 |
Кислородные соединения углерода. Угольная кислота и её соли. Карбонаты, их роль в организме.
|
|
|
|
В соответствии с возможными степенями окисления атома углерода, он образует два оксида: CO (оксид углерода(2)) – угарный газ, CO2 (оксид углерода (4)) – углекислый газ.
Оксид углерода (2) получают из муравьиной кислоты при нагревании в присутствии концентрированной серной кислоты как водоотнимающего средства:
HCOOH = H2O + CO
Оксид угдерода (4) получают действием кислоты на твердые карбонаты:
CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2
Физические свойства.
Оксид углерода (2) – угарный газ, бесцветный, без запаха, немного легче воздуха, плохо растворим в воде, ЯДОВИТ!
Оксид углерода (4) – углекислый газ бесцветный, без запаха, малорастворим в воде, тяжелее воздуха, является солеобразующим оксидом.
Химические свойства.
Оксид углерода(2).
1. Взаимодействие с кислородом:
2CO + O2 = 2CO2
2. Взаимодействие с оксидом меди (2):
CO + CuO = Cu + CO2
Оксид углерода(4).
1. Взаимодействует с основными оксидами:
CO2 + CaO = CaCO3
2. Взаимодействует с основаниями:
CO2 + Ca(OH)2 = CaCO2 + H2O
Угольная кислота и ее соли.
Угольная кислота существует только в растворе. Её можно получить растворением оксида углерода (4) в воде:
CO2 + H2O = H2CO3
При нагревании угольная кислота разлагается на оксид углерода (4) и воду, эта реакция обратима.
Угольная кислота образует два ряда солей: средние – карбонаты и кислые – гидрокарбонаты. Например, Na2CO3 – карбонат натрия, NaHCO3 – гидрокарбонат натрия.
Соли угольной кислоты – устойчивые соединения. Их получают, пропуская оксид углерода (4) через раствор щелочи:
CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O
При длительном пропускании оксида углерода (4) через раствор щелочи образуется кислая соль:
Na2CO3 + H2O + CO2 = 2NaHCO3
Все гидрокарбонаты хорошо растворимы в воде в отличие от карбонатов, из которых растворимы только карбонаты щелочных металлов и аммония.
|
|
|
Химические свойства.
1. Карбонаты и гидрокарбонаты при действии даже слабых кислот разлагаются с выделением CO2:
K2CO3 + 2HCl = 2KCl + H2O + CO2
KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2
2. Растворимые карбонаты взаимодействуют с другими растворимыми солями:
K2CO3 + BaCl2 = BaCO3 + 2KCl
3. При нагревании многие карбонаты разлагаются с выделением CO2:
CaCO3 = CaO + CO2
а гидрокарбонаты переходят в карбонаты:
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2
Карбонаты кальция (пищевая добавка Е170) – это обычный белый мел. Краситель Е170 представляет собой химическое соединение - соль угольной кислоты, нерастворимую вводе и этаноле. В природе карбонаты кальция распространены достаточно широко, встречаются в виде минералов кальцита, арагонита и ватерита. Большинство групп беспозвоночных (моллюски, губки) состоят из различных форм карбоната кальция. Пищевая добавка Е170 обычно поставляется на производство в виде мелкого белого порошка. Химическая формула карбоната кальция (красителя Е170): CaCO3.
Вопрос№55.
Кремний распространение в природе. Важнейшие минералы и горные породы, содержащие кремний (силикаты).
Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.
Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма - соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры). Основные минералы, образуемые диоксидом кремния - это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.
Вопрос№56.
Кремниевый ангидрид. Кремниевая кислота и её соли. Их значение.
Oксид кремния(IV) (диоксид кремния, кремнезём) SiO2) — бесцветные кристаллы, tпл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью.
|
|
|
Свойства.
· Относится к группе кислых оксидов
· При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами
· Растворяется в плавиковой кислоте
· SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, т.е. склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла.
· Диэлектрик (электрический ток не проводит)
Кремниевая кислота (H2SiO3) – кислота очень слабая, в воде мало растворима. При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте:
H2SiO3 = H2O + SiO2
Соли кремниевой кислоты называются силикатами. Их состав обычно изображают формулой в виде соединений оксидов элементов. Например, силикат кальция CaSiO3 можно выразить так: СаO•SiO2.
Силикаты обычно нерастворимы в воде. Исключение составляют силикаты натрия и калия, получаемые сплавлением SiO2 с соответствующими гидроокисями или карбонатами, например:
SiO2 + Na2CO3 = CO2 + Na2SiO3
Вопрос№57.
Подгруппа меди: характеристика. Распространение меди в природе, ее свойства, применение. Оксиды и гидроксиды меди. Соли двухвалентной меди. Комплексные соединения меди. Медь как микроэлемент. Медьсодержащие пестициды. Применение соединений меди в животноводстве. Серебро. Антисептические свойства соединений серебра.
Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 4,7·10-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1·10-2 %), чем в верхней (2·10-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. М. энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды М., имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов М. преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная М., карбонаты и окислы.
М. — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание М. в живом веществе 2·10-4 %, известны организмы — концентраторы М. В таёжных и других ландшафтах влажного климата М. сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит М. и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) М. малоподвижна; на участках месторождений М. наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.
|
|
|
В речной воде очень мало М., 1·10-7 %. Приносимая в океан со стоком М. сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены М. (5,7·10-3 %), а морская вода резко недосыщена М. (3·10-7 %).
В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление М. в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в ГДР). М. энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд М. в песчаниках.
Химические свойства
Химическая активность небольшая, убывает с увеличением атомного номера.
Медь и её соединения
Получение
1. Пирометаллургия
CuO + C = Cu + CO
CuO + CO = Cu + CO2
2. Гидрометаллургия
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu
электролиз:
2CuSO4 + 2H2O = 2Cu + O2 + 2H2SO4
(на катоде) (на аноде)
Химические свойства
Взаимодействует с неметаллами при высоких температурах:
2Cu + O2 = 2CuO
Cu + Ci2 = CuCl2
Медь стоит в ряду напряжений правее водорода, поэтому не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах – окислителях:
3Cu + 8HNO3(разб.) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 2H2O
Cu + 4HNO3(конц.) = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
Cu + 2H2SO4(конц.) = CuSO4 + SO2 +2H2O
Применение. Большая роль М. в технике обусловлена рядом её ценных свойств и прежде всего высокой электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам М. — основной материал для проводов; свыше 50 % добываемой М. применяют в электротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводность М., а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9 % Cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из М. ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Около 30—40 % М. используют в виде различных сплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50 % Zn) и различные виды бронз; оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. (подробнее см. Медные сплавы). Кроме нужд тяжёлой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество М. (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шёлка.
|
|
|
Соединения одновалентной меди
Встречаются либо в нерастворимых соединениях (Cu2O, Cu2S, CuCl), либо в виде растворимых комплексов (координационное число меди – 2):
CuCl + 2NH3 = [Cu(NH3)2]Cl
Оксид меди (I) - красного цвета, получают восстановлением соединений меди (II), например, глюкозой в щелочной среде:
2CuSO4 + C6H12O6 + 5NaOH = Cu2O + 2Na2SO4 + C6H11O7Na + 3H2O
Соединения двухвалентной меди
Оксид меди (II) - чёрного цвета. Восстанавливается под действием сильных восстановителей (например, CO) до меди. Обладает основным характером, при нагревании растворяется в кислотах:
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O
Гидроксид меди (II) Cu(OH)2 - нерастворимое в воде вещество светло-голубого цвета. Образуется при действии щелочей на соли меди (II):
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
При нагревании чернеет, разлагаясь до оксида:
Cu(OH)2 = CuO + H2O
Типичное основание. Растворяется в кислотах.
Cu(OH)2 + 2HCl = CuCl2 + 2H2O
Cu(OH)2 + 2H+ = Cu2+ + 2H2O
Растворяется в растворе аммиака с образованием комплексного соединения (координационное число меди – 4) василькового цвета (реактив Швейцера, растворяет целлюлозу):
Cu(OH)2 + 4NH3 = [Cu(HN3)4](OH)2
Малахит Cu2(OH)2CO3. Искусственно можно получить по реакции:
2CuSO4 + 2Na2CO3 + H2O = Cu2(OH)2CO3 + 2Na2SO4 + CO2
Разложение малахита:
Cu2(OH)2CO3 = 2CuO + CO2 + H2O
Медь как микроэлемент. Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития. В растениях и животных содержание меди варьируется от 10–15 до 10–3%. Мышечная ткань человека содержит 1·10–3% меди, костная ткань — (1-26)·10–4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных - участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5-6 мг меди.
|
|
|
Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м3, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.
Вопрос№58.
|
|
|
