Лекция тема: «Химия элементов viа -viiа группы. Хлор. Биологическая роль, применение в медицине и фармации»


Скачать 222.36 Kb.
НазваниеЛекция тема: «Химия элементов viа -viiа группы. Хлор. Биологическая роль, применение в медицине и фармации»
Дата публикации10.06.2014
Размер222.36 Kb.
ТипЛекция
referatdb.ru > Химия > Лекция
Ф КГМУ 4/3-04/02

ИП №6 от 14 июня 2007 г.

Карагандинский государственный медицинский университет




Кафедра фармацевтической химии с курсом химии



ЛЕКЦИЯ
Тема: «Химия элементов VIА -VIIА группы. Хлор. Биологическая роль, применение в медицине и фармации»


Дисциплина: Неорганическая химия
Специальность 5В110300 «Фармация»

Курс 1

Время (продолжительность) 50 минут



Караганда 2012 г.

Утверждена на заседании курса химии

« ». . 2012г. Протокол №



Ответственный за курс ______________Л.М. Власова

Тема: Химия элементов VIА -VIIА группы. Хлор. Биологическая роль, применение в медицине и фармации.
Цель: студент должен быть способен раскрыть взаимосвязь химического строения элементов и химических свойств элементов VIA и VIIA групп и их важнейших соединений, определить биологическую роль,применение в медицине и фармации элементов VIA и VIIA групп.
План лекции

1. Общая характеристика р-элементов VIA-VIIA группы.

2. Физические свойства р-элементов.

3. Химические свойства простых веществ.

4. Химические свойства и строение важнейших соединений р элементов VIA-VIIA группы.


    • Тезисы лекции

^ ШЕСТАЯ ГРУППА ПЕРИОДИЧЕСКОЙ

СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ
Общая характеристика элементов VI группы

Шестая группа периодической системы элементов состоит из двух подгрупп: главной — кислород, сера, селен, теллур и полоний — и побочной — хром, молибден и вольфрам. В главной подгруппе выделяют подгруппу селена (селен, теллур и полоний), побочную подгруппу называют подгруппой хрома. Все элементы главной подгруппы, кроме кислорода, могут присоединять по два электрона, образуя электроотрицательные ионы.

Элементы главной подгруппы имеют на внешнем электронном

уровне по шесть электронов (s2р4). Атомы кислорода имеют два неспаренных электрона и не имеют d-уровня. Поэтому кислород проявляет в основном степень окисления 2 и только в соединениях со фтором +2. Сера, селен, теллур и полоний тоже имеют на внешнем уровне шесть электронов (s2p4), но у всех у них есть незаполненный d-уровень, поэтому они могут иметь до шести неспаренных электронов и в соединениях проявлять степень окисления — 2, +4 и +6.

Закономерность изменения активности этих элементов такая же, как и в подгруппе галогенов: легче всего окисляются теллуриды, затем селениды и сульфиды. Из кислородных соединений серы наиболее устойчивы соединения серы (VI), а для теллура — соединения теллура (IV). Соединения селена занимают промежуточное положение.

Селен и теллур, а также их соединения с некоторыми металлами (индием, таллием и др.) обладают полупроводниковыми свойствами и широко используются в радиоэлектронике. Соединения селена и теллура очень токсичны. Они применяются в стекольной промышленности для получения цветных (красных и коричневых) стекол.

В элементах подгруппы хрома идет заполнение d-уровня, поэтому на s-уровне их атомов — по одному (у хрома и молибдена) или два (у вольфрама) электрона. Все, они проявляют максимальную степень окисления +6, но для молибдена, и особенно для хрома, характерны соединения, в которых они имеют более низкую степень окисления (+4 для молибдена и +3 или +2 для хрома). Соединения хрома (III) очень устойчивы и похожи на соединения алюминия. Все металлы подгруппы хрома находят широкое применение.

Молибден был впервые получен К. В. Шееле в 1778 г. Он используется в производстве сталей высокой прочности и вязкости, применяющихся для изготовления оружейных стволов, брони, валов и др. Из-за способности испаряться при высокой температуре он мало пригоден для изготовления нитей накала, но обладает хорошей способностью сплавляться со стеклом, поэтому используется для изготовления держателей вольфрамовых нитей в лампах накаливания.

Вольфрам был открыт также К. В. Шееле в 178! г. Он применяется для получения специальных сталей. Добавка вольфрама к стали увеличивает ее твердость, эластичность и прочность. Вместе с хромом вольфрам придает стали свойство сохранять твердость при очень высоких температурах, поэтому такие стали применяются для изготовления резцов к быстрорежущим токарным станкам. Чистый вольфрам обладает наивысшей среди металлов температурой плавления (3370 С), поэтому применяется для изготовления нитей в лампах накаливания. Карбид вольфрама отличается очень большой твердостью и термостойкостью и является основной составной частью тугоплавких сплавов.

Кислород

Кислород был открыт шведским химиком К. В. Шееле в 1769-1770 гг. и английским химиком Д. Ж. Пристли в 1774 г.

^ Нахождение в природе. Кислород является наиболее распространенным элементом в природе. Содержание его в земной коре составляет 47,00 % по массе. В свободном состоянии он содержится в атмосфере (около 23 % по массе), входит в состав воды (88,9 %), всех оксидов, из которых состоит земная кора, кислородсодержащих солей, а также многих органических веществ растительного и животного происхождения.

^ Физические свойства. При обычных условиях кислород — газ без цвета и запаха, слаборастворимый в воде (в 1 объеме воды при 0 'С растворяется 5, а при 20 С — 3 объема кислорода). В других растворителях его растворимость также незначительна. При атмосферном давлении кислород сжижается при 183 С, а затвердевает при 219 С. В жидком и твердом состояниях кислород окрашен в голубой цвет, он обладает магнитными свойствами.

^ Химические свойств. Кислород относится к активным неметаллам. Во всех соединениях, кроме соединений со фтором и пероксидов, он имеет степень окисления 2. (В соединениях со фтором кислород проявляет степень окисления +2, а в пероксидных соединениях степень его окисления равна 1 или даже дробному числу. Это объясняется тем, что в пероксидах два или несколько атомов кислорода соединены друг с другом).

Кислород взаимодействует со всеми металлами, за исключением золота и платиновых металлов (кроме осмия), образуя оксиды:

2 Мg + О2 = 2 MgО (оксид магния)

4 Аl + 3 О2 = 2 Аl2O3 (оксид алюминия)

Ряд металлов, кроме основных оксидов, образует амфотерные (ZnО, Сr2О3, Аl2О3 и др.) и даже кислотные (СrО3, Мn2О7 и др.) оксиды.

Он взаимодействует также со всеми, кроме галогенов, неметаллами, образуя кислотные или несолеобразующие (индифферентные) оксиды:

S + О2 = SО2 (оксид серы (IV))

4 Р + 5 O2 = 2 Р2О5 (оксид фосфора (V))

N2 + О2 = 2 NО (оксид азота (II))

Оксиды золота и платиновых металлов получают разложением их (гидроксидов, а кислородные соединения галогенов — осторожным обезвоживанием их кислородсодержащих кислот).

В кислороде и на воздухе легко окисляются (сгорают или тлеют) многие неорганические и органические вещества. Из неорганических веществ, кроме металлов и неметаллов, с кислородом реагируют все соединения металлов с неметаллами, за исключением хлоридов и бромидов:

СаН2 + O2 = СаО + Н2О

2 ZnS + 3 O2 = 2 ZnО + 2 SO2

Мg3Р2 + 4 O2 = Мg3(РО4)2

Са2Si + 2 O2 = Са2SiО4

4 КI + O2 + 2 Н2О = 4 КОН + I2

Из органических соединений с кислородом взаимодействуют почти все, кроме полностью фторированных углеводородов (фреонов), а также хлор- и бромпроизводных с большим содержанием хлора или брома (хлороформ, тетрахлорид углерода, полихлорэтаны и аналогичные бромпроизводные):

С3Н8 + 5 O2 = 3 СО2 + 4 Н2О

2 С2Н5ОН + O2 = 2 СН3СНО + 2 Н2О

2 СН3СНО + О2 = 2 СН3СООН

C6Н12О6 + 6 O2 = 6 СО2 + 6 Н2О

2 C6H6 + 15 O2 = 12 СО2 + 6 Н2О

В атомарном состоянии кислород более активен, чем в молекулярном. Это свойство используют для отбеливания различных материалов (легче разрушаются окрашивающие органические вещества). В молекулярном состоянии кислород может существовать в виде кислорода O2 и озона O3, т. е. для него характерно явление аллотропии.

Получение. В лабораторных условиях кислород можно получить:

1) разложением перманганата калия при нагревании:

2 КМnO4 = К2МnО4 + МnО2 + O2

2) разложением бертолетовой соли в присутствии диоксида марганца как катализатора:

2 КСlO3 = 2 КСl + 3 O2

3) разложение нитратов щелочных или щелочноземельных металлов:

2 КNО3 = 2 КNО3 + О2

4) разложением окcида ртути:

2 НgО = 2 Нg + O2

5) электролизом воды, к которой для увеличения электропроводности добавляют щелочи или сульфаты щелочных металлов. Этот метод применяется также для промышленного получения кислорода.

В промышленности кислород получают также разделением (ректификацией) жидкого воздуха. Воздух сильно сжимают (100200 атм), а затем резко понижают давление.

Применение. Кислород широко применяется в технике. Процессы окисления в кислороде протекают значительно интенсивнее, чем на воздухе. Кроме того, повышается температура пламени, так как теплота не расходуется на нагревание азота, содержащегося в воздухе. Поэтому технический кислород применяют для интенсификации окислительных процессов в химической и металлургической промышленности: в реакциях окисления органических веществ, для обжига руд, выплавки чугунов и сталей, при резке металлов, в горнодобывающей промышленности. Чистый кислород используется в медицине, кислородных приборах для работы под землей, под водой, на больших высотах. и как окислитель ракетного топлива.

Сера

Сера относится к числу элементов, известных человеку с глубокой древности.

Нахождение в природе. Сера относится к числу весьма распространенных элементов: содержание ее в земной коре составляет 0,037 %. В природе она встречается в свободном состоянии (самородная сера), в виде сульфидов и сульфатов. Важнейшими сульфидные природными соединениями являются пирит, или железный колчедан, FеS, цинковая обманка ZnS, свинцовый блеск РbS, медный блеск Сu2S, халькопирит СuFеS2, киноварь НgS и сульфиды многих тяжелых металлов, которые входят в состав так называемых полиметаллических сульфидных руд. Важнейшими природными сульфатами являются сульфат натрия Nа2SO4, кристаллогидрат которого Nа2SO4·10Н2О называется глауберовой солью, су.пьфат кальция СаSO4, образующий минерал гипс СаSО4·2Н2О, и сульфат магния, или горькая соль, МgSO4·7Н2О.

В СНГ основные месторождения самородной серы встречаются в пустыне Кара-Кум и Поволжье. Крупные месторождения серы есть также в Италии, Японии и США.

Сера входит в состав животных и растительных белков и при

их разложении выделяется в виде сероводорода.

^ Физические свойства. Сера — твердое кристаллическое вещество желтого цвета. Она существует в трех аллотропных модификациях: ромбическая, моноклинная и пластическая. Наиболее устойчивой при обычных условиях является ромбическая сера. Моноклинная сера образуется при нагревании ромбической серы выше 96 С. При охлаждении она снова переходит в ромбическую. Если ромбическую серу нагревать, то при 112,8 С она плавится и превращается в легкоподвижную желтую жидкость. При дальнейшем нагревании до 187 С жидкость темнеет, становится желто-бурой и загустевает. При температуре 400 С жидкость вновь становится подвижной и, не изменяя окраски, при 444,6 С закипает. Если кипящую серу вылить в холодную воду, то образуется пластическая сера — коричневая тягучая масса, напоминающая сырой каучук. Со временем она переходит в ромбическую серу.

При обычных условиях молекула серы состоит из восьми атомов, замыкающихся в кольцо. В парообразном состоянии молекулы серы в зависимости от температуры могут состоять из шести, четырех и двух атомов.

Сера очень плохо растворяется в воде, но хорошо растворима во многих органических растворителях (спиртах, бензоле, сероуглероде и др.).

^ Химические свойства. Сера относится к числу, довольно активных неметаллов. Она хорошо горит в кислороде, образуя диоксид серы:

S + О2 = SO2

При горении серы в кислороде и на воздухе образуется также триоксид серы, количество которого в отсутствие катализа незначительно.

При пропускании хлора через расплавленную серу образуется

монохлорид серы S2Сl2, который затем превращается в SCl2:

2 S + Сl2  S2Cl2 (хлорид серы (I))

S2Cl2 + Cl2  2 SСl2 (хлорид серы (II))

Последнее соединение неустойчиво, поэтому при нагревании реакция сдвигается влево.

При нагревании серы в атмосфере водорода образуется сероводород:

S + Н2  Н2S

Если смешать порошки серы и красного фосфора в мольном соотношении 2,5 : 1 и нагреть до начала реакции, то вся масса очень быстро превращается в темно-красную жидкость:

5 S + 2 Р = Р2S5 (сульфид фосфора (V))

С металлами сера взаимодействует в большинстве случаев при

нагревании, но с некоторыми металлами (например, ртутью) и при комнатной температуре:

Zn + S = ZnS (сульфид цинка)

Нg + S = НgS (сульфид ртути (II))

Последняя реакция используется в лабораторной практике для связывания разлитой ртути, пары которой очень ядовиты. Для этого предполагаемое место нахождения мельчайших капелек ртути посыпают порошком серы.

Получение. Серу можно получить как из источников самородной серы, так и из ее соединений. В промышленности серу получают выплавкой самородной серы перегретым паром через скважины. Расплавленная сера выносится на поверхность, где ее разливают в формы.

В лаборатории серу можно получить из сульфида и сульфита натрия. Для этого нужно смешать их растворы в стехиометрическом соотношении и полученный раствор нейтрализовать соляной или серной кислотой:

2 Nа2S + Nа2SO3 + 6 НСl = 6 NаСl + 3 S + 3 Н2О

2 Nа2S + Nа2SO3 + 3 Н2SO4 = З Nа2SO4 + 3 S + 3 H2О

Сера выделяется в виде мелкодисперсного порошка, который при отстаивании осаждается. Практически серу в лаборатории получают очень редко.

Применение. Большая часть серы используется для получения серной кислоты. Значительное количество серы расходуют для вулканизации каучука в производстве резины. Введение в каучук определенного количества серы повышает его прочность и эластичность.

При введении в каучук большого количества серы получается твердый продукт — эбонит, являющийся хорошим изоляционным материалом и использующийся в электротехнике — для изготовления штепселей, розеток и др. Сера применяется также для борьбы с вредителями сельского хозяйства и в фармацевтической промышленности для изготовления мазей против кожных заболеваний.

Хлор.


По распространенности в природе хлор близок к фтору на его долю приходится 0,02 % от общего числа атомов земной коры. Человеческий организм содержит 0,25 вес. % хлора.

Природный хлор состоит из смеси двух изотопов — 35Сl (75,5 %) и 37Сl (24,5 %). Он был впервые получен (действием МnО2 на соляную кислоту ) в 1774 г., но установление его элементарной природы последовало лишь в 1810 г.

Подобно фтору, основная масса хлора поступила на земную поверхность из горячих недр Земли. Даже в настоящее время с вулканическими газами ежегодно выделяются миллионы тонн и НСl и НF. Еще гораздо более значительным было такое выделение в минувшие эпохи.

Первичная форма нахождения хлора на земной поверхности отвечает его чрезвычайному распылению. В результате работы воды, на протяжении многих миллионов лет разрушавшей горные породы и вымывавшей из них все растворимые составные части, соединения хлора скапливались в морях. Усыхания последних привело к образованию во многих местах земного шара мощных залежей NаС1, который и служит исходным сырьем для получения соединений хлора.

Будучи наиболее практически важным из всех галоидов, хлор в громадных количествах используется для беления тканей и бумажной массы, обеззараживания питьевой воды (примерно 1,5 г на 1 м3) и в других отраслях техники. Ежегодное мировое потребление хлора исчисляется миллионами тонн.
Для лабораторного получения хлора обычно пользуются действием MnO2 или КМnO4 на соляную кислоту:

МnО2 + 4 НСl = МnСl2 + Сl2 + 2 Н2О

2 КМnO4 + 16 НCl = 2 КCl + 2 МnСl2 + 5 Сl2 + 8 Н2О

Вторая реакция протекает значительно энергичнее первой (требующей подогревания).

Свободный хлор представляет собой желто-зеленый газ, состоящий из двухатомных молекул. Под обычным давлением он сжижается при 34 С и затвердевает при 101 С. Один объем воды растворяет около двух объемов хлора. Образующийся желтоватый раствор часто называют «хлорной водой».

По своей характерной химической функции хлор подобен фтору — он также является одновалентным неметаллом. Однако активность его меньше, чем у фтора. Поэтому последний способен вытеснять хлор из соединений.

Тем не менее химическая активность хлора очень велика —

он соединяется почти со всеми металлами (иногда лишь в присутствии следов воды или при нагревании) и со всеми металлоидными элементами, кроме С, N и O. Важно отметить, что при полном отсутствии влаги хлор не действует на железо. Это и позволяет хранить его в стальных баллонах.

Взаимодействие хлора с водородом по реакции:

Н2 + С12 = 2 НС1 + 184 кДж

при обычных условиях протекает крайне медленно, но нагревание смеси газов или ее сильное освещение (прямым солнечным светом, горящим магнием и т. д.) сопровождается взрывом.

Детальное изучение этой реакции позволило выяснить сущность ее отдельных стадий. Прежде всего за счет энергии (h) ультрафиолетовых лучей (или нагревания) молекула хлора диссоциирует на атомы, которые затем реагируют с молекулами водорода, образуя НСl и атом водорода. Последний в свою очередь реагирует с молекулой хлора, образуя НС1 и атом хлора, и т. д.:

1) С12 + h = С1 + С1 (первоначальное возбуждение)

2).............................С1 + Н2 = НС1 + Н

3)...........................................................Н+ С12 = НС1 + С1 и т. д.

Таким образом, получается как бы цепь последовательных реакций, причем за счет каждой первоначально возбужденной молекулы Сl2 образуется в среднем 100 тыс. молекул НС1. Реакции подобного типа называются цепными. Они играют важную роль при протекании многих химических процессов.

Фотохимическая диссоциация молекулы хлора на атомы вызывается светом с длиной волны 550 нм. Обеим стадиям цепной реакции образования хлористого водорода соответствуют следующие термохимические уравнения:

С1 + Н2 + 1 кДж = НС1 + Н и Н + С12 = НС1 + С1 + 188 кДж. Энергия активации первой из этих реакций составляет 25, а второй 8 кДж/моль. Малыми значениями этих энергий и обусловлено быстрое развитие цепи.

“Огромное большинство реакций при ближайшем рассмотрении являются цепными реакциями” (Н. Н. Семенов). Это нередко вызывает отклонение их действительной молекулярности от отвечающей простейшему суммарному уравнению. В частности наблюдаемая на опыте бимолекулярность реакции образования волы из элементов обусловлена именно ее цепным характером: начало цепи дает (с энергией активации 188 кДж/моль) реакция Н2 + О2 = 2 ОН, после чего цепь разветвляется по схемам: ОН + Н2 = Н2О + Н, Н + О2 = ОН + О, О + Н2 = ОН + Н и т. д. Как видно из этих схем, число активных участников реакции (ОН, Н, О) последовательно возрастает, вследствие чего процесс протекает с самоускорением. Это и характерно для разветвленных цепных реакций, в отличие от неразветвленных, примером которых может служить синтез хлористого водорода.

Большие количества НС1 получают в технике как побочный продукт хлорирования органических соединений по схеме

RН  Cl2 = RС1 + НС1

где R — органический радикал. Однако для получения чистой соляной кислоты основное значение имеет прямой синтез. Исходным сырьем служат при этом хлор и водород, одновременно выделяющийся при электролизе раствора NаС1. Спокойное протекание процесса обеспечивается смешиванием обоих газов лишь в момент взаимодействия.

Еще один метод промышленного получения НС1 основан на взаимодействии NаС1 и концентрированной Н2SO4 по реакциям

NаС1 + Н2SO4 = NаНSO4 + НС1

NаС1 + NаНSO4 = Nа2SO4 + НС1

Первая из них протекает в значительной степени уже при обычных условиях и практически нацело — при слабом нагревании; вторая осуществляется лишь при более высоких температурах. Для проведения процесса служат специальные механизированные печи большой производительности.

На воздухе хлористый водород дымит вследствие образования с парами воды капелек тумана. Растворимость его весьма велика: при обычных условиях 1 объем воды способен поглотить около 450 объемов хлористого водорода.

Раствор НCl в воде называется хлористоводородной (иначе соляной) кислотой. Она относится к числу наиболее сильных кислот. Реактивная соляная кислота обычно имеет плотность 1,19 г/см3 и содержит около 37 % хлористого водорода. Состав ее близок к формуле HCl·3,5H2O.

Техническая соляная кислота выпускается крепостью не менее 31% НС1 (синтетическая) или 27 % HСl (из NаСl). Приблизительное процентное содержание НС1 в водном растворе легко найти, умножив на 2 число дробных долей его плотности. Например, при плотности 1,19 г/см3 процентное содержание получается равным 19·2 = 38 %. Следовательно, и обратно, зная процентное содержание НС1 в соляной кислоте той или иной крепости, можно приближенно оценить ее плотность. Путем приготовления 1,184 н. раствора НС1 удобно создавать среду с рН = 0 (при 25 С).

Соляная кислота очень сильно разъедает многие металлы. Транспортируют ее в стеклянных бутылях или гуммированных (т. е. покрытых слоем резины) металлических емкостях. Гуммирование может быть заменено введением в кислоту специальных добавок — ингибиторов.

Соляная кислота содержится в желудочном соке (около 0,3 %) и играет важную роль, так как способствует перевариванию пищи и убивает различные болезнетворные бактерии (холеры, тифа и др.). Если последние попадают в желудок вместе с большим количеством воды, то вследствие разбавления раствора НСl они выживают и вызывают заболевание организма. Поэтому во время эпидемий особенно опасна сырая вода. При повышении концентрации НС1 в желудке ощущается изжога, которую устраняют, принимая внутрь небольшое количество NаНСО3 или МgО. Наоборот, при недостаточной кислотности желудочного сока соляная кислота прописывается для приема внутрь (по 515 капель 8,3 %-ной НСl на 1/2 стакана воды до или во время еды).

Подобно другим сильным кислотам, НС1 энергично взаимодействует со многими металлами, оксидами металлов и т. д. Соли ее называются хлористыми или хлоридами. Большинство их хорошо растворимо в воде. Из производных наиболее обычных металлов труднорастворимы хлориды серебра и свинца. Ежегодное мировое потребление соляной кислоты исчисляется миллионами тонн. Широкое практическое применение находят также многие ее соли.

Непосредственное взаимодействие хлора с кислородом не приводит к образованию кислородных соединений хлора. Они могут быть получены лишь косвенными методами. Для рассмотрения путей их образования целесообразно исходить из обратимой реакции между хлором и водой:

С12 + Н2О + 25 кДж  НС1 + НОС1

При обычных условиях в насыщенном растворе гидролизовано около трети всего растворенного хлора.

Взаимодействие хлора с перекисью водорода первоначально протекает по уравнению:

С12 + Н2О2 = 2 НОС1

Однако избытком Н2О2 хлорноватистая кислота восстанавливается:

НОС1 + Н2О2 = НС1 + Н2О + О2

Из образующихся при гидролизе хлора двух кислот — соляной и хлорноватистой (HOС1) — первая является очень сильной, а вторая — очень слабой (слабее угольной). Это резкое различие в силе обеих кислот можно использовать для их разделения.

Если в растворе взболтать порошок мела (СаСО3) и затем пропускать в него хлор, то образующаяся соляная кислота реагирует с мелом по уравнению:

CaCO3 + 2 НС1 = СаС12 + СО2 + Н2О

а хлорноватистая накапливается в растворе. Подвергая реакционную смесь перегонке получают в приемнике разбавленный раствор НОС1.

Будучи соединением малоустойчивым, НОС1 медленно разлагается даже в таком разбавленном растворе. Соли хлорноватистой кислоты называются гипохлоритами. И сама HС1O, и ее соли являются очень сильными окислителями.

Наиболее концентрированные растворы НОС1 образуются при взаимодействии жидкого С12О с охлажденной водой (обе жидкости ограниченно растворимы друг в друге). Для получения растворов крепостью до 5 М удобно обрабатывать хлором (без избытка) взвесь оксида ртути в четыреххлористом углероде. Образующаяся в растворе С12О извлекается затем холодной водой. Возможно также получение раствора хлорноватистой кислоты по реакции:

2 С12 + Вi2О3 + Н2О = 2 ВiОСl + 2 НОС1

Молекула НОС1 имеет угловое строение с параметрами d(НО) = 97, d(ОС1) = 169 пм, НОС1 = 103.

Хлорноватистая кислота обладает характерным запахом. Ее разбавленные растворы почти бесцветны, а более крепкие имеют желтый цвет. Константа кислотной диссоциации НОС1 при обычных условиях равна 4·108. Диссоциация ее по основному типу (т. е. НОСl  НО’+ С1) экспериментально не обнаружена. Однако имеются косвенные указания на ее возможность. Например, с органическими соединениями НОС1 способна реагировать по схемам (R — органический радикал)

RН + НОС1 = RОН + НС1 и RН + НОСl = Н2О + RС1

т. е. и как окислитель, и как хлорирующее вещество.

Принципиальная возможность амфотерной диссоциации НОСl вытекает из общетеоретических соображений. Однако в присутствии С1’ непосредственно обнаружить С1 нельзя (из-за реакции по схеме С1 + С1’ = С12·аq).

Так как при переходе от НОН к НОС1 отрицательный характер кислорода ослабевает, относительная вероятность внедрения в него протона уменьшается. Поэтому выражаемое схемой

ОН3 + НОС1  Н2О + Н2ОС1

(или, учитывая неопределенную гидратированность обоих ионов, Н + НОСl  Н2О + Сl) равновесие должно быть сильно смещено влево, но по мере повышения концентрации Н должно несколько смещаться вправо. Экспериментально доказать возможность основной диссоциации НОС1 можно было бы, вероятно, подвергнув электролизу свежеприготовленный раствор С12О в холодной 30 %-ной серной кислоте: возникающий за счет приведенного выше равновесия положительный ион хлора должен был бы перемещаться к катоду.

Практический метод получения гипохлоритов основан на использовании приводимой выше обратимой реакции взаимодействия хлора с водой. Поскольку оба вещества правой части равенства — НСl и НОCl — дают в растворе ионы Н, а оба исходных продукта — С12 и Н2О — таких ионов не образуют (точнее, почти не образуют), равновесие можно сместить вправо, связывая ионы Н.

Добиться этого проще всего добавлением к реакционной смеси какой-нибудь щелочи. Так как по мере своего образования ионы Н будут связываться ионами ОН’ в недиссоциированные молекулы воды, равновесие практически нацело сместится вправо. Применяя, например, КОН, имеем

С12 + Н2О  НОС1 + НС1

НОС1 + НС1 + 2 КОН = КОС1 + КС1 + 2 Н2О

или в общем: С12 + 2 КОН = КОС1 + КС1 + Н2О

В результате взаимодействия хлора с раствором щелочи получается, следовательно, смесь солей хлорноватистой и соляной кислот. Этот процесс имеет большое техническое значение, так как образующийся раствор гипохлорита обладает сильными окислительными свойствами и широко применяется для беления тканей (хлопковых и льняных) и бумаги.

Ввиду слабости хлорноватистой кислоты под действием углекислого газа воздуха происходит частичное ее выделение из раствора гипохлорита:

NаОС1 + CO2 + Н2О  NаНСО3 + НОС1

Беление основано на окислении хлорноватистой кислотой различных загрязняющих ткань веществ. Так как наличие NаС1 отбелке не вредит, применяют непосредственно раствор, получающийся в результате реакции хлора со щелочью.

Раствор этот часто называют “жавелевой водой”. На текстильных и бумажных фабриках ее иногда получают электролизом раствора NаС1 без диафрагмы. При этом первоначально образуются NаОН и С12, которые, взаимодействуя друг с другом, и дают “жавелевую воду”. После беления ею необходимо очень тщательно промывать ткани, так как избыток NаОС1 постепенно разъедает их.

При взаимодействии хлора с более дешёвой щелочью — Са(ОН)2 (“гашёной известью”) — образуется хлорная известь. Реакция может быть приближенно выражена уравнением

С12 + Са(ОН)2 = СlСаОCl + H2O

согласно которому хлорная известь является смешанной солью соляной и хлорноватистой кислот. Она представляет собой белый порошок, обладающий сильными окислительными свойствами, и используется главным образом для дезинфекции.

Формула Са(С1)ОС1 отражает основной состав хлорной (иначе — белильной) извести лишь схематично. Получаемый хлорированием Са(ОН)2 продукт представляет собой смесь различных двойных и тройных соединений, образованных молекулами Са(ОСl)2, Са(ОН)2, СаС12 и кристаллизационной воды.

На воздухе хлорная известь постепенно разлагается, в основном по схеме:

2 Са(С1)ОСl + СО2 = СаС12 + СаСО3 + С12O

При действии на нее соляной кислоты выделяется хлор:

Са(С1)ОС1 + 2 НС1 = СаС12 + Н2О + С12

Этим иногда пользуются для его получения — хлорную известь смешивают с гипсом и из образовавшейся массы формуют кубики, которыми заряжают аппарат для получения газов. Качество хлорной извести оценивают обычно количеством хлора, образующимся при действии на нее соляной кислоты. Хорошие продажные сорта приближенно отвечают составу 3Са(С1)ОСl·Ca(ОН)2·nН2О и содержат около 35 вес.% «активного» (т. е. выделяющегося при действии соляной кислоты) хлора.

Для получения более высокопроцентной хлорной извести, состоящей главным образом из Са(ОС1)2, хлорированию подвергают не сухой Са(ОН)2, а взвесь его в небольшом количестве воды. При 30 С реакция идет в основном по уравнению

2 Са(ОН)2 + 2 С12 = Са(ОС1)2 + СаС12 + 2 Н2О

причем большая часть образующегося Са(ОС1)2 выделяется в виде мелкокристаллического осадка. Получаемый после отфильтровывания и высушивания технический продукт содержит 4570 % активного хлора. При взаимодействии с водой он растворяется почти полностью, тогда как обычная хлорная известь дает объемистый осадок Са(ОН)2.

Свободная хлорноватистая кислота испытывает в растворе три различных типа превращений, которые протекают независимо друг от друга. и поэтому называются параллельными реакциями:

1) НОС1 = НС1 + О

2) 2 НОС1 = Н2О + С12О

3) 3 НОС1 = 2 НС1 + НСlO3

Все эти процессы способны протекать одновременно, но их относительные скорости сильно зависят от имеющихся условий. Изменяя последние, можно добиться того, что превращение пойдет практически нацело по какому-нибудь одному направлению.

Под действием прямого солнечного света разложение хлорноватистой кислоты идет по первому из них. Так же протекает оно в присутствии веществ, способных легко присоединять кислород, и некоторых катализаторов (например, солей кобальта).

Распад НОС1 по третьему типу особенно легко идет при нагревании. Поэтому действие хлора на горячий раствор щелочи выражается суммарным уравнением

3 С12 + 6 КОН = КС1О3 + 5 КС1 + 3 Н2О

Продуктами реакции являются КС1 и калийная соль хлорноватой кислоты (НС1О3). Так как соль эта малорастворима в холодной воде, при охлаждении раствора она осаждается.

Свободная НС1О3 может существовать только в растворе. Она является сильной кислотой (диссоциированной приблизительно так же, как НС1 и НNО3) и энергичным окислителем. Соответствующий ей ангидрид неизвестен.

В противоположность свободной НС1О3, для ее солей (хлоратов) окислительные свойства в растворах не характерны. Большинство из них бесцветно (как и сама НС1О3) и хорошо растворимо в воде. Все они сильно ядовиты.

Переход гипохлорита в хлорат осуществляется, вероятно, с участием изохлорноватистой кислоты по схемам:

НСlO + СlO = НСl + СlO2 и НСlO + СlO2 = НСl + СlO3

Калийперхлорат применяется для приготовления некоторых взрывчатых веществ. При 610 С он плавится и одновременно начинает разлагаться, в основном по уравнению:

KСlO4 = КСl + 2 O2

Хотя НСlO4 является одной из самых сильных из кислот, наличие недиссоциированных молекул в ее растворах установлено несколькими методами. Заметным оно становится лишь в достаточно концентрированных растворах. Для константы равновесия НСlO4  Н + СlO4 получено значение К = 38. Некоторые перхлораты (особенно NН4СlO4) используются в реактивной технике.

Хотя выше уже приводились названия кислородных кислот хлора и их солей, однако полезно сопоставить эти названия:

Кислота Формула Название солей

Хлорноватистая НОС1 гипохлориты

Хлористая НС1O2 хлориты

Хлорноватая НС1O3 хлораты

Хлорная НС1О4 перхлораты

Структурные формулы всех четырех кислот приводятся ниже:

^ НOС1 НOС1=O НOС1=O O

 

O HOCl=O



O

Как видно из этих формул, валентность хлора в рассматриваемых кислотах меняется по ряду: +1, +3, +5, +7.

Если сопоставить друг с другом кислородные кислоты хлора по важнейшим для них химическим свойствам — кислотности и окислительной активности, — получается следующая схема:

усиление кислотных свойств

——————————————

НОС1 НС1О2 НС1О3 НС1О4

——————————————

увеличение окислительной активности

Кислотность изменяется, следовательно, противоположно окислительной активности. Последняя, в общем, тем больше, чем кислота менее устойчива. Действительно, хлорноватистая и хлористая кислоты более или менее устойчивы только в разбавленных растворах, концентрацию хлорноватой можно довести уже до 40 %, тогда как хлорная известна в безводном состоянии. Первые три кислоты в растворах постепенно разлагаются, а хлорная может сохраняться сколь угодно долго. Соответствующие соли обычно значительно устойчивее свободных кислот, но относительная их устойчивость примерно такова же.

Так как наиболее устойчивой из всех кислородных кислот хлора является НСlO4, можно было бы ожидать, что при взаимодействии хлора со щелочью должны сразу образовываться ее соли. Однако сперва получаются менее устойчивые соединения, которые затем лишь постепенно (быстрее — при нагревании) переходят в более устойчивые. На основе изучения ряда подобных случаев уже Гей-Люссак (1842 г.) наметил так называемое правило ступеней реакции: при химических процессах вначале обычно образуются не наиболее устойчивые вещества, а самые близкие по неустойчивости к исходной системе.

Во всех тех случаях, когда дальнейшие превращения относительно менее устойчивых продуктов реакции осуществляются очень быстро или, наоборот, очень медленно, мы практически их либо не замечаем, либо не считаем промежуточными продуктами. Поэтому выражаемое правилом ступеней реакции обобщение сразу бросается в глаза. Между тем при рассмотрении хода протекания химических процессов оно часто оказывается весьма полезным.

Иллюстративный материал: презентация.
Литература:

  1. ВеренцоваЛ.Г., Батырбаева А.А. Неорганическая, коллоидная и физическая химия. – Алматы: Эверо, 2009г.

  2. Хаускрофт К. Современный курс общей химии: в 2-х т.: пер. с англ.. – М.: Мир. Т.1. – 2009. – 540 с.

  3. Хаускрофт К. Современный курс общей химии: в 2-х т.: пер. с англ.. – М.: Мир. Т.2. – 2009. – 528 с.

  4. Волков Н.И. Химия: учебное пособие для студ. высш. учеб. заведений. – М.: Академия, 2008.

  5. Коровин Н.В. Общая химия: учеб. для студ. учреждений высш. проф. образования. – М.: Академия, 2011.

  6. Барашков Г.К. Медицинская бионеорганика. Основы, аналитика, клиника. – М.: БИНОМ, 2011.

  7. Жолнин А.В. Общая химия: учебник. – М.: ГЭОТАР-Медиа, 2012



    • Контрольные вопросы (обратная связь)

  1. Исходя из строения атомов галогенов, указать, какие валентные состояния характерны для фтора, брома, иода?

  2. Какие водородные соединения образуют элементы 6-7А групп?

  3. Какие соединения элементов 6-7А групп применяются в медицине и фармации?

Похожие рефераты:

Тема : подгруппа кислорода
Сравнительная характеристика строения внешних электронных оболочек атомов химических элементов viа-группы. Закономерности изменения...
Методические указания для самостоятельной работы студентов под руководством...
Цель: изучить строение, физические, химические свойства, применение в медицине и фармации элементов iva группы, углерода и элементов...
Лекция тема: «Карбоновые кислоты и их производные»
Цель: сформировать у студентов знания реакционной способности карбоновых кислот, исходя из строения карбоксильной группы. Научить...
Методические указания для самостоятельной работы студентов Тема:...
Тема: Неудовлетворенность пациента результатами лечения врача. Трансактный анализ в медицине. Применение элементов нейролингвистического...
Методические указания для самостоятельной работы студентов тема:...
Цель: Показать применение звуковых волн, назначение и основные характеристики ультразвука в медицине
Лекция тема: Лекарственные растения и сырье, содержащие фенолгликозиды...
Цель: ознакомить с лр и лрс, содержащими сапонины и использованием их в фармации и медицине
Лекция тема: Лекарственные растения и сырье, содержащие кумарины....
Цель: ознакомить с лр и лрс, содержащими кумарины и использованием их в фармации и медицине
Галогены, т е «рождающие соли», групповое название элементов viia-...
Галогены, т е «рождающие соли», групповое название элементов viia- группы периодической системы, к которым относятся фтор F, хлор...
Лекция тема : «Нормальная микрофлора человека и ее биологическая...
Тема: «Нормальная микрофлора человека и ее биологическая роль. Оппортунистические микроорганизмы»
Лекция тема: Лекарственные растения и сырье, содержащие сапонины...
Цель: ознакомить с лр и лрс, содержащими сапонины и использованием их в фармации и медицине

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
referatdb.ru
referatdb.ru
Рефераты ДатаБаза