Основные классы неорганических соединений — Справочник химика 21

    ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ [c.29]

    ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИИ [c.56]

    Из сложных веществ составляют основные классы неорганических соединений — оксиды, гидроксиды, кислоты и соли, а также многочисленные комплексные основания, кислоты и соли (см. гл. 9). Вопросы классификации веществ рассматриваются также при изучении химической связи и строения молекул (см. V). [c.33]

    СПОСОБЫ ПОЛУЧЕНИЯ И ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ОСНОВНЫХ КЛАССОВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ [c.34]

    Основные классы неорганических соединений [c.26]

    Глава 6. Основные классы неорганических соединений и их номенклатура……………. [c.397]

    Глава 1. Номенклатура основных классов неорганических соединений [c.9]

    ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ И ИХ НОМЕНКЛАТУРА [c.121]

    Генетической связью между основными классами неорганических соединений называют тот факт, что из неорганического соединения одного класса можно получить соединение другого класса Иногда это можно сделать в одну стадию, иногда в несколько. Обычно схему генетической связи записывают двумя способами  [c.160]

    Глава 7. Обобщение сведений о химических свойствах веществ, относящихся к основным классам неорганических соединений [c.147]

    Перечислите основные классы неорганических соединений. [c.45]

    Основные классы неорганических соединений и их номенклатура [c.7]

    Генетическая связь между основными классами неорганических соединений [c.160]

    По сравнению с предыдущим изданием сборник задач переработан и дополнен. В частности, исключена тема Основные классы неорганических соединений , введена новая — Окислительно-восстановительные реакции . Заново пересмотрены условия многих задач часть из них исключена, часть заменена новыми. [c.3]

    Книга знакомит с основными классами неорганических соединений, их свойствами и способами получения. [c.2]

    Таблица I иллюстрирует генетическую связь между основными классами неорганических соединений и характерные химические свойства типичных представителей этих классов. Эта таблица поможет при составлении цепочек превращений. [c.288]

    Рассмотрим более подробно отдельные основные классы неорганических соединений. [c.218]

    РАБОТА 3. ОСНОВНЫЕ КЛАССЫ НЕОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ [c.41]

    К 66 Общая и неорганическая химия. Курс лекций. Часть II. Основные классы неорганических соединений. — М. Школа имени А. Н. Колмогорова, Издательство Московского университета, 2000. — 36 с. [c.2]

    Номенклатура неорганических соединений. В учебной литературе обычно рассматривают принципы русской номенклатуры для основных классов неорганических соединений. Ниже кратко излагаются принципы международной номенклатуры солей, принятые Б нашей химической литературе. [c.44]

    Работа с учебником организуется также в целях обобщения знаний. В частности, так проводятся уроки заключительной темы VII класса Обобщение сведений об основных классах неорганических соединений . Уроки, посвященные оксидам, основаниям, кислотам, начинаются работой с текстом тех изученных ранее параграфов учебника, где рассматривается материал о свойствах этих веществ. [c.46]

    Еще пример. Урок на тему Соляная кислота и ее свойства . Анализ содержания материала по изучению соляной кислоты показывает, что большинство свойств соляной кислоты учащимся уже известно из главы Основные классы неорганических соединений и др. Поэтому формальная постановка цели Изучить свойства соляной кислоты — будет неверной. Она не учитывает исходный уровень знаний учащихся, ориентирует на простое повторение и не предусматривает развития мышления учащихся. В то же время формулировка цели Систематизировать и конкретизировать знания о кислотах на примере соляной кислоты — ориентирует на формирование сложных мыслительных приемов и определяет постановку познавательной задачи урока. [c.182]

    Предстзвьте графически генетическую связь между основными классами неорганических соединений. (Используйте уравнения резкций, состзвленные при выполнении эадач 4-31 и [c.42]

    Аналогично обобщаются знания и о других классах неорганических веществ. Кроме обобщения сведений о свойствах классов неорганических соединений, необходимо добиться, чтобы учащиеся представляли себе и другие их характеристики в соответствии с структурой содержания понятия о веществе получение, применение и т. д. Этому молодые учителя часто не уделяют должного внимания. В теме Обобщение сведений об основных классах неорганических соединений полезны схемы, таблицы, которые учащиеся изготовляют под руководством учителя, кодотранспаранты, магнитные аппликации, а также другие экранные пособия. [c.290]

    Доступность рекомендуемых реактивов и простота оборудования, наличие небольшого раздела теории перед каждой работой позволяют надеяться, что настоящее Руководство будет особенно полезным для студентов-заоЧ ников, которые, как известно, выполняют лабораторные работы по сокращенной программе. Некоторым отступлением от программы вузов является включение раздела Основные классы неорганических соединений . Подобное отступление сделано, исходя из необходимости ознакомления студентов с единой терминологией, которая, как показывает опыт, почти незнакома лицам, имеющим длительный перерыв в учебе. [c.3]

общая и неорганическая химия — Аптекарский остров

Классы неорганических соединений. Бесплатный доступ к реферату

Введение

Неорганические соединения — есть неотъемлемой частью теоретической химии, и химической технологии. Они находят свое применение и в различных отраслях промышленности, таких как строительной, автомобильной, лесохимической .
База знаний современного инженера любой специальности должна содержать сведения об основных свойствах химических элементов и их соединений. К примеру, в строительном производстве широко используются воздушные и гидравлические, известковые и гипсовые вяжущими смеси, основной составной частью которых есть оксиды, соли, основания. Для инженера-механика, деятельность которого связана с эксплуатацией машин, механизмов, химических источников тока, очень важно знать свойства различных композиционных материалов, металлов и сплавов, состоящих из разнообразных неорганические соединения.
Целью представленной работы – есть систематизация и классификация неорганические вещества, что позволит расширить представление о номенклатуре неорганических соединений, их свойствах и
способах их получения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие основные задачи:
классификация неорганических веществ, что облегчает их изучение;
рассмотрение особенностей отдельных классов соединений;
перенос общих свойств определенного класса соединений на конкретных их представителей.

1. Классификация неорганических соединений

Все многообразие неорганических веществ четко укладывается в следующие классификации.
1)Простые и сложные
Если вещество образовано одинаковыми атомами, то его называют простым, например Н2 или О2 .
Если вещество образовано различными атомами, то его называют сложным, например Н2О или Н3РО 5 .
2) Все простые вещества условно делят на металлы, например Cu, Ni, Mn и неметаллы, например C, S, N. Большинство элементов проявляют металлические свойства.
3)Сложные неорганические вещества делят на классы. В основу такой классификации сложных неорганических веществ положено сходство их химических свойств. На рис 1. представлена схема классификации неорганических соединений.

Рис1. Схема классификации неорганических соединений

2. Оксиды
Оксидами называют сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород со степенью окисления – 2. Таким образом, можно вывести общую формулу оксидов:
Елn+2О2-n , где Ел – ион металла или неметалла
В названии оксида необходимо указывать степень окисления элемента, если он проявляет несколько степеней окисления. Например,SO2 — оксид серы (IV), SO3 – оксид серы (VI), но если для элемента характерна единая степень окисления, то ее в название указывать не надо, например,Na2O –оксид натрия, CaO- оксид кальция. Классификация оксидов
схематически представлена на рис.2

Оксиды

Несолеобразующие
(индифферентные, безразличные)
N2O-оксид азота (I), NO-оксид азота (II),
CO-оксид углерода (II), SiO-оксид кремния (II).
Солеобразующие

Амфотерные
Кислотные
Основные

Рис.2 Классификация оксидов
Таким образом, оксиды делятся на солеобразующие и несолеобразующие оксиды Несолеобразующие оксиды – это оксиды неметаллов, не имеющие кислотных гидроксидов и не вступающие в реакции солеобразования (отличие от основных, кислотных и амфотерных оксидов). К таким оксидам относятся: СО, NO, N2O, SiO, S2О и другие. Рассмотрим несолеобразующие оксиды на примере оксида углерода (II) СО – угарного газа. Формальная степень окисления углерода +2 не отражает строение молекулы СО. Оксид углерода является несолеобразующим и не взаимодействует в обычных условиях с водой, кислотами и щелочами. Несолеобразующие оксиды (их немного) не дают солей. Примером таких оксидов есть, NO – оксид азота (11), NO2 – оксид азота (1V), СО – оксид углерода (11).
Необходимо отметить, что существуют соединения элементов с кислородом, которые относятся к пероксидам.  Так, щелочные металлы образуют пероксидные соединения – соединения, в которых имеются химические связи кислород – кислород. Связь О – О не прочна, поэтому пероксиды неустойчивые соединения, легко разлагающиеся. Склонность к образованию таких соединений и их устойчивость возрастают от лития к цезию. Щелочные металлы образуют пероксиды состава Ме2О2 и надпероксиды МеО2, где Ме – щелочной металл. Пероксиды щелочных металлов разлагаются водой с выделением кислорода:
2Na2O2 + 2h3O = 4NaOH + O2
Действием кислот на пероксиды щелочных металлов можно получить пероксид водорода:
Na2O2 + 2h3SO4 = 2NaHSO4 + h3O2
Что кается солеобразующих оксидов, они делятся на основные, амфотерные и кислотные.
2.1 Основные оксиды
Основные оксиды — это оксиды металлов со степенью окисления +1, +2. Например, К2O – оксид калия, MgО – оксид кальция, FeO – оксид железа (11), MnO – оксид марганца (11).Здесь необходимо отметить важный момент- основным оксидам соответствуют основания: КOH, Мg (ОН)2, Fe(OH)2, Mn(OH)2.
Получение основных оксидов:
Окисление металлов
2Mg + O2 = 2MgO
2Cu + О2 = 2CuО.
Этот метод практически неприменим для щелочных металлов, которые при окислении обычно дают пероксиды, поэтому оксиды Na2О, К2О крайне труднодоступны.
Обжиг сульфидов
2СuS + 3O2 = 2CuO + 2SO2
4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 4SO2 + O2
Разложение гидроксидов
Cu(OH)2 = CuO + h3O (при to)
Этим методом нельзя получить оксиды щелочных металлов.
Разложение солей кислородсодержащих кислот
ВаСО3 = ВаО + СО2 (при to)

Химические свойства основных оксидов

1)Основные оксиды, образованные щелочными и щелочноземельными металлами реагируют с водой, образуя растворимые основания, называемые щелочами

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

. Например:

K2O + h3O = 2KOH

Это свойство не есть определяющим для всех основных оксидов, поскольку, оксиды d- металлов с водой не реагируют.
CuO + h3O = не реагирует
2)Oсновные оксиды взаимодействуют с кислотами образуя соль и воду:
BaO + h3SO4 = BaSO4 + h3O
Это свойство – есть определяющее и характерны для всех основных оксидов.
CuO + 2HCl = CuCl2 + h3O

3)Основные оксиды взаимодействуют с кислотными оксидами , так же образовывая соль:
CaO + SiO2 = CaSiO3

2.2 Кислотные оксиды

Кислотные оксиды это оксиды:
1) неметаллов, например, СО2 – оксид углерода (1V), N2O5 – оксид азота (V).
2) металлов со степенью окисления +5,+ 6, +7, +8.
Например: V2O5 – оксид ванадия (V), MoO3 –оксид молибдена (VI), Mn2O7 – оксид марганца (VII), ReO4- оксид рения (VIII).
Всем кислотным оксидам соответсвуют кислоты, поэтому их еще называют « ангидриды». Так, Р2О5 – ангидрид фосфорной кислоты,а MoO3 – ангидрид молибденовой Н2МоО4
Химические свойства кислотных оксидов
1)Кислотные оксиды растворяются в воде (кроме песка SiO2) с образованием кислот:
SO2 + h3O = h3SO3
сернистая кислота
Mn2O7 + h3O = 2HMnO4
марганцовая кислота
Формулу кислоты, соответствующей кислотному оксиду, можно найти, записав реакцию взаимодействия оксида с водой. Если индексы у атомов элементов, входящих в состав молекулы кислоты оказываются кратными какому — либо числу, то при записи простейшей формулы индексы сокращают на это число, а его записывают перед формулой кислоты:
N2O5 + h3O = h3N2O6 = 2HNO3
Br2O5 + h3O = h3Br2O6 =HBrO3
2)Кислотные оксиды взаимодействуют с основаниями, при этом образовывается соль и вода:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + h3O
3) Кислотные оксиды взаимодействуют с основными оксидами, так же образовывая соль:
P2O5 + 3K2O = 2K3PO4
Существуют еще амфотерные оксиды, но их свойства рассмотрим в контексте понятия «амфотерность». Важный вывод, который вытекает из свойств кислотных и основных оксидов есть то, что их химические взаимодействия базируются на принципе единства противоположностей. Так, основной оксид будет реагировать с веществом противоположного характера — кислотой либо кислотным оксидом.

3. Гидроксиды
Гидроксиды можно рассматривают как продукты взаимодействия оксидов с водой независимо от того, имеет месть это взаимодействие в действительности или гидроксид может быть получен только косвенным путем (например, реакцией обмена соли со щелочью). Основным оксидам соответствуют гидроксиды, называемые основаниями, кислотным – кислоты
3.1 Основания
Основаниями называют вещества, в состав которых входят катионы металлов и гидроксогрупп (ОН- ), способные в реакциях замещаться на кислотные остатки. Таким образом, общая формула оснований:
Ме(ОН)n ,где Men+ катион металла, n = 1,2,3 Например: LiOH, Ba(OH)2, Co(OH)2. На рис.3 представлена схема классификации оснований

Me+n(OH) ‾1n

1. По числу гидроксильных групп (ОН−1):

трёхкислотные
двухкислотные
однокислотныееее

KOH Ba(OH)2 Fe(OH)3
По степени растворимости в воде:
растворимые
труднорастворимые

NaOH Ca(OH)2

Рис.3 Классификация оснований

Реакции получения оснований
1) Взаимодействие металлов или их оксидов с водой
2Na + 2Н2O → 2NaOH + Н2↑
К2O + Н2O → 2КOН
Необходимо отметить, что так можно получить только щелочи – растворимые основания
2. Действие щелочей на водные растворы солей
FeSO4 + 2NaOH → Fe(OH)2↓ + Na2SO
Так можно получить нерастворимые основания Электролиз растворов солей 2KCl + 2h3O → I, графит, электроды → 2KOH + + h3↑ + Cl2↑ Промышленный способ получения КОН и NaOHОснования растворимые в воде называют щелочами.
Получаются по реакциям соответствующих основных оксидов с водой:
Ме2О + Н2О = МеОН (Ме = Li, Na, K, Rb, Cs)
МеО + Н2О = Ме(ОН)2 (Ме = Ca, Sr, Ba)
Химические свойства оснований
1)Основания взаимодействуют с кислотами, образовывая соль и воду.Эта реакция называется реакцией нейтрализации, поскольку во время ее прохождения взаимонейтрализуются свойства кислот и оснований.
NaOH + HCl = NaCl + h3O ;
2) Основания взаимодействуют с кислотными оксидами, образуя соль:
Ca(OH)2 + CO2= CaCO3
3)Щелочи реагируют с солями d-металлов, образовывая нерастворимые основания:
NiCl2 + 2NaOH = Ni(OH)2↓ + 2NaCl
4)При нагревании в отсутствии воздуха основания d-металлов разлагаются на оксид металла и воду:
Ni(OH)2 = NiO + h3O
3.2. Кислоты
К кислотам относятся соединения, в состав которых входят ионы водорода, способные замещаться на катионы металла, и анионы кислот (CO32–, SO42– PO43–,Cl–,NO3– и т.д.). Таким образом, общую формулу кислоты можно представить:
НnAнионn-
Кислоты делятся на бескислородные и кислородсодержащие

Экзамен по неорганической химии

ПРОГРАММА-МИНИМУМ кандидатского экзамена по специальности

02.00.01 «Неорганическая химия» по химическим и техническим наукам

Утв. приказом Минобразования России от 17.02.2004 № 697

Введение

Настоящая программа охватывает основополагающие разделы неорганической химии, ее теоретические основы (строение вещества, термодинамика и кинетика), химию элементов, свойства и методы синтеза основных классов неорганических соединений, а также методы их исследования.

Программа разработана экспертным советом Высшей аттестационной комиссии Министерства образования Российской Федерации по химии (по неорганической химии) при участии Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН и Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова.

1. Фундаментальные основы неорганической химии

1.1. Периодический закон Д.И. Менделеева и строение атома

Основные представления о строении атома. Волновая функция и уравнение Шредингера. Квантовые числа, радиальное и угловое распределение электронной плотности. Атомные орбитали (s-, р-, d— и f-АО), их энергии и граничные поверхности. Распределение электронов по АО. Принцип минимума энергии. Принцип Паули. Атомные термы, правило Хунда. Современная формулировка периодического закона, закон Мозли, структура периодической системы. Коротко- и длиннопериодный варианты периодической таблицы. Периоды и группы.

Закономерности изменения фундаментальных характеристик атомов: атомных и ионных радиусов, потенциала ионизации, энергии сродства к электрону и электроотрицательности.

Границы периодической системы. Перспективы открытия новых элементов.

Периодичности в изменении свойств простых веществ и основных химических соединений – оксидов, гидроксидов, гидридов, галогенидов, сульфидов, карбидов, нитридов и боридов.

1.2. Химическая связь и строение молекул

Понятие о природе химической связи. Основные характеристики химической связи: длина, энергия, направленность, полярность, кратность. Основные типы химической связи.

Основные положения метода валентных связей (МВС). Гибридизация орбиталей. Направленность, насыщаемость и поляризуемость ковалентной связи. Влияние неподеленных электронных пар на строение молекул, модель Гиллеспи.

Основные положения метода молекулярных орбиталей (ММО). Двухцентровые двухэлектронные молекулярные орбитали. Энергетические диаграммы МО гомоядерных и гетероядерных двухатомных молекул. Энергия ионизации, магнитные и оптические свойства молекул. Многоцентровые МО, гипервалентные и электронодефицитные молекулы. Принцип изолобального соответствия. Корреляционные диаграммы.

Ионная связь. Ионная модель строения кристаллов, образование ионных кристаллов как результат ненаправленности и ненасыщаемости ион-ионных взаимодействий. Ионный радиус. Основные типы кристаллических структур, константа Маделунга, энергия ионной решетки.

Межмолекулярное взаимодействие – ориентационное, индукционное и дисперсионное. Водородная связь, ее природа.

Введение в зонную теорию. Образование зон – валентной и проводимости из атомных и молекулярных орбиталей, запрещенная зона. Металлы и диэлектрики. Границы применимости зонной теории.

1.3. Комплексные (координационные) соединения

Основные понятия координационной теории. Типы комплексных соединений по классификации лигандов, заряду координационной сферы, числу центральных атомов. Номенклатура комплексных соединений. Изомерия комплексных соединений.

Образование координационных соединений в рамках ионной модели и представлений Льюиса. Теория мягких и жестких кислот и оснований Пирсона, уравнение Драго–Вейланда. Устойчивость комплексов в растворах и основные факторы, ее определяющие. Константы устойчивости комплексов. Лабильность и инертность. Энтропийный вклад в энергетическую устойчивость комплексов, сольватный эффект, хелатный эффект, правила циклов Л.А. Чугаева.

Природа химической связи в комплексных соединениях. Основные положения теории кристаллического поля (ТКП). Расщепление d-орбиталей в октаэдрическом и тетраэдрическом поле. Энергия расщепления, энергия спаривания и энергия стабилизации кристаллическим полем. Спектрохимический ряд лигандов. Понятие о теории Яна—Теллера, тетрагональное искажение октаэдрических комплексов.

Энергетическая диаграмма МО комплексных соединений. Построение групповых орбиталей и их взаимодействие с орбиталями центрального атома, s- и p-донорные и акцепторные лиганды. Использование ТКП и ММО для объяснения оптических и магнитных свойств комплексных соединений. Диаграммы Танабэ–Сугано для многоэлектронных систем.

Карбонилы, металлокарбены, металлоцены, фуллериды. Комплексы с макроциклическими лигандами. Полиядерные комплексы. Изо- и гетерополисоединения. Кластеры на основе переходных и непереходных элементов. Кратные связи металл–металл, понятие о -связи.

Механизмы реакций комплексных соединений. Реакции замещения, отщепления и присоединения лиганда, окислительно-восстановительные реакции. Взаимное влияние лигандов в координационной сфере. Транс-влияние И.И. Черняева, цис-эффект А.А. Гринберга. Внутрисферные реакции лигандов.

Применение комплексных соединений в химической технологии, катализе, медицине и экологии.

1.4. Общие закономерности протекания химических реакций

Основные понятия и задачи химической термодинамики как науки о превращениях энергии при протекании химических реакций. Термодинамическая система, параметры и функции состояния системы. Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия и ее изменение при химических и фазовых превращениях. Энтальпия. Стандартное состояние и стандартные теплоты химических реакций. Теплота и энтальпия образования. Закон Гесса. Энергии химических связей. Теплоемкость, уравнение Кирхгофа.

Обратимые и необратимые процессы. Второй закон термодинамики. Энтропия и ее физический смысл, уравнение Больцмана. Стандартная энтропия. Зависимость энтропии от параметров состояния. Энергия Гиббса. Направление химических процессов, критерии самопроизвольного протекания реакций в изолированных и открытых системах. Химический потенциал. Условие химического равновесия, константа равновесия. Изотерма химической реакции. Фазовые равновесия, число степеней свободы, правило фаз Гиббса. Фазовые диаграммы одно- и двухкомпонентных систем.

Скорость химической реакции, ее зависимости от природы и концентрации реагентов, температуры. Порядок реакции. Константы скорости и ее зависимость от температуры. Уравнение Аррениуса. Энергия активации и понятие об активированном комплексе. Обратимые реакции. Закон действующих масс. Влияние катализатора на скорость реакции. Гомогенный и гетерогенный катализ. Понятие о цепных и колебательных реакциях.

1.5. Растворы и электролиты

Современные представления о природе растворов. Особенности жидких растворов. Порядок в жидкостях, структура воды и водных растворов. Специфика реакций в водных и неводных растворах.

Теория электролитической диссоциации. Ионное произведение воды и его зависимость от температуры. Водородный показатель рН, шкала рН. Кислоты и основания. Протолитическая теория Бренстеда–Лоури. Сопряженные кислоты и основания. Гидролиз. Современные взгляды на природу кислот и оснований.

Сильные и слабые электролиты. Зависимость степени электролитической диссоциации от концентрации, температуры, природы растворителя, посторонних электролитов. Закон разбавления Оствальда. Основные понятия теории сильных электролитов Дебая и Хюккеля.

Произведение растворимости. Динамическое равновесие в насыщенных растворах малорастворимых сильных электролитов и факторы, его смещающие.

Электрохимические свойства растворов. Сопряженные окислительно-восстановительные пары. Электродный потенциал. Окислительно-восстановительные реакции и их направление. Уравнение Нернста. Диаграммы Латимера и Фроста. Электролиз.

Коллигативные свойства растворов электролитов и неэлектролитов. Изотонический коэффициент. Закон Рауля. Криоскопия и эбулиоскопия, осмос.

1.6. Основы и методы неорганического синтеза

Прямой синтез соединений из простых веществ. Реакции в газовой фазе, водных и неводных растворах, расплавах. Метод химического осаждения из газовой фазы, использования надкритического состояния. Золь-гель метод. Гидротермальный синтез. Твердофазный синтез и его особенности; использование механохимической активации. Химические транспортные реакции для синтеза и очистки веществ. Фотохимические и электрохимические методы синтеза. Применение вакуума и высоких давлений в синтезе. Основные методы разделения и очистки веществ. Методы выращивания монокристаллов и их классификация.

2. Химия элементов

2.1. Химия s-элементов

Положение s-элементов в Периодической системе, особенности электронной конфигурации. Характерные степени окисления.

Водород. Особое положение водорода в Периодической системе. Изотопы водорода. Орто- и пара-водород. Методы получения водорода. Физико-химические свойства водорода. Гидриды и их классификация. Окислительно-восстановительные свойства водорода. Вода – строение молекулы и структура жидкого состояния. Структура льда, клатраты. Пероксид водорода, его получение, строение и окислительно-восстановительные свойства.

Элементы группы IA.

Общая характеристика группы. Основные классы химических соединений – получение и свойства. Нерастворимые соли. Особенности химии лития. Применение щелочных металлов и их соединений.

Элементы группы IIA.

Общая характеристика группы. Основные классы химических соединений – получение и свойства. Особенности комплексообразования s-металлов. Особенности химии бериллия, магния и радия. Сходство химии бериллия и лития. Применение бериллия, щелочно-земельных металлов и их соединений.

2.2. Химия р-элементов

Положение р-элементов в Периодической системе. Особенности электронной конфигурации. Характерные степени окисления. Металлы, неметаллы, металлоиды среди р-элементов. Закономерности в изменении свойств во 2 и 3 периодах.

Элементы группы IIIA.

Общая характеристика группы. Особенности химии бора. Бороводороды, комплексные гидробораты, кластерные соединения бора, боразол, нитрид бора: особенности их строения и свойств.

Оксид алюминия. Алюминаты и гидроксоалюминаты. Галогениды алюминия. Комплексные соединения алюминия. Сплавы алюминия. Алюмотермия. Амфотерность оксидов галлия, индия и таллия. Особенности химии Tl(I). Применение бора, алюминия, галлия, индия и таллия и их соединений.

Элементы группы IVA.

Общая характеристика группы. Особенности химии аллотропных модификаций углерода. Фуллерены и их производные. Нанотрубки. Карбиды металлов. Синильная кислота, цианиды, дициан. Роданистоводородная кислота и роданиды. Сероуглерод. Фреоны и их применение. Оксиды углерода. Карбонилы. Карбонаты.

Оксиды кремния, германия, олова и свинца. Кварц и его полиморфные модификации. Кремниевая кислота и силикаты. Галогениды. Кремнефтористоводородная кислота. Карбид кремния. Комплексные соединения олова и свинца. Применение простых веществ и соединений элементов группы IVA. Понятие о полупроводниках. Свинцовый аккумулятор.

Элементы группы VA.

Общая характеристика группы. Закономерности образования и прочность простых и кратных связей в группе. Особенности химии азота. Проблема связывания молекулярного азота. Особенности аллотропных модификаций фосфора.

Гидриды элементов группы VA: получение, строение молекул, свойства. Соли аммония. Жидкий аммиак как растворитель. Гидразин, гидроксиламин, азотистоводородная кислота. Галогениды элементов группы VA, получение и гидролиз.

Кислородные соединения азота. Особенности химии NO и NO₂. Азотная, азотистая кислоты и их соли: получение, свойства и окислительно-восстановительная способность. Диаграмма Фроста для соединений азота.

Кислородные соединения фосфора: оксиды, кислоты и их соли. Сравнение свойств кислот фосфора в разных степенях окисления. Конденсированные фосфорные кислоты и полифосфаты. Оксиды мышьяка, сурьмы и висмута, кислородсодержащие кислоты мышьяка и сурьмы и их соли. Сравнение силы кислот в группе. Сульфиды и тиосоли.

Применение простых веществ и соединений элементов VA группы. Удобрения.

Элементы группы VIA.

Общая характеристика группы. Особенности химии кислорода. Строение молекулы кислорода, объяснение ее парамагнетизма. Озон и озониды. Аллотропные модификации серы и их строение.

Классификация оксидов. Простые и сложные оксиды, нестехиометрия оксидов. Гидроксиды и кислоты. Пероксиды, супероксиды.

Сероводород и сульфиды. Полисульфиды. Сульфаны. Оксиды серы, кислоты и их соли. Политионовые кислоты и политионаты. Кислородные соединения селена и теллура. Сравнение силы, устойчивости и окислительно-восстановительных свойств кислородных кислот в группе.

Галогениды серы, селена и теллура.

Применение простых веществ и соединений элементов VIА группы.

Элементы группы VIIA.

Общая характеристика группы. Особенности химии фтора и астата. Окислительные свойства галогенов. Взаимодействие галогенов с водой.

Галогеноводороды. Получение, свойства. Закономерность изменения свойств галогеноводородных кислот в группе. Классификация галогенидов. Межгалогенные соединения: строение и свойства.

Кислородные соединения галогенов. Особенности оксидов хлора. Кислородсодержащие кислоты галогенов и их соли. Сопоставление силы, устойчивости и окислительно-восстановительных свойств кислородных кислот галогенов, диаграмма Фроста для галогенов.

Применение галогенов и их соединений.

Элементы группы VIIIA.

Общая характеристика группы. Соединения благородных газов и природа химической связи в них. Гидраты благородных газов. Фториды и кислородные соединения благородных газов. Применение благородных газов.

2.3. Химия d-элементов

Положение d-элементов в Периодической системе. Электронное строение и основные степени окисления. Способность d-элементов к комплексообразованию. Закономерности изменения свойств d-металлов в 4, 5 и 6 периодах. Природа d-сжатия и ее следствия.

Элементы группы IIIБ.

Общая характеристика группы. Оксиды, гидроксиды и фториды металлов IIIБ группы – получение и свойства. Комплексные соединения. Сопоставление химии элементов IIIА и IIIБ групп. Применение металлов и их соединений.

Элементы группы IVБ.

Общая характеристика группы. Оксиды и гидроксиды титана и циркония. Титанаты и цирконаты. Соли титанила и цирконила. Галогениды. Способность к комплексообразованию. Закономерности в стабильности различных степеней окисления. Влияние лантаноидного сжатия на свойства гафния. Сопоставление металлов IVА и IVБ групп. Применение титана и циркония и их соединений.

Элементы группы VБ.

Общая характеристика группы. Оксиды и галогениды. Ванадаты, ниобаты и танталаты. Способность к комплексообразованию и образованию кластеров. Закономерности в стабильности различных степеней окисления. Диаграмма Фроста для соединений ванадия. Сопоставление свойств соединений ванадия(V) и фосфора (V). Применение ванадия, ниобия и тантала и их соединений.

Элементы группы VIБ.

Общая характеристика группы. Оксиды, галогениды и сульфиды. Сравнение свойств хромовой, молибденовой и вольфрамовой кислот и их солей. Особенности комплексообразования. Кластеры. Бронзы. Поликислоты и их соли. Пероксиды. Окислительно-восстановительные свойства соединений хрома, закономерности в стабильности различных степеней окисления. Сопоставление химии элементов VIА и VIБ групп. Применение хрома, молибдена и вольфрама и их соединений.

Элементы группы VIIБ.

Общая характеристика группы. Кислородные соединения марганца, их кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства, диаграмма Фроста для соединений марганца. Стабильность соединений марганца в различных степенях окисления. Особенности химии технеция и рения. Рениевая кислота и перренаты. Сопоставление химии элементов VIIА и VIIБ групп. Применение марганца и рения.

Элементы группы VIIIБ.

Общая характеристика группы. Обоснование разделения элементов на семейства железа и платиновые металлы.

Семейство железа: получение и физико-химические свойства железа, кобальта и никеля. Оксиды и гидроксиды, галогениды и сульфиды Соединения железа, кобальта и никеля в высших степенях окисления. Комплексные соединения, особенности комплексов с d⁶-конфигурацией центрального атома. Коррозия железа и борьба с ней. Применение железа, кобальта и никеля.

Платиновые металлы: основные классы комплексных соединений платиновых металлов. Оксиды и галогениды платиновых соединений. Применение платиновых металлов.

Элементы группы IБ.

Общая характеристика группы. Оксиды, гидроксиды и галогениды. Изменение в устойчивости степеней окисления элементов в группе. Комплексные соединения. Сопоставление элементов IА и IБ групп. Применение меди, серебра и золота.

Элементы группы IIБ.

Общая характеристика группы. Особенности подгруппы цинка в качестве промежуточной между переходными и непереходными металлами. Оксиды, гидроксиды, галогениды и сульфиды. Амальгамы. Особенности соединений ртути в степени окисления +1. Способность к комплексообразованию и основные типы комплексов цинка, кадмия и ртути. Сопоставление элементов IIА и IIБ групп. Применение цинка, кадмия и ртути.

2.4. Химия f-элементов

Общая характеристика f-элементов.* Особенности строения электронных оболочек атомов. Лантанидное и актинидное сжатие. Сходство и различие лантаноидов и актиноидов. Внутренняя периодичность в семействах лантаноидов и актиноидов.

Семейство лантаноидов.

Методы получения, разделения и физико-химические свойства металлов. Степени окисления элементов и закономерности их изменения в ряду. Основные классы химических соединений – получение и свойства. Комплексные соединения лантаноидов. Особенности химии церия и европия. Сопоставление d— и f-элементов III группы. Применение лантаноидов.

Семейство актиноидов.

Обоснование актиноидной теории. Методы получения и физико-химические свойства актиноидов. Особенности разделения актиноидов. Степени окисления актиноидов и закономерности их изменения в ряду. Основные классы химических соединений актиноидов – получение и свойства. Комплексные соединения актиноидов. Особенности химии тория и урана. Сопоставление актиноидов с d-элементами 6-го периода. Применение актиноидов и их соединений. Перспективы синтеза трансактиноидов.

3. Общие представления о физических методах исследования в неорганической химии

Дифракционные методы исследования: рентгенофазовый и рентгеноструктурный анализы, нейтронография, электронография.

Спектральные методы исследования: электронные спектры в видимой и УФ-области. Колебательная спектроскопия – ИК- и комбинационного рассеяния. Спектроскопия ЭПР, ЯМР, ЯКР и -резонансные. EXAFS-спектроскопия. Спектроскопия циркулярного дихроизма.

Исследования электропроводности и магнитной восприимчивости. Исследования дипольных моментов. Импеданс-спектроскопия.

Оптическая и электронная микроскопия. Локальный рентгено-спектральный анализ.

Термогравиметрия и масс-спектрометрия.

Исследование поверхности методами рентгено- и фотоэлектронной спектроскопии, оже-спектроскопии и т.п.

Основная литература

1. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. 3-е изд. М.: Высш. шк., 1998.
2. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 2001.
3. Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия. Т. 1–3. М.: Мир, 1969.
4. Суворов А.В., Никольский А.Б. Общая химия. М.: Мир, 1997.
5. Неорганическая химия / Ю.Д. Третьяков, Л.И. Мартыненко, А.Н. Григорьев, А.Ю. Цивадзе. Т. 1, 2. М.: Химия, 2001.
6. Хьюи Дж. Неорганическая химия: строение вещества и реакционная способность. М.: Химия, 1987.

Дополнительная литература

1. Гиллеспи Р, Харгиттаи И. Модель отталкивания электронных пар валентной оболочки и строение молекул. М.: Мир, 1992.
2. Джонсон Д. Термодинамические аспекты неорганической химии. М.: Мир, 1985.
3. Драго А. Физические методы в химии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1981.
4. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Строение вещества. М.: Высш. шк., 1978.
5. Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорик Н.А. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 1990.
6. Кукушкин Ю.Н. Химия координационных соединений. М.: Высш. шк., 2001.
7. Некрасов Б.В. Основы общей химии. Т. 1, 2. М.: Химия, 1972–1973.
8. Пиментел Дж., Кунрод Дж. Возможности химии сегодня и завтра. М.: Мир, 1992.
9. Полторак О.И., Ковба Л.М. Физико-химические основы неорганической химии. М.: Изд-во МГУ, 1984.
10. Спицын В.И., Мартыненко Л.И. Неорганическая химия. Т. 1, 2. М.: Изд-во МГУ, 1991, 1994.
11. Турова Н.Я. Неорганическая химия в таблицах. М.: ВХК РАН, 1999.
12. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. М.: Высш. шк., 2001.
13. Уэллс А. Структурная неорганическая химия. Т. 1–3. М.: Мир, 1987.
14. Фримантл М. Химия в действии. Т. 1, 2. М.: Мир, 1991.

«Простые вещества. Основные классы неорганических соединений», Математика, химия, физика

Образованы атомами одного элемента. По химичес-ким свойствам делятся на металлы, неметаллы, амфигены, аэрогены.

Металлы — простые вещества элементов с металлическими свойствами (низкая электроотрицательность). Типичные металлы:

IА-группа Li, Na, K, Rb, Cs

IIA-группа Mg, Ca, Sr, Ba

При обычных условиях все металлы (за исключением ртути) — твёрдые вещества с характерным металлическим блеском. Большинство металлов имеют серебристо-белый цвет, хотя и есть исключения. Так медь — металл розово-красного цвета, золото — жёлтого. Многие физические свойства металлов изменяются в широких пределах. Например, осмий (самый тяжелый металл) имеет плотность в 42 раза большую, чем литий (самый лёгкий металл). В больших интервалах меняются температуры плавления металлов: наибольшая она у вольфрама (3420 ^оС), наименьшая — у ртути (-38,9^оС). Взаимодействуют с неметаллами с образованием бинарных соединений, то есть веществ, состоящих из двух элементов. Металлы обладают высокой восстановительной способностью по сравнению с типичными неметаллами. В электрохимическом ряду напряжений они стоят значительно левее водорода, вытесняют водород из воды (магний — при кипячении):

2 М + 2Н₂О = 2МОН + Н_2(г)(М = Li, Na, K, Rb, Cs)

М + 2Н₂о = М (ОН)₂+ Н_2(г)(М = Mg, Ca, Sr, Ba)

Простые вещества элементов Cu, Ag, Ni также относят к неметаллам, так как у их оксидов CuO, Ag₂O, NiO и гидроксидов Cu (OH)₂, Ni (OH)₂ преобладают основные свойства.

Неметаллы. Простые вещества элементов с неметаллическими свойствами (высокая электроотрицательность). Типичные неметаллы:

VIIA-группа F2, Cl2, Br2, I2

VIA-группа O2, S, Se

VA-группа N2, P, As

IVA-группа С, Si

При обычных условиях они могут быть газами (водород, кислород, гелий, хлор), жидкостями (бром), твёрдыми веществами (углерод, сера, фосфор). Неметаллы, находящиеся в твёрдом состоянии, как правило хрупкие. Характерными свойствами неметаллов являются низкие теплопроводность и электропроводность. Неметаллы образуют простые вещества, молекулы которых могут быть одноатомными (Не, Ne и другие благородные газы), двухатомными (Н₂, О₂, I₂), многоатомными (O₃, P₄, S₈), полимерными (S_х, Р_х). Неметаллы обладают высокой окислительной способностью по сравнению с типичными металлами.

Амфигены. Амфотерные простые вещества, образованные элементами с амфотерными (двойственными) свойствами (электроотрицательность промежуточная между металлами и неметаллами). Типичные амфигены:

VII-группа Ве

VIБ-группа Cr

IIБ-группа Zn

IIIA-группа Al, Ga

IVA-группа Ge, Sn, Pb

Амфигены обладают более низкой восстановительной способностью по сравнению с типичными металлами. В электрохимическом ряду напряжений они примыкают слева к водороду или стоят за ним справа.

Аэрогены. Благородные газы, одноатомные простые вещества элементов VIIIA-группы: He, Ne, Ar, Kr, Хе, Rn. Из них He, Ne и Ar химически пассивны (соединения с другими элементами не получены), а Kr, Хе и Rn проявляют некоторые свойства неметаллов с высокой электроотрицатель-ностью.

Тестовая работа по дисциплине химия. Тема: «Основные классы неорганических веществ» | Методическая разработка:

Тестовая работа по теме: «Основные классы неорганических веществ»

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть 1-10 задания.  Необходимо выбрать только один правильный ответ.

        Вторая часть 11-12 задания. Необходимо  установить соответствие:

• между названиями оксидов и классом;
• между формулой вещества и его принадлежностью к определенному классу (группе),  неорганических соединений;

Третья часть 13-14 задания. Необходимо написать уравнения реакций:

• уравнения реакций, в результате которых можно осуществить превращения:
• молекулярные уравнения возможных реакций между попарно реагируемых веществ, формулы которых приведены ниже.

Вариант  №1.

1. Только простые вещества расположены в ряду

А) P2O5  ,       Al   ,              Na2SO3 ,      Ca(OH)2     

Б)  Cu  ,            h3  ,        P  ,        Hg  

В) Si  ,          SO3 ,         Mg  ,           Ba(NO3)2

Г) Mn2O7 ,      ZnCl2  ,        Ba(OH)2  ,     h4PO4       

2. Кислоты – это

А)  сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород;

Б) сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или несколькими гидроксильными группами;

В) сложные вещества, которые состоят из атомов металла и кислотных остатков;

Г) сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка.

3. Одноосновной кислородсодержащей кислотой является

А) h4PO4              Б)HNO3         В) h3S      Г) HCl

4. Кислоту можно получить

А) при взаимодействии основного оксида с водой;

Б) при взаимодействии металла с неметаллом;

В) при взаимодействии соли с кислотой;

Г) при взаимодействии основного оксида с кислотным оксидом.

5. Все основания взаимодействуют с

А) металлами и неметаллами;

Б) кислотными оксидами и кислотами;

В) основными оксидами и кислотами;

Г) неметаллами и солями.

6. Щелочи — это

А) растворимые в воде основания;

Б) вещества, проявляющие свойства слабых кислот и слабых оснований;

В) нерастворимые в воде основания;

Г) сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.

7. Основания вступают в реакции с

А) металлами и кислотными оксидами;

Б) кислотами и солями;

В) кислотными и основными оксидами;

Г) кислотами и неметаллами.

8. Соль нельзя получить при взаимодействии

А) металла и неметалла;

Б) кислоты и основания;

В) основного и кислотного оксидов;

Г) основного оксида и основания.

9.  Солеобразующие оксиды классифицируют на

А) основные и кислотные;

Б) основные, кислотные и безразличные;

В) основные, кислотные и амфотерные;

Г) основные и амфотерные.

10. Оксиды образуются при разложении

А) слабых кислот и слабых оснований;

Б) некоторых сильных кислот;

В) бескислородных кислот;

Г) щелочей.

11.  Установите соответствие между названиями оксидов и классом (группой),                        к которому(-ой) они принадлежат.

ответ  

12. Установите соответствие между формулой вещества и его принадлежностью к определенному классу (группе),  неорганических соединений.

ответ  

13. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить превращения:

S → SО2 → SО3 → (МgОН)2SО4 → МgSО4 →  Мg(ОН)2

14. Напишите молекулярные уравнения возможных реакций между попарно реагируемых веществ, формулы которых:

Zn(ОН)2,   Fe,    КОН,   НI,     РbСl2

Тестовая работа по теме: «Основные классы неорганических веществ»

Тест состоит из 3-х частей.

Первая часть 1-10 задания.  Необходимо выбрать только один правильный ответ.

        Вторая часть 11-12 задания. Необходимо  установить соответствие:

• между названиями оксидов и классом;
• между формулой вещества и его принадлежностью к определенному классу (группе),  неорганических соединений;

Третья часть 13-14 задания. Необходимо написать уравнения реакций:

• уравнения реакций, в результате которых можно осуществить превращения:
• молекулярные уравнения возможных реакций между попарно реагируемых веществ, формулы которых приведены ниже.

Вариант  №2.

1. К сложным веществам относятся

А)  металлы и оксиды;

Б) кислоты и основания;

В)  металлы и неметаллы;

Г) соли и неметаллы.

2. Основания – это

А) сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка;

Б) сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород;

В) сложные вещества, которые состоят из атомов металла и кислотных остатков;

Г) сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или несколькими гидроксильными группами.

3. Двухосновной кислородсодержащей кислотой является

А) h4PO4              Б)HNO3         В) h3SO3      Г) HCl

4. Кислоту можно получить

А) при взаимодействии кислотного оксида с водой;

Б) при взаимодействии металла с неметаллом;

В) при взаимодействии соли с щелочью;

Г) при взаимодействии основного оксида с кислотным оксидом.

5. Все кислоты взаимодействуют с

А) металлами и неметаллами;

Б) кислотными оксидами и основаниями;

В) основными оксидами и основаниями;

Г) неметаллами и солями.

6. Амфотерные гидроксиды — это

А) нерастворимые в воде основания;

Б) вещества, проявляющие свойства слабых кислот и слабых оснований;

В) растворимые в воде основания;

Г) сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.

7. Основания вступают в реакции с

А) кислотами и солями;

Б) металлами и кислотными оксидами;

В) кислотными и основными оксидами;

Г) кислотами и неметаллами.

8. Соль нельзя получить при взаимодействии

А) кислоты и основания;

Б) кислотного оксида и воды;

В) основного и кислотного оксидов;

Г) металла и неметалла.

9.  Основные оксиды  — это оксиды

А) металлов в степени окисления +1 и +2;

Б) металлов в степени окисления +3;

В) неметаллов;

Г) неметаллов и металлов в степени окисления больше +4.

10. Оксиды образуются при взаимодействии

А) металла и неметалла;

Б) основного оксида и кислоты;

В) кислоты и основания;

Г) простого вещества и кислорода.

11.  Установите соответствие между названиями оксидов и классом (группой),                        к которому(-ой) они принадлежат.

ответ  

12. Установите соответствие между формулой вещества и его принадлежностью к определенному классу (группе),  неорганических соединений.

ответ  

13. Напишите уравнения реакций, в результате которых можно осуществить превращения:

Zn → ZnО → ZnSО4 →  Zn(НSО4)2 → Zn(ОН)2 → ZnСl2

14. Напишите молекулярные уравнения возможных реакций между попарно реагируемых веществ, формулы которых:

Аl(ОН)3, Sn(NО3)2,  НВr,  Со,    RbОН  

Ответы :

Источники информации:

1. Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Химия для профессий и специальностей технического профиля: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2016.

2. Ерохин Ю.М. Сборник тестовых заданий по химии: учеб. пособие для студ. учреждений сред. проф. образования. — М., 2014.

3. Габриелян О.С., Лысова Г.Г. Химия: книга для преподавателя: учеб.-метод. пособие. — М., 2012.

Страница не найдена « Лицей №159

20 мая 2021 года в актовом зале лицея №159 прошло торжественное мероприятие, на которое были приглашены авторы документального проекта ГТРК «Новосибирск» «Из Сибири к Победе».

В течение двух месяцев учащиеся 10-х классов знакомились с документальным проектом «Из Сибири к Победе», который стал учебным пособием для ребят. Для десятиклассников важно не […]

Волнительный и долгожданный день для выпускников – день окончания школы. 22 мая в Лицее № 159 прозвучали последние звонки. То, что праздник последнего звонка состоялся, для нынешних выпускников двойной праздник. Ведь выпускники — 2020 прощались со школой виртуально, сидя по домам. Но теперь все по-настоящему. В зале учителя, выпускники, первоклассники… Нет только родителей, […]

Поздравляем Пищулина Назара, ученика 5-в класса, с победой в чемпионате России по ментальной арифметике Innovate, состоявшемуся в г. Санкт-Петербург 14-15 мая.

http://lyc-159.nios.ru/wp-content/uploads/2021/05/WhatsApp-Video-2021-05-17-at-11.53.36-1.mp4 http://lyc-159.nios.ru/wp-content/uploads/2021/05/WhatsApp-Video-2021-05-17-at-11.53.36.mp4

Олимпиада имени Дж. К. Максвелла «Maxwell PhO» — всероссийская олимпиада для 7-8 классов, заменяющая заключительный этап ВсОш по физике. Учащиеся нашего лицея традиционно принимают участие в этом престижном интеллектуальном соревновании. 2020-2021 учебный год стал годом победы в заключительном этапе олимпиады для ученика 7-а специализированного класса инженерно-технологического направления Ратибора Коптилина. Своими впечатлениями Ратибор делится […]

Накануне 9 Мая в рамках социальных практик проекта «Киноуроки в школах Росси» после просмотра киноленты «Лошадка для героя» учащиеся 8 «Г» класса приняли решение рассказать первоклассникам подшефного 1 «Б» о трагических и славных событиях 1941-1945 гг.

9 страниц устного журнала – это 9 рассказов о подвигах солдат и офицеров в битве […]

Движение «Юнармия» приняло участие в Параде Победы, посвященному 76-й годовщине Победы в Великой Отечественной войне. Более 160 юнармейцев прошли маршем в городе Новосибирске. Колонна новосибирских юнармейцев-юношей и колонна девушек прошла во главе с начальником штаба Регионального отделения ВВПОД «Юнармия» Новосибирской области генерал-майором Попковым В.В. Наши юнармейцы прошли по площади Ленина маршем уже второй […]

9 мая – самый светлый и торжественный праздник, символ национальной гордости нашего народа. Этот праздник – особенный для каждого человека в нашей стране. Величие Победы и горечь утрат в нашей стране коснулись каждой семьи. Боевые красные знамена, георгиевские ленты и гвоздики стали неизменными символами Дня Победы. Но это не просто символы, это дань […]

30 апреля в актовом зале лицея прошел Форум-марафон «Радуга успехов». Традиция проведения Форума была прервана в прошлом году из-за пандемии коронавируса, но в 2021-м, строго соблюдая все ограничительные меры, ученики и педагоги собрались, чтобы чествовать лучших. Форум проходил в 4 этапа, в двух из которых награждались победители номинации «Виртуальная реальность». Действительно, интернет-олимпиады, конкурсы, […]

Внимание! 30 апреля состоится традиционный общелицейский Форум «Радуга успехов». Форум пройдет в 10-15, 11-35, 13-25, 15-25. Списки приглашенных находятся у классных руководителей. Будем рады поздравить тех, кто показал высокие результаты в учебе, спорте, искусстве, технологиях.

ОЦ«Сириус» проведет пригласительный этап Всероссийской олимпиады школьников по шести общеобразователтьным предметам: химии, астрономии, биологии, математике, физике и информатике. К участию приглашаются обучающиеся 3-10 классов, а также учителя и все желающие проверить свои знания и порешать интересные задачи.

Онлайн-туры пройдут на платформе ОЦ «Сириус» с 21 апреля по 25 мая 2021 года. […]

Неорганическое соединение — определение и примеры

Определение

существительное
множественное число: неорганические соединения
Химическое соединение без ковалентных связей углерод-углерод (CC) и углерод-водород (CH)

Подробности

Обзор

Химическое соединение относится к любому веществу, состоящему из двух или более элементов, которые химически связаны друг с другом. Элемент , в свою очередь, относится к элементу, состоящему только из одного типа атомов.Элементы, которые удерживаются вместе химической связью, образуют соединение. Один из способов классификации соединений — определить их как органических или неорганических . Как правило, органическое соединение представляет собой тип соединения, содержащего атом углерода. И наоборот, неорганическое соединение не содержит углерода.

Витализм против выводов Велера

Одна из преобладающих теорий первых веков — витализм .Согласно этой теории, живые существа обладали некой жизненной силой — vis-vitalis , которая отделяла их от неживых существ. Эта жизненная сила позволяла им производить определенные химические вещества, которые неживые существа не могли производить. Химические вещества, производимые живыми существами, получили название органических , так как они произошли от организмов. Те, которые можно было получить из неживых существ, были названы неорганическими , что означает «неорганические». Это была фундаментальная граница, которая отделяла органические от неорганических соединений.Под неорганическими соединениями понимались соединения, не полученные от организмов. Они могут быть получены, например, из геологических систем, например отложения и руды.
Это убеждение существовало на протяжении многих веков, пока Фридрих Вёлер (1800–1882) не оспорил его с эмпирическими данными своих экспериментов. В одном из своих экспериментов он обнаружил, что мочевину, которую когда-то считали производимой только живыми существами, можно производить из неорганических предшественников. В 1828 году он обнаружил, что мочевину можно химически получить из солей цианата калия и сульфата аммония.Это считается решающим поворотным моментом, который позже привел к развитию современной органической химии.

Путаница

На пике витализма существовала четкая граница между органическими и неорганическими соединениями. Из-за дискредитации витализма химики не пришли к консенсусу по поводу современного определения органических и неорганических соединений. Простое утверждение, что органическое соединение — это любое соединение, содержащее атом углерода, не будет абсолютно правильным, поскольку это будет намека на включение некоторых углеродсодержащих неорганических соединений.База данных неорганических кристаллических структур, база данных данных о неорганических кристаллических структурах, основанная Гюнтером Бергерхоффом и И.Д. Брауном в 1978 году, определила неорганических углеродных соединений как соединения, содержащие либо С-Н, либо С-С связи, но не то и другое вместе. ¹ К неорганическим углеродсодержащим соединениям относятся: карбонаты, цианиды, цианаты, карбиды, тиоцианаты, монооксид углерода и диоксид углерода. Аллотропы углерода , как и алмаз, не соединения, а чистый элемент углерода.Таким образом, это не неорганические соединения, а неорганические вещества.

Органические и неорганические соединения

Обобщенные различия между органическими и неорганическими соединениями показаны ниже:

900 04 Как указывалось ранее, нет четкого различия между органическими и неорганическими соединениями.Исключения существуют в каждой функции. Таким образом, приведенные в таблице различия между ними следует считать верными для большинства случаев, но не для всех.

Типы неорганических соединений

Химическое соединение — это вещество, состоящее из атомов или ионов двух или более элементов, которые химически связаны вместе, тогда как химический элемент — это вещество только одного типа атомов. Большинство элементов являются неорганическими, но технически не являются неорганическими соединениями, поскольку они состоят только из одного типа атомов.Таким образом, классификация неорганических соединений влечет за собой группировку веществ, состоящих из более чем одного типа атомов. И наоборот, простые неорганические вещества (не обязательно соединения) типичны как металл или неметалл . Однако нет четкого различия между металлами и неметаллами.
Большинство неорганических соединений являются ионными соединениями. Это означает, что химическая связь, удерживающая атомы вместе, является ионной связью. На основе составляющих неорганических соединений ионные соединения можно разделить на основания, кислоты и соли.Ионная связь — это связь, при которой происходит полный перенос электрона от одного атома к другому. Это электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами, то есть катионом и анионом. Катион — это положительно заряженный ион, а анион — отрицательно заряженный ион. Например, хлорид натрия представляет собой ионное соединение, в котором катион Na ⁺ и анион Cl ^— удерживаются вместе ионной связью . Ионное соединение, содержащее ионы водорода (H ⁺ ), классифицируется как кислота.И наоборот, ионное соединение, содержащее гидроксид (OH ^—) или оксид (O ^2-), классифицируется как основание. Ионное соединение, образованное кислотно-основными реакциями без этих ионов, называется солью .
Вода определенно является одним из важнейших неорганических соединений для всего живого. Это соединение, состоящее из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако это не ионное соединение, а молекула, удерживаемая ковалентной связью между водорода и кислородом .

Исследования

Изучение свойств и синтеза органических соединений известно как органическая химия , тогда как изучение свойств и синтеза в неорганической химии называется неорганической химией .

Дополнительный

Этимология

• назван в честь раннего представления о том, что неорганические соединения не имеют биологического происхождения

Дополнительная литература

Сравнить

См. Также

Ссылка

1. Wayback Machine.(2017, 1 января). База данных неорганических кристаллов: научное руководство. Получено из PDF

© Biology Online. Контент предоставлен и модерируется онлайн-редакторами биологии

Неорганическая химия — Американское химическое общество

Что такое неорганическая химия?

Неорганическая химия изучает свойства и поведение неорганических соединений, включая металлы, минералы и металлоорганические соединения.

В то время как органическая химия определяется как изучение углеродсодержащих соединений, неорганическая химия — это изучение оставшейся (то есть не содержащей углерод) подгруппы соединений. Но эти два поля могут частично совпадать. Например, металлоорганические соединения обычно содержат металл или металлоид, непосредственно связанный с углеродом.

Чем занимаются химики-неорганики?

Химики-неорганики работают в самых разных областях, от горнодобывающей промышленности до микрочипов. Их работа основана на понимании:

• Поведение и аналоги для неорганических элементов, и
• Как эти материалы могут быть изменены, отделены и использованы.

К конкретным работам могут относиться:

• Разработка методов извлечения металлов из потоков отходов
• Работает химиком-аналитиком по анализу добытых руд
• Проведение исследований по использованию неорганических химикатов для обработки почвы

Многие химики-неорганики работают в промышленности, но они также работают в академических учреждениях и государственных лабораториях. Химики-неорганики, работающие в правительстве, говорят, что их время все чаще тратится на написание заявок на гранты и борьбу за деньги на исследования.

Химики-неорганики сравнивают свою работу с работой материаловедов и физиков. Все сосредоточены на изучении взаимосвязи между физическими свойствами и функциями. Но химика-неорганика больше интересуют эти свойства на молекулярном уровне.

Где применяется неорганическая химия?

Неорганические соединения используются в качестве катализаторов, пигментов, покрытий, поверхностно-активных веществ, лекарств, топлива и т. Д. Они часто имеют высокие температуры плавления и специфические свойства высокой или низкой электропроводности, что делает их полезными для определенных целей.Например:

• Аммиак является источником азота в удобрениях. Это одно из основных неорганических химикатов, используемых при производстве нейлона, волокон, пластмасс, полиуретанов, гидразина (используется в реактивном и ракетном топливе) и взрывчатых веществ.
• Хлор используется в производстве поливинилхлорида (используется для изготовления труб, одежды, мебели и т. Д.), Агрохимикатов (например, удобрений, инсектицидов или обработки почвы), фармацевтических препаратов и химикатов для очистки и стерилизации воды.
• Диоксид титана — это встречающийся в природе оксид титана, который используется в качестве белого порошкового пигмента в красках, покрытиях, пластмассах, бумаге, чернилах, волокнах, продуктах питания и косметике. он также обладает хорошими свойствами стойкости к ультрафиолетовому излучению, и растет спрос на его использование в фотокатализаторах.

Что такое неорганические соединения? — Определение, характеристики и примеры — Видео и стенограмма урока

Характеристики

Поскольку многие неорганические соединения содержат какие-либо типы металлов (щелочные, щелочные, переходные и т. Д.)), они, как правило, могут проводить электричество. Например, находясь в твердом состоянии, неорганические соединения плохо проводят электричество. Однако в жидкой фазе неорганические соединения обладают высокой проводимостью. В этой фазе электроны неорганических соединений могут двигаться очень свободно, и это движение электронов отмечается как электричество.

Из-за ионной связи, которая обычно присутствует в неорганических соединениях, они очень прочно удерживаются вместе и обладают чрезвычайно высокими температурами плавления и кипения.Другой отличительной особенностью неорганических соединений является их цвет. Неорганические соединения переходных металлов, даже находящиеся на столе, обычно сильно окрашены, и это опять же из-за конфигурации электронов «d-блока». Яркие и красивые цвета, которые можно увидеть при взрыве фейерверка, связаны с неорганическим металлом (обычно щелочным или щелочным), присутствующим в соединении. Поскольку неорганические соединения при горении имеют уникальный цвет, это можно использовать в качестве «маркера» для идентификации вовлеченного металла.Кроме того, неорганические соединения обычно хорошо растворяются в воде. Другими словами, они могут «исчезнуть» при помещении в воду, поскольку они просто растворятся. Еще одна показательная характеристика неорганических соединений — их способность образовывать кристаллы. Природа связи, обнаруженная в неорганических соединениях, дает им возможность выращивать кристаллы в насыщенных растворах.

Приложения и примеры

Подумайте теперь об одной из самых распространенных молекул во всем мире. Эта конкретная молекула занимает две трети планеты и составляет 70% человеческого тела.Вы можете догадаться, что это за молекула? Если вы угадали воду, значит, вы правы! Эта молекула — неорганическое соединение! Благодаря уникальности неорганических соединений, они находят множество применений в реальном мире. Большинство продуктов, которые мы потребляем ежедневно, обрабатывались некоторыми пестицидами в процессе выращивания, и этот пестицид является еще одним примером неорганического соединения.

Возьмем, к примеру, все химические вещества, с которыми мы сталкиваемся в нашей повседневной жизни, чтобы понять важность и изобилие неорганических соединений, которые нас окружают.Например, соль и многие другие приправы, которые используются для придания вкуса нашей пище, являются неорганическими соединениями. Автомобили, в которых мы ездим, питаются от батарей, содержащих неорганические соединения, такие как серная кислота. Многие поверхности нашей одежды, обуви и автомобилей покрыты неорганическими соединениями, которые служат защитными покрытиями. С каждым вдохом в смесь попадают неорганические соединения. Каждый раз, когда мы выдыхаем, выделяется углекислый газ, и это тоже неорганическое соединение.Но почему диоксид углерода (углеродсодержащее соединение) не считается органическим? Проще говоря, диоксид углерода считается неорганическим, а не органическим, потому что он не содержит углеродно-водородных связей. Как упоминалось ранее, для того, чтобы соединение считалось органическим, должна присутствовать связь C-H.

Резюме урока

Неорганические соединения замечательны в собственном отношении. Большая часть того, к чему мы прикасаемся или используем ежедневно, в некотором роде можно считать неорганическими соединениями.Эти соединения отображают множество цветов и ведут себя по-разному в зависимости от того, в какой фазе они находятся. Фундаментальное различие между органическими и неорганическими соединениями заключается в наличии связей углерод-водород или связей C-H. Неорганические соединения, как правило, являются минеральными или геологическими соединениями, которые не содержат углерод-водородных связей. Все вокруг нас и часть всего, что мы используем ежедневно, — это неорганические соединения. В воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим, в еде, которую мы едим, и в одежде, которую мы носим, ​​неорганические соединения есть повсюду!

Неорганические соединения — определение и примеры

• Неорганические соединения — соединения, в которых для создания продуктов используются минералы и / или металлы

Результаты обучения

По мере того, как вы узнаете о неорганических соединениях с помощью этого урока, вы разовьете способность:

• Определить и охарактеризовать неорганические соединения
• Признать их применение и привести примеры неорганических соединений вокруг нас

Различные виды химии — химия и биохимия

По сути, химия — это изучение материи и изменений.Способы, которыми химики изучают материю и изменения, и типы изучаемых систем сильно различаются. Традиционно химия подразделяется на пять основных дисциплин: органическая, аналитическая, физическая, неорганическая, и биохимия. За последние несколько лет начали появляться дополнительные концентрации, включая ядерную химию, химию полимеров, биофизическую химию, биоорганическую химию, химию окружающей среды и т. Д. Все эти области химии в некоторой степени рассматриваются в наших классах здесь, в UWL, а также в рамках исследовательских интересов нашего факультета на химическом факультете.Следующие ниже описания пяти основных субдисциплин были написаны несколькими преподавателями в их области знаний. Все наши преподаватели будут рады подробно рассказать и / или обсудить другие аспекты химии, которые не описаны ниже!

Органическая Органическая химия — это раздел химии, который включает изучение молекул жизни. В основном это касается изучения структуры и поведения этих молекул, которые состоят только из нескольких различных типов атомов: углерода, водорода, кислорода, азота и некоторых других.Эти атомы используются для создания молекул, необходимых всем растениям и животным для их выживания. Традиционные химики-органики озабочены синтезом новых молекул и разработкой новых реакций, которые могут сделать этот синтез более эффективным. Виды молекул, которые синтезируют химики-органики, включают полезные вещества, такие как лекарства, ароматизаторы, консерванты, ароматизаторы, пластмассы (полимеры) и сельскохозяйственные химикаты (удобрения и пестициды), а иногда включают необычные молекулы, встречающиеся в природе, или молекулы, которые могут просто создать проблему для делать.Кроме того, понимание органической химии необходимо для изучения биохимии и молекулярной биологии, потому что биомолекулы, такие как белки, сахара, жиры и нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), являются органическими молекулами, хотя и очень большими. Студенты, специализирующиеся в области органической химии, обычно продолжают работать в фармацевтических, пищевых или полимерных компаниях, проводят исследования или преподают в области органической химии, делают карьеру в медицине или могут искать другие связанные вакансии.

К началу

Аналитическая Аналитическая химия — это наука об идентификации и количественном определении материалов в смеси.Химики-аналитики могут изобретать процедуры анализа, а также использовать или изменять существующие. Они также контролируют, проводят и интерпретируют анализ. Студенты, специализирующиеся на аналитической химии, часто продолжают работать в лабораториях судебной экспертизы, экологических или фармацевтических компаниях, работают, управляют и / или разрабатывают процедуры обеспечения качества, проводят исследования или преподают в колледжах и университетах.

К началу

Physical Физическая химия — это изучение фундаментальных физических принципов, которые определяют поведение атомов, молекул и других химических систем.Физические химики изучают широкий круг вопросов, таких как скорости реакций (кинетика), способ взаимодействия света и вещества (спектроскопия), расположение электронов в атомах и молекулах (квантовая механика), а также стабильность и реакционная способность различных соединений. и процессы (термодинамика). Во всех этих случаях физико-химики пытаются понять, что происходит на атомном уровне и почему. Студенты, которые концентрируются на физической химии, могут продолжить карьеру в промышленности, исследованиях или преподавании.Многие современные исследования физической химии в промышленности и академических кругах сочетают в себе методы и идеи из нескольких областей. Например, некоторые химики применяют методы физической химии для исследования механизмов органических реакций (какие происходят столкновения и перегруппировки связей, насколько они быстры, сколько этапов и т. Д.) — этот тип исследования называется физической органической химией. Другие применяют физические методы для изучения биологических систем (почему белки складываются в те формы, которые они имеют, как структура связана с функцией, что заставляет нерв работать и т. Д.) — это биофизическая химия. Третьи могут использовать физические методы для характеристики полимеров или изучения систем окружающей среды.

К началу

Неорганическая Неорганическая химия обычно считается областью химии, не имеющей отношения к углероду. Однако углерод играет очень важную роль во многих неорганических соединениях, и существует целая область исследований, известная как металлоорганическая химия, которая действительно представляет собой гибрид традиционных дисциплин органической и неорганической химии.Некоторые области неорганической химии, которые особенно важны, — это катализ, химия материалов и биоинорганическая химия. Катализаторы — это химические соединения, которые увеличивают скорость реакции, но не расходуются, и обычно основаны на переходных металлах (обычно) металлоорганических комплексах переходных металлов) .Это чрезвычайно важная область для промышленности, и многие из химиков, которые будут идентифицированы как неорганические или металлоорганические химики работают в этой области. Химия материалов — это область, связанная с разработкой и синтезом материалов, которые позволяют продвигать технологии практически во всех сферах жизни общества.Часто химики-неорганики, работающие в этой области, занимаются синтезом и характеристикой соединений в твердом состоянии или неорганических полимеров, таких как силиконы. Химики-биоинорганики изучают функцию металлосодержащих соединений в живых организмах. Студенты, специализирующиеся на неорганической химии, часто продолжают работать в промышленности в области полимеров или материаловедения, проводят исследования или преподают в области неорганической химии или ищут другие связанные с этим рабочие места.

К началу

Биохимия Биохимия — это исследование химических принципов, лежащих в основе основных биологических систем.По сути, биохимические исследования направлены на определение связи между структурой и функцией биологических макромолекул. В частности, биохимические исследования обеспечили более полное понимание регенеративной медицины, инфекционных заболеваний, трансплантации органов / тканей, клинической диагностики и генетических заболеваний. Студенты, специализирующиеся на биохимии, продолжают делать чрезвычайно успешную карьеру в медицине, исследованиях и бизнесе. Некоторые студенты могут поступать в профессиональные школы сразу после получения степени бакалавра, в то время как другие могут поступать в академические или правительственные исследовательские учреждения.Некоторые студенты также объединяют свои знания в области биохимии в рамках степени магистра делового администрирования (MBA). Совместное изучение биохимии и бизнеса дает этим студентам уникальную возможность лучше сопоставить затраты и размер прибыли при производстве биохимических продуктов. Для получения информации о специальности «Биохимия» щелкните здесь.

К началу

Графика Легенда:
Органическая химия : Восстановление камфоры боргидридом натрия.
Аналитическая химия : Масс-спектр диэтиламина.
Физическая химия : Иллюстрация момента инерции молекулы, такой как этан.
Неорганическая химия : Рентгеновская кристаллическая структура нового твердого неорганического соединения, синтезированного исследовательской группой доктора Роба Макгаффа.
Биохимия : схематический чертеж, показывающий структурные элементы домена I лактатдегидрогеназы

Химия углерода

Неорганическая химия
углерода

Неорганический
Углерод

Более 200 лет химики разделяют соединения на
две категории.Те, что были изолированы от растений или животных
назывались органических , а те, что извлекались из руд и
минералы были неорганические . Органическая химия часто
определяется как химия углерода. Но это определение
включают карбонат кальция (CaCO ₃ ) и графит, которые
больше напоминают неорганические соединения. Поэтому мы будем
определяют органическую химию как изучение соединений, таких как
муравьиная кислота (HCO ₂ H), метан (CH ₄ ) и
витамин C (C ₆ H ₈ O ₆ ), которые содержат
как углерод, так и водород.

В химическом составе углерода преобладают три фактора.

1. Углерод образует необычно прочные одинарные связи C-C, C = C двойные.
связи и тройные углерод-углеродные связи.

2. Электроотрицательность углерода ( EN = 2,55) слишком
небольшой, чтобы позволить углероду образовывать ионы C ^4- с большинством
металлов и слишком велики, чтобы углерод мог образовывать ионы C ⁴⁺ , когда
реагирует с неметаллами. Таким образом, углерод образует ковалентные связи.
со многими другими элементами.

3. Углерод образует прочные двойные и тройные связи с числом.
других неметаллов, включая N, O, P и S.

Элементные формы
углерода: графит, алмаз, кокс и технический углерод

Углерод встречается в виде множества аллотропов. Есть два
кристаллические формы алмаза и графита, а также ряд аморфных
(некристаллические) формы, такие как древесный уголь, кокс и технический углерод.

Ссылки на характеристическую твердость алмаза (из
Греческий адам , «непобедимый») датируется по крайней мере
2600 лет. Однако только в 1797 году Smithson Tennant
смог показать, что алмазы состоят исключительно из углерода. В
свойства алмаза замечательны. Это один из наименее
известные летучие вещества ( MP = 3550 ^o C, BP
= 4827 ^o C), это также самое твердое известное вещество, и
при нагревании он расширяется меньше, чем любой другой материал.

Свойства алмаза являются логическим следствием его
состав. Углерод с четырьмя валентными электронами образует ковалентную форму.
связывается с четырьмя соседними атомами углерода, расположенными к
углы тетраэдра, как показано на рисунке ниже. Каждый из
эти sp ³ -гибридизованных атомов затем связываются с
четыре других атома углерода, которые образуют связи с четырьмя другими атомами углерода
атомы и так далее. В результате можно подумать об идеальном бриллианте.
как единая гигантская молекула.Сила индивидуального C-C
связи и их расположение в пространстве рождают необычные
свойства алмаза.

В некотором смысле свойства графита аналогичны свойствам
алмаз. Оба соединения кипят, например, при 4827 ^o ° C.
Но графит тоже сильно отличается от алмаза. Бриллиант (3,514
г / см ³ ) намного плотнее графита (2,26 г / см ³ ).
В то время как алмаз — самое твердое вещество из известных, графит — одно из самых твердых.
из самых мягких.Diamond — отличный изолятор, с небольшими или
нет тенденции проводить электрический ток. Графит такой хороший
проводник электричества, в котором используются графитовые электроды
электрические ячейки.

Физические свойства графита можно понять из
Структура твердого тела показана на рисунке ниже.

Графит состоит из удлиненных плоскостей пр. ² -гибридизированных
атомы углерода, в которых каждый углерод прочно связан с тремя другими
атомы углерода.(Прочные связи между атомами углерода внутри
каждый самолет объясняет исключительно высокую температуру плавления и
температура кипения графита.) Расстояние между этими плоскостями
Атомы, однако, намного больше, чем расстояние между
атомы внутри планов. Потому что связи между самолетами
слабые, твердое тело легко деформировать, допустив одну плоскость
атомы двигаться относительно друг друга. В результате графит получается мягким.
Достаточно для использования в карандашах и в качестве смазки в моторном масле.

Карандаши

«Свинцовые», кстати, не содержат свинца.
(Это к счастью, потому что многие люди жуют карандаши и грифель.
соединения токсичны.) Графитовые карандаши содержат или
«черный свинец», как его когда-то называли, смешанный с
глина (от 20% до 60% по весу), а затем обожженная, чтобы сформировать керамический стержень.
Увеличение процентного содержания глины делает карандаш более твердым, поэтому
тем меньше графита осаждается на бумаге.

Характерные свойства графита и алмаза могут
заставят вас ожидать, что алмаз будет более стабильным, чем
графит.Это не то, что наблюдается экспериментально. В
стандартная энтальпия образования алмаза ( H ^o _f
= 2,425 кДж / моль) немного больше энтальпии образования
графита, который является наиболее стабильной формой углерода при 25 ^o C
и давление 1 атм. При очень высоких температурах и давлениях,
алмаз становится более устойчивым, чем графит. В 1955 г. генерал
Компания Electric разработала процесс производства алмазов промышленного класса.
обработка графита металлическим катализатором при температуре 2000 г.
до 3000 К и давления выше 125000 атм.Примерно 40%
бриллианты промышленного качества теперь являются синтетическими. Хотя
могут быть синтезированы алмазы ювелирного качества, связанные с этим затраты
непомерно.

И алмаз, и графит представляют собой кристаллы с регулярной упаковкой.
Другие формы углерода аморфные в них отсутствует
регулярная структура. Древесный уголь, технический углерод и кокс — все это
аморфные формы углерода. Древесный уголь в результате нагрева
древесина при отсутствии кислорода. Сделать технический углерод ,
природный газ или другие углеродные соединения сжигаются в ограниченном
количество воздуха для образования густого черного дыма, содержащего
чрезвычайно мелкие частицы углерода, которые могут быть собраны при
газ охлаждается и пропускается через электростатический
осадитель. Кокс имеет более регулярную структуру.
материал, более близкий по структуре к графиту, чем уголь или уголь.
технический углерод, который производится из угля.

Карбиды:
Ковалентная, ионная и межстраничная

Хотя углерод практически инертен при комнатной температуре, он
реагирует с меньшим количеством электроотрицательных отрицательных элементов при высоких
температуры с образованием соединений, известных как карбиды .Когда углерод вступает в реакцию с элементом аналогичного размера и
электроотрицательность, образуется ковалентный карбид .
Карбид кремния, например, получают путем обработки диоксида кремния.
из кварца с избытком углерода в электропечи при
2300 К.

Ковалентные карбиды имеют свойства, аналогичные свойствам алмаза.И SiC, и алмаз инертны к химическим реакциям, за исключением
очень высокие температуры; оба имеют очень высокие температуры плавления; а также
оба являются одними из самых твердых известных веществ. SiC был первым
синтезирован Эдвардом Ачесоном в 1891 году. Вскоре после этого,
Ачесон основал компанию Carborundum, чтобы продавать этот материал.
Тогда, как и сейчас, материалы этого класса чаще всего использовались в качестве
абразивы.

Соединения, содержащие углерод и одно из наиболее активных
металлы называются ионными карбидами .

Об этих соединениях полезно думать так, как если бы они
содержали отрицательно заряженные ионы углерода: [Ca ²⁺ ] [C ₂ ^2- ]
или [Al ³⁺ ] ₄ [C ^4-] ₃ .Эта модель полезна, потому что она объясняет, почему эти карбиды лопаются.
в огонь при добавлении в воду. Ионные карбиды, формально
содержат ион C ^4-, вступающий в реакцию с водой с образованием метана,
который воспламеняется теплом, выделяемым в этой реакции.

Ионные карбиды, формально содержащие C ₂ ^2-
ион реагирует с водой с образованием ацетилена, который воспламеняется
тепло реакции.

Когда-то горняки работали от горящих
ацетилен, полученный реакцией карбида кальция с
вода.

Карбиды внедрения , такие как карбид вольфрама (WC),
образуются, когда углерод соединяется с металлом, имеющим промежуточное звено.
электроотрицательность и относительно большой атомный радиус. В этих
соединения, атомы углерода упаковываются в отверстия (пустоты)
между плоскостями атомов металлов. Межузельные карбиды, которые
включают TiC, ZrC и MoC сохраняют свойства металлов. Они
действуют как сплавы, а не как соли или ковалентные соединения.

Оксиды
Углерод

Хотя различные формы углерода по существу инертны
при комнатной температуре они соединяются с кислородом при высоких
температуры для образования смеси окиси углерода и углерода
диоксид.

CO также может быть получено при обработке раскаленного углерода
готовить на пару.

Поскольку эта смесь газов образуется в результате реакции
древесный уголь или кокс с водой его часто называют водой
газ .Он также известен как городского газа , потому что он был
когда-то производился в городах для использования в качестве топлива. Водяной газ, или
городской газ, был обычным топливом как для домашнего, так и для промышленного использования
до того, как стал доступен природный газ. Модель H ₂
горит с образованием воды, а CO окисляется до CO ₂ .
В конце концов, когда наши запасы природного газа истощатся, он будет
стать экономичным, заменив природный газ другими видами топлива, такими как
как водяной газ, который может быть произведен из наших обильных запасов
каменный уголь.

CO и CO ₂ оба являются бесцветными газами. CO закипает при
-191,5 ^o C, и CO ₂ сублимируется при -78,5 ^o C.
Хотя CO не имеет запаха или вкуса, CO ₂ имеет слабый
резкий запах и отчетливо кислый вкус. Оба опасны
вещества, но с очень разными уровнями воздействия. Воздуха
загрязненный всего лишь 0,002 грамма CO на литр может быть
смертельный, потому что CO прочно связывается с гемоглобином и миоглобином
которые переносят кислород через кровь.CO ₂ не смертельный
пока концентрация в воздухе не приблизится к 15%. В таком случае,
он заменил так много кислорода, что человек, который пытается
дышать этой атмосферой задыхается. Опасность CO ₂
отравление усугубляется тем фактом, что CO ₂ примерно
В 1,5 раза плотнее воздуха в нашей атмосфере. Таким образом, CO ₂
может скапливаться на дне резервуаров или колодцев.

CO ₂
В атмосфере

CO ₂ влияет на температуру атмосферы
через парниковый эффект, который работает следующим образом.CO ₂
поглощает часть более низкой энергии, более длинноволновую инфракрасную
излучение от солнца, которое иначе было бы отражено назад
с поверхности планеты. Таким образом, CO ₂ в
атмосфера удерживает тепло. Хотя есть и другие факторы,
Стоит отметить, что Венера, в атмосфере которой
содержание CO ₂ , имеет температуру поверхности примерно 400 ^o C,
тогда как Марс, с небольшой атмосферой или без нее, имеет поверхность
температура -50 ^o С.

В атмосфере много источников CO ₂ .
В геологическом масштабе времени крупнейшим источником были вулканы.
В течение последнего столетия сжигание нефти, угля и
природный газ внес значительный вклад в атмосферное
уровни CO ₂ (см. рисунок ниже). Между 1958 и
1978 г. средний уровень CO ₂ в атмосфере
увеличился на 6%, с 315,8 до 334,6 промилле.

За один раз количество CO ₂ выпущено в
атмосфера не вызывала беспокойства, потому что естественные процессы
который удалил CO ₂ из атмосферы, может компенсировать
для CO ₂ , попавшего в атмосферу.Обширный, огромный
большая часть CO ₂ высвобождается в результате вулканической деятельности, для
например, был захвачен оксидом кальция или оксидом магния с образованием
карбонат кальция или карбонат магния.

CaCO ₃ встречается в виде известняка, мрамора или смеси
с MgCO ₃ в виде доломита.Количество CO ₂
в месторождениях карбонатных минералов не менее нескольких тысяч
раз больше, чем количество в атмосфере.

CO ₂ также до некоторой степени растворяется в воде.

Затем он реагирует с водой с образованием угольной кислоты H ₂ CO ₃ .

В результате этих реакций в море содержится около 60
раз больше CO ₂ , чем в атмосфере.

Может ли море поглотить больше CO ₂ из атмосферы, или
близок ли он к уровню насыщения? Скорость, с которой море
поглощает CO ₂ больше, чем скорость, с которой мы
добавляя это в атмосферу? Наблюдаемое увеличение
концентрация CO ₂ в последние годы предполагает
пессимистические ответы на эти два вопроса.Постепенное потепление
земная атмосфера может возникнуть в результате продолжающегося увеличения
CO ₂ уровней с неблагоприятным воздействием на климат и
следовательно, сельское хозяйство по крайней мере в северном полушарии.

Химия
карбонатов: CO ₃ ^2-
и HCO ₃ ^—

Яичная скорлупа состоит из почти чистого карбоната кальция.CaCO ₃
также можно найти в панцирях многих морских организмов и в
как известняк, так и мрамор. Тот факт, что ни одно из этих веществ
растворяться в воде предполагает, что CaCO ₃ в норме
не растворим в воде. Карбонат кальция растворяется в воде.
насыщен CO ₂ , однако, поскольку газированная вода
(или угольная кислота) реагирует с карбонатом кальция с образованием кальция
бикарбонат, растворимый в воде.

Когда вода, богатая диоксидом углерода, проходит через известняк
образования, часть известняка растворяется.Если CO ₂
выходит из этой воды, или если часть воды испаряется,
твердый CaCO ₃ переотложен. Когда это происходит как вода
проходит по крыше пещеры, сталактитов , которые
свисают с крыши пещеры, образуются. Если вода падает
перед повторным осаждением карбоната сталагмитов , которые
вырастают из пола пещеры, образуются.

Углекислый газ, растворенный в воде, представляет собой химический состав.
основа индустрии безалкогольных напитков.Первый искусственно
газированные напитки были представлены в Европе в конце
девятнадцатый век. Газированные безалкогольные напитки сегодня состоят из
газированная вода, подсластитель (например, сахар, сахарин,
или аспартам), кислота для придания кислого или терпкого вкуса, ароматизатора
агенты, красители и консерванты. Целых 3,5 литра
газообразного CO ₂ растворить в литре безалкогольного напитка. В
CO ₂ способствует характерному прикусу, связанному с
с газированными напитками.

Химия карбонатов играет важную роль в других частях
пищевая промышленность. Пищевая сода или бикарбонат
соды, это бикарбонат натрия, NaHCO ₃ , слабое основание,
который добавляют в рецепты для нейтрализации кислотности других
ингредиенты. Разрыхлитель представляет собой смесь пищевой соды.
и слабая кислота, такая как винная кислота или водород кальция
фосфат (CaHPO ₄ ). При смешивании с водой кислота
реагирует с ионом HCO ₃ ^— с образованием CO ₂
газ, который заставляет тесто подниматься.

До появления коммерческих разрыхлителей повара
получили тот же эффект, смешав примерно чайную ложку выпечки
сода с стаканом простокваши или пахты.Кислоты, дающие
простокваша и пахта своим характерным вкусом также реагируют
с ионом бикарбоната с образованием CO ₂ .

Фуллерены

В 1985 году Ричард Смолли и его сотрудники из Университета Райса сделали
уникально стабильная форма углерода за счет испарения графита с
лазер. Аппарат, в котором проводился этот эксперимент, был
предназначены для создания небольших молекул, представляющих собой кластеры атомов.В этом кластерном генераторе импульс газообразного гелия проходил через
поверхность графита при возбуждении лазером. В
смесь атомов гелия и углерода, испарившаяся из
поверхность графита охлаждалась по мере расширения газа, и молекулы с
формула C ₆₀ , которые имеют структуру, которая
имеет симметрию футбольного мяча. Поскольку эта структура
напоминает геодезический купол, изобретенный Р. Бакминстером Фуллером, C ₆₀
был назван бакминстерфуллерен , или «бакиболл».
коротко.

Хотя формально это была новая форма чистого углерода, C ₆₀
казалось не более чем лабораторной диковинкой до 1990 года,
когда Вольфганг Крачмер и Консантинос Костиропулос, в
Институт Макса Планка в Гейдельберге сообщил, что этот материал
может быть получен нагреванием графитового стержня в атмосфере
гелий до испарения графита. Когда-то было известно, что C ₆₀
могли быть синтезированы в больших количествах, исследователи искали,
и нашел его в таких общих источниках, как пламя закопченного
свеча.Его даже нашли в черной саже, которая собирается на
стеклянная ширма перед камином.

Некоторые из тех волнений, которые испытали химики, когда C ₆₀
был синтезирован, можно понять, сопоставив эту форму
чистый углерод с алмазом и графитом. C ₆₀ уникальный
потому что он существует в виде отдельных молекул, а не расширенных массивов
атомы. Не менее важно, что C ₆₀ можно получить как
чистое вещество, тогда как поверхности алмаза и графита
неизбежно загрязнены атомами водорода, которые связываются с углеродом
атомы на поверхности.

C ₆₀ теперь известен как член семьи
соединения, известные как фуллерены . Другие соединения в
это семейство включает C ₃₂ , C ₄₄ , C ₅₀ ,
C ₅₈ и C ₇₀ . К ₆₀

может быть самым важным из фуллеренов, потому что это
наиболее симметричная молекула, вращающаяся в твердом теле.
со скоростью более 100 миллионов раз в секунду.Из-за
их симметрии, молекулы C ₆₀ упаковываются так же регулярно, как
Мячи для пинг-понга. Полученное твердое тело обладает необычными свойствами.
Изначально он мягкий, как графит, но при сжатии на 30%,
он становится тверже алмаза. Когда это давление сбрасывается,
твердое тело возвращается к своему первоначальному объему. С ₆₀
поэтому обладает замечательным свойством: он возвращается в норму, когда
выстрелил по металлической поверхности на больших скоростях.

C ₆₀ также обладает замечательной способностью формировать
соединения, в которых это изолятор, проводник,
полупроводник или сверхпроводник.Сам по себе C ₆₀ является
полупроводник. При смешивании с достаточным количеством калия для получения
соединение с эмпирической формулой K ₃ C ₆₀ ,
он проводит электричество как металл. Когда избыток калия
добавлено, это твердое тело становится изолятором. Когда K ₃ C ₆₀
охлаждается до 18 К, в результате получается сверхпроводник. Потенциал
химии фуллеренов как для практических материалов, так и для
лабораторных курьезов достаточно, чтобы объяснить, почему это
молекулу можно охарактеризовать как «экзохармическую», она выделяет
очарование.

Органические соединения | Химия жизни

1.4 Органические соединения (ESG49)

Учащиеся будут изучать углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты под следующими заголовками:

• Молекулярный состав : основные элементы, составляющие класс соединений.
• Структурный состав : как мономеры соединяются вместе с образованием полимеров.
• Биологическая роль : важность этих молекул для животных и растений.
• Химический тест : как определить присутствие каждого класса соединений.

Есть также объяснение ферментов в разделе белков. Этот раздел главы содержит наиболее практическую работу, поэтому следует уделить много времени рассмотрению этого раздела.

Органическое соединение — это соединение, молекулы которого содержат C и обычно по крайней мере одну связь C-C или C-H. Очень маленькие углеродсодержащие молекулы, которые не подчиняются указанным выше правилам, такие как \ (\ text {CO} _ {2} \) и простые карбонаты, считаются неорганическими.Жизнь на Земле была бы невозможна без углерода. Помимо воды, большинство молекул живых клеток основаны на углероде и, следовательно, называются органическими соединениями. Основные классы органических соединений, которые мы рассмотрим в этом разделе, включают углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты.

Каждый из этих классов соединений состоит из больших молекул, построенных из малых субъединиц. Самая маленькая из этих субъединиц называется мономером . Несколько мономеров связываются вместе с образованием полимеров .Каждый из этих полимеров характеризуется определенной структурой за счет образующихся химических связей. Эти структуры связаны с функцией соединения в живых организмах. Поэтому мы будем изучать каждый класс соединений под следующими заголовками:

• Молекулярный состав : основные элементы, составляющие класс соединений.
• Структурный состав : как мономеры соединяются вместе с образованием полимеров.
• Биологическая роль : важность этих молекул для животных и растений.
• Химический тест : как определить присутствие каждого класса соединений.

Углеводы (ESG4B)

Молекулярный состав

Углеводы состоят из углерода (C), водорода (H) и кислорода (O).

Рис. 1.6: Молекула глюкозы состоит из углерода (серые сферы), водорода (белые сферы) и кислорода (красные сферы).

Конструкционный состав

Углеводы состоят из мономеров, известных как моносахаридов .Моносахарид, из которого состоит большинство углеводов, — это глюкоза. Другие моносахариды включают фруктозу, галактозу и дезоксирибозу (обсуждается позже). Эти мономеры могут быть соединены гликозидными связями. Когда два моносахарида химически связаны вместе, они образуют дисахаридов . Примером дисахарида является сахароза (столовый сахар), который состоит из глюкозы и фруктозы. Другие диссахариды включают лактозу, состоящую из глюкозы и галактозы, и мальтозу, состоящую из двух молекул глюкозы.Моносахариды и диссахариды часто называют сахарами или простыми углеводами. Несколько моносахаридов объединяются с образованием полисахаридов . Примеры полисахаридов, с которыми вы столкнетесь, включают гликоген, крахмал и целлюлозу. Полисахариды обычно называют сложными углеводами, так как они дольше расщепляются.

Рисунок 1.7: Примеры пищевых источников различных моносахаридов, дисахаридов и полисахаридов.

Роль у животных и растений

Основная функция углеводов — это молекулы хранения энергии и субстраты (исходный материал) для производства энергии.Углеводы расщепляются живыми организмами с выделением энергии. Каждый грамм углеводов обеспечивает около 17 килоджоулей (кДж) энергии. Крахмал и гликоген являются запасными полисахаридами (полимеры, состоящие из мономеров глюкозы) и, таким образом, действуют как хранилище энергии в живых организмах. Крахмал является запасным полисахаридом в растениях, а гликоген — запасным полисахаридом для животных. Целлюлоза содержится в стенках клеток растений и придает им силы. Все полисахариды состоят из мономеров глюкозы, но различие в свойствах этих веществ может быть связано с тем, как молекулы глюкозы соединяются вместе, образуя разные структуры.Ниже представлены изображения гликогена и крахмала.

Рисунок 1.8: Сравнение крахмала и гликогена. Гликоген более разветвлен, чем крахмал.

Химические тесты для определения наличия крахмала

Вещества, содержащие крахмал, приобретают сине-черный цвет в присутствии раствора йода. Таким образом, наблюдаемое изменение цвета является основой химического теста на соединение.

Рис. 1.9: Гранулы пшеничного крахмала, окрашенные раствором йода и сфотографированные с помощью светового микроскопа.

В следующем исследовании мы проверим несколько различных продуктов на наличие крахмала.

Тест на наличие крахмала

(Essential research-CAPS)

Цель

Для проверки наличия крахмала.

Аппарат

• кусок картофеля или хлеба
• лист салата
• чашка Петри
• раствор йода
• капельница
• других блюд на ваш выбор

Метод

1. Поместите кусок картофеля или хлеба, лист салата и другие образцы пищи в отдельные чашки Петри.
2. С помощью пипетки добавьте несколько капель раствора йода в продукт в каждой чашке Петри.

Рис. 1.10: Схема эксперимента: тест на наличие крахмала с использованием раствора йода.

Наблюдения

Запишите свои наблюдения.

Картофель или хлеб становятся сине-черными в присутствии раствора йода, а лист салата — нет.

Вопросы

Можно ли этим методом определить , сколько присутствует крахмал ? Поясните свой ответ.

Да. Чем насыщеннее сине-черный цвет, тем выше содержание крахмала. Если присутствует только немного крахмала, полученный цвет выглядит более бледным и более фиолетовым, чем черный. Если крахмала нет вообще, видны только цвет исходного материала (например, зеленого листа) и желто-коричневый цвет раствора йода.

Посмотрите видео демонстрацию теста на крахмал.

Видео: 2CMK

Посмотрите видео демонстрацию теста на крахмал.

Видео: 2 см

Посмотрите видео демонстрацию теста на крахмал.

Видео: 2CMN

Химический тест для определения присутствия редуцирующих сахаров

Некоторые моносахариды, такие как глюкоза, известны как редуцирующие сахара . Они определяются как сахара, которые могут легко подвергаться реакциям окисления (т. {\ circ} \) C)

Меры предосторожности

• Соблюдайте правила техники безопасности (перечисленные в главе 1) при розжиге горелки Бунзена.Не зажигайте его на полке или в замкнутом пространстве. Уберите с места все блокноты, бумаги и излишки химикатов. Соберите длинные волосы, свисающие украшения и свободную одежду и никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра, пока оно горит.
• При нагревании пробирок в горячей воде в мензурках убедитесь, что устья пробирок направлены в сторону от вас и других учеников.
• При работе с пробирками, особенно когда они горячие, используйте держатель для пробирок и надевайте защитные очки.

Метод

Приготовьте водяную баню, наполнив стакан водой до половины. Поместите химический стакан на штатив над пламенем Бунзена, как показано на рисунке 1.11. Это послужит вашей водяной баней.

ПРИМЕЧАНИЕ ДЛЯ УЧИТЕЛЯ: Для этого не обязательно использовать водяную баню. Пробирки можно нагревать напрямую. Однако необходимо иметь водяную баню, если у учителя нет газа и он вынужден пользоваться плиткой.

Пока вода не достигнет желаемой температуры, выполните следующие инструкции:

1. Пометьте пробирки 1–4.
2. С помощью шприца или мерного цилиндра добавьте в пробирки следующее:
   • пробирка 1: \ (\ text {5} \) \ (\ text {ml} \) раствора крахмала \ (\ text {1} \% \)
   • пробирка 2: \ (\ text {5} \) \ (\ text {ml} \) из \ (\ text {10} \% \) раствора глюкозы
   • пробирка 3: \ (\ text {5} \) \ (\ text {ml} \) \ (\ text {1} \% \) раствор белка
   • пробирка 4: \ (\ text {5} \) \ (\ text {ml} \) вода.
3. Добавьте \ (\ text {5} \) \ (\ text {ml} \) раствор Бенедикта в каждую пробирку.{\ circ} \) В.
4. Примерно через \ (\ text {5} \) минут, когда в некоторых пробирках произошло изменение цвета, погасите пламя или выньте пробирки из водяной бани.
5. Поместите четыре пробирки в штатив для пробирок и сравните цвета.

Рисунок 1.11: Тест на восстановление сахаров с использованием теста Бенедикта

Результаты

Создайте таблицу для записи результатов этого эксперимента. Важно наблюдать и записывать любые произошедшие изменения.

Вопросы

1. Какие изменения цвета (если они есть) вы наблюдали после нагревания образцов с раствором Бенедикта?
2. Три протестированных раствора являются примерами химических веществ, обнаруженных в клетках: глюкоза, крахмал, белок (белок). Какой из образцов дал положительный результат при добавлении раствора Бенедикта и нагревании пробирки?
3. Какие изменения произошли в консистенции раствора Бенедикта, кроме цвета?
4. Какие выводы можно сделать по результатам расследования?
5. Почему в пробирку 4 была вода?

Ответы

1. Содержимое пробирки 2 становится желто-оранжевым, остальные остаются синими.
2. Только глюкоза.
3. Он стал немного гуще / свернулся.
4. Любое другое тестируемое нами вещество, которое также становится желто-оранжевым при нагревании с раствором Бенедикта, содержит глюкозу или редуцирующий сахар.
5. Это контроль, чтобы показать, что раствор Бенедикта реагирует с другим веществом в пробирке, а не с водой, в которой была растворена глюкоза.

Посмотрите видео-демонстрацию теста на снижение содержания сахара.

Видео: 2CMQ

Посмотрите видео-демонстрацию теста на снижение содержания сахара.

Видео: 2CMR

Липиды (ESG4C)

Молекулярный состав

Липиды содержат углерод (C), водород (H) и кислород (O), но содержат меньше кислорода, чем углеводы. Примеры липидов в рационе включают кулинарные масла, такие как подсолнечное и оливковое масло, сливочное масло, маргарин и сало. Многие орехи и семена также содержат большое количество липидов.

Конструкционный состав

Триглицериды — один из наиболее распространенных типов липидов.Молекулы триглицеридов состоят из глицерина и трех жирных кислот (рис. 1.12). Хвосты жирных кислот состоят из множества соединенных вместе атомов углерода. Количество атомов углерода в цепях жирных кислот может быть разным.

При рисовании органических молекул легко запутаться, выписывая все буквы C и H для углерода и водорода соответственно. Ученые преодолевают это, вытягивая углеродную основу и исключая водород. Углерод всегда будет образовывать 4 связи с другими атомами, поэтому легко вычислить, сколько должно быть атомов водорода.Углерод обозначен точкой, а связи между молекулами углерода обозначены линиями, соединяющими точки.

Рис. 1.12: Молекула триглицерида.

Роль у животных и растений

Липиды являются важным запасом энергии и содержат 37,8 килоджоулей (кДж) энергии на грамм. Липиды триглицеридов расщепляются с высвобождением глицерина и жирных кислот. Глицерин можно преобразовать в глюкозу и использовать в качестве источника энергии, однако большая часть энергии, обеспечиваемой липидами, происходит за счет разрушения цепей жирных кислот.Некоторые жирные кислоты являются незаменимыми питательными веществами, которые не могут вырабатываться организмом и должны потребляться в небольших количествах. Незаменимые жирные кислоты могут вырабатываться в организме из других соединений.

Липиды важны для пищеварения и транспортировки основных витаминов, помогают защитить органы тела от шока и помогают поддерживать температуру тела. Липиды также играют важную роль в клеточных мембранах.

Вы узнаете о важной роли, которую липиды играют в клеточных мембранах, из следующей главы, посвященной основным единицам жизни .

Насыщенные и ненасыщенные жиры

Углерод может образовывать четыре связи с другими атомами. Большинство атомов углерода в цепи жирной кислоты связано с двумя соседними атомами углерода и двумя атомами водорода. Когда каждый атом углерода в цепи жирной кислоты образует четыре одинарные связи и имеет максимальное количество атомов водорода, цепь жирной кислоты называется насыщенной , потому что она «насыщена» атомами водорода. Однако иногда два соседних атома углерода образуются из двойной связи. В этом случае каждый углерод, участвующий в двойной связи, присоединен только к одному водороду.Жирные кислоты, которые имеют двойные связи углерод-углерод, известны как ненасыщенные , потому что двойная связь может быть «разорвана» и может образоваться дополнительная связь с водородом. Двойные связи сильнее одинарных, и они придают цепи жирной кислоты изгиб. Эти изгибы означают, что молекулы не могут плотно упаковываться вместе, и липиды более текучие. Вот почему ненасыщенные жиры имеют тенденцию быть жидкими при комнатной температуре, а насыщенные жиры — твердыми. Жирная кислота
цепи с множеством двойных связей
называются полиненасыщенными жирными кислотами.

Рис. 1.13: Жирные кислоты могут быть насыщенными, мононенасыщенными или полиненасыщенными, в зависимости от количества присутствующих двойных связей. Двойные связи приводят к «перегибам» в цепи жирных кислот.

Холестерин

Холестерин — это органическое химическое вещество, известное как стерол . От вас не требуется понимать его молекулярный состав или структурный состав. Это важный компонент клеточных мембран. Основные пищевые источники холестерина включают сыр, яйца, свинину, птицу, рыбу и креветки.Холестерин переносится через организм с помощью белков крови, известных как липопротеинов . Липопротеин — это любая комбинация липида и белка.

Холестерин переносится с кровью через организм липопротеинами высокой плотности , липопротеинами низкой плотности и триглицеридами.

1. Липопротеины низкой плотности (ЛПНП) : Липопротеины низкой плотности переносят холестерин по всему телу. В нем более высокая доля холестерина по сравнению с белком.Его часто называют «плохим» холестерином, потому что более высокий уровень ЛПНП связан с сердечными заболеваниями.
2. Липопротеины высокой плотности (ЛПВП) : Липопротеины высокой плотности — самые маленькие из липопротеинов. Он имеет высокую долю белка по сравнению с холестерином и поэтому часто известен как «хороший» холестерин. ЛПВП переносит холестерин от клеток в печень, где он расщепляется или выводится из организма в виде отходов.

Вы узнаете больше о том, как холестерин может закупорить артерии и привести к сердечным заболеваниям, в главе о транспортных системах животных

Высокий уровень ЛПНП может вызвать сердечные заболевания.Холестерин накапливается в кровеносных сосудах, по которым кровь идет от сердца к тканям и органам тела, называемым артериями. Это приводит к затвердеванию и сужению этих сосудов, что препятствует транспортировке крови и потенциально может привести к сердечному приступу. Самый большой вклад в количество холестерина в крови — это тип жиров, которые вы едите. Насыщенные жиры менее полезны, чем ненасыщенные, поскольку они увеличивают количество холестерина ЛПНП в крови.

Тест на липиды

Тест на липиды основан на том факте, что липиды оставляют полупрозрачное «жирное пятно» на коричневых бумажных пакетах, в то время как нелипидные вещества этого не делают.

Посмотрите видео, демонстрирующее тест на липиды.

Видео: 2CMS

Translucent означает, что объект пропускает свет.

Тест на наличие липидов

(Essential research-CAPS)

Цель

Для проверки на наличие липидов.

Аппарат

• кусок бумаги или бумажный пакет «рыба с жареным картофелем»
• пищевые продукты, например картофель фри, кусок горячего мяса и т. Д.
• 10 мл растительного масла (положительный контроль)
• 10 мл воды (отрицательный контроль)

Метод

1. Положительный контроль : добавьте кулинарное масло в коричневый бумажный пакет, пока оно не впитается.Часть бумаги, впитывающая масло, должна быть полупрозрачной по сравнению с той, которая не пропускает масло.
2. Отрицательный контроль : смочите бумагу водой. Бумага может стать влажной и намокшей, но она не должна стать полупрозрачной.
3. Экспериментальные образцы : испачкайте коричневый бумажный пакет исследуемым продуктом питания и поднесите его к свету. Если он полупрозрачный, как и в положительном контроле, пищевой продукт содержит липид.

Наблюдения

Запишите свои наблюдения, отмечая все ключевые различия между контролем и экспериментальным образцом.

Бумага стала полупрозрачной, когда на нее поместили маслянистую пищу, так же, как полупрозрачное пятно на бумаге, содержащей растительное масло. Бумага, содержащая воду, была влажной, но легко высыхала и никогда не была полупрозрачной, поэтому мы можем сделать вывод, что еда содержала масла или липиды, а не воду.

Альтернативные методы определения липидов

Альтернативный метод проверки наличия липидов в образце — раздавить или растворить образец в этаноле. Жиры и липиды растворяются в спирте.После приготовления раствора этанола есть два способа проверить, содержит ли этот образец липиды:

1. Отфильтруйте раствор этанола через фильтровальную бумагу: липидов, растворенных в этаноле, сделают фильтровальную бумагу полупрозрачной. Как только спирт испарится, останется полупрозрачное пятно.
2. Добавьте образец этанола в воду: липидов не растворяются в воде. Следовательно, если раствор этанола содержит липиды, липиды выпадут в осадок из раствора при смешивании с водой, в результате чего раствор станет молочным.

Белки (ESG4D)

Молекулярный состав

Белки содержат углерод (C), водород (H), кислород (O), азот (N) и могут содержать другие элементы, такие как железо (Fe), фосфор (P) и серу (S).

Конструкционный состав

Белки состоят из аминокислот . Существуют \ (\ text {20} \) общие аминокислоты, из которых состоят все белки в живых организмах. Девять из них считаются незаменимыми аминокислотами , поскольку они не могут синтезироваться в организме из других соединений и должны быть получены с пищей.Аминокислоты связаны вместе пептидными связями с образованием пептидов . Длинная пептидная цепь образует белок, который складывается в очень специфическую трехмерную форму. Эта трехмерная форма полностью определяется идентичностью и порядком аминокислот в пептидной цепи. Мы часто называем четырьмя различными уровнями структуры белка (рис. 1.14):

Поскольку последовательность аминокислот определяет способ сворачивания белка, если вы начнете с определенной пептидной цепи, вы всегда получите одну и ту же трехмерную структуру!

• Первичная структура : Это относится к последовательности аминокислот, соединенных пептидными связями с образованием полипептидной цепи.Некоторые белки содержат менее сотни аминокислот, а другие — несколько тысяч.
• Вторичная структура : это первый уровень трехмерного складывания. Он полностью управляется водородными связями . Водородная связь обычно приводит к тому, что области намотки цепи и другие области образуют листы.
• Третичная структура : Это второй уровень трехмерного фолдинга и общая окончательная форма белковой молекулы.Вторичные структуры и неструктурированные области цепи дополнительно складываются в глобулярную форму за счет гидрофобных взаимодействий (неполярные области, пытающиеся покинуть воду в клеточной среде) и электростатических взаимодействий (полярные и заряженные области, желающие взаимодействовать с водной средой). и друг друга).
• Четвертичная структура : Некоторые белки являются сложными: две или более пептидных цепей складываются в свои третичные структуры, затем эти полные структуры связываются вместе посредством гидрофобных и электростатических взаимодействий с образованием конечного белка.

Рисунок 1.14: Первичный, вторичный, третичный и четвертичный уровни структуры белка

Роль у животных и растений

Белки играют важную роль в нескольких важнейших биологических функциях. Белки содержатся в волосах, коже, костях, мышцах, сухожилиях, связках и других структурах и выполняют ключевые структурные и механические функции. Белки также важны для клеточной коммуникации и иммунной системы. Белки также могут выступать в качестве запаса энергии при расщеплении в процессе пищеварения.Каждый грамм белка может быть расщеплен, чтобы высвободить 17 кДж энергии. Определенные белки, называемые ферментами , играют важную роль в катализе клеточных реакций, которые являются частью метаболизма.

Белки необходимы для любой диеты. Недостаток белка приводит к болезни, называемой квашиоркор (рис. 1.15) или маразм (рис. 1.16). Маразм вызывается общим дефицитом питания (голоданием), а квашиоркор — именно недостатком белка.

Мясо или овощи: какой источник белка лучше?

И животный белок, и белок овощей полезны для здоровья. Но каждый тип содержит другие питательные вещества. Итак, какой «пакет» питательных веществ — мясо или овощи — лучше для здоровья?

• 180-граммовый стейк содержит 40 г белка, НО также содержит 38 г жира, что больше, чем рекомендуемая диета
• Из такого же количества лосося получается 34 г белка и 18 г жира.
• В стакане вареной чечевицы содержится 18 г белка и 1 г жира.

Тест на белки

Тест Biuret Test для использования белков включает тестирование на наличие пептидной связи. Реагент биурета — это реагент на основе меди, который становится пурпурным при связывании с белком в щелочном растворе (рис. 1.17). Чем больше присутствует пептидных связей, тем больше интенсивность пурпурного цвета, что указывает на более высокую концентрацию белка.

Наличие белка также можно определить с помощью реагента Миллона .Реагент Миллона реагирует с аминокислотами тирозина, обычными для большинства белков, и приводит к образованию красновато-коричневого осадка при нагревании.

В таблице 1.5 ниже приведены основные тесты и их ожидаемые результаты в присутствии и отсутствии белка.

Посмотрите видеодемонстрацию теста биурета на белок.

Видео: 2CMT

Таблица 1. {\ circ} \) C)

( ПРИМЕЧАНИЕ: Реагент Миллона и раствор Биурета в этом эксперименте должны быть приготовлены для вас вашим учителем).

Метод

Тест на белок с реактивом Миллона

ВНИМАНИЕ! Реагент Миллона очень токсичен! Избегайте вдыхания его паров.

1. С помощью пипетки или пипетки добавьте несколько капель реагента Миллона в пробирку, содержащую альбумин.
2. С помощью пипетки или пипетки добавьте несколько капель реагента Миллона в пробирку, содержащую сахарную воду.
3. Используя пипетку или пипетку, добавьте несколько капель реагента Миллона в пробирку, содержащую образцы вашей пищи, которую нужно проверить.
4. Нагрейте смеси в кипящей воде в течение 5 минут.
5. Обратите внимание на любые изменения цвета.

Тест на белок с помощью теста Biuret

1. С помощью пипетки или пипетки добавьте несколько капель раствора биурета в пробирку, содержащую альбумин.
2. С помощью пипетки или пипетки добавьте несколько капель раствора Биурета в пробирку, содержащую сахарную воду.
3. Используя пипетку или пипетку, добавьте несколько капель раствора Биурета в пробирку, содержащую образцы ваших продуктов, которые нужно протестировать.
4. Обратите внимание на любые изменения цвета.

Рисунок 1.17: Биуретовый тест: это ожидаемое изменение цвета, если присутствует белок

Наблюдения

Запишите свои наблюдения, отмечая все ключевые различия между положительным контролем, отрицательным контролем и экспериментальными образцами

Наблюдения: Реагент Миллона

Белок приобретает кирпично-красный цвет и становится твердым. Красноватый цвет указывает на положительный результат теста на белок. Вода с сахаром не становится красной — она ​​остается прозрачной, что свидетельствует об отсутствии белков.Любые образцы пищевых продуктов, которые становятся красновато-коричневыми при нагревании с реактивом Миллонса, также содержат белки.

Наблюдения: биуретовый тест

Белок становится фиолетовым, что указывает на присутствие белков. Сахарная вода остается синего цвета добавленного сульфата меди — она ​​не становится фиолетовой, что указывает на отсутствие белков. Любые образцы пищевых продуктов, которые становятся фиолетовыми при добавлении химикатов Biuret, содержат белок.

Посмотреть видео-демонстрацию эксперимента по тестированию белков:

Видео: 2CMV

Ферменты (ESG4F)

Ферменты — это белковые молекулы, которые помогают протекать химическим реакциям в живых организмах.Термин фермент имеет особое значение:
фермент — это биологический катализатор, который ускоряет скорость химической реакции, но не используется в самой химической реакции. Разберем это определение подробнее.

Узнайте, что такое ферменты и как они работают.

Видео: 2CMW

Биологический : Ферменты — это белковые молекулы, состоящие из длинных цепочек аминокислот. Они складываются в уникальные трехмерные структуры с областью, известной как активный центр , где происходят реакции.

Катализатор : Ферменты ускоряют химические реакции, но сами по себе не используются. Все химические реакции требуют определенного минимального количества энергии. Эта энергия известна как свободная энергия активации . Ферменты снижают энергию активации, тем самым ускоряя химические реакции (рис. 1.18).

Рис. 1.18: Ферменты снижают энергию активации, тем самым ускоряя протекание реакций.

Ферменты не расходуются в реакциях, которые они катализируют : они не изменяют равновесия реакций, поэтому они катализируют как прямые, так и обратные реакции.Направление, в котором протекает реакция, определяется концентрацией субстратов и продуктов реакции.

Ферменты могут участвовать в реакциях разрушения или наращивания молекул. Реакции разложения известны как катаболических реакций. Нарастающие реакции известны как анаболических реакций.

Модель действия фермента «замок и ключ»

Ферменты очень специфичны в отношении катализируемых ими реакций.Специфичность зависит от связей, образованных между активным центром фермента и его субстратом. Активные сайты имеют определенную форму, которая позволяет связывать очень специфический субстрат. Высокоспецифичный характер связывания фермента с субстратом сравнивают с «замком и ключом», где фермент выступает в качестве «замка», а субстрат — в качестве «ключа» (рис. 1.19). Субстрат связывает активный центр с образованием комплекса фермент-субстрат. Происходит реакция, затем продукт покидает активный центр, поскольку он больше не соответствует «замку» так же, как субстрат.Фермент остается неизменным.

Рис. 1.19: Эта диаграмма иллюстрирует «ключ-замок» модель действия фермента.

Исследование того, как действуют биологические стиральные порошки

(Essential research-CAPS)

Цель

Для проверки работы ферментов в биологических стиральных порошках.

Аппарат

• два яйца всмятку (яйца, сваренные вкрутую, содержат денатурированные белки, не оставляющие пятен)
• два стакана
• биологический стиральный порошок (с ферментами)
• Небиологический стиральный порошок (старый тип стирального порошка)
• вода
• две мерные ложки

Метод

1. Пометьте 3 стакана «Био», «Небио» и «Контроль», которые будут содержать биологический стиральный порошок, небиологический стиральный порошок и воду (отрицательный контроль) соответственно.
2. В стакане с надписью «Био» растворите \ (\ text {5} \) \ (\ text {g} \) биологический стиральный порошок в \ (\ text {30} \) \ (\ text {ml} \) вода.
3. В стакане с надписью «Non-Bio» растворите \ (\ text {5} \) \ (\ text {g} \) небиологический стиральный порошок в \ (\ text {30} \) \ (\ text { мл} \) воды.
4. Налейте \ (\ text {30} \) \ (\ text {ml} \) водопроводной воды в контрольную мензурку.
5. Выньте небольшое количество яичного желтка.
6. Поместите по чайной ложке яичного желтка в каждый стакан.
7. Оставьте ложки в мензурках на 1-2 часа.
8. Наблюдайте за своими результатами.

Результаты

1. Запишите свои наблюдения.
2. Предложите причину своих наблюдений.
3. Напишите заключение на расследование.

Результаты

Яичный желток в биологическом стиральном порошке медленно растворяется с ложки. Яичный желток в небиологическом стиральном порошке частично поднимается с ложки, но не распадается и не растворяется в воде.В контрольном стакане изменений нет — желток остается на ложке.

Причины наблюдений

Ферменты биологического стирального порошка разбили яичный желток на более мелкие молекулы, которые отрываются от ложки и растворяются в воде. Этого не произошло ни с небиологическим порошком, ни с контролем.

Заключение

Биологические стиральные порошки лучше, чем небиологические стиральные порошки, удаляют органические пятна с одежды.

Ферменты в повседневной жизни

Свойства ферментов контролировать реакции широко используются в коммерческих целях. Примеры некоторых из этих применений перечислены ниже:

• Биологические стиральные порошки содержат ферменты, такие как липазы (расщепляет липиды) и протеазы (расщепляет белок), которые помогают разлагать пятна, вызванные продуктами питания, кровью, жиром или жиром. Эти биологические стиральные порошки экономят энергию, поскольку они эффективны при низких температурах.
• Размягчители для мяса содержат ферменты, полученные из таких фруктов, как папайя или ананас. Когда эти ферменты используются в мясных смягчителях, они смягчают мясо.
• Молоко без лактозы производится в первую очередь для людей с непереносимостью лактозы. У людей с непереносимостью лактозы отсутствует фермент лактаза, который переваривает лактозу (молочный сахар). Лактоза предварительно переваривается путем добавления в молоко лактазы.

Факторы, влияющие на действие фермента

1.Температура

У человека ферменты лучше всего работают в \ (\ text {37} \) \ (\ text {° C} \) (рис. 1.20). Это оптимальная температура. При очень высоких температурах белки денатурируют ; это означает, что водородное, гидрофобное и электростатическое взаимодействия, которые приводят к трехмерной форме белка, разрушаются, превращая белок в его первичную структуру, длинную цепочку аминокислот. Когда белок денатурируется, изменяется форма его активного центра, а также остальная часть формы белка.Субстрат больше не может соответствовать активному центру фермента, и химические реакции не могут происходить. Низкие температуры могут замедлить или даже деактивировать ферменты, поскольку низкая температура означает меньшую доступную кинетическую энергию, так что даже более низкая энергия активации, которую допускает фермент, недоступна. Первый график показывает влияние температуры на активность фермента.

2. pH

Активность фермента чувствительна к pH. Ферменты имеют оптимальный pH, как показано на графике, но они могут эффективно функционировать в пределах диапазона pH.Эффективность фермента резко падает, когда pH выходит за пределы оптимального диапазона. Фермент может денатурироваться при воздействии pH за пределами диапазона pH, поскольку pH влияет на заряд некоторых аминокислот и, следовательно, влияет на электростатические взаимодействия, удерживающие вместе третичную структуру. Второй график показывает влияние pH на активность фермента.

Оптимальный pH и температура для фермента будут определяться видом живого существа, в котором он находится. Оптимальная температура ферментов в организме человека составляет 37 ° C.Бактерии, которые живут в компостных кучах, имеют ферменты с оптимальным диапазоном значений в 40, а бактерии, называемые гипертермофилами (любители очень высоких температур), которые живут в горячих источниках, имеют ферменты с оптимальными температурами выше 80 ° C.

Рис. 1.20: Графики, показывающие влияние температуры и pH на активность фермента соответственно.

В следующем исследовании будет изучено влияние температуры на активность фермента каталазы. Перекись водорода потенциально токсична, поэтому живые ткани содержат фермент каталаза, который расщепляет его на нетоксичные соединения, а именно воду и кислород.Вы изучите влияние фермента каталазы на расщепление перекиси водорода. Далее вы изучите влияние pH и температуры на активность ферментов.

Изучение влияния каталазы из куриной печени на перекись водорода

(Essential research-CAPS)

Цель

Для демонстрации действия каталазы на перекись водорода.

Аппарат

• Мерные цилиндры 10 мл
• пипетка
• \ (\ text {3} \% \) Раствор перекиси водорода
• скальпель
• щипцы
• баланс
• печень куриная при комнатной температуре
• Печень куриная отварная
• печень куриная замороженная
• стержень для перемешивания

Метод

Следуйте инструкциям ниже:

• Отрежьте два квадратных куска весом 0.1 г образца свежей печени и поместите каждый в отдельный мерный цилиндр на 10 мл.
• Используйте чистый мерный цилиндр для измерения 3 мл воды. Перелейте в один из цилиндров, содержащих свежую печень. Это ваш негативный контроль.
• Используйте чистый мерный цилиндр для измерения 3 мл перекиси водорода. Перелейте в оставшийся цилиндр, содержащий свежую печень. Это ваш положительный контроль.
• Подождите четыре минуты, а затем измерьте и запишите высоту образовавшихся пузырьков кислорода в каждом баллоне.

Вопросы

1. Назовите три переменных, которые должны оставаться стабильными на протяжении этих экспериментов, и объясните, почему они должны оставаться стабильными.
2. Какая реакция происходит?
3. Как бы вы могли сделать этот эксперимент более точным?
4. Какие еще факторы влияют на скорость реакции, кроме температуры?

Ответы

1. Факторы остались прежними: [любые три из следующих]
   • Используйте одинаковое количество куриной печени в каждом мерном цилиндре, чтобы контролировать количество присутствующего фермента.
   • Используйте 3 мл воды и 3 мл перекиси водорода в двух разных цилиндрах, чтобы количество жидкости оставалось постоянным.
   • Дайте двум цилиндрам одинаковое время для прохождения реакции, чтобы можно было надежно сравнить барботажные колонки.
   • Содержимое обоих мерных цилиндров должно иметь одинаковую температуру, чтобы температура не мешала исследуемой реакции.
2. Это катаболическая реакция / реакция разложения, поскольку перекись водорода распадается на кислород (пузырьки) и воду (оставшаяся жидкость).Реакция также является экзотермической, поскольку мерный цилиндр нагрелся — во время реакции выделялось тепло.
3. Повышение точности:
   • Залейте жидкость в оба цилиндра одновременно.
   • Более точно отмерьте количество куриной печени.
   • Должна быть возможность вычислить объем кислорода, выделяемого при пропускании его через воду, и более точно рассчитать объем кислорода, используя принцип вытеснения. В существующем методе часть кислорода улетучивалась в воздух, когда пузырьки лопались, поэтому измерение высоты является приближением объема выделившегося кислорода.
4. Другие факторы, влияющие на скорость реакции:
   • Количество фермента в печени.
   • Количество доступного субстрата.
   • pH среды.
   • Состояние куриной печени — если она не свежая, некоторые ферменты могут быть неактивными.
   • Температура печени и жидкости.

Каковы наилучшие условия для фермента каталазы? Что происходит, когда фермент или живую ткань помещают в перекись водорода? Узнайте в этом видео.

Видео: 2CMX

Исследование влияния каталазы из куриной печени на перекись водорода — ЧАСТЬ B

Цель

Для демонстрации влияния температуры на активность каталазы.

Метод

• Добавьте 3 мл перекиси водорода в три отдельных градуированных мерных цилиндра на 10 мл. Отметьте один цилиндр «печень куриная замороженная»; второй — «вареная куриная печень» и третий — «куриная печень комнатной температуры».
• Вырежьте по 0,1 г квадрата из замороженной и вареной куриной печени комнатной температуры.Положите кусочки печени в мерный цилиндр с соответствующей маркировкой с перекисью водорода.
• Оставьте кусочки печени на четыре минуты и измерьте высоту образовавшихся пузырьков.

Вопросы

1. Объясните причины различий, наблюдаемых для трех измерительных цилиндров.
2. Назовите зависимые и независимые переменные в этом эксперименте.
3. Как бы вы могли сделать этот эксперимент более точным?
4. Что бы вы сделали на основании своих наблюдений?

Ответы

1. Печень при комнатной температуре реагирует очень быстро и производит большое количество больших пенистых белых пузырьков, потому что ферменты очень активны — они близки к своей оптимальной температуре и легко расщепляют перекись водорода на воду и кислород.Замороженная печень сначала реагирует очень медленно и образует очень мало пузырьков, поскольку ферменты неактивны при таких низких температурах — им не хватает энергии активации. Когда реакция выделяет тепло, фермент немного позже ускоряется и образует более крупные пузырьки с большей скоростью, но никогда не так быстро, как при комнатной температуре. Вареная печень не проявляет никакой реакции — пузырьки не образуются, потому что ферменты денатурировались при кипячении. Их форма изменилась, и они вообще не могут катализировать реакцию.
2. • Зависимой переменной является скорость реакции, то есть количество образовавшегося кислорода, которое было измерено как высота барботажной колонны.
   • Независимая переменная — температура — печень была комнатной температуры, замороженной или вареной.
3. • Более точно измерьте количество печени и объем перекиси водорода и держите их одинаковыми.
   • Убедитесь, что все 3 мерных цилиндра идентичны — одинаковой ширины.
   • Залейте перекись водорода в баллоны одновременно.
   • Улавливайте количество выделившегося кислорода и используйте принцип вытеснения для более точного расчета объема газа.
4. Температура влияет на активность ферментов. Ферменты наиболее активны при температуре, близкой к их оптимальным температурам, но они денатурируют и не могут функционировать, если температура слишком высока. При очень низких температурах ферменты не могут работать эффективно из-за недостатка энергии активации — они работают очень медленно.

Нуклеиновые кислоты (ESG4G)

Нуклеиновые кислоты, такие как ДНК и РНК, представляют собой большие органические молекулы, которые являются ключевыми для всех живых организмов. Строительные блоки нуклеиновых кислот называются нуклеотидами . Каждый нуклеотид состоит из сахара, фосфата и азотистого основания. Нуклеотиды соединены фосфодиэфирными связями , которые соединяют фосфат одного нуклеотида с сахаром другого. Нити фосфат-сахар-фосфат-сахар образуют «основу», на которой выставлены азотсодержащие основания.Следовательно, нуклеиновые кислоты представляют собой полимеров , состоящих из множества нуклеотидов. ДНК представляет собой двухцепочечный полимер из-за образования водородных связей между азотистыми основаниями двух комплементарных цепей. РНК — одноцепочечный полимер. Нуклеиновые кислоты не нужно получать с пищей, потому что они синтезируются с использованием промежуточных продуктов метаболизма углеводов и аминокислот.

Нуклеиновые кислоты включают:

• Дезоксирибонуклеиновая кислота ( ДНК ): содержит «инструкции» по синтезу белков в форме генов.ДНК находится в ядре каждой клетки, а также в меньших количествах присутствует в митохондриях и хлоропластах.
• Рибонуклеиновая кислота ( РНК ): важна для передачи генетической информации от ДНК для образования белков. Он находится на рибосомах, в цитоплазме и ядре.

ДНК

также можно найти внутри хлоропластов и митохондрий.

Рисунок 1.21: Схематическая диаграмма ДНК и РНК: ДНК двухцепочечная, а РНК одноцепочечная.

Структура и функция ядра будут подробно объяснены в следующей главе: Основные единицы жизни .

Характеристика неорганических соединений | Химическая лаборатория

Характеристика неорганических соединений ^1,2,3

Автор: Дж. М. Маккормик

Последнее обновление: 24 августа 2011 г.

Методы определения характеристик неорганических соединений, под которыми мы подразумеваем соединения, содержащие металл, не отличаются от тех, которые вы изучили в лаборатории органической химии.Природа соединений исключает некоторые методы, но также открывает другие. Ниже приведен частичный список различных физических методов, то, что они говорят вам, и их применимость для характеристики неорганических соединений. Методы характеристики, выделенные синим цветом, в основном используются химиками-неорганиками и обычно требуются для публикации. ⁴

Физические характеристики
Точки плавления / кипения
Неорганические соединения часто являются ионными, поэтому имеют очень высокие температуры плавления.Хотя некоторые неорганические соединения представляют собой твердые вещества с доступными температурами плавления, а некоторые — жидкости с приемлемыми температурами кипения, нет исчерпывающих таблиц данных по температуре плавления / кипения для неорганических соединений, которые существуют для органических веществ. Обычно точки плавления и кипения не используются для идентификации неорганического соединения, но их можно использовать для оценки его чистоты, если они доступны.

Цвет
Неорганические соединения, в отличие от многих органических соединений, очень красочны.К сожалению, цвет сам по себе не является надежным индикатором идентичности соединения, но он полезен, когда кто-то следит за разделением на колонке.

Формы кристаллов
Информацию о расположении частиц в твердом теле можно получить по форме хорошо сформированного кристалла или наблюдая за визуальными изменениями в кристалле при его вращении под поляризационным микроскопом. Форма кристаллов используется как средство идентификации минералов, но минералоги имеют преимущество перед химиками в том, что их кристаллы являются результатом очень долгих, медленных процессов кристаллизации, которые часто приводят к образованию крупных кристаллов правильной формы.

Элементный анализ
Элементный анализ — один из наиболее полезных методов, доступных для характеристики соединений. Вы можете провести элементный анализ самостоятельно, используя стандартные процедуры (гравиметрический, колориметрический, AA), но часто удобнее заплатить за это кому-то другому. Для анализа C, H, N в профессиональной лаборатории требуется ~ 10 мг образца и ~ 50 долларов США, но это определенно того стоит.

Масс-спектроскопия
В неорганической химии это чаще всего используется для определения молярной массы соединений.Когда данные масс-спектроскопии сочетаются с элементным анализом, можно определить химическую формулу вещества. Анализ структуры фрагментации соединения может быть использован для получения структурной информации. Обычно этого не делают из-за сложной структуры фрагментации неорганических соединений, а также из-за того, что для определения структуры доступны другие методы.

Хроматография
Чаще всего используется для отделения продукта от сложной реакционной смеси.Если доступен известный образец соединения, его можно идентифицировать в реакционной смеси, добавив в анализируемое вещество известное соединение. Большая часть хроматографии в неорганической химии проводится на растворах (например, колоночная хроматография и ВЭЖХ, как с нормальной, так и с обращенной фазой), поскольку высокая температура кипения многих неорганических соединений препятствует анализу с помощью ГХ.

Другие физические свойства
Раньше вкус и запах использовались для характеристики соединений. Однако они больше не рекомендуются из-за потенциальной токсичности новых соединений.

Полезным физическим свойством, которое можно использовать для различения ионных и неионных соединений, является «хрусткость». При измельчении шпателем большинство ионных соединений будут хрустящими, а неионные — нет. Это не следует делать с азидными, перхлоратными или фульминатными солями, потому что они обычно взрывоопасны.

Спектроскопические / структурные методы

УФ-видимая спектроскопия поглощения
Число, энергия и интенсивность полос поглощения соединения переходного металла в УФ-видимой и ближней ИК-области могут быть использованы для определения общего типа атома, связанного с металлом, и геометрии около металл.Есть некоторые усложняющие факторы, которые мы обсудим в лекции, но есть достаточно публикаций о спектроскопии соединений переходных металлов, чтобы помочь вам во всем разобраться.

Спектроскопия кругового дихроизма (КД)
КД спектроскопия измеряет степень, с которой образец вращает свет с круговой поляризацией. CD ограничивается энантиомерно чистыми оптически активными соединениями; равная смесь энантиомеров не даст спектра КД (энантиомерные пары, имеющие спектры КД, которые являются зеркальным отображением друг друга и поэтому будут уравновешиваться).КД похожа на спектроскопию поглощения, но из-за различных правил отбора для электронных переходов, интенсивности и ширины пиков могут быть разными для КД и поглощения (энергия пика, однако, должна быть одинаковой). Это очень полезный метод изучения металлсодержащих белков и ферментов, поскольку хиральность пептида индуцирует сигнал CD от любого металла, связанного с белком.

ИК-абсорбционная спектроскопия
Может использоваться, как и в органической химии, для снятия отпечатков пальцев на соединении.В простых соединениях количество, энергия и интенсивность ИК-переходов напрямую связаны с геометрией соединения и с какими атомами связаны другие атомы. К сожалению, некоторые колебания металл-лиганд и многие колебания более тяжелых элементов происходят за пределами частотного окна большинства коммерческих инструментов. Для сложных соединений, включающих большие органические фрагменты, становится труднее интерпретировать ИК. ИК-спектр полезен для определения присутствия сложных противоионов, таких как PF ₆ ^—, ClO ₄ ^—, BF ₄ ^—, поскольку они имеют характерное поглощение в ИК-диапазоне.Щелкните здесь , чтобы просмотреть страницу «Частоты вибрации».

Рамановская спектроскопия
Рамановская спектроскопия дополняет ИК-спектроскопию поглощения. Оба датчика вибрации внутри соединения, но у них разные правила выбора. Рассматривая, какие пики присутствуют или отсутствуют в двух спектрах соединения, можно определить геометрию; хотя бы в простых случаях. Раман также полезен, потому что он может, в зависимости от конструкции прибора, сканировать до очень низких частот (~ 100 см ^-1 ) и, таким образом, наблюдать переходы, слишком низкие для ИК-поглощения.Вариант техники, резонансного комбинационного рассеяния, может быть использован для определения колебаний и идентификации лигандов.

Ядерный магнитный резонанс (ЯМР)
Рабочая лошадка химии. Хотя парамагнитный ЯМР не невозможен, ЯМР обычно проводят с диамагнитными соединениями. Спектры ЯМР неорганических соединений часто сложнее, чем у органических соединений, потому что другие ядра также имеют ядерные магнитные моменты. Таким образом, в дополнение к знакомым ¹ H ( I = 1/2) и ¹³ C ( I = 1/2), есть ~ 90 других элементов, которые имеют хотя бы один ЯМР. -активное ядро.Несмотря на меньшее распространение, чем стандартный ЯМР в растворе, твердотельный ЯМР и даже монокристаллический ЯМР использовались для материалов, которые просто не растворяются в каком-либо растворителе.

Магнетизм
Число неспаренных электронов в соединении переходного металла является очень полезным физическим свойством. Зная магнетизм, можно определить, какой металл присутствует, степень его окисления и даже приблизительное представление о структуре металла. Магнитные измерения часто выполняются с помощью весов Гуи, весов Эванса (модифицированная версия весов Гуи, которые есть у нас в лаборатории) или магнитометра SQUID (сверхквантовое интерференционное устройство).Магнитный момент соединения также можно определить методом ЯМР с использованием метода Эванса. Его единственный недостаток заключается в том, что это объемный метод, и при использовании со смесями измеренный магнитный момент будет средневзвешенным из моментов всех присутствующих парамагнитных разновидностей.

Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР или ЭПР)
В то время как ЯМР обычно используется только для диамагнитных соединений, ЭПР предназначен для парамагнитных соединений с нечетным числом неспаренных электронов (ЭПР может быть проведен при четном количестве неспаренных электронов, но это гораздо более сложный эксперимент).В этом эксперименте образец облучается микроволновым излучением, и поле качается до тех пор, пока не возникает резонанс. Поле, в котором возникает резонанс, зависит от количества неспаренных электронов, геометрии металлического центра и лигандов металла. Во многом ЭПР и ЯМР одинаковы, и есть даже техника, которая их объединяет (ENDOR, двойной электронно-ядерный резонанс, спектроскопия).

Магнитный круговой дихроизм (MCD)
MCD — это гибридный метод, основанный на том факте, что вся материя будет вращать свет с круговой поляризацией в присутствии магнитного поля.Это наиболее полезно для парамагнитных соединений (с четным или нечетным числом неспаренных электронов). Поскольку это и магнитный, и спектроскопический метод, MCD можно использовать для измерения магнитных свойств и электронных переходов соединения. MCD наиболее эффективен при использовании в сочетании с другим методом. Его также можно использовать для смеси, если можно идентифицировать переходы, происходящие от разных видов. Основным ограничением МКД является то, что она обычно проводится при низкой температуре (<77 К) и образцы должны быть бездеформационными стеклами.Стоимость оборудования и криогенов ограничила MCD лишь несколькими группами по всему миру.

Электрохимия
Для большинства химиков-неоргаников электрохимия означает циклическую вольтамперометрию (ЦВ). CV был назван «электрохимическим эквивалентом спектроскопии», поскольку его можно использовать для определения 1) степени окисления, 2) E ⁰ каждого окислительно-восстановительного процесса, которому может подвергаться соединение, и 3) кинетики окислительно-восстановительного процесса. окислительно-восстановительный процесс.CV — это стандартный метод определения характеристик в большинстве лабораторий неорганических материалов.

Рентгеновские методы
Рентгеновская дифракция на монокристаллах — самый эффективный рентгеновский метод для химиков-неоргаников. Путем точного измерения интенсивности и углов, под которыми рентгеновский луч дифрагирует от кристалла, можно восстановить расположение атомов. Очевидно, что в качестве прямого исследования структуры кристаллография является бесценным методом характеризации всех типов соединений.Некоторые неорганические соединения (например, горные породы, минералы) нельзя получить в виде монокристаллов. В этих случаях порошковая дифракция рентгеновских лучей может использоваться для определения размеров элементарной ячейки для использования при идентификации (существует большой индексированный каталог постоянных решетки для многих минералов).

И т. Д.
Существует большое количество методов для определения характеристик неорганических соединений. Некоторые ограничиваются одним или двумя элементами (например, мессбауэровская спектроскопия), в то время как другие требуют больших и дорогих инструментов (например,г., EXAFS). Они не так важны в повседневной работе, но вы должны знать о них и их сильных и слабых сторонах.

Каталожные номера

1. Щелкните здесь, чтобы загрузить этот файл в формате PDF (ссылка еще не активна).