- •Общая и неорганическая химия учебно-методическое пособие
- •Введение
- •Основные теории и законы химии
- •Часть I общая химия
- •1. Основные закономерности протекания химических процессов
- •1.1. Энергетика, направление и глубина протекания химических реакций. Химическое равновесие.
- •1.2. Окислительно-восстановительные реакции
- •1.2.1. Типы окислительно-восстановительных реакций.
- •1.2.2. Направление самопроизвольного протекания окислительно-восстановительных реакций
- •1.3. Учение о растворах
- •1.3.1.Растворимость газов
- •1.3.2. Коллигативные свойства растворов
- •1.3.3. Теория электролитической диссоциации.
- •1.3.4. Теория растворов сильных электролитов.
- •1.3.5. Равновесие между раствором и осадком малорастворимого сильного электролита.
- •1.3.6. Ионизация воды. Ионное произведение воды. Водородный показатель. РН растворов сильных кислот и оснований.
- •1.3.7. Растворы слабых электролитов.
- •1.3.8. Теории кислот и оснований.
- •2. Строение вещества
- •2.1. Строение атома
- •2.1.1. Распределение электронов по орбиталям.
- •2.1.2 Периодический закон.
- •Основные характеристики атомов элементов.
- •Химическая связь.
- •Квантово-механическое описание химической связи.
- •2.2. Комплексные соединения
- •2.2.1. Международная (Женевская) номенклатура комплексных соединений
- •2.2.2. Классификация комплексных соединений.
- •2.2.3. Изомерия комплексных соединений.
- •2.2.4. Свойства комплексных соединений.
- •2.2.5. Образование комплексных соединений.
- •2.2.6. Разрушение комплексных соединений.
- •Часть II химия элементов
- •3.1. Водород
- •3.1.1 Вода как важнейшее соединение водорода.
- •4.1.1. Общая характеристика элементов iiiб группы.
- •4.1.2. Общая характеристика элементов ivб и vб групп.
- •Хром и его соединения.
- •Молибден и вольфрам.
- •4.2.3. Биологическая роль d-элементов VI группы и применение в медицине.
- •4.3.1. Марганец и его соединения.
- •4.4.1. Железо и его соединения.
- •4.4.2. Кобальт и никель.
- •4.4.3. Семейство платины (общая характеристика).
- •4.4.4. Биологическая роль d-элементов VIII группы и применение в медицине.
- •4.5.1. Медь и ее соединения.
- •4.5.2. Серебро и его соединения.
- •4.5.3. Золото и его соединения.
- •4.5.4. Биологическая роль d-элементов I группы и применение в медицине.
- •4.6.1. Цинк и его соединения.
- •4.6.2. Кадмий и его соединения.
- •4.6.4. Ртуть и ее соединения.
- •4.6.4. Биологическая роль d-элементов II группы и применение в медицине.
- •Бор и его соединения.
- •Алюминий и его соединения.
- •Биологическая роль р-элементов III группы и применение в медицине.
- •5.2.1. Углерод и его соединения.
- •5.2.2. Кремний.
- •5.2.3. Элементы подгруппы германия и их соединения.
- •5.2.4. Биологическая роль р-элементов IV группы и применение в медицине.
- •5.3.1. Азот и его соединения.
- •5.3.2. Фосфор и его соединения.
- •5.3.3. Химические свойства важнейших соединений мышьяка, сурьмы и висмута.
- •5.3.4. Биологическая роль р-элементов V группы и применение в медицине.
- •5.4.1. Кислород.
- •5.4.2. Сера и ее соединения.
- •5.4.3. Селен и теллур.
- •5.4.4. Биологическая роль р-элементов VI группы и применение в медицине.
- •5.5.1. Галогены и их соединения.
- •5.5.2. Биологическая роль р-элементов VII группы и применение в медицине.
- •Рекомендуемая литература Основная:
- •Дополнительная:
- •Содержание
5.3.2. Фосфор и его соединения.
Фосфор существует в виде нескольких аллотропных модификаций. Наиболее изучены белый и красный фосфор.
Белый фосфор очень токсичен. Это обусловлено его хорошей растворимостью в жирах и, следовательно, способностью проникать через мембраны клеток, а также высокой реакционной активностью. Смертельная доза фосфора для взрослого человека составляет приблизительно 0,1 г. Остальные аллотропные модификации фосфора вследствие их нерастворимости не токсичны.
Оксид фосфора (III) Р2Оз образуется при медленном окислении белого фосфора кислородом: Р4(т) + 302(г) = 2Р203(т)
При действии холодной воды на Р2Оз образуется фосфористая кислота НзРО3, которая является двухосновной кислотой: Р2О3 + ЗН2О = 2Н3РО3.
Соли этой кислоты – фосфиты плохо растворимы в воде (кроме солей металлов 1А группы).
Оксид фосфора (V) Р2О5 — наиболее стабильный оксид фосфора.
Этот оксид жадно поглощает воду, образуя смесь фосфорных кислот, среди которых наибольшее значение имеют ортофосфорная и полифосфорные кислоты. Ортофосфорная кислота H3PO4 в безводном состоянии представляет собой белые кристаллы. Эта кислота средней силы, она образует средние и кислые соли. Диводородфосфаты растворимы в воде, из водородфосфатов и средних фосфатов хорошо растворимы лишь соли щелочных металлов и аммония. В водных растворах соли ортофосфорной кислоты гидролизуются. Диводородфосфаты дают при гидролизе кислую среду (рН<7), водородфосфаты — слабощелочную (рН>7), средние фосфаты — щелочную (рН>7). Кислые фосфаты NaH2PO4 и Na2HPO4 образуют в крови буферную систему, которая вместе с другими буферными системами обеспечивает постоянство рН крови.
Обезвоживание Н3РО4 при 473—523К приводит к получению дифосфорной (пирофосфорной) кислоты Н4Р2О7. Пиро-фосфорная кислота в свободном состоянии представляет собой твердое вещество. Это более сильная кислота, чем Н3РО4.
С биологической точки зрения чрезвычайно важными являются бионеорганические производные дифосфорной кислоты Н4Р2О7 и не выделенной в свободном виде трифосфорной кислоты Н5Р3О10: аденозиндифосфорная кислота (АДФ) и аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).
Среди соединений фосфора со степенью окисления —3 следует отметить очень токсичный гидрид фосфора РН3. Это аналог аммиака, называемый фосфином. РН3 является сильным восстановителем и способен осаждать тяжелые металлы из растворов солей. Электронодонорные свойства фосфина слабее, чем у аммиака. Только при действии на него сильных доноров протонов — НС1О4, HI — образуются малоустойчивые кристаллические вещества — соли фосфония: РН3 + HI = РН4I.
5.3.3. Химические свойства важнейших соединений мышьяка, сурьмы и висмута.
Для мышьяка одинаково характерны степени окисления +3 и +5, сурьма чаще проявляет в соединениях степень окисления + 3, хотя имеются соединения, в которых Sb проявляет степень окисления +5 (Sb2O5, SbCl5 и др.). Для висмута известно много соединений Bi3+, в то время как вещества, содержащие Bi5+, немногочисленны и являются сильными окислителями.
Соединения мышьяка, сурьмы и висмута очень ядовиты, в особенности катионные соли As3+ и арсин АsНз.
При переходе от фосфора к мышьяку, сурьме и висмуту усиливается тенденция к образованию соединений с серой и серосодержащими лигандами. В отличие от азота (в биомолекулах наиболее характерны связи с водородом и углеродом) и фосфора (характерны связи с кислородом) более тяжелые элементы группы VA As, Sb, Bi склонны образовывать связи с кислородом и с серой. В частности, в природе As, Sb и Bi, как правило, встречаются в виде сульфидов.
Среди соединений мышьяка, сурьмы и висмута со степенью окисления -3 интерес представляют газообразные водородные соединения: арсин АsН3, стибин SbH3 и висмутин ВiHз. Все они очень токсичны.
Степень окисления +3 мышьяк и его аналоги проявляют в галогенидах ЭГ3, оксидах Э2О3 и сульфидах Э2S3.
Оксид мышьяка (III) As2O3 — амфотерный оксид с преобладанием кислотных свойств, растворяется в воде с образованием гидроксида:
As2O3 (т) + ЗН2О (ж) = 2H3AsO3 (p) или As(OH)3.
В свободном состоянии As(OH)3 не выделен, в водном растворе ведет себя как слабая кислота H3AsO3, называемая ортомышьяковистой (мышьяковистой). В водных растворах она находится в равновесии с метамышьяковистой кислотой:
H3AsO3 = HAsO2 + Н2О.
Соли этих кислот соответственно называются ортоарсенитами и метаарсенитами.
Оксиды сурьмы (III) и висмута (III) в воде нерастворимы. Оксид сурьмы — амфотерен, а оксид висмута имеет основной характер. Оксиды высшей степени окисления тяжелых элементов VA-группы общей формулы Э2O5 при обычных условиях — твердые вещества. Устойчивость этих оксидов уменьшается при переходе от мышьяка к висмуту.
При растворении в воде As2Os образуется мышьяковая кислота H3AsO4:
As2O5 + ЗН2О = 2H3AsO4.
Это кислота средней силы, аналог ортофосфорной кислоты Н3РО4.
Оксид Sb2O5 плохо растворим в воде. При попытке получения сурьмяных кислот образуется осадок SЬ2О5x:Н2О. В свободном состоянии не выделены и кислородные кислоты Bi (V).
Соли H3AsO4 — арсенаты (Na3AsO4), водородарсенаты (Na2HAsO4) и диводородарсенаты (NaH2AsO4).
В отличие от фосфора, у которого токсичны только соединения фосфора (III), мышьяк токсичен и в степени окисления +5. Последнее обусловлено тем, что в организме человека мышьяк (V) легко восстанавливается до соединений мышьяка (III).