17. Химическая связь. Типы химической связи

Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решётке в результате действия между атомами электрических сил притяжения. 

Типы химической связи и их основные отличительные признаки.

Химическая связь	Связываемые атомы	Характер элементов	Процесс в электронной оболочке	Образующиеся частицы	Кристаллическая решетка	Характер вещества	Примеры
Ионная	Атом металла и атом неметалла	Электроположительный и электро отрицательный	Переход валентных электронов	Положительные и отрицательные ионы	Ионная	Солеобразный	NaCl CaO NaOH
Ковалентная	Атомы неметаллов (реже-атомы металлов)	Электроотрицательный реже электроположительный	Образование общих электронных пар, заполнение молекулярных орбиталей	Молекулы	Молекулярная	Летучий или нелетучий	Br2 CO2 C6H6
				---------	Атомная	Алмазоподоб ный	Алмаз Si SiC
Металличес кая	Атомы металлов	Электроположительный	Отдача валентных электронов	Положительные ионы и электронный газ	Металлическая	Металлическая	Металлы и сплавы

18. Гидролиз и электрическая диссоциация

Гидро́лиз — Это химическая реакция взаимодействия вещества с водой, при которой происходит разложение этого вещества и воды с образованием новых соединений.

Гидролиз солей - взаимодействие в водных растворах катионов и (или) анионов солей с молекулами воды, при котором к катиону, оказавшемуся в растворе, присоединяется группа ОН-, а к аниону - ион Н+ молекулы воды.

В результате гидролиза в растворе появляются ионы Н+ и ОН-, и среда становится соответственно кислой или щелочной.

Возможны следующие случаи гидролиза солей:

1) по аниону,

2)катиону,

3) катиону и аниону одновременно.

Рассмотрим подробно каждый из этих случаев.

Гидролиз по аниону. Ему подвергаются соли, образованные катионом сильного основания и анионом слабой кислоты (К2СОз, Na2S, Na2SO3, K3PO4 и др.). При гидролизе создается щелочная среда (рН > 7). Например:

1) в растворе CH3COONa диссоциирует:

CH3COONa « CH3COO- + Na+;

2)        катионы Na+, отвечающие сильному основанию, с молекулами Н2О не реагируют:

Na+ + НОН реакция не идет;

3)        анионы СН3СОО- слабой кислоты реагируют с молекулами воды, гидролизуются:

CH3COO- + НОН « СНзСООН + ОН-;

4) молекулярное уравнение гидролиза:

CH3COONa + НОН « СН3СООН + NaOH.

Гидролиз многозарядного аниона протекает ступенчато из-за ступенчатой диссоциации многоосновных кислот, при обычных условиях он проходит, в основном, по первой ступени.

Гидролиз по катиону. Ему подвергаются соли, образованные катионом слабого основания и анионом сильной кислоты (NH4Br, ZnCl2, Cu(NO3)2 и др.). При гидролизе таких солей идет подкисление среды (рН < 7). Например:

1) в растворе А1С13 диссоциирует:

А1С13 « AI3+ + ЗСl-;

2)        анионы сильной хлороводородной кислоты ионы Cl- гидролизу не подвергаются:

Сl- + НОН реакция не идет;

3) катионы же слабого основания Аl3+ гидролизуются:

А13+ + НОН «  АlОН2+ + H+,

4) молекулярное уравнение гидролиза:

А1С13 + Н2О «  А1ОНС12 + НС1.

Гидролизом по второй и третьей ступени при обычных условиях можно пренебречь.

Гидролиз галогеналканов

Гидролиз галогеналканов используют дли получения спиртов. Присутствие щелочи (ОН ) иоэволяет «связать» получающуюся кислоту и сместить равновесие в сторону образования спирта.

Гидролиз сложных эфиров

Гидролиз сложных эфиров протекает обратимо в кислотной среде (в присутствии неорганической кислоты) с образованием соответствующего спирта и карбоновой кислоты.

Для смещения химическое равновесии в сторону продуктов реакции гидролиз проводят в присутствии щелочи. Исторически первым примером такой реакции было щелочное расщепление сложных эфиров высших жирных кислот, что привело к получению мыла. Это произошло в 1811 г., когда французский ученый Э. Шеврёль. нагревая жиры с водой в щелочной среде, получил глицерин и мыла — соли высших карбоновых кислот. На основании этого эксперимента был установлен состав жиров, они оказались сложными эфирами, но только «трижды сложными., производными трехатомного спирта глицерина — триглицеридамн. А процесс гидролиза сложных эфиров в щелочной среде до сих пор называют «омылением».

Например, омыление эфира, образованного глицерином, пальмитиновой и стеариновой кислотами:

Натриевые соли высших карбоновых кислот — основные компоненты твердого мыла, калиевые соли — жидкого мыла.

Французский химик М. Бертло в 1854 г. осуществил реакцию этерификации и впервые синтезировал жир. Следовательно, гидролиз жиров (как и других сложных эфиров) протекает обратимо. Уравнение реакции можно упрощенно записать так:

В живых организмах происходит ферментативный гидролиз жиров. В кишечнике под влиянием фермента липазы жиры пищи гидратизуются на глицерин и органические кислоты, которые всасываются стенками кишечника, и в организме синтезируются новые жиры, свойственные данному организму. Они по лимфатической системе поступают в кровь, а затем в жировую ткань. Отсюда жиры поступают в другие органы и ткани организма, где в процессе обмена веществ в клетках опять гидролиэу-ются и затем постепенно окисляются до оксида углерода и воды с выделеиием энергии, необходимой для жизнедеятельности.

В технике гидролиз жиров используют для получения глицерина, высших карбоновых кислот, мыла.

Гидролиз углеводов

Как вы зияете, углеводы являются важнейшими компонентами нашей пищи. Причем ди- (сахароза, лактоза, мальтоза) и полисахариды {крахмал, гликогеи) непосредственно не усваиваются организмом. Они, так же как и жиры, сначала подвергаются гидролизу. Гидролиз крахмала идет ступенчато. В лабораторных и промышленных условиях в качестве катализатора этих процессов используют кислоту. Реакции осуществляют при нагревании. Реакцию гидролиза крахмала до глюкозы при каталитическом действии серной кислоты осуществил в 1811 г. русский ученый К. С. Кирхгоф. В организме человека и животных гидролиз углеводов происходит под действием ферментов (схема 4).

Промышленным гидролизом крахмала получают глюкозу и патоку (смесь декстринов, мальтозы и глюкозы). Патоку применяют в кондитерском деле. Декстрины как продукт частичного гидролиза крахмала обладают клеящим действием: с ними связано появление корочки на хлебе п жареном картофеле, а также образование плотной пленки на накрал малеином белье под действием горячего утюга.

Еще один известный вам полисахарид — целлюлоза — также может гидролизоваться до глюкозы при длительном нагревании с минеральными кислотами. Процесс идет стуненчато, но кратко. Этот процесс лежит в основе многих гидролизных производств. Они служат для получения пищевых, кормовых и технических продуктов из непищевого растительиого сырья — отходов лесозаготовок, деревообработки (опилки, стружка, щепа), переработки сельскохозяйственных культур (соломы, шелухи семян, кочерыжек кукурузы и т. д.).

Техническими продуктами таких производств являются глицерин, этиленгликоль. органические кислоты, кормовые дрожжи, этиловый снирт, сорбит (шестиатомвый спирт).

Гидролиз белка

Вы знаете, что белки-биополимеры — основа жизни всех живых организмов (от вируса до человека) — состоят главным образом из аминокислот (наиболее часто встречаются 20). Установление последовательности расположения остатков аминокислот, составляющих молекулу белка, является первоначальной целью при исследовании его структуры. И установить ее помогает ступенчатый гидролиз белка, который осуществляют при нагревании с кислотами или щелочами, а также при действии ферментов.

Гидролиз аденозинтрифосфорной кислоты

Неизмеримо важную роль в организме играет процесс гидролиза аденозинтрифосфорной кислоты (ЛТФ). Это вещество служит источником энергии для всевозможных биохимических реакций (построения белка, сокращения мышц и др.). При гидролизе ЛТФ до аденозиндифосфорной кислоты (АДФ) энергия высвобождается. Обратный процесс образование ЛТФ из АДФ протекпет с поглощением энергии. Следовательно. АТФ это универсальное энергетическое вещество клетки. Водные растворы солей имеют разные значения ph и различные типы сред — кислотную (рН < 7), щелочную (рН > 7), нейтральную (рН - 7). Это объясняется тем, что соли в водных растворах могут подвергаться гидролизу.

Электролитическаядиссоциация

Распад молекул электролита на ионы под действием полярных молекул растворителя называется электролитической диссоциацией. Вещества, водные растворы или расплавы которых проводят электрический ток, называются электролитами.

К ним относятся вода, кислоты, основания и соли. При растворении в воде молекулы электролитов диссоциируют на положительные ионы – катионы и отрицательные – анионы.  Процесс электролитической диссоциации обусловлен взаимодействием веществ с водой или другим растворителем, что приводит к образованию гидратированных ионов.

Так, ион водорода образует ион гидроксония:

Н+ + Н2О «Н3О+.

Для упрощения ион гидроксония записывают без указания молекул воды, то есть Н+.

NaCl + nH2O ® Na+(H2O)x + Cl–(H2O)n-x,

или принята запись:NaCl «Na+ + Cl–.