Какое вещество проявляет двойственные свойства
Лоло Лай · 22 мая 2018
1,5 K
ALBA synchrotron, postdoc
Органика — это такой конструктор. Если между двумя функциональными группами есть хотя бы одна С-С связь, можно в нулевом приближении считать, что каждая из них ведёт себя так же, как в монофункциональной молекуле. В аминокислоте есть -NH2 и есть -COOH, каждая из них умеет взаимодействовать так, как ей положено.
Сколько химических реакций происходит одновременно в одной клетке?
Врач-педиатр, Федеральная сеть клиник и диагностических центров «Эксперт» г…
В живой клетке каждую секунду протекают сотни и тысячи всевозможных химических реакций. И происходит это в простых физиологических условиях. Работа клеток возможна, т.к. они содержат уникальные катализаторы, которые могут значительно ускорять химические реакци, называемые ферментами.
Процветание различных форм жизни в значительной степени объясняется тем, что клетки способны образовывать большое количество ферментов. Под их чутким руководством сложные многостадийные реакции могут происходить мгновенно.Поразительная особенность химических процессов клетки — стабильность. Если все реакции в клетке так тесно связаны между собой, то при малейшем сбое работа должна быть парализована. Клетке удаётся приспосабливаться к внешним условиям, управляя деятельностью собственных ферментов.
Комбинации различных механизмов регулирования деятельности ферментов могут вызывать сильные и длительные изменения химических реакций, протекающих в клетке. Изменяя активность определённых ферментов, клетка направляет химические реакции по нужному ей пути.
Например: глюкоза обычно используется в организме для получения энергии, которая выделяется при расщеплении молекул этого моносахарида. В некоторых условиях, например, после сильных физических нагрузок, умственного перенапряжения организму необходимо восстановить запасы глюкозы. В таких случаях происходит переключение с расщепления глюкозы на её синтез. И основную роль здесь играют ферменты, отвечающие в клетке за превращения углеводов.
Прочитать ещё 1 ответ
Есть ли у искусственно синтезированных веществ (в еде, товарах для дома) какие-то недостатки по сравнению с такими же веществами органического происхождения?
Н.с. химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова,
преподаватель химии и…
В этом вопросе содержатся сразу два. Давайте сначала разберёмся с термином «органический». В рамках химической терминологии это слово относится к определённой и очень большой группе веществ, которых объединяет некоторая общность строения (в первую очередь — наличие разветвлённых углеродных цепей). Таким образом, понятие «органический» не является антонимом слова «синтетический» (что значит «произведённый человеком») или слова «искусственный» (что значит «отсутствующий в природе»): не существующее в природе вещество вполне может быть неорганическим. Маркетинговый термин «органический», калькированный с английского, не имеет строгого биохимического основания (а официальной сертификации «органической» продукции в России и вовсе нет). Кстати, в Германии такая продукция носит маркировку «био» — чем такой термин хуже?
Теперь следующий вопрос — о постоянстве состава. Спор о том, влияет ли методика синтеза вещества на его состав, активно вёлся в XIX веке, и в итоге победило представление Джона Дальтона о том, что состав сложных веществ постоянен. Однако проповедовавший обратное Клод Луи Бертолле был посмертно оправдан уже в прошлом веке: сейчас нам известно большое число сложных кристаллических веществ переменного состава, который зависит от способа синтеза. Однако вся эта химическая теория имеет довольно слабое отношение к тем действующим веществам, что входят в состав лекарств и бытовой химии — их состав вполне себе постоянен (эфир, определяющий запах груши, имеет тот же состав, что ароматическая добавка, имитирующая этот вкус — разрабатывающие это дело синтетики тратят очень много времени и сил, чтобы достичь максимального соответствия). Другое дело — побочные продукты синтеза и результаты плохой очистки реакционной смеси от растворителей, вот этого и вправду можно опасаться. Но только вот «натуральность» никак не спасает от возможности присутствия в подобных вещей в продуктах.
Прочитать ещё 1 ответ
Почему NH2-группа проявляет имеет свойство присоединять протоны, а COOH — наоборот, избавляться от них?
ALBA synchrotron, postdoc
Ну давайте начнём с того, что ваша исходная посылка неверна. Аминогруппа может проявлять кислотные свойства, а карбоксильная группа может проявлять основные. Алкиламиды щелочных металлов во многих случаях можно выделить в чистом виде. Некоторые из них являются продажными реактивами, например в SigmaAldrich 10 г диэтиламидалития стоят 70$. Стабильных соединений с протонированными карбоксилами сходу не назову, но хорошо известно, что именно протонирование является первой стадией реакции этерификации:
Таким образом, правильный вопрос должен звучать так: почему карбоксил является более сильной кислотой Бренстеда, чем амин, а амин является более сильным основанием Бренстеда чем карбоксил?
Насчёт сравнительной основности в принципе достаточно рассмотреть сравнительную электроотрицательность элементов: при протонировании на кислороде или азоте должен возникать положительный заряд, более электроотрицательному кислороду это менее выгодно. Дополнительной проблемой в случае карбоксила будет наличие мезомерной структуры с положительным зарядом на атоме углерода (средняя в квадратных скобках выше). Такая структура является хорошим электрофилом и будет атаковать всё, что подвернется под руку, так что удержать её в виде соли будет очень непросто.
Что касается кислотности, помимо опять же разной электроотрицательности огромный вклад в стабильность карбоксильного аниона вносит тот факт, что заряд равномерно распределён по обоим атомам кислорода:
Хорошо известно, что чем сильнее «размазан» заряд в пространстве, тем ион стабильнее.
Зачем нужна классификация веществ: разделение на соли, кислоты и основания?
Надо же их как-то называть.
Химию придумали, чтобы изучать взаимодействие веществ. Это взаимодействие подчиняется определенным законам, и некоторые вещества обладают сходными свойствами, а другие вещества обладают другими сходными свойствами. За счет разделения веществ на классы законы взаимодействия становится возможно сформулировать в некотором общем виде, а не по инструкции (смешай вот эту желтую фигню с синей и жди, пока не почернеет).
Прочитать ещё 1 ответ
Почему аминокислоты могут соединяться между собой?
Мои интересы: разнообразны, но можно выделить следующие: литература, история…
Аминокислоты соединяются между собой связями, которые называются пептидными. Пептидная связь – это связь между α-карбоксильной группой одной аминокислоты и α-аминогруппой другой аминокислоты.
Если степень окисления некоторого атома в химическом соединении промежуточная, то этот атом может как принимать электроны (т.е. быть окислителем), так и отдавать их (т.е. быть восстановителем). Такое поведение, в частности, характерно для пероксида водорода, поскольку в состав молекулы Н2O2 входят атомы кислорода в промежуточной степени окисления минус 1:
(окислитель) ® Н2O–2 (2O–1 + 2e– ® 2O–2)
(восстановитель) ® O20 (2O–1 – 2e– ® O20).
При прогнозировании поведения пероксида водорода и других веществ, характеризующихся окислительно-восстановительной двойственностью, необходимо учитывать следующее. Если, например, для пероксида водорода партнёром по реакции является вещество, способное быть только окислителем (KMnO4, K2Cr2O7), то H2O2 будет вести себя как восстановитель и окисляться до O2. Если же пероксид водорода взаимодействует с веществом, способным проявлять только восстановительные свойства (KI), то молекулы H2O2 будут выполнять функцию окислителя, восстанавливаясь до молекул H2O.
Окислительно-восстановительная двойственность характерна также для азотистой кислоты и нитритов:
(окислитель) ® , или , или ;
(восстановитель) ® .
Активные неметаллы, например, галогены в щелочных растворах подвергаются реакциям самоокисления-самовосстановления (диспропорционирования); в этих реакциях одна часть атомов простого вещества является окислителем, а другая – восстановителем:
Cl20 ® 2Cl–1 Cl20 ® 2Cl–1
Cl20 ® 2 Cl20 ® 2
Несмотря на то, что вещества, в состав которых входит атом в промежуточной степени окисления, теоретически могут быть как окислителями, так и восстановителями, на практике часто преимущественно проявляются либо окислительные, либо восстановительные свойства. Например, атомы Mn+4, Cu+2, Fe+2, S+4 в соединениях MnO2, CuSO4, Fe(OH)2, Na2SO3, в принципе, могут проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, однако оксид марганца (IV) в кислых растворах – сильный окислитель, восстанавливающийся в соответствии со схемой:
MnO2 ® Mn2+;
соединения двухвалентной меди проявляют окислительные свойства, восстанавливаясь до соединений одновалентной меди:
Cu2+ ® Cu+1;
соединения железа (II) легко окисляются до соединений железа (III):
Fe2+ ® Fe3+; Fe(OH)2 ® Fe(OH)3;
растворимые соли железа (III) проявляют окислительные свойства, восстанавливаясь до соединений железа (II):
Fe3+ ® Fe2+;
сульфиты – сильные восстановители и легко окисляются до сульфатов:
SO32– ® SO42–.
Некоторые неметаллы (C, S, P, As) окисляются концентрированной азотной кислотой до высшей степени окисления:
С ® CO2; S ® SO42– P ® H3PO4 As ® H3AsO4
Йод окисляется азотной кислотой до степени окисления +5: I2 ® HIO3.
Сама HNO3 в этих реакциях может восстанавливаться как до NO2, так и до NO.
Неметаллы могут также окисляться концентрированной серной кислотой:
С ® CO2; S ® SO2 H2 ® H2O P ® H3PO4
При этом H2SO4 восстанавливается до SO2.
Далее рассматриваются примеры, иллюстрирующие использование приведённого выше теоретического материала при прогнозировании продуктов окислительно-восстановительных реакций.
Пример 4.1Спрогнозируйте продукты следующей окислительно-восста-новительной реакции и составьте уравнение реакции ионно-электронным методом (т.е. методом полуреакций): K2Cr2O7 + N2H4 + H2SO4 ® … .
При выполнении данного задания следует учитывать, что запись H2SO4 в условии подразумевает разбавленную серную кислоту; если в реакции участвует концентрированная серная кислота – будет применяться запись H2SO4 (конц.).
Разбавленная серная кислота в подавляющем большинстве окислительно-восстановительных реакций (исключение – реакции с активными металлами) не проявляет себя ни как окислитель, ни как восстановитель и применяется для создания кислой среды. Следовательно, окислитель и восстановитель нужно искать среди двух оставшихся веществ. Атом хрома в K2Cr2O7 находится в высшей степени окисления +6. Поэтому в любой окислительно-восстановительной реакции K2Cr2O7 ведёт себя как окислитель. В кислой среде дихромат-ионы восстанавливаются до ионов Cr3+: Cr2O72– ® 2Cr3+.
В молекуле N2H4 атом азота находится в промежуточной степени окисления минус 2. Теоретически атом в промежуточной степени окисления может быть как окислителем, так и восстановителем. Но в данной реакции функцию окислителя выполняет K2Cr2O7. Поэтому гидразин (N2H4) – восстановитель. Как уже было ранее сказано, атомы-восстановители в отрицательной степени окисления обычно окисляются до нулевой степени окисления. Поэтому, даже не зная химии гидразина, можно предположить, что продуктом его окисления в данной реакции будет азот: N2H4 ® N2.
Исходные схемы превращений: Cr2O72– ® 2Cr3+
N2H4 ® N2
Процедура составления ионно-электронных уравнений подробно рассмотрена в методических указаниях по общей химии [2]. Напомним кратко важнейшие правила уравнивания атомов кислорода и водорода при составлении полуреакций.
В ту часть составляемого ионно-электронного уравнения реакции, протекающей в кислой среде, где имеется недостаток атомов кислорода, следует записать на каждый недостающий атом О одну молекулу Н2О, а в другую часть уравнения – два иона Н+.
В ту часть составляемого ионно-электронного уравнения реакции, протекающей в кислой среде, где не хватает атомов водорода следует записать нужное количество ионов Н+.
Cr2O72– + 14H+ + 6e– ® 2Cr3+ + 7H2O 2
N2H4 ® N2 + 4H+ + 4e– 3
2Cr2O72– + 3N2H4 + 28H+ ® 4Cr3+ + 3N2 + 12H+ + 14H2O
2Cr2O72– + 3N2H4 + 16H+ ® 4Cr3+ + 3N2 + 14H2O
2K2Cr2O7 + 3N2H4 + 8H2SO4 ® 3N2 + 2Cr2(SO4)3 + 2K2SO4 + 14H2O
Пример 4.2 Спрогнозируйте продукты следующей окислительно-восстановительной реакции и составьте уравнение реакции ионно-электронным методом (т.е. методом полуреакций): Cl2 + KOH ® … .
Щёлочи (LiOH, NaOH, KOH, Ca(OH)2, Ba(OH)2) в водных растворах не проявляют ни окислительных, ни восстановительных свойств. При проведении окислительно-восстановительных реакций эти вещества используются для создания щелочной среды. Следовательно, и окислителем, и восстановителем в данной реакции являются атомы хлора; это реакция самоокисления-самовосстановления (реакция диспропорционирования).
Атомы хлора (нулевая степень окисления), являющиеся окислителем, принимают электроны; их степень окисления становится равной минус 1: Cl2 ® 2Cl–.
Другая часть атомов хлора отдают электроны и приобретают положительную степень окисления; обычно, в реакциях диспропорционирования галогенов это или степень окисления +1 (например, HClO, KClO) или +5 (например, HClO3, KClO3). Очевидно, что в щелочной среде продуктом реакции не может быть кислота. Следовательно, при окислении хлора в щелочной среде может получиться соль (KClO или KClO3). Рассмотрим, например превращение Cl2 ® 2ClO3–.
Исходные схемы превращений: Cl2 ® 2Cl–
Cl2 ® 2ClO3–
В ту часть составляемого ионно-электронного уравнения реакции, протекающей в щелочной среде, где недостаёт атомов кислорода, следует записать на каждый недостающий атом кислорода два иона OH–, а в другую часть уравнения – одну молекулу H2O.
Cl2 + 2e– ® 2Cl– 5
Cl2 + 12OH– ® 2ClO3– + 6H2O + 10e– 1
6Cl2 + 12OH– ® 10Cl– + 2ClO3– + 6H2O
3Cl2 + 6OH– ® 5Cl– + ClO3– + 3H2O
3Cl2 + 6KOH ® 5KCl + KClO3 + 3H2O
Пример 4.3. Спрогнозируйте продукты следующей окислительно-восста-новительной реакции и составьте уравнение реакции ионно-электронным методом (т.е. методом полуреакций): KMnO4 + H2O2 + KOH ® … .
Атом марганца в KMnO4 находится в высшей степени окисления +7. Поэтому в любой окислительно-восстановительной реакции KMnO4 проявляет свойства окислителя. В щелочной среде атом Mn+7 в составе перманганат-иона восстанавливается до Mn+6 (образуется манганат-ион): MnO4– ® MnO42–.
KOH обеспечивает щелочную среду и не проявляет окислительно-восстановительную активность (см. пример 4.2). Следовательно, восстановителем являются атомы кислорода в молекуле H2O2, степень окисления которых равна минус 1 (промежуточная). Атомы кислорода O–1 окисляются до нулевой степени окисления (типичное поведение восстановителя в отрицательной степени окисления): H2O2 ® O2.
Исходные схемы превращений: MnO4– ® MnO42–
H2O2 ® O2
Составление полуреакции превращения H2O2 ® O2 требует уравнивания атомов водорода: если в какой-либо части составляемого ионно-электронного уравнения реакции, протекающей в щелочной среде, имеется избыток атомов водорода, то в эту часть уравнения на каждый избыточный атом водорода следует записать один ион OH–, а в другую часть уравнения – одну молекулу Н2О.
MnO4– + e– ® MnO42– 2
H2O2 + 2OH– ® O2 + 2H2O + 2e– 1
2MnO4– + H2O2 + 2OH– ® 2MnO42– + O2 + 2H2O
2KMnO4 + H2O2 + 2KOH ® 2K2MnO4 + O2 + H2O
Пример 4.4. Спрогнозируйте продукты следующей окислительно-восста-новительной реакции и составьте уравнение реакции ионно-электронным методом (т.е. методом полуреакций): KMnO4 + NaNO2 + H2O ® … .
Атом марганца в KMnO4 находится в высшей степени окисления +7 (окислитель). В нейтральной среде (в левой части уравнения – молекулы воды) KMnO4 (Mn+7) восстанавливается до MnO2 (Mn+4): MnO4– ® MnO2¯.
Атом азота в NaNO2 находится в промежуточной степени окисления +3 и поэтому нитрит натрия выступает в качестве восстановителя, окисляясь до нитрата: NO2– ® NO3–.
Исходные схемы превращений: MnO4– ® MnO2¯
NO2– ® NO3–
Следует иметь в виду, что в ходе реакции, которая начинается в нейтральной среде, может происходить либо подкисление раствора, либо подщелачивание, либо среда раствора останется без изменений.
Таким образом, в рассматриваемом примере при составлении полуреакций нужно определиться, как уравнивать атомы кислорода: с помощью ионов H+ и молекул H2O (кислая среда) или же с помощью ионов OH– и молекул H2O (щелочная среда).
Если предпринять попытку уравнять атомы кислорода по правилу для кислой среды, то получится следующий результат:
MnO4– + 4H+ + 3e– ® MnO2¯ + 4H2O 2
NO2– + H2O ® NO3– + 2H+ + 2e– 3
2MnO4– + 3NO2– + 8H+ + 3H2O ® 2MnO2¯ + 3NO3– + 6H+ + 4H2O
2MnO4– + 3NO2– + 2H+ ® 2MnO2¯ + 3 NO3– + H2O
Этот результат противоречит условию: в левой части ионно-молекулярного уравнения оказались ионы Н+, хотя по условию реакция должна начинаться в нейтральной среде. Следовательно, уравнивание атомов кислорода лучше выполнить с помощью ионов OH– и молекул H2O.
MnO4– + 2H2O + 3e– ® MnO2¯ + 4OH– 2
NO2– + 2OH– ® NO3– + H2O + 2e– 3
2MnO4– + 3NO2– + 6OH– + 4H2O ® 2MnO2¯ + 3NO3– + 8OH– + 3H2O
2MnO4– + 3NO2– + H2O ® 2MnO2¯ + 3NO3– + 2OH–
2KMnO4 + 3NaNO2 + H2O ® 2MnO2¯ + 3NaNO3 + 2KOH
Варианты заданий по теме прогнозирование продуктов окислительно-восстановительных реакций представлены в таблице 4.1
КАТЕГОРИИ:
Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)
Окислители и восстановители
Восстановителем называется вещество, в состав которого входит элемент, повышающий степень окисления. Окислителем называется вещество, в состав которого входит элемент, понижающий степень окисления при протекании реакции.
С точки зрения электронной теории, окислением называют процесс отдачи электронов. Вещество, присоединяющее электроны и вызывающее таким образом окисление другого вещества, называется окислителем.Окислителями являются большинство неметаллов (галогены, кислород, сера и др.), многие кислородосодержащие кислоты (HNO3, H2SO4, HCIO4, HCIO3, HCIO2, HCIO, H2SeO4) и их соли (NaNO3, KCIO3, NaCIO2, NaCIO); соединения металлов в высших положительных степенях окисления (KMnO4, K2Cr2O7, K2FeO4).
Восстановлением, согласно электронной теории, называют процесс присоединения электронов. Вещество, отдающее электроны (и этим вызывающее восстановление другого вещества), называется восстановителем.Восстановителями являются металлы, соединения металлов в низших степенях окисления (FeSO4, SnCl2, CrCl3, MnSO4 и др.), некоторые неметаллы (водород, углерод), соединения неметаллов в отрицательных степенях окисления (NH3, H2S, HI, KI); соединения неметаллов в немаксимальных положительных степенях окисления (SO2, H2SO3, HNO2, NaNO2, H3PO3, H3PO2).
Многие вещества в зависимости от партнёра по реакции и условий её проведения могут быть как восстановителями, так и окислителями. Способность многих веществ быть как восстановителями, так и окислителями, называется окислительно-восстановительной двойственностью. Например, в ряду соединений, расположенных по возрастанию степени окисления азота
,
аммиак обладает только восстановительными свойствами, так как в его составе азот находится в крайней отрицательной степени окисления, которая может только повышаться. Азотная кислота, наоборот, обладает только окислительными свойствами, так как азот в ней находится в крайней положительной степени окисления, которая может только понижаться. Остальные вещества, в которых азот находится в промежуточных степенях окисления, обладают окислительно-восстановительной двойственностью.
Таким образом, окислительно-восстановительной двойственностью обладают вещества, в состав которых входят элементы в промежуточных степенях окисления.
Пример 7. Среди данных соединений укажите окислители, восстановители и вещества с окислительно-восстановительной двойственностью: 1) FeCl3, K2FeO4, Fe; 2) K2S, H2SO4, Na2SO3
Решение. В перечне 1 степень окисления железа в соединениях равна +3 (FeCl3), +6 (K2FeO4) и 0 (Fe), следовательно окислителями являются феррат калия K2FeO4, восстановителем – железо (Fe), а хлорид железа (III) FeCl3 обладает окислительно-восстановительной двойственностью.
В перечне 2 окислителем является серная кислота (степень окисления серы +6 – максимальная), восстановителем – H2S (степень окисления серы –2 – минимальная), а двойственными свойствами обладает сульфит натрия Na2SO3 (степень окисления серы +4 – промежуточная).
Дата добавления: 2014-12-16; Просмотров: 3661; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Рекомендуемые страницы:
Читайте также: