СКАЧАТЬ РАБОТУ БЕСПЛАТНО -
Резкой границы между металлами и неметаллами нет, т.к. есть простые вещества, проявляющие двойственные свойства.
Аллотропия - способность некоторых химических элементов образовывать несколько простых веществ, различающихся по строению и свойствам.
С - алмаз, графит, карбин.
O - кислород, озон.
S - ромбическая, моноклинная, пластическая.
P - белый, красный, чёрный.
Явление аллотропии вызывается двумя причинами:
1) различным числом атомов в молекуле, например кислород O2 и озон O3
2) образованием различных кристаллических форм, например алмаз и графит.
Основания - сложные вещества, в которых атомы металлов соединены с одной или несколькими гидроксильными группами (с точки зрения теории электролитической диссоциации, основания - сложные вещества, при диссоциации которых в водном растворе образуются катионы металла (или NH4+) и гидроксид - анионы OH-).
Классификация. Растворимые в воде (щёлочи) и нерастворимые. Амфотерные основания проявляют также свойства слабых кислот.
Получение
1. Реакции активных металлов ( щелочных и щелочноземельных металлов) с водой:
2Na + 2H2O ® 2NaOH + H2¬
Ca + 2H2O ® Ca(OH)2 + H2¬
2. Взаимодействие оксидов активных металлов с водой:
BaO + H2O ® Ba(OH)2
3. Электролиз водных растворов солей
2NaCl + 2H2O ® 2NaOH + H2¬ + Cl2¬
Химические свойства
Щёлочи Нерастворимые основания
1. Действие на индикаторы.
лакмус - синий
метилоранж - жёлтый
фенолфталеин - малиновый ––
2. Взаимодействие с кислотными оксидами.
2KOH + CO2 ® K2CO3 + H2O
KOH + CO2 ® KHCO3 ––
3. Взаимодействие с кислотами (реакция нейтрализации)
NaOH + HNO3 ® NaNO3 + H2O Cu(OH)2 + 2HCl ® CuCl2 + 2H2O
4. Обменная реакция с солями
Ba(OH)2 + K2SO4 ® 2KOH + BaSO4¯
3KOH+Fe(NO3)3 ® Fe(OH)3¯ + 3KNO3 ––
5. Термический распад.
––
Cu(OH)2 –t°® CuO + H2O
Оксиды - это сложные вещества, состоящие из двух элементов, один из которых кислород.
ОКСИДЫ
Несолеобразующие
CO, N2O, NO
Солеобразующие Основные
-это оксиды металлов, в которых последние проявляют небольшую степень окисления +1, +2
Na2O; MgO; CuO
Амфотерные
(обычно для металлов со степенью окисления +3, +4). В качестве гидратов им соответствуют амфотерные гидроксиды
ZnO; Al2O3; Cr2O3; SnO2
Кислотные
-это оксиды неметаллов и металлов со степенью окисления от +5 до +7
SO2; SO3; P2O5; Mn2O7; CrO3
Основным оксидам соответствуют основания,
кислотным – кислоты,
амфотерным – и те и другие
Получение
1. Взаимодействие простых и сложных веществ с кислородом:
2Mg + O2 ® 2MgO
4P + 5O2 ® 2P2O5
S + O2 ® SO2
2CO + O2 ® 2CO2
2CuS + 3O2 ® 2CuO + 2SO2
CH4 + 2O2 ® CO2 + 2H2O
4NH3 + 5O2 –кат.® 4NO + 6H2O
2. Разложение некоторых кислородсодержащих веществ (оснований, кислот, солей) при нагревании:
Cu(OH)2 –t°® CuO + H2O
(CuOH)2CO3 –t°® 2CuO + CO2 + H2O
2Pb(NO3)2 –t°® 2PbO + 4NO2 + O2
2HMnO4 –t°;H2SO4(конц.)® Mn2O7 + H2O
Химические свойства
Основные оксиды Кислотные оксиды
1. Взаимодействие с водой
Образуется основание:
Na2O + H2O ® 2NaOH
CaO + H2O ® Ca(OH)2 Образуется кислота:
SO3 + H2O ® H2SO4
P2O5 + 3H2O ® 2H3PO4
2. Взаимодействие с кислотой или основанием:
При реакции с кислотой
образуется соль и вода
MgO + H2SO4 –t°® MgSO4 + H2O
CuO + 2HCl –t°® CuCl2 + H2O При реакции с основанием
образуется соль и вода
CO2 + Ba(OH)2 ® BaCO3 + H2O
SO2 + 2NaOH ® Na2SO3 + H2O
Амфотерные оксиды взаимодействуют
с кислотами как основные:
ZnO + H2SO4 ® ZnSO4 + H2O с основаниями как кислотные:
ZnO + 2NaOH ® Na2ZnO2 + H2O
(ZnO + 2NaOH + H2O ® Na2[Zn(OH)4])
3. Взаимодействие основных и кислотных оксидов между собой приводит к солям.
Na2O + CO2 ® Na2CO3
4. Восстановление до простых веществ:
3CuO + 2NH3 ® 3Cu + N2 + 3H2O
P2O5 + 5C ® 2P + 5CO
Кислоты - сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотного остатка. (С точки зрения теории электролитической диссоциации: кислоты - электролиты, которые при диссоциации в качестве катионов образуют только H+).
Классификация
1. По составу: бескислородные и кислородсодержащие.
2. По числу атомов водорода, способных замещаться на металл: одно-, двух-, трёхосновные...
Бескислородные: Название соли
HCl - хлористоводородная (соляная) одноосновная хлорид
HBr - бромистоводородная одноосновная бромид
HI - йодистоводородная одноосновная йодид
HF - фтористоводородная (плавиковая) одноосновная фторид
H2S - сероводородная двухосновная сульфид
Кислородсодержащие:
HNO3 – азотная одноосновная нитрат
H2SO3 - сернистая двухосновная сульфит
H2SO4 – серная двухосновная сульфат
H2CO3 - угольная двухосновная карбонат
H2SiO3 - кремниевая двухосновная силикат
H3PO4 - ортофосфорная трёхосновная ортофосфат
Получение
1. Взаимодействие кислотного оксида с водой (для кислородсодержащих кислот):
SO3 + H2O H2SO4
P2O5 + 3H2O 2H3PO4
2. Взаимодействие водорода с неметаллом и последующим растворением полученного продукта в воде (для бескислородных кислот):
H2 + Cl2 2HCl
H2 + S H2S
3. Реакциями обмена соли с кислотой
Ba(NO3)2 + H2SO4 BaSO4 + 2HNO3
в том числе, вытеснение слабых, летучих или малорастворимых кислот из солей более сильными кислотами:
Na2SiO3 + 2HCl H2SiO3 + 2NaCl
2NaCl(тв.) + H2SO4(конц.) –t Na2SO4 + 2HCl¬
Химические свойства
1. Действие на индикаторы.
лакмус - красный
метилоранж - розовый
2. Взаимодействие с основаниями (реакция нейтрализации):
H2SO4 + 2KOH K2SO4 + 2H2O
2HNO3 + Ca(OH)2 Ca(NO3)2 + 2H2O
3. Взаимодействие с основными оксидами:
CuO + 2HNO3 –t Cu(NO3)2 + H2O
4. Взаимодействие с металлами:
Zn + 2HCl ZnCl2 + H2¬
2Al + 6HCl 2AlCl3 + 3H2¬
(металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, кислоты-неокислители).
5. Взаимодействие с солями (реакции обмена), при которых выделяется газ или образуется осадок:
H2SO4 + BaCl2 BaSO4 +2HCl
2HCl + K2CO3 2KCl + H2O + CO2¬
Соли - сложные вещества, которые состоят из атомов металла и кислотных остатков. Это наиболее многочисленный класс неорганических соединений.
Классификация
СОЛИ
Средние
Кислые
Основные
Двойные
Смешанные
Комплексные
Средние. При диссоциации дают только катионы металла (или NH4+)
Na2SO4 « 2Na+ +SO42-
CaCl2 « Ca2+ + 2Cl-
Кислые. При диссоциации дают катионы металла (NH4+), ионы водорода и анионы кислотного остатка.
NaHCO3 « Na+ + HCO3- « Na+ + H+ + CO32-
Продукты неполного замещения атомов водорода многоосновной кислоты на атомы металла.
Основные. При диссоциации дают катионы металла, анионы гидроксила и кислотного остатка.
Zn(OH)Cl « [Zn(OH)]+ + Cl- « Zn2+ + OH- + Cl-
Продукты неполного замещения групп OH соответствующего основания на кислотные остатки.
Двойные. При диссоциации дают два катиона и один анион.
KAl(SO4)2 « K+ + Al3+ + 2SO42-
Смешанные. Образованы одним катионом и двумя анионами:
CaOCl2 « Ca2+ + Cl- + OCl-
Комплексные. Содержат сложные катионы или анионы.
[Ag(NH3)2]Br « [Ag(NH3)2]+ + Br -
Na[Ag(CN)2] « Na+ + [Ag(CN)2]-
Средние соли
Получение
Большинство способов получения солей основано на взаимодействии веществ с противоположными свойствами:
1) металла с неметаллом:
2Na + Cl2 ® 2NaCl
2) металла с кислотой:
Zn + 2HCl ® ZnCl2 + H2¬
3) металла с раствором соли менее активного металла
Fe + CuSO4 ® FeSO4 + Cu
4) основного оксида с кислотным оксидом:
MgO + CO2 ® MgCO3
5) основного оксида с кислотой
CuO + H2SO4 –t°® CuSO4 + H2O
6) основания с кислотным оксидом
Ba(OH)2 + CO2 ® BaCO3¯ + H2O
7) основания с кислотой:
Ca(OH)2 + 2HCl ® CaCl2 + 2H2O
8) соли с кислотой:
MgCO3 + 2HCl ® MgCl2 + H2O + CO2¬
BaCl2 + H2SO4 ® BaSO4¯ + 2HCl
9) раствора основания с раствором соли:
Ba(OH)2 + Na2SO4 ® 2NaOH + BaSO4¯
10) растворов двух солей
3CaCl2 + 2Na3PO4 ® Ca3(PO4)2¯ + 6NaCl
Химические свойства
1. Термическое разложение.
CaCO3 ® CaO + CO2¬
2Cu(NO3)2 ® 2CuO + 4NO2¬ + O2¬
NH4Cl ® NH3¬ + HCl¬
2. Гидролиз.
Al2S3 + 6H2O « 2Al(OH)3¯ + 3H2S¬
FeCl3 + H2O « Fe(OH)Cl2 + HCl
Na2S + H2O « NaHS +NaOH
3. Обменные реакции с кислотами, основаниями и другими солями.
AgNO3 + HCl ® AgCl¯ + HNO3
Fe(NO3)3 + 3NaOH ® Fe(OH)3¯ + 3NaNO3
CaCl2 + Na2SiO3 ® CaSiO3¯ + 2NaCl
4. Окислительно-восстановительные реакции, обусловленные свойствами катиона или аниона.
2KMnO4 + 16HCl ® 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2¬ + 8H2O
Кислые соли
Получение
1. Взаимодействие кислоты с недостатком основания.
KOH + H2SO4 ® KHSO4 + H2O
2. Взаимодействие основания с избытком кислотного оксида
Ca(OH)2 + 2CO2 ® Ca(HCO3)2
3. Взаимодействие средней соли с кислотой
Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 ® 3Ca(H2PO4)2
Химические свойства.
1. Термическое разложение с образованием средней соли
Ca(HCO3)2 ® CaCO3¯ + CO2¬ + H2O
2. Взаимодействие со щёлочью. Получение средней соли.
Ba(HCO3)2 + Ba(OH)2 ® 2BaCO3¯ + 2H2O
Основные соли
Получение
1. Гидролиз солей, образованных слабым основанием и сильной кислотой
ZnCl2 + H2O ® [Zn(OH)]Cl + HCl
2. Добавление (по каплям) небольших количеств щелочей к растворам средних солей металлов
AlCl3 + 2NaOH ® [Al(OH)2]Cl + 2NaCl
3. Взаимодействие солей слабых кислот со средними солями
2MgCl2 + 2Na2CO3 + H2O ® [Mg(OH)]2CO3¯ + CO2¬ + 4NaCl
Химические свойства.
1. Термическое разложение.
[Cu(OH)]2CO3(малахит) ® 2CuO + CO2¬ + H2O
2. Взаимодействие с кислотой: образование средней соли.
Sn(OH)Cl + HCl « SnCl2 + H2O
Комплексные соли
Строение
K4[Fe(CN)6]
K4[Fe(CN)6] – Внешняя сфера
K4[Fe(CN)6] – Внутренняя сфера
K4[Fe(CN)6] – Комплексообразователь (центральный атом)
K4[Fe(CN)6] – Координационное число
K4[Fe(CN)6] – Лиганд
Центральными атомами обычно служат ионы металлов больших периодов (Co, Ni, Pt, Hg, Ag, Cu); типичными лигандами являются OH-, CN-, NH3, CO, H2O; они связаны с центральным атомом донорно-акцепторной связью.
Получение
1. Реакции солей с лигандами:
AgCl + 2NH3 ® [Ag(NH3)2]Cl
FeCl3 + 6KCN ® K3[Fe(CN)6] + 3KCl
Химические свойства.
1. Разрушение комплексов за счёт образования малорастворимых соединений:
2[Cu(NH3)2]Cl + K2S ® CuS¯ + 2KCl + 4NH3
2. Обмен лигандами между внешней и внутренней сферами.
K2[CoCl4] + 6H2O ® [Co(H2O)6]Cl2 + 2KCl
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ
МЕЖДУ РАЗЛИЧНЫМИ КЛАССАМИ СОЕДИНЕНИЙ
Примеры
1. металл + неметалл ® соль
Hg + S ® HgS
2Al + 3I2 ® 2AlI3
2. основной оксид + кислотный оксид ® соль
Li2O + CO2® Li2CO3
CaO + SiO2 ® CaSiO3
3. основание + кислота ® соль
Cu(OH)2 + 2HCl ® CuCl2 + 2H2O
FeCl3 + 3HNO3 ® Fe(NO3)3 + 3HCl
соль кислота соль кислота
4. металл ® основной оксид
2Ca + O2 ® 2CaO
4Li + O2 ® 2Li2O
5. неметалл ® кислотный оксид
S + O2 ® SO2
4As + 5O2 ® 2As2O5
6. основной оксид ® основание
BaO + H2O ® Ba(OH)2
Li2O + H2O ® 2LiOH
7. кислотный оксид ® кислота
P2O5 + 3H2O ® 2H3PO4
SO3 + H2O ® H2SO4
Задание 2
Вещества можно классифицировать, используя различные подходы, но наиболее прочной и малоизменяемой частью органических веществ является углеродная цепь – углеродный скелет. В зависимости от расположения атомов в молекуле различают несколько групп веществ:
Органические соединения — углеводороды и их производные, в состав которых могут входить атомы (органогены — Hal, O, N, S). Классификация и номенклатура создает систему для подразделения органических соединений и наимено¬вания их; при этом должно соблюдаться соответствие между систе¬мой номенклатуры и существующей классификацией.
В основе классификации органических соединений обычно лежит теория строения органических соединений. Органические соединения классифицируют по определенным структурным элементам и по расположению атомов в молекуле. Существуют два основных принципа: деление органических соединений по расположению углеродных атомов в молекуле и по характерным структурным элементам.
Структурными элементами являются различные заместители, которые связаны с углеродными атомами в углеводороде, или типы связей в цепи углеродных атомов. Предложено следующее подразделение структурных элементов:
а) нефункциональные заместители (F, Cl, Br, I, NO2 и др.);
б) функциональные группы (NH2, OH, C=O, COOH и др.).
Часто их называют просто функциями. По номенклатуре IUPAC структурные элементы называются характеристическими группами.
В зависимости от расположения углеродных атомов в молекуле органические соединения делятся на несколько больших групп.
I. Соединения с открытой цепью атомов углерода — ацикличес¬кие, или алифатические, соединения:
CH3—CH3, CH3CH2CH3, CH3CH(CH3)CH3 — предельные (насыщенные) — алканы
CH2 = CH2, CH2 = CHCH3, HC º CH, CH º C—CH = CH2 — непредельные (ненасыщенные) — алкены, алкины и т.д. и их производные, содержащие различные функции.
II. Карбоциклические соединения с циклами из углеродных ато¬мов:
алициклические соединения — различные циклические углеводороды и их производные с разной величиной цикла и числом циклов и разным числом двойных и тройных связей, кроме шестичленных циклов с тремя двойными связями (ароматические соединения):
1) моноциклические углеводороды — циклоалканы, циклоалкены и циклоалкины
2) спирановые углеводороды — два цикла имеют один общий атом
3) конденсированные углеводороды — два цикла имеют два общих соседних атома
4) мостиковые системы — общими для двух колец являются несмежные атомы
5) ансамбли циклов — кольца, соединенные простой связьюи т.д.
ароматические соединения и их производные: циклические углеводороды и их производные, которые построены из шестичленных циклов с тремя двойными связями:
1) моноароматические соединения — бензол и его производные
2) полициклические соединения с неконденсированными бензольными кольцами
3) полициклические соединения с конденсированными бензольными кольцами и т.д.
III. Гетероциклические соединения и их производные — цикличе¬ские соединения, циклы которых построены не только из углерод¬ных атомов, но содержат также гетероатомы (O, N, S и др.); классификация гетероциклических соединений подобна классификации карбоциклических соединений:
алициклические соединения с гетероатомами (моноциклы, спирановые, конденсированные циклы, мостиковые системы, ансамбли циклов) и т.д.
гетероароматические соединения (моно- и полициклические соединения с неконденсированными и конденсированными гетероциклами) и т.д.
Второй основной принцип классификации — деление по функциям (характеристическим группам). В зависимости от того, какая функция введена в молекулу углево¬дорода вместо атома водорода, получаем классы органических соединений определенного типа:
— галогенпроизводные углеводородов RCl, RBr, ArI,
— спирты и фенолы ROH, ArOH,
— эфиры и тиоэфиры ROR, RSR,
— альдегиды RCH=O,
— кетоны RC=OR,
— кислоты RC=OOH,
— сульфоновые кислоты RSO3H,
— нитросоединеия RNO2,
— амины RNH2 и т.д.
В таблице 1 привдены важнейшие классы соединений в порядке падения старшинства главных групп.
Таблица 1
Важнейшие классы соединений в порядке падения старшинства главных групп
Порядок
падения старшинства главных групп Классы соединений
1 Ониевые или аналогичные катионы
2 Кислоты в следующем порядке: RCO2H, затем последовательно их S- и Se-произ- водные, далее сульфоновые, сульфиновые кислоты и др.
3 Производные кислот в следующем порядке: ангидриды, сложные эфиры, ацилгалогениды, амиды, гидразиды, имиды, амидины и др.
4 Нитрилы (цианиды), затем изоцианиды.
5 Альдегиды, затем последовательно их S- и Se-аналоги, затем их производные
6 Кетоны, их аналоги и производные в той же последовательности, что и альдегиды
7 Спирты, затем фенолы, затем S- и
Se-аналоги спиртов, затем сложные эфи¬ры спиртов с неорганическими кислотами, затем аналогичные производные фенолов в той же последовательности
8 Амины, затем имины, гидразины и др.
Названия приведенных в этом списке заместителей, присутствующих в рассматриваемом соединении, но не избранных в качестве главной группы, помещаются в префиксах. В табл. 2 указаны названия важнейших из этих групп, употребляемые как в качестве суффиксов, так и в виде префиксов. Примерами могут служить названия:
2-аминоэтанол, о-аминофенол, 2-оксоциклопентанкарбоновая кислота и 4-фтор-3-этоксибензамид. В графе «Название в суффиксе» в случае кислот и некоторых их производных содержится два варианта названий. Например: когда мы говорим «бутановая кислота», то подразумеваем, что характеристической группой в ней является —COOH, углерод же входит в состав скелета (бутана); в названии же циклогексанкарбоновой кислоты характеристической группой оказывается уже вся карбоксильная группа СООН.
Таблица 2
Обозначение важнейших характеристических групп
Класс соединения Характеристическая группа
Формула Название
в префиксе в суффиксе
Ониевые катионы -онио*- -оний*
Карбоновые —СООН Карбокси- -карбоновая к-та
кислоты —С]ООН** — -овая кислота
Сульфоновые кислоты —SO3H Сульфо- -сульфоновая к-та
Сложные —COOR R-оксикарбонил- R-оксикарбоксилат
эфиры*** —C]OOR — -алкоксиоат
Ацил галогениды —COHal Галоформил- -карбонилгалогенид
—C]OHal — -оилгалогенид
Амиды —CONH2 Карбамоил- -карбоксамид
—C]ONH2 — -амид
Амидины —C(=NH)NH2 Амидино- -карбоксамидин
—C](=NH)NH2 — -амидин
Нитрилы —CºN Циано- -карбонитрил
—C]ºN — -нитрил
Альдегиды —CHO Формил- -карбальдегид
—C]HO Оксо- -аль
Кетоны >C]=O Оксо- -он
Спирты, фенолы —OH Гидрокси- -ол
Тиолы —SH Меркапто- -тиол
Гидропероксиды —ООН Гидроперокси- -гидропероксид
Амины —NH2 Амино- -амин
Имины =NH Имино- -имин
* В реальных названиях перед -онио- и -оний указывается природа катиона (аммонио, аммоний, оксонио, оксоний и т. д.).
** Здесь и далее квадратная скобка, отделяющая С-атом, означает, что в данном варианте названия он считается входящим в углеродный скелет, а не в характеристическую группу.
*** В реальных названиях: метоксикарбонил, метоксикарбоксилат и т. п.
Префиксы вводятся в название соединения в алфавитном порядке. Следует разграничить два типа префиксов. Те, которые являются интегральной частью родоначального названия соединения, например: цикло-, изо-, окса-, бензо- и др., — называют неотделяемыми. Те же, которые обозначают замещение, могут быть отделены от родоначального названия и помещаются после него при написании названия в инвертированной форме для индексации (указателей); такие префиксы называют отделяемыми. Например: бензол, хлор-; 1-бутанол, 3-метил-. Правила IUРАС разрешают такие префик¬сы, как гидро- или указывающие на присоединение или образование гетеромостика (например, эпокси-), рассматривать либо как неотделяемые, либо как отделяемые.
Отделяемые префиксы располагаются в алфавитном порядке, при котором умножающие префиксы не учитываются. Сперва названия атомов и групп располагают в алфавитном порядке, а затем вставляют умножающие префиксы и локанты, например:
о-бромхлорбензол, 2-метил-
4-этилдекан, 3,3-диметил-1,1,1-трихлорпентан.
Сложные радикалы образуют единый префикс, который включается в алфавитный порядок по первой букве наименования. Например:
1-(диметиламино)-4-(метиламино)-3-этил-2-нафтойная кислота; 1,5-бис(диметиламино)-4-хлор-3-этил-2-нафтойная кислота.
В случае идентичных префиксов с разными цифровыми локантами первым ставится префикс с младшим локантом. Например:
1-(2-этил-3-метилфенил)-8-(2-этил-4-метилфенил) нафталин.
Если в радикало-функциональном названии присутствуют два различных радикала, то они тоже пишутся в алфавитном порядке. Например:
метилэтилкетон, бутилэтиловый эфир.
Курсивы при расстановке в алфавитном порядке не учитываются, например:
3-(транс-бутен-2-ил)-3-метилфенол.
Для соединений и радикалов применяется один и тот же принцип нумерации, с единственным исключением: в соединениях наименьший номер дается главной (функциональной) группе (или группам); в радикалах он придается атому со «свободной» валентностью (валентностями), а все замещающие группы перечисляются в префиксах.
В номенклатуре понятие наименьший локант имеет специальный смысл. Если сравнить два или более возможных варианта нумерации, составленных в восходящем порядке цифр, то младшим будет считаться тот, который в первом различающемся месте имеет меньший локант. Так, порядок локантов 1,1,7,8 младше, чем 1,2,3,4.
Задание 3
Электромагнитные излучения с различными длинами волн имеют довольно много различий, но все они, от радиоволн и да гамма-излучения, одной физической природы. Все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей степени проявляют свойства интерференции, дифракции и поляризации, характерные для волн. Вместе с тем все виды электромагнитного излучения в большей или меньшей мере обнаруживают квантовые свойства.
Общим для всех электромагнитных излучений являются механизмы их возникновения: электромагнитные волны с любой длиной волны могут возникать при ускоренном движении электрических зарядов или при переходах молекул, атомов или атомных ядер из одного квантового состояния в другое. Гармонические колебания электрических зарядов сопровождаются электромагнитным излучением, имеющим частоту, равную частоте колебаний зарядов.
Электромагнитные волны - электромагнитное поле, распространяющееся в пространстве с конечной скоростью, зависящей от свойств среды. В вакууме скорость распространения электромагнитной волны 300 000 км/c (скорость света). В однородных изотропных средах направления напряжённостей электрических (Е) и магнитных (Н) полей электромагнитных волн перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны, т. е. электромагнитные волны являются поперечными. В каждой точке пространства колебания Е и Н происходят в одной фазе. С увеличением расстояния R от источника Е и Н убывают как 1/R; такое медленное убывание полей осуществить посредством электромагнитных волн связь на больших расстояниях (радиосвязь, оптическая связь).
Электромагнитные излучения с длиной волны, меньшей 1- 2мм, но большей 8*10-7 м, т. е. лежащие между диапазоном радиоволн и диапазоном видимого света, называются инфракрасным излучением.
Область спектра за красным его краем впервые экспериментально была исследована в 1800 г. английским астрономом Вильямом Гершелем (1738 – 1822). Гершель поместил термометр с зачерненным шариком за красный край спектра и обнаружил повышение температуры. Шарик термометра нагрелся излучением, невидимым глазом. Это излучение назвали инфракрасным излучением.
Инфракрасное излучение испускают любые нагретые тела. Источниками инфракрасного излучения служат печи, батареи водяного отопления, электрические лампы накаливания.
С помощью специальных приборов инфракрасное излучение можно преобразовать в видимый свет и получать изображения нагретых предметов в полной темноте. Инфракрасное излучение применяется для сушки окрашенных изделий, стен зданий, древесины.
К видимому свету относят излучения с длинной волны примерно от 8*10-7 до 4*10-7м, от красного до фиолетового света.
Значения этого участка спектра электромагнитных излучений в жизни человека исключительно велико, так как почти все сведения об окружающем мире человек получает с помощью зрения.
Свет является обязательным условием для развития зеленых растений и, следовательно, необходимым условием для существования жизни на Земле.
Гамма-излучением называют электромагнитное излучение, испускаемое возбужденными ядрами и возникающее при взаимодействии элементарных частиц.
Гамма-излучение – самое коротковолновое электромагнитное излучение (λ<10-10м). Его особенностью является ярко выраженные корпускулярные свойства. Поэтому гамма-излучение обычно рассматривается как поток гамма - квантов. В области длин волн от 10-10 до 10-14м диапазоны рентгеновского и гамма-излучений перекрываются, в этой области рентгеновские и гамма - кванты по своей природе тождественны и отличаются лишь происхождением.
Задание 4
Под минеральными пигментами понимают окрашенные горные породы и минералы, т.е. в качестве пигмента могут быть использованы как монофракции минералов, так и естественная совокупность минералов, называемая в геологии горной породой. Примером последнего могут служить окрашенные глины, угли и углистые сланцы, известняки и долмиты. Следует уточнить, что окрашенным называется минерал, дающий при царапании цветную черту. Так, например, изумруд или рубин, знаменитые своими великолепными окрасками, в растертом состоянии бесцветны и, следовательно, не могут быть использованы в качестве пигмента. С другой стороны, не всякий минерал, дающий цветную черту, может служить пигментом. В первую очередь это касается редких и не образующих в природе заметных скоплений минералов. К примеру, минерал гринокит, представляющий собой природный сульфид кадмия желто-оранжевого цвета. Минерал очень редкий, но его замечательная окраска подтолкнула химиков к синтезу аналогичного соединения, которое до настоящего времени используется в качестве пигмента. Примером другого рода могут служить минералы из так называемой группы урановых слюдок. Это очень красивые ярко окрашенные минералы желтого, зеленого и красного цветов в силу своей высокой радиоактивности не пригодны для производства пигментов. В результате вышеупомянутые ограничения на использование минерала в качестве пигмента выделили относительно небольшую группу минералов и горных пород, практически применяемых в живописи. Общее их число не превышает пятидесяти, а количество наиболее часто употребляемых обычно составляет 20-25 их разновидностей. Имеющиеся на сегодняшний день классификации минерального красочного сырья охватывают довольно узкий спектр пигментов, используемых промышленностью и не отвечают потребностям живописцев и реставраторов, работающих в технике темперы на основе природных минеральных пигментов. Так, пигментное сырье по геолого-минералогическим признакам, химическому составу и технологическим свойствам подразделяется на несколько типов: глинистый, железоокисный, кремнеземистый, углистый, фосфорнокислый, карбонатный и сульфатный. Наиболее распространенными являются пигменты глинистого и железоокисного типов, и именно этим пигментам уделяется основное внимание как исследователей, так и производителей минеральных пигментов.
На фоне широкого использования соединений природного происхождения особое внимание специалистов, работающих в области создания лекарственных средств обращено на меланины - природные клеточные пигменты, относящиеся к группе низкомолекулярных фенольных соединений.
Как известно, окраска кожного покрова животных и цветовое разнообразие растительных организмов обеспечивается наличием в клетке меланинов, различающихся по химической природе и структуре в зависимости от видовой принадлежности организма. До недавнего времени исследования биохимической роли меланинов в клетке проводились довольно пассивно. Принято считать, что помимо пигментной функции система синтеза меланина сопряжена с системой транспорта электронов по дыхательной цепи, поскольку известно, что одним из метаболитов обмена меланина является убихинон, который в процессе окисления-восстановления служит промежуточным звеном передачи электронов от цитохрома b цитохрому с.
Экспериментальные работы по изучению природы меланинов и особенностей их метаболизма выявили полифункциональность этих соединений. Несмотря на то, что химическое строение природных меланинов до сих пор окончательно не установлено вследствие их чрезвычайно сложной полимерной структуры и большого разнообразия, фармакологические эффекты меланинов исследовались довольно интенсивно. Особые свойства этих пигментов, которые делают их похожими на молекулярные сита и ионообменные смолы, их высокая электронно-акцепторная способность, наличие стабильных свободных радикалов в высоких концентрациях и ярко выраженные полупроводниковые свойства позволяют успешно использовать меланины в медицине, фармакологии и других отраслях. Обнаружено, что благодаря стабильному свободнорадикальному состоянию и способности обратимо окисляться и восстанавливаться меланины обеспечивают защиту организма от экстремальных условий, способных генерировать в живой клетке активные свободные радикалы, нарушающие процессы ее нормальной жизнедеятельности.
Задание 5
В химической классификации красители объединены в группы главным образом по сходству химического строения или методов получения.
Органические красители построены очень сложно, и основой объединения их в группы по сходству химического строения служит сходство хромофорной системы. Например, красители, содержащие нитрозогруппу, объединены в группу нитрозокрасителей, а содержащие азогруппу – в группу азокрасителей. Некоторые красители объединены в группу по способу получения, например сернистые красители. Во многих случаях красители с одинаковыми хромофорными системами получают одинаковыми способами. Например, все азокрасители получают путём диазотирования ароматических аминов и сочетания продуктов диазотирования с фенолами или аминами. Все нитрозокрасители получают нитрозированием фенолов или нафтолов.
Химическая классификация облегчает изучение свойств красителей и способов их получения. По химической классификации органические красители разделяют на следующие группы.
1. Нитрокрасители. В этих красителях имеются электроноакцепторные заместители нитрогруппы - . Представитель этой группы – краситель нафтоловый жёлтый (динатриевая соль 2,4-динитро-1-нафтол-7-сульфокислоты)
2. Нитрозокрасители. Они содержат нитрозогруппы – NO. Представители этой группы – производные 1-нитрозо-2-нафтола
3. Азокрасители. В их хромофорную систему входит азогруппа −N ═ N−. Представители этой группы – кислотный синий 2К
и конго красный
4. Арилметановые красители. Их основу составляют молекулы диарил- или триарилметана (I и II) либо фенилксантена (III). Хромофорную систему образует система сопряжённых связей с электроноакцепторными и электронодонорными заместителями (X ═ O, NH):
Представители этой группы – кислотный ярко-голубой З (I) и флюоресцин (II):
5. Хинониминовые красители. В их молекуле имеются хинониминовые группы
Представитель этой группы – краситель прямой ярко-голубой светопрочный
6. Сернистые красители. Они объединены по способу получения осернением ароматических амино- и нитросоединений. Химическое строение большинства сернистых красителей не установлено. Представители этой группы – сернистый чёрный, получаемый осернением 2,4-динитрофенола, и сернистый коричневый Ж, получаемый осернением 2,4-динитротолуола.
7. Антрахиноновые красители. Являются производными антрахинона
Представители этой группы – ализарин (I) и кислотный зелёный антрахиноновый (II):
8. Кубовые полициклокетоновые красители. Молекулы их содержат несколько конденсированных ароматических колец и не менее двух карбонильных групп, атомы углерода обычно также принадлежат ароматическим ядрам. Представитель этой группы – кубовый синий O:
9. Индигоидные красители. В основе строения этих красителей лежит структура молекулы индиго (I) или тиоиндиго (II):
10. Фталоциановые красители. Являются производными фталоцианина
Техническая классификация красителей
Химическая классификация отражает строение и способы получения красителей, но не отражает их технических свойств и назначения. Между тем для тех отраслей промышленности, которые применяют красители, важно знать их технические свойства, т.е. для крашения каких материалов предназначен краситель и в каких условиях его применяют. Поэтому существует вторая классификация красителей – техническая, в которой красители объединены в группы по их техническому назначению.
Крашение – сложный процесс, в котором краситель может взаимодействовать с окрашиваемым материалом химически, а может адсорбироваться поверхностью материала и удерживаться при помощи адсорбционных сил. В зависимости от свойств красителя и окрашиваемого материала крашение ведут в различных условиях, вводя в раствор красителя разные добавки, изменяя температуру ванны, концентрацию красителя и.т.д.
В простейшем случае краситель растворяют в воде и ткань окрашивают, погружая в красильную ванну. Другие красители требуют предварительной обработки ткани специальными веществами – протравами. Третьи нуждаются в последующей обработке для закрепления красителя на волокне. Существуют группы красителей, нерастворимых в воде. Их переводят в раствор восстановлением в форму лейкосоединения, и в таком виде они переходят на волокно. При последующем окислении они переходят в краситель непосредственно на волокне. Некоторые красители синтезируют на самом волокне: ткань пропитывают последовательно растворами промежуточных продуктов, которые реагируют между собой на волокне, образуя краситель.
Ряд нерастворимых в воде красителей растворяется в органических растворителях. К ним относятся жиро-, спирто-, и ацетонорастворимые красители, а также красители, растворимые в полимерах – полиамидах и полиэфирах.
По технической классификации красители подразделяют на следующие важнейшие группы.
1. Кислотные красители, окрашивающие шерсть и шёлк в кислом или нейтральном растворе.
2. Основные красители, окрашивающие в нейтральном растворе шерсть, шёлк и кожу непосредственно, а хлопчатобумажные ткани после протравливания таннином.
3. Прямые красители, окрашивающие хлопчатобумажные волокна в нейтральном или слабощелочном растворе.
4. Протравные красители, окрашивающие хлопчатобумажные, шерстяные и шёлковые волокна после их протравливания солями металлов - алюминия, хрома, железа.
5. Активные красители, окрашивающие целлюлозные волокна в щелочном растворе (сода, бикарбонат, тринатрийфосфат), а шерсть, натуральный шёлк и полиамидные волокна в среде, близкой к нейтральной (pH = 6 – 8).
6. Кубовые красители, окрашивающие целлюлозные волокна в щелочном растворе лейкосоединения (т.е. продукта восстановления). Окрашиваемый материал выдерживают в этом растворе (так называемом кубе), а затем окисляют на воздухе. При этом лейкосоединение снова переходит в краситель.
7. Сернистые красители, окрашивающие хлопчатобумажное волокно в водных растворах сернистого натрия.
8. Красители, образующиеся на волокне. К этой группе красителей относятся азоидные, окислительные красители и фталогены.
Азоидные (ледяные, или холодные) красители: окрашиваемый материал пропитывают раствором оксисоединения, затем погружают в раствор диазосоединения; на волокне происходит реакция азосочетания и образуется краситель.
Окислительные красители образуются в процессе крашения на волокне при окислении ароматических аминов.
9. Красители для меха.
10. Красители для кожи и шубной овчины.
11. Дисперсные красители, окрашивающие ацетатный шёлк и синтетические волокна. Они практически нерастворимы в воде и окрашивают только тогда, когда содержатся в красильной ванне в тонкодисперсном состоянии (величина частиц 0,2 – 2,0 мкм).
12. Красители жиро- и спирторастворимые.
13. Пигменты и лаки. Применяются для приготовления полиграфических, художественных, строительных и других красок. Пигменты используют для крашения пластических масс, резины, бумаги. Пигментами окрашивают вискозное и ацетатцеллюлозное волокно и синтетические полимерные материалы в растворе или расплаве полимера перед изготовлением из них волокон (крашение в массе).
Задание 6
КРАШЕНИЕ ВОЛОКОН, проводят с целью придания им одного определенного цвета (в отличие от печатания тканей). Различают следующие, стадии: 1) диффузию красителя в водном растворе к поверхности волокна. Диффузия существенно ускоряется перемешиванием красильного раствора, а также созданием на поверхности волокна заряда, противоположного заряду красителя, или снижением величины одноименного заряда, что достигается изменением рН красильного раствора введением электролита. Например, поскольку белковые волокна обладают амфотерными свойствами, создают кислую среду, в которой протоны подавляют ионизацию карбоксильных групп волокна. В результате волокно приобретает положит, заряд Н2N—Бел—СООН+Н+:H3N+—Бел—СООН, что благоприятствует взаимодействию его с анионом красителя с образованием соли На диффузию дисперсных красителей в растворе (в результате и на скорость крашения в целом) влияет скорость перехода дисперсного красителя из твердой тонкодисперсной фазы в раствор, при этом решающее значение имеет степень дисперсности красителя. 2) Сорбцию красителя активными центрами поверхности волокна, зависящей от диаметра и длины волокна, а также образуемой порами. Сорбция обусловлена сродством, т.е. разностью хим. потенциалов ( -; в кДж/моль), красителя в волокне и растворе:
-=RTlncв/cp
здесь R - газовая постоянная [в кДж/(моль.град)]; Т - абс. т-ра; св и сp -концентрации красителя при равновесии соотв. в волокне (в моль/кг) и растворе (в моль/л); знак минус перед обозначает, что хим. потенциал красителя в растворе выше, чем в волокне. Чем выше сродство красителя к волокну, тем быстрее и в большем кол-ве он сорбируется волокном. Сорбции способствует также повышению концентрация красителя на границе фаз волокно - раствор. Эта стадия в значительной степени определяет равномерность получаемой окраски. 3) Диффузию сорбированного красителя внутрь волокна; обусловлена выравниванием концентраций на поверхности и внутри волокна. Чем выше сродство, тем ниже скорость диффузии и, следовательно, крашения. Это самая медленная стадия, лимитирующая длительность крашения. Скорость диффузии
|
