­

'с, поэтому ацетилен используют

для резки и сварки металлов. Кроме того, органи­

чеСКам синтезе разнообразных веществ

I

~(ук~кимоты~трахлорэта~_~

--; (-СН,-СН,-)n (полиэтилен)

-

-

-

--,

этих атомов в

И наличие у J<:аждого из

но к упомянутой

перпендикуляр­

плоскости.

р-орбитали

всех атомов углерода перекрываются

друг

с другом, образуя л-связь т. е. не только между вертым

типа:

первым

и

вторым,

атомами,

но

и

третьим

ТaRже

и

чет­

между

вто­

рым и третьим. В молекуле отсутствуют в

/Сумулированными

классическом

примыкающими

понимании

одинарные

двойные связи, а наблюдается зация

1[-электронов,

происходит

мов том

в этой

передача

системе,

в

и

делокали­

результате

взаимовлияния

называется

чего ато­

эффе/С'

соnряжения.

Реакция галогенирования

сопряженных

алкадиенов:

CH2=CH-CH~CH, или

или изопрен:

которые

являются

ИСХОДНЫМИ

легко сжижающийся газ с неприятным

молекулы:

nСН,=СН 2 (катализатор)

Примеиеиие. При горении ацетилена в

ацетилен широко используется в

изомеризации

3а счет разрыва л-связей молекулы ал­

+Q

-

троном и расположенной

имного расположения двоиных связеи ал­ на три

-

расположение

них одной р-орбитали, занятой ОДНИМ элек­

Общая формула

подразделяются

-

одной ПЛОСRОСТИ

кадиены

СВЯЗЯМИ,

ВRТЬСЯ.

AgC=CAg + 2НС! --; НС"СН + 2AgClJ.

56

--;

-

--> --;

+

Нг,

-->

СН,Вг-СН=СН-СН,Вг СИ,Вг-СНВг-СН=СН,

При наличии достаточного количества

брома образуется 1,2,3,4-тетрабромбутан: CH,~CH-CH=CH,

--;

+

Вг,

--;

СН,Вг-СНВг-СНВг-СН,Вг

Наибольщий интерес представляют уг­

+

(150 ...350 'с, катализатор) --> --> 2c~,/CH, (окись этилена)

Реакции

НС=СН

3150

О,

тализаторов

Кислотные свойства

ет

КОН

При нагревании или а присутствии

Реакция горения:

4СО,

ЗО,

связи.

-

что означает

СН =C-CH~CH

+

О/Сисление /Сислородом воздуха в при­

Реакции

раствор

R-C"C-R' + 3[0] + Н,О --;

--> R-COOH + R'-COOH

+ 50, --;

2МпО,

Горение:

+

-

содержащие две двоииые угле­

2-метилбутадиен-l,3,

О

КМnO.:

7.

+

-

простой связью. Например, бутадиен-l,3,

+ 2КМпО. + 4Н,О --;

3НОСН,-СН,ОН

-

НЫМИ СВЯ3ЯМИ~ Т. е. разделенными одной

2СН,=СН,+

угля (реакция Зелинского).

Алкины обесцвечивают

2С 2 Н,

--;

сутствии

бензол

6.

(H,SO, (конц.» --; --> Н,С-СНОН-СН,

О/Сисление при обычной температу­

H,C~CH,

--;

СН,=СН-С=С-СН=СН,

'С, С)

н-он

+ 2О, (КМпО" H,SO.) -->

ацетилена:

Нагреввние ацетилена в присутствии

3НС"СН

+

НзС-СН=СН-СН з

солей

и линей­

CH,=eh-G=CН (катализатор, НС=СН)

тивированного

вг-сн з

В более жестких умовиях (кипячение):

НС=СН (катализатор,

-->

Н,С-СН

окисления

3Н,С=СН,

Полимеризация.

Под воздействием

--;

*

1.

--;

ре:

Н

ОН

меди происходят

Н-Вг

ацетилена конеч­

яаляется

и,о

+

-

углеводороды с изолированными двой­

Гидратацuя:

Н,С-СН=СН,

О

В мучае гидратации продуктом

4.

-

падиен, или аллен: CH2=C~CH,;

H,C-СН,Вг

-->

-

47. I I I Алкадиены - зто непредел,:ные углеI I алкадиенов С.Н,•.,. В зави.симости от. взаI I 1). I к одному атому углерода. Например, про­ I 2) I ными связями, т. е. разделенными двумя I и более пр~стым,: свя~ями~ Нап!им~р, пен­ тадиен-l,4. СН, СН СН, СН СН" I 3) углеводороды с сопряженными двойI I или дивинил: СН,=СН-СН-СН" I I 'I ' I СН. I леводороды с сопряженными двойными I веществами для получения каучуков. I Получение I 1. Реакция дегидрирования - дегидратации: I 2Н,С-СН,-ОН (425 'С, Al,O" ZпО) --t I --; Н,С=СН-СН=СН, + 2Н,О + Н, 2. CH,-CH,~CH,-CH. (550...620 'С, Al,o" I Сг О ) --> СН =СН-СН -СН + Н , , , '." I CH,~CH~CH,-CH. (500...600 С, I MgO, ZnO) --> CH,~CH-CH-CH, + Н, 3. Пиролиз нефти. I 2-метилбутан (t', сг,о., Al,o.) --> I --> изопрен + 2Н,. Фнзические свойства. Вутадиен-l,3 I t - -108 9'С t = -4 5 'с· I запахом растворяется в эфире, бензоле, не раствоI _ т\,чая жидкость t = -146 'С t ~ I = 34,1 I I те, не растворяется в воде. Химические свойства. Для алкадиевов I характерны реакции присоединения, разДВОИНЫМИ связями, т. е.

ВгН,С-СН,Вг

-->

НВг

Н,С=СН-СН,

С,Н, -с-снз

--;

~ -

углеводороды с

Гидрогалогенирование:

+

-

род-углеродные

(pt, Pd, Ni) --> н,с-сн з

Вг,

+

-

водороды,

Галогенирование:

Н 2 С=СН,

н,о (Н,SO.)-->

+

и

(1,2-дибромэтан)

ОН

ная

Н2

+

Н,С=СН,

СН,=СНС!

[С,Н,-С=СН,]

изомеризации

-

(алкадиены)

Гидрирование:

Н,С=СН,

СНВг,-СНВг,

1

5_

окисления,

,Г -

Диеновые углеводороды

+ ZnBr 2

Для алкенов характерны реакции при­

1.

СНВг, -СНВг,

Гидратация (реакция Кучерова):

С,Н,-С=СН

ным

Химические свойства

Гидрогалогенирование:

СН"СН

4.

СН,=СН-СН.

-->

Реакции при соединения

галогена)

(реакция в избытке галогена)

3.

+ Zn -->,

полимеризации.

CHBг~CHBг

(реакция в недостатке

СНВг=СНВг

СН,Вг-СНВг-СН,

соединения,

Галогенирование:

СН"СН

5.

I I I I I II ~

'ил

"кип"

ряется в ноде, 2-метилбутадиен-l,3 ~

,

11.11

ле-

'"f{t!П

'С: растворяется в больщинстве уг-

леводородных растворителей, эфире, спир-

I

рыв двойных связей.

I I I I I I I I

~

_

48. Элементы V группы Периодической системы

Пятая группа Периодической системы состоит из двух подгрупп: главной - азот, фосфор, мышьяк и его аналоги; и побоч­

ной - ванадий и его аналоги. Атомы N­ В1 имеют во внешнем слое пять электро­

нов. В ряду N - Р - & - Sb - В; увеличива­

ются размеры атомов ослабляется при­

тяжение валентных зл;ктронов к ядру, ос­

лабляются неметаллические свойства, воз­

~ растают метал.~ические свойства, элект­ роотрицательяость уменьшается. Азот и

I I I I I I

I I

фосфор

- типичные неметаллы. Мыщьяк

и сурьма проявляют неметаллические и

металлические свойства, Висмут - ти­ пичныи металл. Фосфор, мышьяк и вис­

.

мут существуют в твердом состоянии в

нескольких аллотропных модификациях. Хнмические свойства С увеличением порядкового номера эле­

мента основной характер оксидов

увеличивается, а :кислотный -

R,O, ослабева­

ет. Гидроксиды всех элементов этой груп­ пы в пятивалентном состоянии имеют кис­ лотный характер, С увеличением поряд­

L~ ~одят:в SP'-ГИБРИДН: состояни~ ..l,::,вогономераэлемента.:::'овно~тер ~ Атомы углерода в молекуле бутадиена-

57

г

- - -

-

- -

-

-

Гидрогалогенирование

- -

-

- -

-

сопряженных

+ НВг

-7 СНЗ-СН~СН-СН'ВГ

ва

Полимеризация осуществляется под вли­

растущего

СН" Н I

I

чается

в

природе

С=С I

СНЗ

... -СН,

каучук)

виде

кие

I

Н

придания

также

а кис­

I

ослабевает.

механических

ТИЧНОСТИ,

связан

встре­

элемент)

Мышьяк, сурьма и висмут плохо ра­ створяются в воде. С увеличением поряд­ кового номера элемента восстановитель­

з

усиливаются, а устойчивость уменьшает~

I I I I I I

СТОЙКОСТИ

подвергают

ванием до

присоединяются по

но

превосходит

каучук.

ли

БЫСОJCОЙ

теку­

58

~

шесть

атомов

углерода

и

бензольного

кольца.

к

Такие

перекрываются

над

и

под

плоско­

ронов образуют общее электронное обла­

элас­

ко

и единую

химическую связь

для всех

атомов углерода. Две области большой

­

электронной

нагре­

плотности расположены по

обе стороны плоскости а-связей. 1t-злект­

с серой_ Атомы серы

месту разрыва

перпендикулярно

стью кольца. В результате шесть 1t-элект­

раство­

вулканизации

ориентировано

лерода

физико­

прочности,

и

1t-электронные облака соседних атомов уг­

Для

ронное облако обусловливает сокращение

иеко­

расстояний между атомами углерода.

В

молекуле бензола они одинаковы и равны

0,14

получается

нм.

Наиболее точно это отражает

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

~

структурная формула бензола в виде пра­

по прочноети значитель­

вильного шестиугольника с

не вулканизированный

мулой Кекуле с указанием двойных свя­ зей (Щ:

готовления автомобильных шин и других

о

изделий.

о

орто-ксилол

~

IL

ПРИРОZlный газ. В его состав входят ме­ тан (до

(80-97 %), этан (0,5-4 %), пропан 1 %), бутан (о, 1-0,2 %), азот и дру­

гие газы. Чем выше молекулярная масса углеводорода, тем меньше его содержится в

природиом газе.

Примеnение. Природный газ использу­ ется

как

дешевое

топливо

в

котельных

печах, а тю<же для получения ацетилена, этилена,

водорода, сажи,

пластмасс, ук·

сусной кислоты, красителей, медикамен­ тов.

Попутиые нефтяные газы. Представля­ ют собой топливо И ценное энергетичес­ кое сырье. В них меньше метана, но боль­ ше

его

гомологов.

Извлечение углеводородов и получение непредельных

1.

углеводородов

Газовый бензин (смесь пентана, гек­

сана и др.)

добавка к бензину для улуч­

-

шения пуска двигателя.

2.

Пропан-бутановая фракция (смесь

пропана и бутана) сжиженного

3. ния

газа

Сухой газ

CzH 2 ,

-

-

применяется в виде

как

топливо.

используется для получе­

Н 2 И др., а также как топливо.

Нефть. В ее состав входят циклопара­ фины, предельные и непредельпые углево­

дороды,

арены. Фракции:

О

Осн,

4. 5.

ле отгонки

I

-7

С 6Н6 +

тракторов

и

ра­

I

3Н 2'

275

"С)

­

-

мазут.

масла

-

Фракции мазута:

дизельное

топливо,

смазочные масла, вазелин, парафИВ. Пос·

бензол)

~

для

топливо.

{)статок

соляровые

пара·нсилол

бензол)

горючее

Фракция газойля (выше

дизельное

СН,

Получение Циклогексан (Pt или Pd, 300 ос)

как

кет.

(1,2-диметил· (l,3·диметил· (l.4·диметил. бензол)

каменный уголь.

зуется

сн,

СН,

мета-ксилол

природ­

3. Керосиновая фракция (180 ... 300 'с) - (C 12 H,.-С"Н зв ) • Керосин исполь­

щую формулу СnН'n_о' СН,

-

торов.

II

Гомологический ряд бензола имеет об­

ОСН,

Наиболее важные источники

ный газ и попутные нефтяные газы, нефть,

1. Газолиновая фракция бензиноа (40 ... 200 "с). (C,H 12 -С ll Н,,). Газолин (40 ... 70 'с), бензин (70 ... 120 'С) - автомобильное топливо. 2. Лигроиноаая фракция. (150 ... 250 ос) - (С'Н"--СI<Н ЗО )' Горючее для трак­

окружностью

внутри (1). Однако часто пользуются и фор­

I I I I I I I I

L_~

все

плоскости

каучуки в виде резин используют для из­

*

угле­

щего в гибридизации, имеет форму ганте­

Наполненные активной сажей

резиновых

атомами

го электрона (1t-электрона), не участвую­

кулы каучука <сшиваютс,!> в более круп­ которая

соседними

все а-связи с-с и С-Н лежат в одной

торых двойных связей и линейные моле­

резина,

двумя

угольник:

к износу, клейко­

-

с

рода и атомом водорола тремя а-связями.

(гуттаперча)

ные трехмерные молекулы

Общая формула

плоскости. Электронное облако четверто­

К действию

130... 140 'с

кольцо.

В результате образуется плоский шести­

рителей и агрессивных химических сред каучук

+ 30Н­

свойств:

бензольное, или

атом углерода в молекуле бензола нахо­

С=С

каучуку необходимых

группировка ИЗ

-

Электронное строение бензола. Каждый

C~' ~H,- ...

свойств:

циклическая

дится в состоянии sр'-гибридизации. Он

стью, водо- и газонепроницаемостью.

~----~------I

молекулах которых

ароматических углеводородов СnН'n_б'

I

I

f

I

СН"СН,-СН, Н

честью, устойчивостью

I СН=СН,

соединения, в

ароматическое,

гуттаперчи.

С=С

ным комплексом

-7 (-СН,-СН-)n

СА.

ные бензола, т. е. такие карбоцикличес­

Натуральный каучук обладает уникаль­

nСН, ~CH -СН~CH, (катализатор) -7

ные СВОЙСтва водородных соединений RН

в

транс-полиизопрен

1.2-nрисоединения:

(R ­

Типичными представителями аромати­

1,4­

Природные источники

50.

углеводородов и их переработка

ческих углеводородов являются производ­

(каучук)

изопрена

I

Ароматические углеводороды (арены)

СНз Н I

I

СН, СН, - СН, Н I

I

I

I

I

Р R(ОН)З Р RЗ-

лесах

это стереорегуляр­

СН, Н I

I

Транс-полимер

-7 (-CH2-CH~C-CH,-)n

+ 3Н'

тропических

цис-полиизопрен

nCH,~CH-CH=CH2 (катализатор) -7 I СНЗ

R(OH), увеличивается,

в

-

49.

С=С С=С С=С I

I

I

I

I

I

... -СН, СНз-СН, СНз-СН, СН,-·.·

(бутаноаый каучук)

RO,'

I I I I

дере­

шести атомов углерода

инициаторов.

(изопреновый

Каучук

г----~-----T-----------,

имеется

-7 (-СН,-СН~CH -СН,-)n

-

- -i: каучуки

присоединения с цис- конфигурацией по­

nСН2~СН-СН~СНЗ (катализатор) -7

латный

-

лимерной цепи:

l,4-nрисоединения:

гидроксидов

-

ный полимер, в котором молекулы изоп­

Реакции полимеризации мономеров.

I I I I I

~

рена соединены друг с другом по схеме

синтеза каучуков.

катализаторов или

гевеи,

Бразилии.

Применение. Диеновые углеводороды

янием

-

ного сока (латекса) каучуконоспого

-7

или -7 СНЗ-СНВГ-СН~СН,

применяют для

-

Натуральный каучук получают из млеч­

диенов:

CH2-CH-CH~CH2

-

Натуральиый и синтетический

I

~

-

гудрон.

Крекинг нефти увеличивает выход бен­ зина (65- 70 %). Крекингом называется процесс расщепления углеводородов, со­ ~

_...J

59

------------T-----~----, держвщихся в нефти, в результате кото­

1

Метилциклогексан (Pt, 300 ОС) ....

рого образуются углеводороды с меньшим

количеством атомов углерода в молекуле,

образуются более простые утлеводородные

цепи:

С"Н З4

С,Н"

....

1

СН, -(СН,). --{;Н, *

+ *СН, -(СН,), -СН, .... +

+ CH,~CH,""

высокой температуре (выше зтилен,

700

·С). Про­

ацетилен,

бен­

толуол.

При термическом крекинге

(470... 550

ОС)

рода

R-CH(OH),

воду,

сразу же

они

окисляются

менее

и

*

3.

4.

ОС)

(H,SO" t·) .... .... C.H,NO, + Н,О.

1. .... 2.

зин имеет большую детонационную стой­

+ Н, .... С.Н"

I

(свет)

.... C,H,Cl,

+ [30]

1

(КМПО,)

1

....

+ Н,О

1

150, ....

12СО,

1

+ 6Н,о.

Реакция полимеризации стирола: nC,H,-CH~CH,

I I I

.... n(-СН,-СН-)

I

С,Н.

Применение. Нефть используют для

получения

каучука, рези­

красителей,

взрывчатых веществ,

высокомолекулярных со­

стений,

единений (лавсан).

I

медикаментов,

1

средств защиты ра­

пластмасс, синтетических воло­

1

кон, в. также в качестве растворителя орга­ нических

1

веществ.

1

1

1

I I 1 L_~

60

1

~

(этандиол),

температурами

~

кипения

СО

+ НОН (280...300 'С, р, Н,ю,) ....

.... С.Н"О,

....

2С,Н,ОН

СН,-СНВг-СН,

....

связью, очень неустоичивы и сразу же изо­

меризуются в альде~иды или Keт~Hы._Ha­

пример, виниловыи спирт ?Н,-СН ОН превращается в уксусныи альдегид

спиртов зависят от строения углеводород­

Н,О

....

СН,-СН(ОН)-СН,

+ НВг

реакциях гидроксисоединений возможно

I I I

-:J.<- - - - ­

52. Простые эфиры

1

Простые эфиры -

это органические ве­

щества, молекулы которых состоят из уг­

леводородных радикалов, соединенных

атомом кислорода: R'-O-R", где R' и R" _ различные или одинаковые ради­

1

каJIЫ.

1

производные спнртов. Названия этих со­

CH,-CH~O.

Фнзические свойства. Эти свойства

+

С,Н.ОН

+ 2СО, (брожение)

Химические свойства. В химическнх

или алкано­

да, соединенном с др!гим атомом двоинои

­

.... СН,ОН СИ,=<:Н,

спирты под­

спирты с ОН-группои при атоме yг~epo:

срав­

+ КОН С,Н 5ОН + КСl + 2Н, (220 300 'С, р, Си или ZnO) ....

альдеги­

тические (c,H,CH,-~H). Непредельные

по

С,Н,Сl

или третичным) связана гидроксильная группа, различают спирты первичные R­ СН, -ОН, вторичные R,CH-OH, третичвые R,C-OH. 3. По строению радикалов, свя­ на предельные,

повыше­ кипения

Полученне

неустойчивы и, отщепляя

атомом кислорода,

происходит

температуры

ных связей.

В зависимости от того, с каким

разделяются

и

образованием межмолекулярных водород­

Двухатомные спирты с двумя ОН·

2.

молекулу

ясняются особенностями их строения

дЫ R-CH~O. Спиртов R-С(ОН), не суще­ ствует.

в

вку·

соединений. Такие Саойства спиртов объ­

НО-СН,­

превращаются в

растворимы

нению со многими классами органических

одноатомные

Простые эфиры рассматриваются как

1

ного радикала и положения гидроксиль­

едивений строятся из названий радика­ лов (в порядке возрастания молекулярной

ной группы. Первые представители гомо­ ~ массы) и слова .эфнр •. Например, логического ряда спиртов это жидко­ СН,ОСН, - диметиловый эфир; сти, высшие спирты - твердые вещества. С,Н.ОСН, - метилэтиловый эфир. Метанол, этанол и пропанол смешивают­

Примененне. Бензол используется для

зов, лекарственных мазей, парфюмерии, пластмасс,

I I

Горение (коптящее пламя):

2С.Н. +

непределъных

сокими

(две и более групп -ОН: НО-СН,-СН,-ОН этиленгликоль

хорошо

обладают сладким

спиртов. Спирты обладают аномально вы­

или алкенолы (CH,~CH-CH,-OH), арома­

Галогенирование на свету:

С.Н,-СООН

на

в

плотности

1 лы (например СН,СН, -ОН), непредельные, 1- - - - -

Гидрирование:

С.Н,-СН.

подразделяются

занных с

1

+ СН,-Вг (AlCl,) .... С.Н,-СН, + НВг

нении.

ны,

1

Алкиллирование:

получения взрывчатых веществ, антифри­

I

1

углеводородов и более устойчив при хра­

горючего, растворителей,

1

+ H,SO, .... C.H.SO,H + Н,О

+ 3Cl,

ние

атомом углерода (первичным, вторичным

боковые цепи.

молекул углеводородов. Такой бен­ меньше

I

Бензол очень стоек. Окисляются только

шой скоростью, происходит изомериза­

содержит

1

+ НВг

Реакции окисления.

в присутствии катализатора идет с боль­

кость,

t") .... С.Н,Вг

Сульфирование:

С.Н.

тиокислители.

ция

+ Вг, (FeCl"

группы

(одна группа -ОН: С,Н.ОН). многоатомные

1,2,3).

растворите­

Нитроваиие:

С.Н.

6.

при

(450...500

ра­

Галогенирование:

С.Н.

хранении, поэтому к ним добавляют ан­

Каталитический крекинг

оргаиических

легко

спирте, эфире, ацетоне.

С.Н. + HONO,

поли­

устойчивы

в

они

спирты

запаха;

и этаноле,

сом. С введением второй гидроксильной

Классификация. Спирты классифици­

1

бесцветные жидко­

одиако

воде

руют по следующим структурным призна­ кам: 1. По числу гидроксильных групп

группами при одном и том же атоме угле­

5.

меризуются;

1

вязкие бесцветные ЖИДКОСТИ, не

-

имеющие

Общая формула

1

-

дельных углеводородов, он имеет большую легче

спиртов с одной гидроксильной группой

СН(ОН)-СН, -ОН глнцерин (пропантриол­

растворяются,

С.Н,

углеводороды

гидроксильных

1

1

С.Н,-С,Н,

-

коли

несколько

1

2.

Непредельные

гр~'пп.

или

не

не содержится много непредельных и пре­

детонационную стойкость.

одну

ческие углеводороды легче воды и в ней

1.

ной цепью атомов углерода. В этом бензи­

содержащие

I I I

С.Н.

образуются углеводороды с неразветвлен­

рактерным запахом плесени. Низшие гли­

соединения алифатического

1

бензол (метод Зелинского)

+ СН, -Вг (A1Cl,) .... С.Н,-СН, + НВг

-

R-OH .

Химические свойства

СН,-(СН,).-СН,.

нических веществ без доступа воздуха при пиролиза:

9

С,Н,

лях

Пиролизом называют разложение орга­

зол,

бензол + 4Н,_

С.Н.

створяются

2Н*

+ Н* .... ....

дукты

3

....

51. Спирты Спирты ряда,

сти со специфическим запахом. Аромати­

СН, -(СН,), -CH~CH,

....

2

:l

жайшие гомологи

СН, -(СН,). -СН, (t") ....

СН, -(СН,). -СН, *

.2

г----~-----------------, 1 1

Фнзическне свойства. Бензол и его бли­

Полиэтилен и этиловый спирт. Ради­

....

.2

....

кальный механизм.

СН, -(СН,), -СН, -СН, *

3

(октен)

+ С ,Н, + С,Н,.

С,Н.

+ 3Н,.

3НС=СН (600 ОС, С) ....

С,Н ю

С,Н,

С.Н,-СН,

си --{;Н -си -си -си -си (Pt 300 'С) ....

1

+ C,H 1•

(гексадекаи) (октан)

С,Н"

....

I

ся с водой в любых соотношениях. С рос­

том молекулярной массы растворимость спиртов в воде резко падает. Высшие спир­

ты не рас'rворяются в воде. Растворимость спиртов с разветвленной структурой

выше, чем у спиртов, имеющих неразвет­

I

1 1 1

Полученне

Симметричные простые эфиры С,Н,ОН

1

вленное, нормальное строение. Низшие

+ С,Н,ОН (t<.140 ....

,

С, H,SO,) ....

СНз -СН,-О-СН,-СН,

При этом в одной молекуле спирта раз­

спирты обладают характерным алкоголь­

1

рывается связь О-Н, а в другой -

ным запахом, запах средних гомологов

1

С-О.

­

R-O-R

получают при межмолекулярной дегидра­ тации спиртов:

Несимметричные

СВЯЗЬ

простые эфиры

I сильный и часто неприятныЙ. Высшие R-O-R' образуются при взанмодействии спирты практически не имеют запаха. I алКОГOJIята и галогевоводорода (синтез Вилъ­ ILтретич=~рты~ада~ОСОбым~~~сона~ ~-~ 61

г-----------------~----I разрушение одной из двух связей: с-он с

6.

отщеплевием

С,н,он

ОН-группы

или О-Н с от­

Окисление:

+ СиО

щеплением водорода. Полярный характер

(уксусный

связей С-О и о-н способствует гетероли­ тическому

их

разрыву

и

протеквнию

СН,СН(ОН)СН

з+

ре­

Взаимодействие с металлическим на­

+ 2Na ....

2CH,-СН 2 -ОNа

--'>

2.

+ НОН ....

'С,

СН,-СН 2 -СН,ОН

группы

H,SO,)--'> --'> СН,=СН,

8.

5.

2СО,

'С,

- - - C,H 50Na

+ Н,О

СИЛЬНЫМИ

кислотами,

чем

НО-СН,СН,-ОН +

--'>

пературы кипения и плавления, чем изо­

9.

не смешиваются с ВОДОЙ.

2

водородной

R-Q-R' +

+

Си(ОН),

I

2.

.... ROH

Образование

концент­ бромо­

+ R'I

нестойких

R,O

1 1 1

солей оксо­

ния (в результате взаимодействия с силь­ НЫМИ

кислотами):

+ НС! .... [RPИJ'Cl­

Применение Простые зфиры используют для получе­ ния растворителей, парфюмерии.

1

СН, орто-крезол

1

а также в медицине и

(метиловый

(l-гидрокси-4-метилбензол)

н

н многоатомные. Среди многоатомныхфе­

1

нолов наиболее распространеныдвухатом­

производство

сложных

эфиров;

лекарственных

средств;

производство

изделий;

для

медицине; горючее для двигателей, добав­

*

к

моторным

топливам.

I I

I I

I 1 1

1 1

L_~--------~-----------~

62

и кетоны С -С 3

I IL

..

-

соеди-

1 1

вещества.

I

Окисление спиртов:

+ СиО (t') --'>

СН,СНО (уксусный альдегид)

+ СиО

+ Си + Н,О

СН,СОСН, (ацетон)

Гндратация

+ Си + Н,О

«() --'>

алЮlНов (реакция Куче­

+ Н,О (H 2SO.) --'>

[C,H,-C~CH,]

....

ОН

C,H,-С-СН з ii О

Химические свойства

1.

l

Присоединение циановодородной (си­

нильной) кислоты

СИ,СНО

HCN:

+ HCN .... СН,СНОН I

CN 2. нием

Присоединение

спиртов

с образова­

полуацеталей:

О-С,Н, I

СН,СНО

3.

(1,4-гидроксибензол)

+ С,Н,ОН (H,SO,) --'>

СНз-СН-ОН

Полимеризация:

+ Н,О ....

--'> НОСН, -(ОСН,),_, -ОСНрН nH2C~0

В фенолах под влиянием 1t-злектровной системы бензольного кольца для атома

4,

кислорода предпочтительней sр2_гибриди­

(параформ)

Тримеризация формальдегида:

О

зация. При этом одна из неподеленных

3HC~0--,> ('1 2 0-.......-0

электронных пар находится на негибрид­ может участвовать в

5.

сопряжении с ароматической л-системой.

Реакция конденсации:

+ Н,С-О --'> --'> [c,h.oH]-СН,-ОН + Н 2 О

С,Н,ОН (фенол)

Поэтому в реакциях электрофильного за­ мещения замещение атомов

1

1

твердые

fj

карбонильные

I

гидрохинон

ной 1t-орбитали и

1 1

1

-

OH

HOV

1

1

I

2

высшие

оон

ликероводочных

в

альдегиды С -С

'

--'>

( 1,3-дигидроксибензол)

кра­

средство

1

рова):

резорцив

и парфюмерных

дезинфицирующее

1

он

ПрОСТЫХ и

растворитель

сителей,

4>нзические свойства Метаналь (муравьиный формальдегид) ­

С'Н 5 -С"СН

уон

ацетальдегида,

бутадиена,

1

--'>

пирокатехин

кис­

ны~и ра~ик~л~ми. Общие формулы:

группу, соединенную с двумя углеводород­

2.

оОН

проиэ­

I I I

СН,СН(ОН)СН з

ные:

V

спирт):

органические вещества, мо-

-

С,Н,ОН

мер, вышеприведенныефенол икрезолы)

муравьиной

Кетоны

--'>

различают одиоатомные фенолы (напри­

I

лекулы которых содержат карбонильную

1.

В зависимости от количества ОН-групп

"ОСН,

4>ункциональнаягруп-

Получение

nара-крезол

....

R-CH=O.

па -CH~O называется альдегидной.

нения

Н,С

1

род) связан с атомом водорода. Общая

газ

оон

+ 2Н,О

бонильной группы (карбонильный угле-

жидкости,

растворитель.

уксусной КИСЛОТЫ,

ка

1

(1-гидрокси-2-метилбензол)

но J{

ОрГ8.1Iичеекие соединения, I

-

R,C-O, R СО R .

(I,2-дигидроксибензол)

водство формальдегида, лоты;

1

СА

I

Применение

Метаltол

1

фенол

(синее окрашивание)

1

1

rAr oH

I

Альдегиды

1

в молекулах которых атом углерода кар-

формула:

он

1

Н

1

кислот

НI

Н,О

1

v

I Си I .... СНо" 'ОСН '1 2

Эта пол:

Химические свойства или

О

1

1 1

Качественная реакция на многоатом­

НО-СН СН,-ОН

I

под действием

ния гидроксигруппы).

ные спирты:

мерные им спирты. Эфиры прзктически

иодоводородной

1

2NaOH ....

NaO-СН,СН,-ОNа

- - - --1

Простые эфиры имеют более низкие тем­

Разложение

структурная изомерия (изомерия положе­

под действием их гидроксидов:

4>изические свойства

1.

1

одноатом­

в реакциях с активными металлами,

H,SO,) ....

+ СН,С! --'> с 2н 5 осн, + NaCl

рированных

зольным кольцом. 4>енолам свойственна

Многоатомные спирты с ОН-группамн

+ 3Н,О

-~-

эте­

-

H,SOJ --'>

СНР,

~

Фенолы - гидроксисоединения, в моле­ I

ные спирты. Они обрвзуют соли не только

Горение:

+ 30, --'>

эфиров

54. Альдегиды н кетоиы

1

кулах которых ОН-группы связаны с бен­

....

у соседних атомов уг леродв являются бо­

~СН з -сн, -О-СН, -СНз

С,Н,ОН

Н 2О

.... СН,СООС,Н, +

(Al,O,) --'> --'> СН,-СН=СН 2 +Н 2 О 'С,

+ СН,СООН (t,

С,Н,ОН

лее

+ С,Н 5 ОН (t<140

сложных

I

рификвция:

(гидролиз)

Образование простых эфиров:

С,Н,ОН

СН,СОСН,

53. Фенолы

I

1

--'> + Си +

(КМпО. или К,Сг 2 О 7 )

Образование

7.

+ НС! (H,SO,) --'> СН,С! + Н,О (t>140

'С)

--,>СН,СООН

+ Н2

Дегидратация:

С,Н,ОН

+ [О]

С,н,он

галогеном:

СН,ОН

4.

+ NaOH

Замещение гидроксильной

спирта

3.

2CH,-СН 2 -ОNа

С,Н 5 ОН

альдегид)

(t,

(ацетон)

трием:

2С,Н,ОН

СиО

--'>

акций по ионному механизму.

1.

--'> СН,СНО + Си + HP

(С)

г----~-----T-----------I

водорода по

кольцу у фенола будет происходить в по­

ложениях

2, 4, 6.

~

~-~

63

------------T-----~----I Дальнейшее взаимодействие с другими

I

молекулами формальдегида и фенола при-

Кумольный способ:

водит к образованию фенолформальдегид­ nС,Н,ОН (фенол)

+

(n-l)Н,С-О

....

.... НОС,Н, -[-СН,-C,HpНJ.,-СН,-С,НРН+ +н,о

6.

Реакция кротоновой конденсации:

СН,СНО

7.

+

+

СН,СОСН,

8.

СИ,

СИ,!

Н,

....

(изопропилбензол)

изопропилбензола

СИ,

СН,

СН,СН,ОН

фенол

+ 2[Аg(Nи,),]ОН .... .... RCOOH + 2Лg,!. + 4NH, + Н,о меди (П) с

образоаанием красно-кирпичного

Си,О: R-CH=O +

осадка

2Си(0Н)2

.... .... RCOOH + Си 2 О,!. + 2Н,о

Применение

МеmаlШJlЬ (муравьиный а.льдегuд): полу­ чение фенолформальдегидных смол; полу­

чение мочевиноформальдегидных (карба­

мидных) смол: полноксиметиленовые по­ лимеры;

синтез

(уротропии).

лекарственных

средств

ацетон

Химические свойства

Реакция «серебряного зеркала.:

Фенолы яв.mпoтc.я более Сильными кис­ лотами,

чем спирты

и вода.,

т.

К.

за счет

участия неподеленной электронной пары

*

кислорода в сопряжении с It-электронной

СистемОЙ бензольного кольца полярность

связи О-Н увеличивается.

I

Феиолы реагируют с гидроксидами ще­

лочных

и

щелочноземельных

образуя соли

I I I I I I

металлов,

I С,н,он + NaOH .... C,H,ONa + И,о I I I I I 2,4,6). феноляты:

Для фенолов свойственны реакции по

ОН-группе, а также по бензольному коль­ цу (при этом необходимо помнить, что за­

мещеиие

атомов

водорода

по

кольцу

у

фенола будет происходить в положениях

Для обнаружения фенолов используется (ПI). Одноатомные фенолы дают устойчи­ вое сине·фиолетовое окрашивание, ЧТО

связано с образованием комплексных со­ единений железа. I1рименение Фенолы используют для произаодства фенолформальдегидных смол; они также являются полупродуктами в органическом синтезе.

I \

I I

I

I I

L_~

64

I

I

~

лот.

радикалом.

О

;----------; "

I I

~

I I I I I I I I I I I I I I I IL

СНгО:Н I I :

ИОтС-R :

Q

СН - о: Н + НО + С - R' _ I

I:

:

О

си-о:н ио+ё-R" карбоновые

кислоты

I

- - ~И СИ

+ [О] (КМпО, или К,сг,о7) ....

.... Промышленный

синтез

СНзСООН

муравьиной

кислоты;

а) каталитическое

+ 30, (t",

окисление

кат.)

....

метана

2Н-СООН

+ 2Н,О

б) нагревание оксида углерода (П) с гид­ роксидом

СО

3.

I I I -C(O)R. I I I1 3Бзз I I

Общее название таких соединений

триглицериды

дегидов:

2СН,

дов

+ NaOH (р; 200 'С) .... .... H-СООNа (Н,SO,) ....

Н-СООН

Промышленный синтез уксусной кис­

2СН,-СН -СН -СН,

в

С

4.

~

кат., р)

....

ключение

-

рыбий жир). Жиры состоят

соевое,

хлопковое

и

жидкости (исключение

-

коко­

Жидкие жиры превращают в твердые путем реакции гидрогенизации (гидриро­ вания). При этом водород присоединяется по двойной связи, содержащейся в угле­ радикале

молекул

масел:

О

О

11

11

СН,-О- С -С"И" I

СИ I

+ 14Н,о

Гидролиз функциональных производ­

другие

-

сел входят остатки непредельных кислот.

водородном

ных: сложных эфиров, ангидридов, гало­ амидов.

являются твердыми веществами

совое масло). В состав триглицеридов ма­

сн,сООН

+ 3K 2SO, + 6MnSO,

правило,

с высокой температурой плавления (ис­

масла)

6КМпО, + 9H,SO,(t") -->

генангидридов,

линолевой С 17 Н"СООН).

СООН,

солнечное,

катализатора

СООИ

5.

Н

дельных кислот. Растительные жиры (под­

лением гомологов бензола: СН,

.... 5 6

кнслот

стеариновой

главным образом из триглицеридов пре­

Синтез ароматических кислот окис­

56 +

насыщенных

31 СООН,

животных организмах. Животиые жиры

+ 502 (t", кат.) .... .... 4СИ,СООН + 2Н,о

присутствии

+ СО (t',

остатки

Жиры содержатся во всех растениях и

под давлением

СН,ои

В состав природных триглицери­

входят

С"Н СООН) иненасыщенных (олеиновой

б) нагревание смеси оксида углерода (П) метанола

триацилглицерины,

(пальмитиновой С lБ Н

а) каталИТическое окисление бутана

2

или

остагок карбоновой кислоты

(бараний, свиной, говяжий и т. п.), как

натрия

2

-

где ацил

лоты:

и

-0- С - R" жир

Окисление первичных спиртов и аль­

2.

I

-?­ ~ -Н' 2

Получение

С,Н,ОН

9.

9.

СИ,- О - С ­ R

ароматические.

1.

-3Нр

гл:цер~~---~~сшие

ют кислоты: предельные, непредельные и

1

качественная реакция с хлоридом железа

I

Жиры - это сложные эфиры глицерина

и высших одноатомных карбоновых кис­

Карбоксильная группа содержит две фун-

-ООИ+9=0

I I

I I

I

I I

I I

I I

56, Жиры

сколько карбоксильных групп -СООН, связанных с углеводородным

гидропероксид

+ Н, .... СНзСН(ОН)СН,

Окисление гидроксидом

и,so.

кумол

СН,СНО .... .... CH,cH~CH-CHO + н,о

R-CH~O

9.

уИ,

Гидратация с получением спиртов:

СН,СНО

i

уН, 2[0]

09- И -О 9- 0 i- ОИ ­

вых смол:

г----~-----T-----------I

I

55. Карбоиовые кислоты I Карбоиовые кислоты - органические I соединения, содержащие одну нли иеI

I кциональные группы: карбонил >С=О и I гидроксил-ОН, непосредственно связанные I друг с другом: ", I

R -<~' о-н .. I Классификация карбоиовых кнслот, По I количеству карбоксильиых групп кислоты I подразделяются иа: одноосновные (моио­ карбоновые ) и многоосновные (дикарбоI новые, трикарбоновые и т. д.); по харак­ I теру углеводородного радикала различа­

Получение

I

Q

3Н,

I

~

I

I

Q

-0- С -C"H,,~CH-O-C-С"И" I

IJ

Pt, t

СИ,-О-С-С"Н"

I

СН,-О-С -С"Н"

~

I

I

Q

СИ,О-С-С"Н" ~

олеиновыи

стеариновыи

триглицерид

триглицерид

~-~

65

г----~-----T-----------­

г-----------T-----~----, Продукт гидрогенизации

масел

твер­

-

Физические и химические свойства

дый жир (искусственное садо, саломас). Маргарин

пищевой жир,

состоит из

лот обусловлены смещением электронной

смеси гидрогенизированных масел (подсол­

плотности к карбонильному кислороду и

нечного, кукурузного, хлопкового и др.),

вызванной этим дополнительной (по срав­

ЖИВОТНЫХ

-

вкусовых

нению со спиртами) поляризации связи

добавок (соли, сахара, витаминов и др.).

жиров,

О-Н. В водном растворе карбоновые кис­

Жирам как сложным эфирам свойствен­

лоты диссоциируют на ионы:

на обратимая реакция гидролиза, ката­

~

лизируемая

высокие

происходит

молока и

минеральными

При участии

кислотами.

щелочей гидролиз жиров

необратимо.

Продуктами

этом случае являются мыла

Q Q

I

I

СН-О-С -C1,H" I

+ NaOH

1.

Q

I

СН,-О-С -С,Д" жир СН,ОН

О

I

+"

~ СН - ОН

3С Н -С-ОNа " 3б

I СН,ОН глицерин

Натриевые соли

евые

-

-

стеарат

натрия

(мыло)

твердые мыла, кали­

жидкие. Реакция щелочного гид­

ролиза жиров называется омылением. Все загрязнения гидрофобны, поэтому стирка в чистой воде малоэффективна. Молеку­ ла

кислотного

частей:

остатка

радикала

R,

состоит

из

двух

который выталки­

ваетси водой, и группы -СОО-. которая полярна, гидрофильна и легко прилипает

к частицам загрязнения. В мыльном ра­ створе вода, выталкивая из своей среды углеводородные радикалы,

удаляет вмес­

те с ними и группу -СОО-, которая адсор­ бирована на поверхности загрязняющей частицы; тем самым загрязнение удаляет­

ся вместе с кислотным OCTaTJ
всем не стирает в морской воде, TaJ< как содержащиеся в ней ионы кальция и маг­ ния дают с высшими кислотами римые

в воде

нераство­

соли:

+ Са

~ (RCOO),Ca'!'

Растворимость в воде и

температуры

кипения

кислот

I I I I I I I I I I I I I I

+ Na,CO, ~

~ 2CH,CH,COONa + Н,О + СО,

2.

Образование сложных эфиров

I I I I

I

+ СО 2

~ СН 3СН 2COONa + Н 2О

эте­

-

рификация:

С,Н,ОН + СН,СООН

(t" H,SO,) ~

~ СН,СООС,Н, + Н,О Омыление (гидролиз) сложного эфира

СН,ССЮС,Н,

+ NaOH ~

~ СН соо-

"

Na t

+С

I I

Н ОН

,

3. Образование амидов: RCOOH + NH, ~ RCOONH,

I

+ Н,О + NH, -) RCOONH, + НВг RCOOH + R"-NH, (t') ~

I I

RCOOBr

~

4.

Галогенирование:

RCOONH-R"

СНз-СН,-СООН + Bг,~ ~ CH,-~H-COOH

I

I I I I I I

+ Н,О + НВг

Вг Применение

МуравЬUfLая кислота -

в медицине,

пчеловодстве, органичес~ом синтезе,

при

получении растворителеи и консервантов;

I в I I

I

I

качестве сильного восстановителя. Ук­ сус..ная кислота - в пищевой и химичес­ КОИ

I

I I

промышленноети.

I

в современных моющих средствах не­ I

I I

I

I

2RCOO-

пользуют натриевые соли высших алкил­ сульфокислот, ионами

которые

кальция

L_~

в

не

связываются

нерастворимые

I

соли.

~

~

~

молекулах циклы,

в

образовании которых, наряду с атомами

два или три атома водорода замещены на

углерода,

углеводородные радикалы:

ментов (гетероатомы). Наиболее распрос­

R,NН,

метил­

гранены

связанных

с

участвуют атомы и других эле­

гетероциклы,

входят атомы азота,

атомом

Пиридин

в

состав

которых

кислорода или серы.

шестичленный ге­

C,H,N -

азота,

тероцикл с одним атомом азота, Атомы

и

тре­

углерода и азота находятся в состоянии

тичные амины: по характеру углеводород­

sр'-гибридизации. Все а-связи С-С, С-Н

ного радикала амины подразделяются на

и

алифатические (жирные), ароматические

ми,

и смешанные (или жирноароматические).

примерно

Изомерия:

кое строение. Шесть электронов, находя­

различают

СН,СН,ССЮН + NaНCO, ~

содержащие в своих

КлассИфикация аминон. По количеству

2СН,СН,СООН

соединения (гете­

это органические вещества,

аммиака NН з , в молекуле которого один,

ради:калов,

Кислотные свойства:

-

роциклы)

органические производные

-

Гетероци"личес"иесоединення

58.

Гетероциклические

RNH" R,N. Простейший представитель амин CH,NH,.

~

+ Mg ~ (RCOO),Mg + Н,

2RССЮН + NaOH ~ RCOONa + Н,О

2СН,СООН + СаО ~ (СН,ССЮ),Са + HP

*

~

+ Н'.

Амины

2RCOOH

таллов:

СН,О-С -С"Н"

R-COO-

R-COOH

I

Амины

ных водородных связей.

СОЛИ выс­

-

Азотсодержащиеоргаиичес"ие соединения

обусловлены образованием межмолекуляр­

в

ших карбоновых кислот и щелочных ме­

66

57.

Кислотные свойства карбоновых кис­

первичные,

1.

вторичные

Изомерия углеродного скеле­

образованы гибридными орбиталя­

C-N

углы между которыми составдяют

120'.

Поэтому цикл имеет плос­

Изомерия

щихся на негибридных 1!-орбиталях, обра­

положения аl\ШНОГРУППЫ (начиная с пропила­

зуют 1!-электронную ароматическую сис­

МlШа).

метиламин, CH,-CH,-NH2

тему. Из трех гибридных орбиталей атома

Физические свойства. Метиламин, ди­

содержит неиоделенную пару электронов,

та (начиная с бутиламина).

CH,-NH,

зтиламин. С,Н,-

NH,

2.

метиламин и триметиламин

-

высшие

-

твердые

-

ства основания. Его водный раствор ок­

вещества.

рашивает лакмус в синий цвет. При вза­

имодействии пиридина с сильными кис­

Нагревание аммиака с алкилгалоге­

лотами образуются соли пиридиния:

видами (реакция Гофмана):

CN: + НС! ~ CW-H СГ

NН, + С,Н,Вг ~ [C,H,NH,]tBr

NНз) C,H,NН 2 + NH,Br

~

пиридиний­

Смеси аминов разделяют перегонкой.

2.

Восстановление нитросоедннений обыч­

но использукrr для получения первичных ами­

нов ароматического ряда (реакция 3инина):

+ 6[Н] ~ О NH,

ON0 2

+

2Н,О

хлорид

~

в

результате

реакции

аминов обусловлена

R-NH,

а..'iмониевого

+ Н,О Р [RN+H,]OH р

пири­

ароматического

Однако его активность в ре·

как более электроотрицательный

-

-

оттягивает электроны на себя

ПQнижает плотность электронного

об­

лака в кольце, в особенности в положе­

спо­

2, 4

ниях

и

6

(орто- и пара-положения).

Поэтому, например, реакция нитрования

тон к неподеленной паре электронов с об­

катиона

свойствами

свойства

акциях злектрофнльного замещения ниже,

и

собностью атома азота присоединять про­

разованием

соединенuя.

элемент

Химические свойства

Основность

дин проявляет

азот

цинка

(или алюминия) с кислотой или щелочью.

1.

Наряду с основными

чем у бензола. Это объясняется тем, что

Атомарный водород образуется в момент

выделения

а третья

системе. Поэтому пиридин проявляет свой·

жид­

Получение

1.

C-N,

которая не участвует в Jt-электронной

газы; сред­

вие члены алифатического ряда кости;

азота две образуют а-связи

фениламин.

пиридина проходит при

типа:

300

'С и с Низким

выходом. Ориентирующее влияние атома

Р

азота

на

вс'гупление нового

заместителя

при электрофильном замещении в пири­

[RN'H,] + ОН

Амины реагируют с минеральными кис­

дине подобно влиянию нитрогруппы в

лотами, образуя соли аммониевого типа:

нитробензоле; реакция идет в положение 3:

RNH, + НС! ~ [RNH,]"Cl RR'NH + НС! ~ [RR'NHo]'Cl RR'RN + НС! ~ [RR'RNHTCl­ 2. А.!килирование аминов: CH,-NH, + С,Н,Вг --) rCH,-NН'-{;2Н']+ВГ [СН -NНо-СоН ]'Вг + NaOH ~ _ _ NaBr

~

:с, ёН;-NН,-с,н,-=-

в­

B+~N + HO-NO, ~ ON + Н,О NO.

3-нитропиридин

I

Как и бензол, пиридин может присое­

-=-Н.о -l динять водород-.:.. присутствии~и~ _ 67

г-----------T-----~----I

I I I I I I I I I

тора с образованием насыщенного соеди­

C

ка,..

I

СН. NH,

Аминокислоты

+ RCOOBr --. RCO-NH-CH.

лоты,

11

пиперидин

в

Аминокислота

это карбоновые кис­

-

углеводородном

радикале

кото­

замещены аминогруппами.

В зависимос­

C,H,NH ~ пятичленный гетеро.

4. Горение:

4CH,NH, + 90, --. 4СО, + lOH,O + 2N,

5_ Аминогруппа оказывает существен­

цикл с одним атомом азота. Электроиное

ное влияние на бензольное кольцо, вызы­

строение молекулы пиррола объясняет его

вая увеличение подвижности водородных

свойства как слабой кислоты и аромати­ ческого соединения. Атомы углерода и азота находятся в состоянии sр'-гибриди­

атомов по сравнению с бензолом, причем, вследствие сопряжения неподеленной элек­ тронн~й пары .с 1t-электронной аромати­

СН.-СН-СООН о.-аминопропионовая

образо­

ческои системои, увеличивается электрон­

ваны гибридными орбиталями. Цикл име­

ная плотность в орто- и пара-положени­

~

вт плоское строение. На негибридной р-ор­ битали азота находится неподеленнаяпара электронов, которая вступает в сопряже­

ях. При нитровании и бромировании анилин (фениламин) C,H,NН, легко обра­ зует 2, 4, 6-тризамещенные продукты ре­

ного амина (сильное основание). Пиррол

зации. о-связи С-С,

С-Ни

C-N

ние с четырьмя р-электронами атомов уг­

тронов, что определяет аромаmичеСllие системе сопряжениянаходятся шесть элек­

свойства пиррола.

Пиррол значительно активнее бенэола в

реакциях электрофильного замещения. Пример _ замещение четырех атомов во­ дорода при иодировании:

1

п

~.C}.> + 41, N

N.OH)

1

*6

NH,

I I I

.

+

3Вг, --. О 2

фиолетовое окрашивание. Это одна из наиболее чувствительных качественных

пиррол тетраиодпиррол (иодол) Связывание неподеленной электронной пары атома азота системой сопряжения приводит к резкому ослаблению основ­

реакций на анилин. Практическое значение имеет реакция анилина с азотистой :кислотой или ее со­ лями при пониженной температуре (око­

ных и проявлению Ilислотных свойств.

ло О 'С):

C,H,NH, + KNO, + 2НСI анилин

зуя соль -

пиррол·калий:

20 + N5'

Н •

Гидрирование приводит к образова­

нию пирролидина:

O

~

+ 2Н --. О

••

2..

~

~

Н

Н

пирролидин (сильное

•

основание)

Под действием сильных минеральных

кислот пиррол вступает в реакции поли­ меризации.

L_~

I

I I

Строеиие

R

Н­

СН,­

Валии*

(СН,),СН­

Лейцин*

(СН,),СН -СН,­

Изолейцин*

СН з -СН , -СН­

лоты,

кроме

I

Серин

НО-СН,­

Треонин*

СН,-СН(ОН)­

Аспарагиновая

НООС-СН,-­

Глутаминовая

НООС-СН,-СН,­

Содержащие

NH,CO- группу NH,CO-CH,­ NH,CO-CH,-CH,­

Содержащие

NH,- группу NH,-(CH,),-CH,­

Лизин*

Прнменение

Аргинин

NН,-C-NH-(CH,),-CH,­

используют для получения ле­

11

NН

карственных веществ, красителей и ис­

Серосодержащие

денсации с адипиновой кислотой дает

~

L

актив­

метрический атом углерода (отмечен звез­

I СН, Аланин существует в виде оптически ак­ тивных

энантиомеров:

СООН

СООН 1

1

H-C-NH,

H,N-C-H

1

Содержащие СООН- группу

матические амины.

DптичеСRИ

дочкой):

Содержащие ОН- группу

тистои кислотои И другие первичные аро­

ГЛИЦИВ8,

ны. Например, аланин имеет один асим­

I

Глутамин

оптическая

H,N-C*-COOH

СН.

Аспарагин

характерна

(зеркальная) изомерия. Все о.·аминокис­

Н

Глицин Аланин

~

--. С,Н,-ОН + N5 + Na,SO. + 2Н,О

волокна.

Изомерия. Наряду с изомерией, обус­ ловленной строением углеродного скелета а-аминокислот

АлифатичеСllие

Так .же, как ~ анилин, реагируют с азо­

полиамидные

Незаменимые а-аминокислоты

и положением функциональных групп, для

входящие в состав белков

Амянокислота

*

можно

Важнейшие а-аминокислоты,

I теза. Гексаметилендиамин при ПОЛИКОИ­

~

t;'

Н

а-аминокислот.

I

ходных продуктов для органического син­

I

для

R

превращается в фенол: C,H,NH, + NaNO, + Н 80. --.

Амины

ИСООН

Пролин

в

H2 N-CH-COOH

ция идет с выделением азота и анилин

I I

е.

находится

представить следующим образом:

фенилдиазония

пирро:"калий

Пиррол может участвовать в реакциях присоединения:

т.

которых

Общую формулу а-аминокислот

При более высокой температуре реак­

I•

аминогруппа

а-положении,

х~орид

N-'

t 5'

Имино/(ислота

Чаще всего термин _аминокислота> при­

--. [С,Н, -N=N]+CI- + КСI + 2Н,о

2К --. 2 0 +Н"

t;'

Н

кислота

I

+ 3HBr

Н

реакцию с металлическим калием, обра­

~l-ен,­

Гистидин

о.

NН,

окислителей образует

Как слабая кислота пиррол вступает в

Н

кислота

СН, -СН,-СООН ~-аминопропионовая

ной известью CaOCl, дает характерное

I

00 NI

NН,

лот,

N

I

ен,­

Триптофан*

о. I

6 б Br ,4, -три романилин

других

ho-Q-cН,­ Гетероци/(лические

карбок­

аминокислоты.

По тои же причине анилин легко окис­ ля:гся. На воздухе анилин буреет; при

деиствии

расположения

ОСН,­

Тирозин

меняют для обозначения карбоновых кис­

вещества разнообразной окраски. С хлор­

IZ.)-..I + 4НI

д.

~

Вг

у

взаимного

R

Фенилаланин*

сильной и аминогрупп различают а,., ~-,

NH,

Вг

от

у- И т.

акции:

н­

Н

ти

Строение

АромаmичеСllие

рых один или несколько атомов водорода

О

Пиперидин проявляет свойства вторич­

Аминокислоты

59.

рида~и:

.. ~N: + 6[Н] ----'------., CN-H

лерода. Таким образом, в циклической

68

3. Ацилирование аминов галогенангид-

нения пиперидина:.

г----~-----------------·

1

СН.

СН, D-аланин

L-алании

Все природиые

а-аминокислоты

ОТНО­

сятся к L-ряду . Физические свойства. Аминокислоты представляют собой кристаллические ве­

щества с высокими (выше ратурами чаются

у

плавления,

250

индивидуальных

и поэтому нехарактерны. провождается

'С) темпе­

которые мало отли­ аминокислот

Плавление со­

разложением

вещества.

Аминокислоты хорошо растворимы в воде

Цистеин

Н8-СН,­

и

Метионин*

СН,-8-СН,-СН,­

рителях (зтим они похожи на неоргани­

нерастворимы

в

органических

раство­

~-~

69

г-----------------~----,

г----~-----------------­

I I

I

I I

ческие соединения). Многие аминокисло­ ты обладают сладким вкусом.

Важней:ший ИСТDЧНИ:К аминокис­

-

лот

природные белки,

которых

образуются

Ацилирование:

"о

Получение

1.

4.

СН,-С: H,N-CH-COOH + /0-+

смесн

сн,

а-аминокис­

"о

О

лот.

2.

СН,-С"

1

при гидролнзе

Синтез аминокислот ИЗ галогенозаме­

щенных

кислот действием

11

1

сн,

N -ацетилаланин

1

R

-+ H,N-CH-COOH

+ NH,Cl H,N-CH-COOH

1

О

процессе

продуцируют

CH,~CH~COOH

+ NH, -+ -+ H,N-CH 2 -CH,-COOH

Химические свойства

1.

Некоторые

частности

свойства

высокая

аминокислот,

температура

в

1

сн,

5.

а-аминокислоты вступают друг с дру­

ГОМ В реакцию поликонденсации,

Кислотная

(-NH,)

(-СООН)

и

денсации

группы в молекуле аминокислоты

Н

2

Н

О

1

11

ного

и

основного

характера

МИ, Т. е. ОНИ образуют соли как с кисло· так

и

со

щелочами:

H2 N-CH-COOH +

HCl-+[Н,N--СН-СООН]Сl

1

I

R

R

-+

аланин

О 11

H,N-CH-C~NH-CH~C-OH

+

Н,О

При коиденсации трех аминокислот об­ разуется трипептид

и т.

О 11

Связь

-C-NH называется пептидной связью.

6.

значение

Практическое

лоты,

имеет

внут­

в результате

которого

кис­

образуется

Е-капролактам (полупродукт для получе­

R

В реакции

н 2N-CH-COO-Na'

~

со спиртами

+ Н, О

образуются

сложные эфиры:

H,N-CH-c

~H,

"о 7

' ОН

I

д.

ональных групп Е-аминокапроновой

1

....

I I I

ния капрона):

9H~_~_~~_~_~~~~~9H,

H-N-IH но-:с-о '.---------------------,

",~':;.I)

-

I I I I

Е-аминокапроновая кислота

/СН,-сн

+НОС,Н,.... ""О

-+H,N- ?н- С, сн,

ОС,Н,

этиловый эфир алаНIiна

сн, -+

+ HP

\'

Ьн,

'--.

уН,

С

~-- "о Н

Е-капролактам

I I I I I

L_~--------------------~

70

I I I I I I

I I

общая формула С.(Н,О)m

глюкоза получается в результате реакции

­

(80 % сухого 20 % животных).

ний и животных

вещества

растений и

Растения

синтезируют углеводы из СО, и Н,О. Функ­ ции

углеводов:

поставляют

энергию

для

фотосинтеза:

6СО,

+ 6Н,О .... С.Н 1 ,О, + 60, (глюкоза)

Впервые глюкозу получил в

г. рус­

крахмала. Позже А. М. Бутлеров предло­

ным материалом для синтеза промежуточ­

жил синтез моносахаридов из формальде­

Hыx ИЛИ конечных метаболитов. Углево­

гида в щелочной среде:

ды

делятся

на

простые

моносахариды

(мономеры) олигосахаридов (от

2

до

10

моносахаридных остатков: дисахариды ... )

И полисахариды (полимеры). Моносахари­ ды

-

гетерофункциональные соединения:

одновременно содержат карбонильную и несколько гидроксильных групп, т. е. мо­ носахариды

-

полигидроксиальдегиды

полигидроксикетоны. строения

и

В зависимости от

моносахаридов

различают:

аль­

дозы (содержится альдегидная группа) и

кетозы (содержится кетогруппа). Напри­ мер, за

глюкоза

-

-

это

альдоза,

а

фрукто­

Н!ОН

H0=t=H Н Н

СН,ОН

-

геКСО3QИ

при родных

и

т.

д.

моносахари­

изображаются в виде проекционных фор· мул Фишера: углеродная цепь записыва­

ется вертикально. Для природных моно­

сахарндов характерно явление оптической все

они

относятся

к

правовра­

щающим D-изомерам, L-изомеры исподьзу­

ют ТОЛЬКО некоторые бактерии, Каждой альдозе

D- ряда

соответствует

(H2 S04,t')

~ пС,Н 12 О,

(крахмал)

(глюкоза)

Физические свойства. Моносахариды твердые

вещества,

-

легко

­

растворимые

в

в спирте и совсем нераство­

вкусом,

однако

меньшим,

Химические свойства.

пентозы и гексозы. Моносахариды

изомерии:

присутствии сер­

Боль­

чем

свен­

Моносахариды

проявляют свойства спиртов и карбониль­

фруктоза

пентозои,

Большинство

( С Б Н 10 О)::. 11 + nН2О

ким

в зависимости от количес'гва атомов ~'г­

дов

крахмала в

ной кислоты:

ловичный сахар.

лерода в м~леку ле мо~осахарид ~азывает­ тетрозои,

В промышленности глюкозу получают гидролизом

шинство моносахаридов обладают слад­

он ОН

СН,ОН глюкоза

С.Н 12 О.

нейтральную реакцию на лакмус.

С=О

Н он он

-+

1

Н

римые в эфире. Водные растворы имеют

<;ж,он

СНО

си

'1

6С-Н (Са(ОН),)

воде, плохо

это кетоза.

но Н Н

о

стереоизо­

мер L-ряда. молекулы которых ОТНОСЯ'гся

ных соединений.

1. 1.

Реакции

стереоизомеры называются энантиомера~

Получение. В свободном виде в природе I встречается преимущественно глюкоза.

I Она же является структурной единицей миогих полисахаридов. Другие моносаха­ I I редко и в основном известны как J<:ОМПО­ риды в свободном состоянии встречаются

группе

а) как и у всех альдегидов, окисление

моносахаридов

приводит

к

соответству­

ющим кислотам. Так, при окислении глю­ козы аммиачным

раствором

гидрата

окн­

си серебра образуется глюкововая кисло­

та (реакция

.серебряного зеркала.).

C "о

ht-Нон +

НО н Н

н

он ОН

между собой как предмет инесовмести­ мое с ним зеркальное изображение. Такие

по карбонильной

Окисленне:

2[Ag(NH,),]OH-+

СН,ОН

D-глюкоза

I~

L

1811

СКИЙ химик Г. Э. Кирхгоф при гидролизе

биологических процессов, являются исход­

I

сн,О 11

ненты олиго- и полисахаридов. В ПРИРОllе

входят в состав клеток и тканей расте­

I I

11

+ H-NH-CH-C-OH

УглеВОllЫ -

I

римолекулярное взаимодействие функци­

H,N-CH-COOH + NaOH -+

3.

обра­

глицилаланин

лоты являются амфотерными соединения­

тами,

I

ами­

а-аминокис­

При

сн,О

Н 1

-+

нокислот функциональных грунп кислот­

двух аминокислот

глицин

внутренние соли (биполярные ионы). На­ пример, для глицина

пептидами.

дипептид:

N-CH-C-OH

взаимодействуют друг с другом, образуя

H,N-CH 2-COOH р H,N'-CH,-COO­ 2. Вследствие наличия в молекулах

называются

взаимодействии зуется

плавле­

основная

обра­

зуя амиды кислот. Продукты такой кон­

ния, объясняются своеобразием их строе­

ния.

I I I I I

+ НС!

-+ CH,-C-NH-CH-COOH

HoKиcлoTы белков.

нокислот:

1

11

а-ами­

4. Присоединение аммиака к а, ~-непре­ дельным кислотам с образованием р-ами­

I I

'с!

сн,

Микробиологический синтез. Извест­ микроорганизмы, которые в

жизнедеятельности

+ сн,-С ""О -+

I

R

3.

СН,СООН

-+ CH,-C-NH-CH-COOH +

аМblиажа:

+ 2NH,-+

Cl-CH-COOH

ны

I I I I I I

Углеводы

60.

~Щ Hg ! -+

Н Н

gH

он

ОН

+ 2AgJ, + 3NH + '

Н О

2

СН,ОН

аммониевая соль

I

D~глюконовой кислоты

~-~

71

г-----------------~----, б)

реакция

дом

меди

ДИТ

К

моносахаридов

при

нагревании

альдоиавым

C

с

гидрокси­

также

приво­

кислотам.

ht -

Н

ОН

+

61.

специфическими свойствами

+ СИ, ои Hellr",) --­

ОН

Н

он

a,O-глюкопиранозз

СН,ОН

",О

htC-~~

НО

н

--i НО

Н

Н

ОН

--i

~ Н

Н

ОН

ОН

+ Си,О'!' + 2ИР

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

окислительные

сред­

не

только

альдегидную,

спиртовую группу,

но

и

первичную

приводя

К

двухоснов­

ным сахарным (альдаровым) кислотам.

C

ht-

H~C-~~

Нон

н ОН ОН

НО

С.И 120.

+ ир

НNОз(конц.)

Н Н

)

--i

ОН

Н

ОН

C

",О

но н н

HtCH'~~

НО

н ОН ОН

LiAlH4

Н

Н

)

ОН

Н

ОН

СН,ОН

СН,ОН

О-сорбит

О-глюкоза Несмотря

на

схожесть

свойств

моносахаридов

глюкоза

не

сульфитом

11.

вступает

в

с

2.

в

реакцию

с

в полуацетальвой

ОН

Н

Н

он

~

ОСН,

Н

н

ОСН,

виноделии,

пивоварении

--

и

т.

Д.,

а

мо­

для получения молочной

кисломолочных продуктов.

Дисахариды. Дисахариды (биозы) при гидролизе образуют два одинаковых или

разных моносахарида. Для установления

ОСН,

строения дисахаридов необходимо знать: кова конфигурация аномерных центров у

и с участием каких гидроксилов образу­

вающие. К восстанавливающим дисаха­

<>0

относится, в

частности, мальтоза

(солодовый сахар), содержащаяся а соло­

ОН

I I I I I мальтоза I I

I (1-4)-гликозидной связью, т_ е. в образо­ де, т.

е.

проросших, а затем высушенных

и измельченных зернах хлебных злаков.

CH'OCOC~' Н

~ Н

ОСОСП,Н

ОН

ОСОСН,

ОН

Как и все МВОГО8томные спирты, глю­

коза с гидроксидом меди

(11)

сивное синее окрашивание

дает интен­

н

Мальтоза составлена из двух остатков

(качественная

D-глюкопиравозы,

реакция). ~

L

к раскры­

поэтому

навливающим мальтоза

которые связаны

для

ее

альдегидов,

называют

дисахаридом.

вступает

характерные

для

во

восста­

Кроме того,

многие

реакции,

моносахаридов,

напри­

мер, образует простые и сложные эфиры:

СН.ОН

СП,ОН

~

Н

ОН

ОН

Н

Н

ОН

_ H~OH СН,! Н

О

ОН

Н

Н

ОН

ОН

NaOH

мальтоза

CH'OC~' Н GCH'OC~'Н

~ ~H, Н

--i сн,о

Н

пы: восстанавливающиеи невосстанавли­

ридам

вследствие

характерные

го зеркала.,

Дисахаридыподразделяютсяна две груп­

CH-C~O •

реакции,

размеры цикла (фураноза или пираноза)

сн,_с"О

гидроксил, способиость

и, в частности, давать реакцию .серебряно­

из каких моносахаридов он построен, ка­

этих моносахаридов (а- или ~-), каковы

Н

как пра­

широкое

пентаметил-С(,

СН,ОСО

гидро­

(циклической)

имеют

ется связь двух молекул моносахарида.

~ 3.

н

для получения этилового спирта,

кислоты и

Ацилирование (образование сложных

натрия (NaНSO,). груnnа-м

-

сохраняется

му. Позтому мальтоза способна вступать

+

(масляная кислота)

О-глюкопираноза

Н

ОН

чего

тию цикла и переходу в альдегидную фор­

СИ, -си, -си, -СООИ

лочнокислое

~

CH'OHo Н

альдегидами,

Эти реакции осуществляются, форме.

Как видно, в мальтозе имеется свобод­ ный гликозидиый

микроорганизмами,

меньше,

чем у сахара (сахарозы).

практическое значение. Например, спир­ товое

сн,о

химических

Реакции по гидроксиЛЬ1tЫ-М

вило,

~

эфиров).

спиртам.

ht- Нон

кие на вкус, одпано значительно

2СН,-СИ-СООН

--i

(а-маль­

(~-мальто­

сталлы, хорошо растворимые в воде, слад­

Упомянутые виды брожения, вызывае­ мые

Н

--i

кислота

Приводит к много­

С,Н 12 О,

груп­

этой связи,

Мальтоза представляет собой белые кри­

(этиловый спирт)

в) маслянокислое брожение

NaOH

атом углерода (С,),

в образовании

за).

+ 2СО,

I

CH'OCHo Н

ОН ОН ",О

харида. Аномерный

тоза), так и ~-конфигурацию

ОН

ОН

сахарная

Восстановление.

углеродных

+ 2Н, + 2С02

~ Н

(О-глюкаровая)

2.

2СИ, -си,ОН

C.H I2O, --i

CH'OHo Н

С-ОН

О-глюкоза

атомным

числом

б) молочнокислое брожение

ОСН,

Н

СН,ОН

L_~

72

",О

",О

но н н

с

моносахарида:

Н ОН

четвертом

жет иметь как а-конфигурацию

сахара

кратным трем. Различают:

метил-а,О-ГЛЮf>опиранозид

пы

при

со свобоДНЫl\l ГJIИКозидным гидроксилом мо­

килирующих средств, подобное превраще­

ства окисляют в карбоксильную группу

гидроксил

спиртовой

вергаются

а) спиртовое брожение

ние затрагивает все гидроксильные

и

атоме углерода другой молекулы моноса­

ем ферментов (знзимов). Брожению под­

При использовании более сильных ал­

кислота

участвуют

имеет а-конфигурацию, а аномерный атом

(молочная кислота)

О-галактоновая

связи

щеплевие молекул сахаров под воздействи­

СН,ОН

в) более сильные

процесса­

эфирной

гндроксил одной молекулы

участвующий

атомов,

~H

-

ПрОСТDЙ

гликозидный

ми брожения. Брожением называется рас­

CH'OHo Н

О-галактоза

вании

Глюкоза характеризуется некоторыми

Н

ОН

2Сu(ОИj,--i

Специфические реакции yrnеводов

~

Нон н н ОН

Алкилирование (образование про­

стых зфиров).

CH'OHo Н

",О

НО НО Н

1.

г----~-----------------­

~н. н

О

осп,

н

ОСИ,

ОСН,

октвметилмалътоэа

К невосстанавливающим

дисахаридам

относится сахароза. Она содержится в са­ харном

28 %

тростнике,

сахарной

свекле

(до

сухого вещества), соках растений и

плодах. Молекула сахарозы построена из

a,O-глюкопиранозы и ~,О-фруктофурано­ зы:

C7Q'O О

H1

1~

О ОН

2

Н

, ОН

сахароза

О

,

• .СН,ОН Н

I

~-~

73

г-----------------~----,

г----~-----T-----------­

I I

зидная связь

I

роксилов обеих молекул, т. е. свободиый

I I I I I I

в

противоположность

(1-2)

мальтозе

глико­

кtЩОН~

между моносахарида­

мн образуется за счет гликозндных гид­

гликозидный гидроксил отсутствует. Вслед­ ствие

этого

отсутствует восстанавливаю­

щая способность сахарозы, она не дает реакции .серебряного зеркала., поэтому ее относят к невосстаиавливающимдиса­ харидам.

-

Сахароза щество,

белое кристаллическое ве­

сладкое

на вкус,

хорошо раство·

римое в воде.

Для

сахарозы

характерны

реакции

по

гидроксильным группам. Как и все диса­ хариды, сахароза при кислотном нли фер­ ментативном

гидролизе

превращается

в

моносахариды, из которых она составлена.

Полисахариды. Важнейшие из полиса­

харидов -

это крахмал и целлюлоза (клет­

дов (С,Н,оО,),.

в обраэовании молекул

полисахаридов обычно принимает учас­

тие гликозидный (при С,-атоме) и спир­ товой (при С.-атоме) гидроксилы, т. е. об­ разуется (1-4)-гликозидная связь.

разветвления,

и амилопектина (80-90

%).

Крахмал об­

разуется в растениях при фотосинтезе и откладывается в виде

'резервного, угле­

вода в корнях, клубнях и семенах. Напри­ мер, зерна риса, пшеницы, ржи и других

злаков содержат клубни картофеля

60-80 % крахмала, - 15-20 %. Родстаен­

ную роль в животнОм мире выполняет по­

лисахарид гликоген, «запасающиЙся., В основном, В печени. Крахмал

-

это белый

порошок, СОСТОЯЩИЙ из мелких зерен, не­

растворимый в холодной воде. При обра­ ботке крахмала теплой

водой

удается

выделить две фракции: фракцию, раство­

римую в теплой воде и состоящую из по­ лисахарида амилозы,

и фракцию,

лишь

набухающую в теплой воде с образовани­ ем клейстера и состоящую из полисаха­ рида

имеет

линейное

строение;

ct,D-глюкопиранозные остатки

связаны

(1-4)-гликозидными связями. Элементная ячейка амилозы (и крахмала вообще) по­ строена следующим образом:

I

ЧТО создает пространствен­

котороя

связаны

(1-4)-гликозидными связями. Однако от

крахмал~ целлюлоза отлича:тся ~-конфигурациеи гликозндных связеи между цик-

лами и строго линейным строением:

ен ОН

~ 1 I,i/ н о"'" ~() I

I I I I I

20-25

Целлюлоза не растворяется в

_t1ЩОН~ О СН

ОН

ОН

Н

Н

О Н

ОН

О

кишечном

ОН

Н

ОН

Крахмал легко. подвергается гидролизу;

нагревании

в присутствии

кислоты образуется

(С.Н lОО,), + nН,О

глюкоза:

H:JS04. \'

(крахмал)

сери ой

пС,Н"О.

)

I I I I I

ных

н

свыше

100

10000 до нескольких миллионов).

тиды, содержащие в цепи не более ~

НОКИСЛОТНЫХ

/{о

содержащие до

татков.

остатков,

100

и

10 ами­

nодunеnтuды,

аминокислотных ос­

и белков. Эта цепь имеет неразветвленное +3nНр

строение

и состоит из чередующихся ме­

тиновых (СН) и шштидных (СОNН) групп. Различия такой цепи заключаются: в бо­

н

ковых радикалах, связанных сметиновой

(тринитрат целлюлозы)

Полностью чатка

блюдается интенсивное синее окрашива-

I I L

под

названием

клет­

аминокислоту. Один конец цепи со сво­ бодной аминогруппой называется

nupOl(cи~

N-

кон­

лин, который после соответствующей об­

цом, другой, на котором находится ами­

работки превращается в бездымный по­

нокислота со свободной карбоксильной

рох.

группой, называется С- концом. Пептид­

сусным

мал не вступает в реакцию .серебряного

группой и характеризующих ту нли иную

этерифицированная

известна

При

ба поместить каплю раствора йода. Крах-

I

молекуляр­

При ЭТОМ в пептидах различают олигопеn­

I

-4

-

лисахарид. Как и у крахмала, структур-

содержат в

КОнструкция полипептидной цепи оди­

-4 (мальтоза) (глюкоза)

наибо­

пептиды

накова для всего многообразия пептидов

(т<п))

-

ной

(целлюлоза)

(крахмал) (декстрины

Целлюлоза (клетчатка). Это

что

100 (соответствует массе до 10000), а белки -

масса от

I I

лее распространенный растительный по- I

считают,

молекуле до

КИСЛОтой:

(С.Н,0О,)м-4

-4

висимости от их молекулярной массы. Ус­ ЛОВНО

+3nНNO,~

:

I I хС"Н22 О I, пС.Н, ,о. I Качественной реакцией на крахмал яв- I ляется его взаимодействие с ЙОДОМ на- I I на срез картофеля или ломтик белого хле- I I зеркала.. I -4

ряется. Пептиды и белки различают в за­

аминокислотных остатков (молекулярная

продуктов.

(С.н,.оо>,

перечень незаменимыхаминокислотрасши­

имеют реакции с уксусным ангидридом и

азотной

Такие аминокислоты называются

др. При некоторых заболеваниях человека

эте­

ров). Наибольшее практическое значение

В зависимости от условий проведения I

ступенчато с образованием промежуточ-

реакции

а-аминокислоты.

лейцин, треонин, мети:онин. триптофан и

рификации (образование сложных эфи­

(глюкоза)

реакции гидролиз может осуществляться

характерны

дают

ltезамеnuмыи •. К ним относятся валин,

гидроксильных группы. В связи с этим,

амилопектин

при

извне.

многоаroмный спирт, на эле­

целлюлозы

тракте

зируются в организме и должны поступать

кислотном гидролизе дает глюкозу.

ментную ячейку полимера приходятся три для

Основным источником

синтеза белков а-аминокислоты не синте­

ной кислоте. Как и крахмал, целлюлоза Целлюлоза -

д.

организме, а некоторые необходимые для

стого цинка и в концентрированной сер­

о-

ными свнзями. Ни один из известных нам

Многие а-аминокислоты синтезируются в

же в концентрированномрастворе хлори­

:н :Н Ь - ,

а-амино­

ферментативного гидролиза в желудочно­

створ гидроксида меди в аммиаке). а так­

при

из остатков

жат пищевые белки, которые в результате

воде и

она растворима в реактиве Швейцера (ра­

ОННН

построенные

кислот, соединенных между собой пептид­

а-аминокислот для живого организма слу­

обычных органических растворителях, но

Н

нения,

ренних органов, костей, кожи, волосяного

Н

ГЛЮRО3НЫХ остатков.

СН,ОН

Пептиды и белки представляют собой

высокомолекулярные органические соеди­

живых организмов не обходится без бел­ I ков. Белки входят в состав мозга, внут­

r

козидными связями. Между точками раз­

ветвления располагаются обычно

62. Пептиды. Белки

покрова и т.

L_~--------------------~

74

звенья

татки моносахаридов связаны (1-6)-гли­

ние. Такое окрашивание появляется, если

амилоnекmиnа.

Амилоза

ОН

копираноза,

ную структуру. В точках разветвления ос­

полисахаридов, построенных из a,D-глю­

(10-20 %)

Н

о­

Молекула амилопектина построена ана­

Крахмал представляет собой смесь двух

копиранозных звеньев: амилозы

Н

логичным образом, однако имеет в цепи

чатка). Они построены из остатков глю­ козы. Общая формула этих полисахари­

ОН

ной единицей целлюлозы явля~тся D-глю-

взаимодействии

пеллюлозы

с ук­

ные и белковые цепи записываются с

N-

ангидридом в присутствии уксус­

конца. Иногда пользуются специаль­

ной и серной кислот образуется триаце­

ными обозначениями: на

тнлцеллюлоза:

ся NH~ группа или только атом водорода

N-

конце пишет­

~H, а на С- конце пишется либо карбок­

I

I ~

сильная СООН- группа, либо только гид­ роксильная ОН- группа. Для полипепти­

дов И белков характерны четыре уровня

~-­

75

г-----------T-----~----,

I I

пространственной организации, которые

СН ОН}

принято называть структурами.

•

Первuчнuя структура белка - специфи­ I ческа,я аминокислотная последователь­ ность, т. е. порядок чередования а-амино­

I I I

I II

I I

О

Н

конфор­

ОН

мация полипептиднои цепи, т. е. способ

СН.- с-9 + 3n ~ О -f СН.-С."о n

~

люлоза) является ценным продуктом для

I I I I I

изготовления негорючей кинопленки и

I

водородных связей между группами NH и

Н

СО. Одиа из моделей вторичной структу­ ры - а-спираль. Третuчная структура белка - трехмер­

ОСОСН. Н

Н

ная конфигурация закрученной спирали сульфидных мостиков остатками

- - и

взаимо­

Четвертuчная структура белка

­

структура, образующаяся за счет взаимо­ действия между разными полипептидны­

3

Н

ОСОСН. n

Триацетилцеллюлоза (или ацетилцел-

между цис­

ионных

+ зnен саоН

(три ацетил целлюлоза)

в пространстве, образоваsннsая за счет ди­

I I I I I 1

скручивания цепи в пространстве за счет

теиновыми . 1 действин,

I I I I I I I I I I I

О

Н

кислотных остатков в полиnеnтидной цепи.

Вторuчная CTpYKTy~a белка -

О

г----~-----------------,

*

ацетатного шелка.

I

ми цепями. Четвертичная структура ха­

рактерна лишь для некоторых белков, на­

пример гемоглобина. Химические свойства

1.

Денатурация. Утрата белком природ­

ной (нативной) конформации,

сопровож­

дающаяся обычно потерей его биологи­

ческой функции, называется денатура­ циеЙ. с точки зрении структуры белка

­

это разрушение вторичиой и третичной

структур белка, обусловленное воздей­

ствием кислот, щелочей, нагревания, ради­

ации и т. д. Первичная структура белка

при денатурации сохраняется. Денатура­ ция может быть обратимой (так называ­

емая ренатурация) инеобратимой. При­

I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I

мер необратимой денатурации при тепло­ вом воздействии

-

Состав ДНК Правила Чаргаффа:

ляют собой бнополимеры, макромолеку­ лы

которых

СОСТОЯТ

ИЗ

-

вторяющихся звеньев состав

нуклеотида

части:

1)

многократно

нун:леотuдов. В

ВХОДЯТ

азотистое основание

диновое или пурииовое. кислотах разных

три

содержатся

видов:

два

пирими­

В иуклеиновых

основания

из

классу пуринов и два

составные

-

них

-

чеырех

ОТНОСЯТСЯ

к

к классу пири ми­

динов. Азот, содержащийся в кольцах, придает

2)

молекулам основные

моносахарид

свойства;

рибоза или 2-дезокси­

-

рибоза (пентозы). В зависимости от вида пентозы,

присутствующей в нуклеотиде,

различают рибонуклеиновые (РНК

-

кислоты

содержат рибозу) и дезоксирибо­

нуклеиновые кислоты (ДНК дезоксирибозу);

3)

содержат

-

остаток фосфорной

КИСЛОТЫ.

одинаковое

количество

2.

дичееТВ8Х нин

3.

оснований.

Любая ДНК содержит в равных ко­ и

попарно

аденяв

и

ТИМКИ,

гуа­

цитозин.

Количество аденина и ЦИТ03ина равно

количеству гуанина и 'гимина (А+Ц=Г+Т)_

Для каждого типа ДНК суммарное содер­ жание гуанина и цитозина не равно сум­ марному содержанию аденина и

"'имина

(Г+Ц)!(А+Т) и отличается от единицы (ко­ эффициеитом специфичности).

Состав РНК На РНК правила Чаргаф­ фа не распространяются. В состав РНК входит не тимин, а урацил.

Макромолекулярная структура ДНК. В

1953

г. Д. Уотсон и Ф. Крик создали

модель строения ДНК, согласно которой молекула ДНК представллет собой пра­

закрученными относительно друг друга и

вокруг общей оси. Диаметр спирали прак­

NR,

........... ОСIlOВlUlИе

тически постоянен вдоль всей ее ДЛИНЫ и

~N

LА

i~: О

НО-СН !он

NH,

(1

НО-СН N

:=:~)

Ld.J·"~ Lo-l

"••'''''')1])''_

\----{ О R

ИJПI

~

-2Н)О

О R

(К-Н)

.

содержат

пуриновых и пиримидинавых

лидезоксирибонуклеотидными цепями,

нуклеотида

гн

О

I НО-Р-О-И

!он

" ,''''',.

Все ДИК независимо от их происхож­

вильную спираль, образованную двумя по­

бrроение и составные части

_риая

1.

дения

по­

11

О

'т""

НО-Р-О-Н

равеи

1,8

нм. Длина витка спирали, ко­

торый соответствует ее периоду идентич­ ности, составляет 3,37 им. На один виток спирали приходится

О

10

остатков основа­

ний в одной цепи. Расстояиие между плос­ костями оснований равно

нм. Плос­

0,34

кости остатков оснований перпендикуляр­ вы ДЛИННОЙ оси спирали. Плоскости углеводных остатков отклоняются от этой

оси. Спираль

кук.пеоткд

11

правовращающая. Поли­

-

дезоксирибонуклеотидные цепи в ней ан­ типараллельны:

свертывание яичного

ЭТО

означает,

ЧТО

если

двигаться вдоль ДЛИННОЙ оси спирали от Нуклеотид

альбумииа при варке яиц.

это фосфорный эфир НУН:­

-

одного ее конца

к другому,

то в одной

разрушение пер­

леозuда. В состав нуклеозида входят два

цепи будут проходить фосфодиэфирные

вичной структуры белка под действием

компонента: моносахарид (рибоза или де­

связи в направлении

кислот, щелочей или ферментов, приво­

зоксирибоза) и

в направлении

2.

Гидролиз белков

-

дящее к образованию а-аминокислот, из

3. Качественные реакции на белки: • Биуретовая реакция - фиолетовое

ок­

AN ЦII'1'03- Q .J. ~, О н,

растворе.

Такую

реакцию

дают все соединения, содержащие пептид­

НО-СНОП:

ную связь;

•

Ксантопротеиновая реакция

-­

ление желтого окрашивания при дей­

ОПОН

ствии концентрированной азотной кис­

р"­

лоты на белки, содержащие остатки аро­

матических аминокислот (фенилалаНИНRt тирозина).

L_~

ством водородных связей, образуемых азо­ основаниями, направленными

внутрь спирали. Водородные связи возни­

NH,

l!.~~ л

НО-СН N

~"""-~

появ­

3' ..... 5', а в другой ­ 5' ..... 3'. Такая простран­

ственная структура удерживается множе­

тистыми

NН.

рашивание при действии солей меди (П) в щелочном

азотистое основание,

Состав и строение нуклеознда

которых он был составлен.

76

Нуклеиновые кислоты

63.

Состав. Нуклеиновые кислоты представ­

-н,О

ОНОИ

JI}'I<JIeOВIIД

О

кают

между

пуриновым основанием од­

ной цепи и ПИрИМIIдинавым основанием

другой цепи. Эти основания составляют комплементарные пары (А=Т или г",Ц).

Обрззование водородных связей между комплементарными парами оснований

обусловленоих пространственнымсоответ­ ствием:

I ~

~

L

~-~

77

------------------~----I

НВС

о:

...

/Н H-N N'l

ется с ДНК и передается особыми молеку­

лами РНК,

t:N-Н"':N:~N N-i '=N у

'<

Информационная

молекула РНК переноснтся в цитоплазму, где с помощью специальных органоидов

рибосом

Аденин (А)

-

идет синтез белка.

­

Именно

и-РНК, которая строится комплементар­

Н,

но одной из нитей ДИК, определяет поря­

N-H"':O

N'l

док расположения аминокислот в белко­

rN:"'H-N:~N N-i )=N у

'<

которые называются ннфор­

мацноннымн (и-РНК).

о:

Тимин (Т)

о:

вых молекулах. В синтезе белка принима­

ет Y'iастие другой вид РИК

,

(т-РИК),

"'H-N

(ц)

-

СОДЕРЖАНИЕ

I I

I I

I I

1. 2.

6.

которая подносит вмииокисло­

структуру рибосом.

Молекула РИК

ся в структуре двойной спирали. Способ­

одной

ность ДИК не только хранить, но и ис­

рибоза и вместо тимина

пользовать

генеТИ'iескую информацию

'iение рибонуклеиновых кислот определя­

определнется следующими ее свойствами:

ется тем, что ОНИ обеспечивают синтез в

молекулы ДИК способны к репликации

клетке специфи'iеских для нее белков.

нитью;

вместо дезоксирибозы

-

­

урацил. 3на­

17. Кислоты 18. Элементы 1V

ленным образом синтез белков, специфи'i­ для организмов

данного

19. Электролиз 20. Водород 21. Вода 22. Элементы У11

Удвоение ДИК Перед каждым клето'i­ ным делением при абсолютно

со­

TO'iHOM

блюдении нуклеотидной последовательно­

сти происходит молекулы

удвоение

23. Хлор 24. Элементы V1

начинается

с того, '{ТО двойная спираль ДИК времен­ но раскручивается.

действием среде,

происходит

в которой

содержатся

Каждая

сродства

26. 27.

цепь по

(А-Т,

остаткам и закрепляет водородными

29. 30. 31. 32.

свя­

линуклеотидная цепь выполняет роль мат­

I

рицы для новой комплементарной цепи.

I

В результате ПОЛУ'iаются две молекулы

I

I

I

I

I

I

I

L

ДИК, у каждой из них одна половина происходит от родительской молекулы, а

другая является ВНОВЬ синтезированной, т. е. две новые молекулы ДИК представ­ ляют собой точную копию исходной мо­ лекулы.

Основные внды РНК Наследственная информация,

хранящаяся

в

молекулах

ДНК, реализуется 'iерез молекулы белков.

~-~--------------------~

29

группы Периодиче­

Сера

2В. Азот

ся в клетке. Таким образом, каждая по­

111

Азотная кислота Бром Фосфор Кремний

. 27

.. 27

группы Периодиче­

Кислород

Г - Ц) притягивает к своим нуклеотидным зями свободные нуклеотиды, находящие­

78

Элементы

21

23

25

25

группы ПеРИОДИ'iе­

ской системы. Алюминий

свободные

одинарная

ХИМИ'iеского

25.

в

метана (алканы)

46.

. 53

Непредельные углеводороды ряда

.. 55

Ацетиленовые углеводороды

(алкины)

47.

. 55

Диеновые углеводороды

4В. Элементы

29

31

33

35

37

37

39

41

. 57

V

группы Периодиче­

ской системы

49. . . . .

47

47

49

49

51

51

39. Виды химических реакций 40. Хром 41. Йод 42. Типы органИ'iеских реакций 43. Циклоалканы 44. Предельные углеводороды ряда

(алкадиены)

19

21

группы Периодиче­

ской системы

под

фермеита ДИК-полимеразы

нуклеотиды.

принципу

Это

Подгруппа

железа

45.

. 57

АромаТИ'iеские углеводороды

(арены)

50.

43

. 43

. 45

. 45

зтилена (алкены)

. 17

.. 17

. 19

связь между разли'i­

ской системы. Фтор

(репликацин)

ДНК. Репликация

9

11

11

13

13

15

15

реакций

ской системы. Углерод

вида.

7

Строение атома и его злектронной

ными классами соединений

и опреде­

ской системы. Магний

, 7

ХИМИ'iеская связь

0.0 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

группы Периодиче­

36. Кальций 37. ОргаНИ'iеская химия 38. Переходные металлы.

ПеРИОДИ'iеский закон Д. И. Менде­

14. Оксиды 15. Соли 16. ГенеТИ'iеская

ской системы

.. 41

Периодиче­

5

Радиоактив­

веществ. Основания

ти'iных исходным; молекулы ДИК могут

ных

реакции.

В. Скорость химических

ность синтеза других молекул ДИК, иден­

TO'iHblM

Ядерные

33. Металлы 34. Элементы 1 группы 35. Элементы II

9. Растворы. Растворимость 10. Гидролиз 11. ЭлеКТРОЛИТИ'iеская диссоциация 12. Химическое равновесие 13. Классификация неорганнческих

(удвоению), т. е. могут обеспечить возмож­

направлять совершенно

_..... 3

оболо'iКИ

7.

в

отличие от молекулы ДИК представлена

Изотопы.

леева

сомная РИК (р-РИК), которая определяет

Водородные связн между другими пара­

элементов.

Основные поннтия и законы

ность

5.

транспортная

ми оснований не позволяют им разместить­

3

Строение атомов

химии

4.

третий вид РИК, так называемая рибо­

Гуани н (Г)

Предмет н зада'iИ химии

химических

3.

ты К рибосомам. В состав рибосом входит

Н

Цитозин

г----~-----------------,

Информация о строении белка С'iитыва­

59

Природные ИСТО'iники углеводо­

родов и их переработка

51. Спирты 52. Простые зфиры 53. Фенолы 54. Альдегиды и кетоны 55. Карбоновые кислоты 56. Жиры 57. Азотсодержащие органические соединения

5В. Гетероциклические

59. Аминокислоты 60. Углеводы 61. СпеЦИфИ'iеские

соединения

59

61

61

63

63

65

65

67

67

69

71

реакции угле­

водов

62. Пептиды. Белки 63. Иуклеиновые кислоты

. 73

. 75

. 77

~-~