- •В.М. Васюков
- •Курс лекций
- •Часть I. Теоретическая химия
- •Глава 1. Основные понятия и законы химии
- •Основные понятия химии
- •Основные положения атомно-молекулярной теории
- •Газовые законы
- •Глава 2. Строение атома и периодический закон Модели строения атома
- •Квантовые числа электронов
- •Электронные конфигурации атомов
- •Ядро атома и радиоактивные превращения
- •Периодический закон
- •Глава 3. Химическая связь Валентность и степень окисления
- •Ковалентная связь
- •Ионная связь
- •Металлическая связь
- •Межмолекулярные взаимодействия
- •Глава 4. Комплексные соединения
- •Глава 5. Состояние вещества
- •Глава 6. Физико-химические закономерности протекания химических реакций Химическая термодинамика
- •Химическая кинетика и катализ
- •Обратимые и необратимые реакции. Состояние химического равновесия
- •Глава 7. Физико-химическая теория растворов электролитов и неэлектролитов Механизм образования растворов и их классификация
- •Идеальные и реальные растворы. Растворение как физико-химический процесс
- •Зависимость растворимости различных веществ от природы растворителя, температуры и давления
- •Законы разбавленных растворов
- •Способы выражения концентрации (состава) растворов
- •Электролиты и электролитическая диссоциация
- •Гидролиз солей
- •Глава 8. Дисперсные системы
- •Классификации дисперсных систем
- •Оптические и молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем
- •Поверхностные и адсорбционные явления
- •Коллоидные (коллоидно-дисперсные) системы
- •Глава 9. Теория окислительно-восстановительных процессов Окислительно-восстановительные реакции
- •Химические источники электрической энергии. Электродные потенциалы
- •1) Металлы, обладающие более электроотрицательным потенциалом, способны вытеснить менее активные металлы (с более положительным потенциалом) из водных растворов их солей;
- •Коррозия металлов
- •Электролиз
- •Восстанавливается вода Восстанавливается вода и катионы металла Восстанавливается катионы металла
- •Глава 10. Качественный и количественный анализ веществ
- •Качественный анализ
- •Классификация катионов на аналитические группы
- •Классификация анионов на аналитические группы
- •Количественный анализ
- •Химические методы анализа
- •Физические и физико-химические методы анализа
- •Часть II. Неорганическая химия
- •Глава 11. Важнейшие классы неорганических соединений
- •Основания (гидроксиды металлов)
- •Кислоты
- •Глава 12. Элементы I группы
- •Водород
- •Глава 13. Элементы II группы
- •Бериллий
- •Глава 14. Элементы III группы
- •Алюминий
- •Лантаноиды
- •Актиноиды
- •Глава 15. Элементы IV группы
- •Углерод
- •Кремний
- •Глава 16. Элементы V группы
- •Глава 17. Элементы VI группы
- •Кислород
- •Глава 18. Элементы VII группы
- •Глава 19. Элементы VIII группы
- •Часть III. Органическая химия Глава 20. Общая характеристика органических соединений
- •Теория строения органических соединений
- •Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке химическими связями согласно их валентности; углерод во всех органических соединениях четырехвалентен.
- •Свойства вещества определяются не только качественным составом, но и его строением, взаимным влиянием атомов, как связанных между собой химическими связями, так и непосредственно не связанных.
- •Строение молекул может быть установлено на основе изучения их химических свойств.
- •Формулы органических соединений
- •Классификация органических соединений
- •Номенклатура органических соединений
- •Изомерия органических соединений
- •Взаимное влияние атомов в молекуле и реакционная способность органических соединений
- •Общая характеристика органических реакций
- •Промышленное производство органических соединений
- •Глава 21. Алканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 22. Циклоалканы Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Глава 23. Алкены (олефины) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 24. Алкадиены (диеновые углеводороды) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 25. Алкины (ацетилены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 26. Ароматические углеводороды (арены) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Правила ориентации (замещения) в бензольном кольце
- •Применение
- •Глава 27. Гидроксильные соединения (спирты)
- •Одноатомные спирты (алкоголи) Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Многоатомные спирты
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Физические свойства
- •Способы получения
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 28. Карбонильные соединения (оксосоединения) Номенклатура и изомерия
- •Метаналь этаналь
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 29. Карбоновые кислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 30. Сложные эфиры. Жиры Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Жиры и масла
- •Глава 31. Углеводы (сахара)
- •Моносахариды Номенклатура и изомерия
- •Физические и химические свойства глюкозы
- •Дисахариды
- •Полисахариды
- •Глава 32. Амины
- •Предельные алифатические амины Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Применение
- •Ароматические амины
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Применение
- •Глава 33. Аминокислоты, пептиды и белки
- •Аминокислоты Номенклатура и изомерия
- •Физические свойства
- •Получение
- •Химические свойства
- •Пептиды
- •Физические свойства
- •Химические свойства
- •Биологическое значение белков
- •Глава 34. Гетероциклические соединения
- •Шестичленные гетероциклы
- •Пятичленные гетероциклы
- •Нуклеиновые кислоты Строение нуклеиновых кислот
- •Биологическая роль нуклеиновых кислот
- •Глава 35.Синтетические высокомолекулярные соединения
- •Общая характеристика полимеров
- •Пластмассы
- •Волокна
- •Каучуки
- •Литература
- •Приложения Растворимость неорганических веществ в воде при 25°c
Применение
Насыщенные кислоты. Муравьиная кислота НСООН. Название связано с тем, что кислота содержится в выделениях муравьев. Широко применяется в фармацевтической и пищевой промышленности.
Уксусная кислота СН3СООН. Известна с глубокой древности, ее 5-10% растворы («столовый уксус») используют как вкусовую приправу и консервант. Консервирующее действие кислоты связано с подавлением развития гнилостных бактерий и плесневых грибков. Для пищевых целей уксусную кислоту получают ферментативным брожением винного спирта:
Основную часть производимой уксусной кислоты используют для производства искусственных волокон на основе целлюлозы.
Пальмитиновая С15Н31СООН и стеариновая С17Н35СООН кислоты входят в состав животных жиров и растительных масел. Натриевые и калиевые соли этих кислот входят в состав мыла.
Щавелевая кислота НООС-СООН. Широко распространена в растительном мире. В виде солей (оксалатов) содержится в листьях щавеля, кислицы, ревеня. Качественной реакцией для обнаружения щавелевой кислоты и ее солей служит образование нерастворимого оксалата кальция:
Применяется в текстильной и кожевенной промышленности.
Малоновая кислота НООС-СН2-СООН. Содержится в виде кальциевой соли в соке сахарной свеклы. Широко используется в фармацевтической промышленности.
Янтарная кислота НООС-СН2-СН2-СООН своим названием обязана тому, что содержится в янтаре (впервые выделена при сухой перегонке янтаря в XVI в.). Применяется в фармацевтической и текстильной промышленности, а также в производстве инсектицидов, смол, фотоматериалов.
Ненасыщенные кислоты. Характерной особенностью простейших ненасыщенных кислот – акриловой и метакриловой (СН2=С(СН3)-СООН) – является склонность к полимеризации. При полимеризации эфиров или нитрилов этих кислот получают ценные вещества. В частности, полиакрилонитрил – основа волокна нитрон, используемого для производства лечебного белья.
Жирные ненасыщенные кислоты. Одной из наиболее распространенных во многих растениях и организмах животных является олеиновая кислота; она содержится в оливковом масле (от которого и произошло ее название), а также в свином жире. Особенно нужно подчеркнуть роль линоленовой и линоленовой кислот как соединений, незаменимых для человека (в организме они не могут быть синтезированы и должны поступать с пищей в количестве около 5 г в день).
По этой причине эти кислоты относят к так называемым незаменимым жирным кислотам. Линолевая и линоленовая кислоты содержатся в основном в растительных маслах. Они способствуют снижению содержания в крови холестерина – одного из факторов развития атеросклероза.
Ароматические кислоты. Бензойная кислота широко распространена в природе. Содержится в различных растительных смолах, ягодах клюквы, брусники, черники. Применяют в фармацевтической промышленности для синтеза душистых веществ и красителей, а также в качестве консерванта для пищевых продуктов. Фталевые кислоты находят широкое применение в производстве высокомолекулярных соединений.
Гетерофункциональные кислоты. Наиболее известные представители оксокислот – молочная, яблочная (гидроксибутандиовая), лимонная (2-гидроксипропан-1,2,3-трикарбоновая) и салициловая (2-гидроксибензойная).
Яблочная и лимонная кислоты являются метаболитами цикла Кребса, который также называют циклом лимонной кислоты. Молочная кислота образуется в мышцах человека и животных при интенсивной мышечной работе. Молочная кислота образуется при молочнокислом брожении:
Такие процессы идут при квашении капусты, приготовлении сыра, силосовании кормов. Молочная кислота используется как консервирующее средство в пищевой промышленности. Она применяется также в текстильной промышленности, в кожевенном производстве, как исходное вещество во многих синтезах. Яблочная и лимонная кислоты применяются в пищевой промышленности. Лимонная кислота находит применение в медицине, входит в состав комбинированного препарата «цитрамон» и других лекарственных средств. 5% раствор цитрата натрия используется для консервирования крови.
Мыла и моющие средства. Натриевые и калиевые соли высших жирных кислот называют мылами, т.к. они обладают хорошими моющими свойствами. Натриевые соли составляют основу твердых мыл, в то время как калиевые соли – жидких. Их получают кипячением животного сала либо растительного масла с гидроксидом натрия или калия – отсюда старинное название щелочного гидролиза жиров – «омыление». Очищающие (моющие) свойства мыла объясняются смачивающей способностью растворимых солей высших жирных кислот, т.е. анионы мыла обладают сродством, как к жирным загрязнениям, так и к воде. Анионная карбоксигруппа обладает сродством к воде: она гидрофильна. Углеводородная же цепь жирной кислоты обладает сродством к жирным загрязнениям. Она представляет собой гидрофобный конец молекулы мыла. Этот конец растворяется в капле грязи, в результате чего происходит ее трансформация и превращение в мицеллу. Удаление «пенообразных» мицелл с загрязненной поверхности достигается ее промыванием водой.
В так называемой жесткой воде, содержащей ионы Са2+ и Мg2+ происходит уменьшение моющей способности мыла, поскольку, взаимодействуя с ионами кальция и магния, мыла образуют нерастворимые кальциевые и магниевые соли, например:
В результате этого мыло образует вместо пены хлопья на поверхности воды и расходуется бесполезно. Этого недостатка лишены синтетические моющие средства (детергенты), представляющие собой натриевые соли различных сулъфокислот общей формулы:
Распространенными синтетическими моющими средствами (детергентами) являются алкилбензолсульфонаты:
Правда, повсеместное использование синтетических детергентов (стиральные порошки) создает свои проблемы. Типичный стиральный порошок содержит приблизительно 70% синтетического моющего средства и приблизительно 30% неорганических фосфатов. Фосфаты удаляют растворимые соли кальция. К сожалению, эти фосфаты попадают в сточные воды, которые сбрасываются в ручьи, реки, озера или океаны. Фосфаты являются питательной средой для определенных водорослей. Это приводит к сильному разрастанию цианобактерий, особенно в замкнутых водоемах, например, в озерах.