Сложные химические соединения: Простые и сложные вещества

Содержание

Простые и сложные вещества

Простые вещества: молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента).

Пример: h3, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au.

Сложные вещества (или химические соединения): молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов).

Пример: h3O, Nh4, OF2, h3SO4, MgCl2, K2SO4.

Аллотропия — способность одного химического элемента образовывать несколько простых веществ, различающихся по строению и свойствам.

Пример:

  • С — алмаз, графит, карбин, фуллерен.
  • O — кислород, озон.
  • S — ромбическая, моноклинная, пластическая.
  • P — белый, красный, чёрный.

Явление аллотропии вызывается двумя причинами:

  • Различным числом атомов в молекуле, например кислород O2 и озон O3.
  • Образованием различных кристаллических форм, например алмаз, графит, карбин и фуллерен (смотри рисунок выше).

Основные классы неорганических веществ

Бинарные соединения

Вещества, состоящие из двух химических элементов называются бинарными (от лат. би – два) или двухэлементными.

Названия бинарных соединений образуют из двух слов – названий входящих в их состав химических элементов.     

Первое слово обозначает электроотрицательную часть соединения – неметалл, его латинское название с суффиксом –ид стоит всегда в именительном падеже.

Второе слово обозначает электроположительную часть – металл или менее электроотрицательный элемент, его название стоит в родительном падеже, затем указывается степень окисления (только в том случае, если она переменная):

Запомни!

Bh4 — боран

B2H6 — диборан

Ch5 — метан

Sih5 — силан

Nh4 — аммиак

Ph4 — фосфин

Ash4 — арсин

Оксиды

Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород в степени окисления -2.

Общая формула оксидов: ЭхОу

Основные оксиды

Основные оксиды — оксиды, которым соответствуют основания.

Основные оксиды образованы металлом со степенью окисления +1, +2.

Пример

Соответствие основных оксидов и оснований

  • Na2O — Na2(+1)O(-2) — NaOH
  • MgO — Mg(+2)O(-2) — Mg(OH)2
  • FeO — Fe(+2)O(-2) — Fe(OH)2
  • MnO — Mn(+2)O(-2) — Mn(OH)2

Амфотерные оксиды

Амфотерные оксиды — оксиды, которые в зависимости от условий проявляют либо основные, либо кислотные свойства.

Амфотерные оксиды образованы металлом со степенью окисления +3, +4, а также некоторыми металлами (Zn, Be) со степенью окисления +2.

Пример

Al2(+3)O3(-2), Fe2(+3)O3(-2), Mn(+4)O2(-2), Zn(+2)O(-2), Be(+2)O(-2)

Кислотные оксиды

Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты.

Кислотные оксиды образованы неметаллом, а также металлом со степенью окисления +5, +6, +7.

Пример

Соответствие кислотных оксидов и кислот

  • SO3 — S(+6)O3(-2) — h3SO4
  • N2O5 — N2(+5)O5(-2) — HNO3
  • CrO3 — Cr(+6)O3(-2) — h3CrO4
  • Mn2O7 — Mn2(+7)O7(-2) — HMnO4

Гидроксиды

Гидроксиды — сложные вещества, состоящие из трех элементов, два из которых водород со степенью окисления +1 и кислород со степенью окисления -2.

Общая формула гидроксидов: ЭхОуНz

Основания

Основания — сложные вещества, состоящие из ионов металла и одной или нескольких гидроксо-групп (ОН-).

В основаниях металл имеет степень окисления +1, +2 или вместо металла стоит ион аммония Nh5+

Пример

NaOH, Nh5OH, Ca(OH)2

Амфотерные гидроксиды

Амфотерные гидроксиды — сложные вещества, которые в зависимости от условий проявляют свойства оснований или кислот.

Амфотерные гидроксиды имеют металл со степенью окисления +3, +4, а также некоторые металлы (Zn, Be) со степенью окисления +2.

Пример

Zn(OH)2, Be(OH)2, Al(OH)3, Cr(OH)3

Кислоты

Кислоты — сложные вещества, состоящие из атомов водорода и кислотных остатков.

В состав кислот входит неметалл или металл со степенью окисления +5, +6, +7.

Пример

h3SO4, HNO3, h3Cr2O7, HMnO4

Соли

Соли- соединения, состоящие из катионов металлов (или Nh5+) и кислотных остатков.

Общая формула солей: MexAcy

  • Me — металл
  • Ac — кислотный остаток
Пример

KNO3 — нитрат калия

(Nh5)2SO4 — сульфат аммония

Mg(NO3)2 — нитрат магния

Названия кислот и кислотных остатков

Кислота Кислотный остаток
Название
Формула Название Формула
Соляная
(хлороводородная)
HCl Хлорид Cl(-)
Плавиковая
(фтороводородная)
HF Фторид F(-)
Бромоводородная HBr Бромид Br(-)
Иодоводородная HI Иодид I(-)
Азотистая HNO2 Нитрит NO2(-)
Азотная HNO3 Нитрат NO3(-)
Сероводородная h3S Сульфид
Гидросульфид
S(2-)
HS(-)
Сернистая
h3SO3
Сульфит
Гидросульфит
SO3(2-)
HSO3(-)
Серная h3SO4 Сульфат
Гидросульфат
SO4(2-)
HSO4(-)
Угольная h3CO3 Карбонат
Гидрокарбонат
СО3(2-)
НСО3(-)
Кремниевая h3SiO3 Силикат SiO3(2-)
Ортофосфорная h4PO4 Ортофосфат
Гидроортофосфат
Дигидроортофосфат
РО4(3-)
НРО4(2-)
Н2РО4(-)
Муравьиная НСООН Формиат НСОО(-)
Уксусная СН3СООН
Ацетат
СН3СОО(-)

Полезные ссылки

Источник материала

Классификация неорганических веществ (видео)

Классификация неорганических веществ. Сложные вопросы (видео)

Кислотные оксиды (видео)

Основные оксиды (видео)

Основания (видео)

Характеристика солей (видео)

Дополнительные материалы

Классификация и номенклатура неорганических веществ (видео)

Классификация соединений (видео)

Аллотропные формы углерода (видео)

Сложные вещества — урок. Химия, 8–9 класс.

Химические элементы входят в состав сложных веществ (химических соединений).

Сложными называют вещества, состоящие из атомов разных химических элементов.

Большинство химических веществ являются сложными.

 

Многие сложные вещества имеют молекулярное строение. К молекулярным относятся метан Ch5, вода h3O, углекислый газ CO2, серная кислота h3SO4, глюкоза C6h22O6. Пластмассы, белки, жиры, крахмал тоже представляют собой сложные вещества, состоящие из молекул.

 

  

Рис. \(1\). Модель молекулы воды

  

Рис. \(2\). Модель молекулы этанола

 

Немолекулярное строение имеет песок SiO2, а также все сложные вещества, в состав которых входят металлы: поваренная соль NaCl, мел CaCO3, питьевая сода NaHCO3 и многие другие. Из сложных веществ немолекулярного строения состоят минералы и горные породы.

 

Рис. \(3\). Модель кристалла поваренной соли

 

При определённых условиях сложные вещества можно разложить на несколько новых веществ. Так под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород, а сахар при нагревании превращается в уголь и воду.

 

Водород и кислород совсем не похожи на воду. При обычных условиях водород и кислород представляют собой газы, а вода — жидкость. Уголь и вода ничем не напоминают сахар.

 

Обрати внимание!

Свойства сложного вещества не являются суммой свойств веществ, образующихся при его разложении.

Источники:

Рис. 1. Модель молекулы воды  https://cdn.pixabay.com/photo/2013/07/13/13/41/molecule-161361_960_720.png

Рис. 2. Модель молекулы этанола https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/00/Ethanol-3D-vdW.png

Рис. 3. Модель кристалла поваренной соли  https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/70/Lithium-chloride-3D-ionic.png/1024px-Lithium-chloride-3D-ionic.png

5. Простые и сложные вещества.

Простые и сложные вещества. Основные классы неорганических веществ. Номенклатура неорганических соединений.

Дополнительные видеоуроки, рекомендуемые к изучению

     Простые вещества — молекулы состоят из атомов одного вида (атомов одного элемента).

     Пример: H2, O2,Cl2, P4, Na, Cu, Au.

     Сложные вещества (или химические соединения) — молекулы состоят из атомов разного вида (атомов различных химических элементов).

     Пример: H2O, NH3, OF2, H2SO4, MgCl2, K2SO4.

     Аллотропия — способность одного химического элемента образовывать несколько простых веществ, различающихся по строению и свойствам.

     Пример:

     С — алмаз, графит, карбин, фуллерен.

     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, графит, карбин и фуллерен (смотри рисунок выше).

Основные классы неорганических веществ

    

Бинарные соединения

     Вещества, состоящие из двух химических элементов называются бинарными (от лат. би – два) или двухэлементными.

    

     Названия бинарных соединений образуют из двух слов – названий входящих в их состав химических элементов.                  

     Первое слово обозначает электроотрицательную часть соединения – неметалл, его латинское название с суффиксом –ид стоит всегда в именительном падеже. Второе слово обозначает электроположительную часть – металл или менее электроотрицательный элемент, его название стоит в родительном падеже, затем указывается степень окисления (только в том случае, если она переменная):

Запомни!

BH3 — боран

B2H6 — диборан

CH4 — метан

SiH4 — силан

NH3 — аммиак

PH3 — фосфин

AsH3 — арсин

Оксиды

     Оксиды — сложные вещества, состоящие из двух химических элементов, один из которых кислород в степени окисления -2.

     Общая формула оксидов: ЭхОу

    

     Основные оксиды — оксиды, которым соответствуют основания. 

Основные оксиды образованы металлом со степенью окисления +1, +2.

     Пример:

     Na2+1O-2, Mg+2O-2, Fe+2O-2, Mn+2O-2.

     Амфотерные оксиды — оксиды, которые в зависимости от условий проявляют либо основные, либо кислотные свойства. 

     Амфотерные оксиды образованы металлом со степенью окисления +3, +4, а также некоторыми металлами (Zn, Be) со степенью окисления +2.

     Пример:

     Al2+3O3-2, Fe2+3O3-2, Mn+4O2-2, Zn+2O-2, Be+2O-2.

     Кислотные оксиды — оксиды, которым соответствуют кислоты.

Кислотные оксиды образованы неметаллом, а также металлом со степенью окисления +5, +6, +7.

     Пример:

S+6O3-2, N2+5O5-2, Cr+6O3-2, Mn2+7O7-2

Гидроксиды

     Гидроксиды — сложные вещества, состоящие из трех элементов, два из которых водород со степенью окисления +1 и кислород со степенью окисления -2.

     Общая формула гидроксидов: ЭхОуНz

     Основания – сложные вещества, состоящие из ионов металла и одной или нескольких гидроксо-групп (ОН). 

В основаниях металл имеет степень окисления +1, +2 или вместо металла стоит ион аммония NH4+

Сложные химические соединения — Справочник химика 21

    Реакция термического разложения — химические реакции, при которых сложные химические соединения при тепловом воздействии распадаются на более простые соединения или даже на элементы. Вместе с тем свободные элементы в реакторе могут взаимодействовать с кислородом или серой. 
[c.6]

    Здесь делается достаточно грубое допущение, что оптическое поведение компонент смеси (раствора) не зависит друг от друга. Кроме того, рефракцию сложных химических соединении можно вычислить, зная рефракцию составляющих элементов. Атомной рефракцией называют произведение атомной массы элемента А на его удельную рефракцию г. Молекулярная рефракция соединения — это произведение его молекулярной массы М на удельную рефракцию г. Если известно число атомов, входящих в молекулу, то молекулярную рефракцию можно представить как сумму атомных рефракций с соответствующими вкладами [c.58]


    Несмотря на то, что на практике всегда стремятся к применению более простых и дешевых способов подготовки сырья к газификации, уж сейчас возникают (а в будущем это станет еще более частым явлением) такие обстоятельства, при которых экономически целесообразно перерабатывать ископаемое углеводородное сырье в промежуточные сложные химические соединения, в дальнейшем применяемые как сырье для производства ЗПГ. 
[c.221]

    Но при всех необычайных успехах статической биохимии , а в равной мере и структурной органической химии по расшифровке состава и строения сложных химических соединений — фрагментов живого организма, исследования в этом направлении служили и служат всего ли[иь предпосылкой по отношению к более важным [c.175]

    СЛОЖНЫЕ ХИМИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ [c.79]

    МЛ Э сложных химических соединений (гидроксидов, солей и др.) вычисляют по данным реакций, идущих без изменения степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих соединений. Например, ММЭ кислоты в реакции нейтрализации [c.14]

    Применяемые в настоящее время многочисленные типы присадок представляют собой, как правило, сложные химические соединения, содержащие в своем составе помимо углерода, водорода и кислорода также серу, фосфор, хлор, азот, барий, кальций, цинк и другие элементы. [c.282]

    Аминокислоты в различных, сочетаниях образуют белки—сложные химические соединения. Отличия в их составе и строении определяют видовые и специфические признаки микроорганизмов. Содержание белковых веществ из расчета на сухой остаток у бактерии достигает 40… 80 %, а у грибов — 15…40 %. [c.14]

    Все виды твердого топлива, нефть и мазут содержат примесь негорючих минеральных веществ, которые при сгорании топлива образуют золу. Некоторая часть этих веществ настолько тесно связана с органической массой топлива, что образует сложные химические соединения с последней. Примером таких соединений могут служить соли гуминовых кислот — гуматы. При горении топлива органическая часть гума-6 83 [c.83]

    За счет использования очень малой доли тепла, излучаемого солнцем на землю, и осуществляется процесс образования сложных химических соединений из углекислого газа и воды. [c.12]

    Твердое топливо состоит из сложных химических соединений, в основе которых находятся следующие элементы С, Н , 5, О , [c.11]

    Все эти расчеты чрезвычайно трудоемки, Для их ускорения в последние годы стали широко применяться быстродействующие электронные вычислительные машины. В результате значительного усовершенствования методики рентгеноструктурного анализа и вычислительной техники в последние годы расшифрованы структуры многих сложных химических соединений. Результаты этих исследований являются фактическим материалом современной кристаллохимии. [c.117]


    Часто круговой процесс используется для определения тех или иных величин, входящих в него. Ясно, что, вычислив энергию решетки по одной из формул, можно определить величину любого члена уравнения, если известны величины всех остальных. Действительно, с помощью кругового процесса впервые была определена энергия сродства к электрону. Часть членов — энергия ионизации и энергия сродства к электрону — являются атомными константами, другие — теплота диссоциации или энергия сублимации — характеризуют простые вещества, и только энергии решеток и теплоты образования относятся к сложным веществам. Таким образом, первые четыре величины могут быть заранее найдены экспериментально или вычислены для всех химических элементов. Экспериментальное определение двух последних величин для всех веществ затруднительно ввиду того, что число сложных химических соединений очень велико и с [c.176]

    Кристаллические структуры бинарных и более сложных химических соединений с ковалентной связью. В главе IX, 5 была описана структура алмаза, а в б структура двух модификаций ZnS — сфалерита и вюртцита. Для всех этих структур характерно, что каждый атом окружен по тетраэдру четырьмя другими атомами таким образом, что структура в целом представляет собою непрерывную трехмерную тетраэдрическую вязь. В случае алмаза тетраэдрическая координация объясняется тем, что каждый атом образует четыре равноценные ковалентные связи, поскольку углерод находится в IV группе периодической системы (8—4 = 4). Однако, [c.179]

    КРИСТАЛЛОХИМИЯ сложных ХИМИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ. КРИСТАЛЛОГИДРАТЫ, КОМПЛЕКСНЫЕ, МЕТАЛЛООРГАНИЧЕСКИЕ И клатратные СОЕДИНЕНИЯ [c.373]

    Классификация двойных (бинарных) и более сложных химических соединений 277 9. Кристаллохимическая систематика химических соединений 280 [c.399]

    Кристаллохимия сложных химических соединений. Кристаллогидраты, комплексные, металлоорганические и клатратные соединения 373 [c.400]

    Клатратные и другие сложные химические соединения [c.400]

    Сегодня уже нет необходимости убеждать широкие круги химиков-органиков в значении таких эффективных физических методов исследования состава и строения сложных химических соединений в малых количествах, как масс-, ИК-, ЯМР-и УФ-спектроскопия. Эти современные методы взаимно дополняют друг друга и, наряду с газовой и жидкостной хроматографией, прочно вошли в повседневную практику большинства химических лабораторий. Дальнейшее, более широкое внедрение этого комплекса методов в нашей стране пока ограничивается, с одной стороны, отсутствием хороших разработок и массового производства достаточно дешевой и точной аппаратуры (за исключением УФ-спектрофотометров), с другой — необходимостью подготовки и переподготовки химиков-органиков, владеющих этими методами. [c.5]

    Так, метаболизм высших животных, включая человека, обеспечивается сложной системой органов. Усвоение пищи происходит в системе пищеварительных органов, которая включает в себя ротовую полость, пищевод, желудок и кишечник. В процессе пищеварения участвуют поджелудочная железа, которая обеспечивает систему рядом пищеварительных ферментов, и печень, которая продуцирует желчь, необходимую для переваривания жиров. В этой системе все полимерные и, другие сложные химические соединения превращаются в более простые вещества, которые могут поступать в кровь для того, чтобы быть доставленными ко всем другим органам. Кровеносная система, кроме того, доставляет кислород, сорбированный эритроцитами в легких. Кишечник, почки и легкие участвуют также в выделении побочны-ч продуктов (продуктов жизнедеятельности). Так, СОа, образовавшийся при окислении ряда органических соединений, может быть либо выдохнут через легкие, либо, превратившись в мочевину, выделиться с [c.26]

    Сенсибилизация — это процесс обработки поверхности диэлектрика раствором восстановителя. В качестве его в большинстве случаев используют кислые растворы двухлористого олова. Содержаш иеся в них ионы 5п2+ (в виде ЗпСи -) сорбируются поверхностью диэлектрика и при последующей промывке подвергаются гидролизу, с образованием малорастворимых продуктов 5п (ОН), 5 С1о,5 и более сложных химических соединений  [c.44]

    Для сложных химических соединений ветчину 2. определяют по формуле [c.54]

    Очевидно, что хиральность присуща подавляющему большинству сколько-нибудь сложных химических соединений. Вещество, получаемое в обычном химическом синтезе in vitro, представляет собой рацемическую смесь двух зеркальных антиподов. В соответствии со вторым началом термодинамики содержание правого и левого антиподов в рацемической смеси одинаково — по 50% (при этом максимальна энтропия смешения). При синтезе аминокислот все они, кроме глицина h3Nh3 OOH, не имеющего асимметрического атома углерода, образуют рацемические смеси правых и левых антиподов. [c.79]

    Теплопроизводительной способностью называют то количество тепла, которое выделяет 1 г горючего при его сжигании. Поскольку-нефть представляет собою сложное химическое соединение, теплота, получаемая при ее сжигании, равна сумме теплот, получаемых при сгорании отдельно составляющих ее элементов, минус теплота образования данного соединения из этих же элементов .  [c.62]


    Особый интерес представляет возможность получения сложных химических соединений с помощью электролиза — электросинтез. В данном случае на электродах под действием электриче-ческого тока протекают окислительно-восстановительные процессы. Это позволяет получать химические вещества, обладающие высокими термодинамическими потенциалами, и поэтому не обра- [c.251]

    УЛЬТРАМАРИН — синяя краска, сложное химическое соединение, алюмосиликат натрия, содержащий серу. Получают нагреванием смеси каолина, серы, соды и угля с небольшим количеством сахара. Природный У. был известен еще задолго до нашей эры, представляет собой минерал лазурит или ляпис-лазурь такого состава Na8AljSi,S4024. Позже были разработаны методы получения искусственного, который по своему составу и качеству не уступает природному. У.— порошок синего цвета, нерастворим в воде и органических растворителях, устойчив к действию щелочей, света. Растворы кислот разрушают У. Ценность У. связана с интенсивностью его цвета. Применяют У. для устранения желтой окраски в белых продуктах и материалах (сахар, бумага, белые ткани, пигменты и т. д.), для изготовления художественных красок, эмалей, окраски линолеума, резины, обоев, цементных плиток и др. [c.257]

    Железо, будучи химически активным даже при обычной температуре, при нагревании взаимодействует почти со всеми неметаллами (уже упоминался карбид железа РезС, с. 116). С металлами железо образует многочисленные сплавы, интерметаллические соединения различного состава (см. с. 116). Железо активно и по отношению к сложным химическим соединениям — кислотам, солям, окислам и др. [c.119]

    Термином сложные химические соединения определяют хи. шче-ские индивиды, содержащие три и более компонентов. Если простых веществ (с учетом аллотропии и полиморфизма) насчитывается около 200, а бинарных соединении — порядка 10 ООО, сложных многокомпонентных соединений значительно больше. Традиционно эти объекты подразделяют на 3 класса основания, кислоты и соли. В эту же классификацию обычно включают и комплексные соединения, поскольку существуют, например, комплексные кислоты (HJPt lel), комплексные основания ([Ag (ЫНз)210Н) и комплексные [c.79]

    Однако опыт показывает, что эти валентно-насыщенные соединения способны дополнительно присоединять молекулы воды, образуя новые, более сложные химические соединения определенного состава — Си504-5Н20, А)(ОНз) ЗНА [c.265]

    Классификация сложных соединений. Термином сложные химические соединения определяют химические индивиды, содержащие три элемента и более. Если простых веществ (с учетом аллотропии и полиморфизма) насчитывается около 200, а бинарных соединений — порядка 10 ООО, то сложных химических соединений значительно больше. Традиционно эти объекты подразделяются на три класса основания, кислоты и соли. В эту же классификацию обычно включают и комплексные соединения, поскольку существуют комплексные кислоты, комплексные основания и комплексные соли. Однако уже среди комплексных соединений встречаются такие, которые невозможно отнести ни к одному из перечисленных классов. Таковы, например, карбонилы металлов, многие хелаты и внутрикомплексные соединения. Таким образом, уже применительно к комплексным соединениям приведенная классификация не является полной. Но существуют сложные соединения, которые не относятся и к комплексным, хотя их также нельзя рассматривать в рамках данной классификации. В частности, такие соединения, как Сс18пА82, 2пСеР2, СиГеЗг и т.п., невозможно отнести к солям, в том числе и комплексным. Причиной неуниверсальности этой классификации служит то, что она охватывает только объекты, в которых существенная роль принадлежит преимущественно ионной связи между структурными элементами. Отсюда, в частности, вытекает принципиальная возможность электролитической диссоциации в водных растворах с разрывом преимущественно ионной связи по одному из трех типов кислотному, основному или «солевому». [c.280]

    Много предложений внесено ио рациональному наименованию сложных химических соединений. При этом для некоторых распространенных соединений наряду с новыми сохранены и их традиционные иаименования. [c.175]

    Специальными (простыми) карбидами называются химические соединения углерода с одним легирующим элементом (МпзС Ст Сз СГ4С ШзС ШС УС и др.) сложными—двойные карбиды, состоящие из простых карбидов, образующих друг с другом сложные химические соединения или твердые растворы с железом. Так, карбид хрома СГ7С3 может растворить до 60% железа — в этом случае его обозначают (РеСг) Сз. [c.15]

    Энтропия сложных химических соединений в кристаллическом состоянии принимается равной сумме значений энтропии более простых составных частей этих соединений в кристалли- ческом состоянии в тех же условиях. Так, энтропию силикатов рассчитывают как сумму значений энтропии составляющих окислов. По Н. Н. Дрозину, если расположить роединения одного типа в порядке возрастания их молекулярной массы, энтропия данного соединения равна полусумме значений энтропии соседних соединений. По Веннеру, энтропия твердых соединений линейно зависит от логарифма молекулярной массы 5=у412М- -5, где М — молекулярная маСса А и В — константы для подобных веществ. [c.55]


Координационные соединения :: Особенности и структура :: Простые и сложные соединения

Химические вещества можно классифицировать разными способами, в зависимости от цели классификации. По сложности состава и уровню структурирования химических элементов вещества можно разделить на три группы:
  1. Простые вещества
  2. Простые соединения, которые также называют симплексами от англ. simple — простой
  3. Сложные соединения или комплексы. В современной химии комплексные соединения рекомендуют называть «координационные соединения»

Комплексы ≡ координационныe соединения

Применим данную классификацию к веществам: Ni, N2, H2, Cl2, NH3, HCl, NiCl2, [Ni(NH3)6]Cl2.

Простые вещества
Ni, N2, H2, Cl2
Простые соединения (симплексы)
NH3, HCl, NiCl2
Сложные соединения (комплексы)
[Ni(NH3)6]Cl2

Простые вещества образованы одним элементом. Вещество [Ni(NH3)6]Cl2 хочется отнести к сложным соединениям, в отличие от простых соединений: NH3, HCl, NiCl2.

Простые вещества объединяются с образованием симплексов.

N2 + 3H2 = 2NH3
H2 + Cl2 = 2HCl
Ni + Cl2 = NiCl2

Симплексы объединяются с образованием комплексных соединений.

NiCl2 + 6NH3 = [Ni(NH3)6]Cl2

Таким образом, в координационных соединениях достигается более высокий уровень структурирования химических элементов, и они являются соединениями более высокого порядка.

В группу координационных соединений входит огромное количество веществ, много больше, чем в группу простых соединений, и эта группа динамичнее других расширяется.

Комплексные соединения широко используются в самых разных областях человеческой деятельности и далее будут приведены многочисленные примеры их практического использования.

Но и в обеспечении самой жизни комплексные соединения играют немаловажную роль. Содержание кислорода, необходимого всему живому, поддерживают зеленые растения, они, поглощая солнечную энергию, с помощью хлорофилла синтезируют простейшие белки из СО2 и H2O и выделяют О2.

В листьях растений содержится хлорофилл — хелатный комплекс Mg2+ со сложным органическим лигандом.
Хлорофилл — это комплексное соединение магния со сложным органическим лигандом. Похожий комплекс, но только не магния, а железа, входит в состав гемоглобина, обеспечивающего перенос кислорода кровью для поддержания жизни человека.

Комплексные соединения, случайным образом получали и использовали издавна. Так в 9 веке, один из арабских алхимиков растворял золото в смеси соляной и азотной кислот. Лишь много позднее выяснили, что растворение благородного металла становится возможным из-за образования прочного комплекса [AuCl4]. В 16 веке немецкий алхимик, отыскивая способ обнаружения аммиака, добавил к нему медный купорос и получил синее соединение (позднее установили, что это амминный комплекс меди — [Cu(NH3)4]SO4). Впоследствии это соединение стали использовать для получения искусственного шелка. В качестве синих красителей в 18 веке использовали цианидные комплексы железа.

Сложное вещество 

Сложное вещество – это вещество, состоящее из атомов двух и более разных химических элементов. Согласно принципам систематической номенклатуры, химическая формула сложного вещества разделяется на условно электроположительную (катион) и условно электроотрицательную (анион) составляющие. Первая составляющая ставится в формуле слева, а вторая – справа. Название сложного вещества читается справа налево, то есть вначале называется его электроотрицательная составляющая в именительном падеже, а затем электроположительная – в родительном. При этом в случае одноэлементной электроотрицательной составляющей используется суффикс –ид, а в случае многоэлементарной – суффикс –ат.

Классификация сложных веществ:

Бинарные соединения

В формулах бинарных соединений, состоящих из металла и неметалла, на первом месте всегда стоит металл (как более электроположительный элемент): K2S, CaCl2, CrO3, AlP, Cr2O3, ScF3.

В формулах соединений, не содержащих атомы металлов, на первом месте помещается элемент с меньшей электроотрицательностью. Порядок увеличения электроотрицательности определяется практическим рядом:

Rn, Xe, Kr, B, Si, C, As, P, H, Te, Se, S, At, I, Br, Cl, N, O, F

Например, H2O, CS2, Cl3N, C2H6, AsI3, NO2, OF2. Исключение составляют некоторые соединения азота с водородом, для которых оставлено традиционное написание формул: HN3, N2H4 (но для кислоты HN3).

Бинарные соединения:

  • Галогениды;
  • Оксиды;
  • Халькогениды;
  • Нитриды;
  • Водородные соединения азота;
  • Фосфиды;
  • Карбиды;
  • Гидриды;
  • Интерметаллиды.

Многоэлементарные соединения:
  • Гидроксиды;
  • Кислоты;
  • Соли;

 

Автор: Тикавый В.Ф.
Источник: Общая химия в формулах, определениях, схемах., под редакцией Тикавого В.Ф.,1987 год
Дата в источнике: 1987 год

В космосе найдены сложные органические соединения на основе углерода

https://ria.ru/20210318/kosmos-1601864896.html

В космосе найдены сложные органические соединения на основе углерода

В космосе найдены сложные органические соединения на основе углерода — РИА Новости, 18.03.2021

В космосе найдены сложные органические соединения на основе углерода

Ученые впервые однозначно идентифицировали конкретные молекулы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в холодном молекулярном облаке TMC-1, в котором РИА Новости, 18.03.2021

2021-03-18T21:00

2021-03-18T21:00

2021-03-18T21:00

наука

химия

космос — риа наука

массачусетский технологический институт

астрономия

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/07e5/03/12/1601861310_0:252:1728:1224_1920x0_80_0_0_de52fdb1730ada2ddb9dccd5688e8395.jpg

МОСКВА, 18 мар — РИА Новости. Ученые впервые однозначно идентифицировали конкретные молекулы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в холодном молекулярном облаке TMC-1, в котором еще даже не началось звездообразование. До этого астрономы находили только коллективные следы присутствия ПАУ в межзвездной среде и считали, что эти сложные органические соединения возникают в момент гибели звезд. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.Считается, что значительная часть углерода в космосе существует в форме крупных молекул полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). С 1980-х годов косвенные свидетельства в виде инфракрасных полос, характерных для всего класса ПАУ, указывали на то, что этих молекул в космосе много, но идентифицировать конкретные соединения до сих пор не удавалось.На Земле ПАУ эффективно образуются только при высоких температурах. Они возникают как побочные продукты сжигания ископаемого топлива. Их можно найти, например, в следах обугливания на приготовленной на гриле пище.Исследователи из проекта GOTHAM (Green Bank Telescope Observations of TMC-1: Hunting Aromatic Molecules) в поисках ПАУ детально изучили с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк (GBT) в США туманность TMC-1 — часть Молекулярного облака Тельца, большого дозвездного облака пыли и газа, расположенного примерно в 450 световых годах от Земли.Поскольку ожидалось, что ПАУ будут производить большое количество очень слабых сигналов в пределах своих спектральных интервалов, авторы разработали технологию выделения неуловимых сигналов из шума с помощью суммирования и обработки результатов наблюдений через специальные фильтры.В итоге, в холодном межзвездном облаке с температурой 10 градусов выше абсолютного нуля авторы идентифицировали около дюжины конкретных молекул ПАУ, две из которых описаны в опубликованной статье. Это 1- и 2-цианонафталин — соединения, состоящие из двух конденсированных бензольных колец с присоединенной нитрильной группой. По словам авторов, открытие указывает на то, что сложные молекулы ПАУ могут образовываться при гораздо более низких температурах, чем считали ранее.»Мы всегда думали, что полициклические ароматические углеводороды в основном образуются в атмосферах умирающих звезд, — приводятся в пресс-релизе Массачусетского технологического института слова первого автора статьи, доцента кафедры химии и главного исследователя проекта GOTHAM Бретта МакГуайра (Brett McGuire). — В этом исследовании мы обнаружили их в холодных темных облаках, где звезды еще даже не начали формироваться».Среди прочих, авторы нашли в облаке TMC-1 сложные молекулы, никогда ранее не обнаруживаемые в межзвездной среде: 1- и 2-цианоциклопентадиен, HC11N, винилцианоацетилен, бензонитрил, транс-(E)-иановинилацетилен, HC4NC, пропаргилцианид и другие.»Мы наткнулись на совершенно новый набор молекул, отличный от всего, что мы видели ранее, и это полностью меняет наше представление о том, как эти молекулы взаимодействуют друг с другом, — говорит МакГуайр. — Считается, что полициклические ароматические углеводороды содержат до 25 процентов углерода во Вселенной. Теперь впервые у нас есть прямое окно в их химию, которое позволит нам подробно изучить, как эволюционирует этот массивный резервуар углерода».»Мы видим, как ПАУ реагируют с образованием более крупных молекул. Со временем эти молекулы становятся достаточно большими и начинают собираться в зародыши межзвездной пыли», — объясняет ученый.Авторы считают, что их открытие может стать ключом к разгадке роли углерода в формировании звезд и планет.

https://ria.ru/20210318/radiomeduza-1601792061.html

https://ria.ru/20210318/galktiki-1601684982.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn22.img.ria.ru/images/07e5/03/12/1601861310_23:0:1655:1224_1920x0_80_0_0_16317618f046378bbf8b6edfe5dfc906.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

химия, космос — риа наука, массачусетский технологический институт, астрономия

МОСКВА, 18 мар — РИА Новости. Ученые впервые однозначно идентифицировали конкретные молекулы полициклических ароматических углеводородов (ПАУ) в холодном молекулярном облаке TMC-1, в котором еще даже не началось звездообразование. До этого астрономы находили только коллективные следы присутствия ПАУ в межзвездной среде и считали, что эти сложные органические соединения возникают в момент гибели звезд. Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Считается, что значительная часть углерода в космосе существует в форме крупных молекул полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). С 1980-х годов косвенные свидетельства в виде инфракрасных полос, характерных для всего класса ПАУ, указывали на то, что этих молекул в космосе много, но идентифицировать конкретные соединения до сих пор не удавалось.

На Земле ПАУ эффективно образуются только при высоких температурах. Они возникают как побочные продукты сжигания ископаемого топлива. Их можно найти, например, в следах обугливания на приготовленной на гриле пище.

Исследователи из проекта GOTHAM (Green Bank Telescope Observations of TMC-1: Hunting Aromatic Molecules) в поисках ПАУ детально изучили с помощью радиотелескопа Грин-Бэнк (GBT) в США туманность TMC-1 — часть Молекулярного облака Тельца, большого дозвездного облака пыли и газа, расположенного примерно в 450 световых годах от Земли.

Поскольку ожидалось, что ПАУ будут производить большое количество очень слабых сигналов в пределах своих спектральных интервалов, авторы разработали технологию выделения неуловимых сигналов из шума с помощью суммирования и обработки результатов наблюдений через специальные фильтры.

18 марта, 12:35НаукаАстрономы впервые наблюдали загадочную «космическую медузу»

В итоге, в холодном межзвездном облаке с температурой 10 градусов выше абсолютного нуля авторы идентифицировали около дюжины конкретных молекул ПАУ, две из которых описаны в опубликованной статье. Это 1- и 2-цианонафталин — соединения, состоящие из двух конденсированных бензольных колец с присоединенной нитрильной группой.

По словам авторов, открытие указывает на то, что сложные молекулы ПАУ могут образовываться при гораздо более низких температурах, чем считали ранее.

«Мы всегда думали, что полициклические ароматические углеводороды в основном образуются в атмосферах умирающих звезд, — приводятся в пресс-релизе Массачусетского технологического института слова первого автора статьи, доцента кафедры химии и главного исследователя проекта GOTHAM Бретта МакГуайра (Brett McGuire). — В этом исследовании мы обнаружили их в холодных темных облаках, где звезды еще даже не начали формироваться».

Среди прочих, авторы нашли в облаке TMC-1 сложные молекулы, никогда ранее не обнаруживаемые в межзвездной среде: 1- и 2-цианоциклопентадиен, HC11N, винилцианоацетилен, бензонитрил, транс-(E)-иановинилацетилен, HC4NC, пропаргилцианид и другие.

«Мы наткнулись на совершенно новый набор молекул, отличный от всего, что мы видели ранее, и это полностью меняет наше представление о том, как эти молекулы взаимодействуют друг с другом, — говорит МакГуайр. — Считается, что полициклические ароматические углеводороды содержат до 25 процентов углерода во Вселенной. Теперь впервые у нас есть прямое окно в их химию, которое позволит нам подробно изучить, как эволюционирует этот массивный резервуар углерода».

«Мы видим, как ПАУ реагируют с образованием более крупных молекул. Со временем эти молекулы становятся достаточно большими и начинают собираться в зародыши межзвездной пыли», — объясняет ученый.

Авторы считают, что их открытие может стать ключом к разгадке роли углерода в формировании звезд и планет.

18 марта, 03:00НаукаАстрономы обнаружили миллиарды карликовых галактик в космической паутине

Молекулы с глупыми или необычными названиями

Arsole

Да, хотите верьте, хотите нет, но на самом деле существует молекула под названием Arsole … и это кольцо! Это мышьякоподобный эквивалент пиррола, и хотя он редко встречается в чистом виде, он иногда рассматривается как побочная группа в виде органических арсолилов . Для получения дополнительной информации см. Статью с, вероятно, лучшим названием из всех научных статей, с которыми я когда-либо сталкивался: «Исследования по химии арсолей», Г.Markl и H. Hauptmann, J. Organomet. Chem ., 248 (1983) 269. Хотя класс молекул с этой общей структурой называется «арсолами», конкретная молекула, показанная справа, на самом деле называется «арсенолом» (не путать с лондонским футбольным клубом). , Арсенал). Вопреки широко распространенному мнению, новое исследование (см. Ссылку ниже) показывает, что арсолы являются только умеренно ароматическими … Между прочим, патент США № 3412119, выданный Dow Chemical Company, озаглавлен «Замещенные станнолы, фосфолы, арсолы и стиболы» — I не знал, что есть заменитель арсоли…
Более того, если шесть из них связаны вместе, мы можем применить приставку «sexi», чтобы получить «sexiarsole». А структура, в которой арсоль соединяется с бензольным кольцом, называется «бензарсоль»; 6 из них, связанных вместе, будут называться «сексибензарсолом» (хотя ни одна из этих секс-молекул еще не синтезирована). Другой хорошо известной ядовитой молекулой мышьяка является простой гидрид, называемый «арсин», с формулой AsH 3 .
По схожей теме мне рассказали о соединении арил селенида с превосходным сокращением от осла, которое одновременно токсично и воняет.В статье J. Am. Chem. Soc . опубликовано авторами, конечно же, из Орхусского университета! Мне сказали, что можно создавать молекулы со связями Se-Se, поэтому, если ass связана с галогенидом селена (где X представляет Br, Cl и т. Д.), То можно получить ass-SeX. Я оставлю это как задачу химикам-синтетикам: сначала попытаться создать это соединение, а затем попытаться найти его название в названии статьи!
Кроме того, родственная молекула фосфол (которая просто заменяет As на P) весьма забавна, если вы говорите по-французски, поскольку произносится так же, как « fausse folle ». Fausse означает «фальшивка» или «ложь», а folle означает и «сумасшедшую женщину», и «трансвестита» или «ледибоя».

Спасибо Нилу Бруксу, Николасу Велхему, Энди Шипвею, Ллойду Эвансу, Питеру Симсу, Джону Перкинсу, Бобу Бантроку и Бену Миллсу за некоторую информацию и подробности об этих молекулах. Эта статья вдохновила Микаэля Йоханссона из Хельсинкского университета провести научное исследование ароматичности арсолей, которое было опубликовано: Letts. Орг. Chem. 2 (2005) 469. Еще одна интересная ссылка, предоставленная Патриком Уоллесом: G. Märkl и H. Hauptmann, «Unusual Substitution in Arsole Ring», Angew. Chem. Int. Эд. . 11 , (1972) 441, и еще один, предоставленный Саймоном Коттоном: «Arsole metal complex», E.W. Abel, I.W. Nowell, A.G.J. Modinos, C. Towers, J. Chem. Soc., Chem. Commun ., (1973) (7), 258-259. Спасибо также Томасу Жанмэру и Алану Паркеру за информацию и перевод о фосфоле.

Химики расщепляют сложное соединение | Природа

Натуралистический подход подтверждается тем, что молекула губки поддается синтезу в лаборатории.

Одна из самых сложных задач для химиков-синтетиков, наконец, решена. Усилия по созданию палауамина в лаборатории на протяжении более десяти лет вызвали ожесточенную конкуренцию между ведущими исследователями, хотя у него может быть небольшой потенциал в качестве лекарства.

Выход 25-ступенчатого синтеза, которым руководил Фил Баран из Исследовательского института Скриппса в Ла-Хойя, Калифорния, составил всего 0,015%: менее 2 из каждых 10 000 молекул исходного материала прошли до конечного продукта. .

«Палауамин — это вершина технической сложности, — говорит химик-органик Патрик Харран из Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, который пытается создать это соединение с 2002 года.» Фил и его студенты установили стандарт, против которого все будущие работы в этой области будут оцениваться.«

Но синтез, опубликованный на прошлой неделе в Angewandte Chemie 1 , — это больше, чем техническое достижение. Процедура демонстрирует эффективность набора руководящих принципов для эффективного органического синтеза, которые были сформулированы группой Барана несколько лет назад. и теперь набирает приверженцев благодаря своей лаконичности и простоте.

Палау’амин: дьявольски сложно изготовить в лаборатории.

Палауамин был выделен из губки Stylotella agminata , которая встречается в водах вокруг Республики Палау в западной части Тихого океана.Впервые описанный в 1993 году (ref. 2 ), он является частью семейства соединений, известных как пирролимидазоловые алкалоиды, которые могут помочь удержать рыбу от перекуса губкой или предотвратить поселение микробов. Молекула обладает противоопухолевой, антибактериальной и противогрибковой активностью на уровнях, которые «нормальные, но не фантастические», — говорит Маттиас Кёк, химик по морским натуральным продуктам из Института полярных и морских исследований Альфреда Вегенера в Бремерхафене, Германия.

Таким образом, главная привлекательность в синтезе молекулы заключается не в ее потенциале как чудо-лекарства, а в том, что создать что-то настолько сложное.Структура палау’амина заполнена шпорами и суставами в необычных местах и ​​усеяна атомами азота, которые ждут, чтобы нарушить химические реакции, используемые для сшивания соединения. В основе молекулы лежит уникальная конфигурация колец — два круга, состоящие из атомов углерода и атома азота, которые соединены в искаженной конфигурации.

Более десяти лет химики предполагали, что кольца скручены в чашеобразную форму. Но в 2004 году Баран выдвинул гипотезу, что все члены молекулярного семейства палауамина могут быть сконструированы с использованием одной и той же общей стратегии, подразумевая, что принятая структура палауамина неверна.

В 2007 году его прогноз был подтвержден тремя командами, которые независимо друг от друга разработали его истинную структуру. Кёк, руководивший самым подробным исследованием, вспоминает, что сначала «нам почти никто не поверил. Почти все, с кем мы говорили, думали, что мы заблуждались». Но химики-синтетики вскоре переключили свое внимание на новую цель. «Многие группы годами гнались за неправильной структурой, — говорит Кёк.

Синтез Барана соответствует набору руководящих принципов синтеза 3 , цель которых — использовать присущую молекуле-мишени реактивность и максимально приближаться к тому, как она создается в природе, объясняет член группы Ян Сипл.Это включает использование каскадных реакций, которые могут образовывать множество новых химических связей за одну стадию, и отказ от использования защитных групп для защиты хрупких частей молекулы во время синтеза, поскольку они увеличивают стоимость и сложность процесса.

Хотя ни одно из руководящих принципов не является новым, применение их всех в рамках одного синтеза стало отличительной чертой работы Барана. Его цель — доказать, что новые лекарства не должны создаваться из относительно ограниченного пула молекулярных мотивов, используемых фармацевтическими компаниями.

Усилия по синтезу палауамина вынудили химиков разработать новые реакции и методы сборки сложных молекул. Частично синтез Барана основан на реагенте на основе серебра, который, например, изобрел его лаборатория, чтобы мягко окислять наполовину построенную молекулу палауамина, не разрушая ее атомы азота. «Этот реагент уже используется фармацевтической компанией для создания ряда кандидатов в лекарства», — говорит Баран.

В ближайшем будущем он надеется получить граммы соединения вместо нескольких миллиграммов, которых он до сих пор достиг, и настроить свой синтез так, чтобы получить только одну из двух возможных зеркальных форм соединения.У его команды уже есть рабочий маршрут, который сокращает десять шагов от начала процесса. «Для нас история только началась», — говорит Баран.

Ссылки

  1. 1

    Seiple, I. B. et al. Angew. Chem. Int. Edn DOI: 10.1002 / anie.200

      2 (2009).

    1. 2

      Kinnel, R. B., Gehrken, H. P. & Scheuer, P. J. J. Am. Chem. Soc. 115 , 3376-3377 (1993).

      CAS Статья Google Scholar

    2. 3

      Баран, п.С., Маймон Т. Дж. И Рихтер Дж. М. Nature 446 , 404-408 (2007).

      ADS CAS Статья Google Scholar

    Ссылки для скачивания

    Дополнительные ссылки

    Дополнительные ссылки

    Дополнительные внешние ссылки

    Полный синтез палауамина

    Группа Фила Барана

    Об этой статье

    Цитируйте эту статью

    Peplow, M.Химики расщепляют сложное соединение. Природа 463, 14 (2010). https://doi.org/10.1038/463014a

    Ссылка для скачивания

    Сложные органические соединения в химии: типы, группы и примеры

    Сложные органические соединения

    Основная причина высокой ценности углерода заключается в том, что он может образовывать четыре связи одновременно, что позволяет ему образовывать сложные гибкие молекулы. Это идеально для жизни. Четыре основные группы молекул углерода жизни — это белков , углеводов , липидов и нуклеиновых кислот .Это самые сложные виды органических соединений.

    Хорошо, иди взгляни в зеркало. Вы видите сложные органические соединения? Вы это сделаете, если увидите свою кожу. Кожа состоит из белков. Вы это сделаете, если увидите жир. Под кожей и жиром происходит множество процессов, для которых требуется энергия в виде углеводов. Мы не можем забыть очень важные нуклеиновые кислоты, которые сообщают клеткам вашего тела, как работать и воспроизводиться.

    В простых органических соединениях углерод связан только с водородом.Сложные органические соединения, особенно те, которые участвуют в живых системах, имеют углеродные связи, по крайней мере, с водородом и кислородом. Давайте начнем с простого и снова перейдем к сложному.

    Сахар — это разновидность углеводов.

    Углеводы — это молекул, состоящих из углерода, водорода и кислорода . Примером углеводов является столовый сахар , известный как сахароза . Сахароза имеет молекулярную формулу C12h32O11 .Все сложные органические молекулы, такие как сахароза, известны как полимеры и . Полимеры представляют собой комплексов повторяющихся структурных единиц . Структурные единицы , из которых состоят полимеры , называются мономерами . Итак, по сути, полимеры — это комплексы мономеров. Сахароза — это полимер мономера глюкозы.

    Липиды , обычно называемые жирами, также являются полимерами. Липиды — это полимеров жирных кислот . Холестерин, который вы так усердно пытаетесь удержать в определенных пределах, является примером липида. Холестерин является одним из основных компонентов мембран животных клеток и позволяет клетке быть гибкой и изменять форму. Холестерин имеет сложную структуру , состоящую из четырех связанных углеводородных колец и углеводородного хвоста . Молекулярная формула холестерина C27h56O .

    Если вы уже пробовали соблюдать диету, то знаете о двух основных типах липидов: насыщенных, и ненасыщенных, . Возможно, вы сидели на диете с высоким содержанием ненасыщенных жиров или цепей жирных кислот с двойными связями, потому что они более здоровы.Насыщенные липиды представляют собой цепей жирных кислот, не имеющих двойных связей. Большинство животных жиров представляют собой насыщенные липиды, тогда как большинство жиров растений и семян являются ненасыщенными липидами. За исключением некоторых жиров тропических растений, таких как кокосовое или пальмовое масло, которые являются насыщенными липидами.

    Наше следующее органическое соединение, белок , даже сложнее углеводов или липидов. Белки представляют собой полимеров из аминокислот. Аминокислоты содержат азот, углерод, кислород и водород .Вы замечаете, что чем больше мы добавляем элементов, тем сложнее органическое соединение? Есть 20 аминокислот с широким спектром химических свойств, благодаря содержащемуся в них азоту. Аминокислоты охватывают всю шкалу pH, некоторые из них являются кислыми, основными или нейтральными. Некоторые аминокислоты обладают зарядом, что делает их полярными. Это важно, когда речь идет о том, как белки складываются вместе, а также как они связываются с другими соединениями.

    Форма белков после сворачивания определяет их функцию.Например, фермент представляет собой белок с активным центром, который будет объединять другие молекулы, чтобы катализировать реакцию . Некоторые белки имеют огромные размеры из-за их окончательной формы после сворачивания. Эти белки настолько велики, что химики не обращают внимания на их молекулярную формулу; вместо этого они сосредотачиваются на своей молекулярной массе.

    ДНК и РНК — сложные органические соединения.

    Белки, которые мы только что обсудили, созданы благодаря инструкциям, закодированным в нуклеиновых кислотах .Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры из нуклеотидов. Нуклеотиды представляют собой сахарофосфатные соединения , присоединенные к азотному основанию . ДНК , сокращенно от дезоксирибонуклеиновой кислоты , представляет собой нуклеиновую кислоту , которая кодирует инструкции для клеток . Рибонуклеиновая кислота или РНК — это нуклеиновая кислота , которая помогает преобразовывать ДНК в белки . Каждый аспект каждого живого организма, от бактерий до растений, вашей собаки и нас, определяется нуклеиновыми кислотами.

    Краткое содержание урока

    Органические соединения — это любые молекулы, состоящие из элемента углерода . Четыре основные группы молекул углерода жизни — это самые сложные органические соединения: белков , углеводов , липидов и нуклеиновых кислот . Все сложные органические молекулы — это полимеры . Полимеры представляют собой комплексов повторяющихся структурных единиц , известных как мономеров .По сути, полимеры — это комплексы мономеров.

    Углеводы — это молекул, состоящих из углерода, водорода и кислорода . Примером углеводов является столовый сахар , известный как сахароза .

    Липиды , также называемые жирами , представляют собой полимеры жирных кислот . Два типа липидов — это ненасыщенных жиров или цепей жирных кислот с двойными связями и насыщенных жиров или цепей жирных кислот, не имеющих двойных связей .Примером липида является холестерин , который представляет собой комплексную структуру из четырех связанных углеводородных колец и углеводородного хвоста .

    Белки представляют собой полимеры из аминокислот. Аминокислоты — это мономеров, содержащих азот, углерод, кислород и водород . Одним из специализированных типов белка является фермент , который представляет собой белок с активным центром, который будет объединять другие молекулы, чтобы катализировать реакцию .

    Нуклеиновые кислоты представляют собой полимеры с нуклеотидами . Нуклеотиды представляют собой сахарофосфатные соединения , присоединенные к азотному основанию . Двумя типами нуклеиновых кислот являются дезоксирибонуклеиновая кислота , сокращенно ДНК , которая представляет собой нуклеиновая кислота, которая кодирует инструкции для клеток , и рибонуклеиновая кислота , сокращенно РНК , которая представляет собой нуклеиновую кислоту что помогает преобразовывать ДНК в белки .

    3.1: Типы химических соединений и их формулы

    Цели обучения

    • Чтобы понять разницу между ковалентной и ионной связью.

    Атомы во всех веществах, содержащих несколько атомов, удерживаются вместе за счет электростатических взаимодействий — взаимодействий между электрически заряженными частицами, такими как протоны и электроны. Электростатическое притяжение между противоположно заряженными частицами (положительными и отрицательными) приводит к возникновению силы, которая заставляет их двигаться друг к другу, как притяжение между противоположными полюсами двух магнитов.Напротив, электростатическое отталкивание между двумя видами с одинаковым зарядом (как положительными, так и отрицательными) приводит к силе, которая заставляет их отталкивать друг друга, как и те же полюса двух магнитов. Атомы образуют химические соединения, когда притягивающие электростатические взаимодействия между ними сильнее, чем отталкивающие. В совокупности притягивающие взаимодействия между атомами называются химическими связями.

    Химические связи обычно делятся на два принципиально разных типа: ионные и ковалентные.В действительности, однако, связи в большинстве веществ не являются ни чисто ионными, ни чисто ковалентными, а лежат в спектре между этими крайностями. Хотя чисто ионные и чисто ковалентные связи представляют собой крайние случаи, которые редко встречаются в каких-либо, кроме очень простых веществ, краткое обсуждение этих двух крайностей помогает объяснить, почему вещества с разными типами химических связей имеют очень разные свойства. Ионные соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных ионов, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как ковалентные соединения обычно состоят из молекул, которые представляют собой группы атомов, в которых одна или несколько пар электронов совместно используются связанными атомами.В ковалентной связи атомы удерживаются вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, которые они разделяют. Это обсуждение структур и формул начинается с описания ковалентных соединений. Энергетические факторы, участвующие в образовании связи, более подробно описаны ниже.

    Примечание

    Ионные соединения состоят из ионов с противоположными зарядами, удерживаемых вместе сильными электростатическими силами, тогда как пары электронов разделяются между связанными атомами в ковалентных соединениях.

    Ковалентные молекулы и соединения

    Так же, как атом — это простейшая единица, обладающая фундаментальными химическими свойствами элемента, молекула — это простейшая единица, обладающая фундаментальными химическими свойствами ковалентного соединения. Некоторые чистые элементы существуют в виде ковалентных молекул. Водород, азот, кислород и галогены встречаются в природе в виде двухатомных («двухатомных») молекул H 2 , N 2 , O 2 , F 2 , Cl 2 , Br 2 , и I 2 (часть (a) на рисунке \ (\ PageIndex {1} \)).Точно так же несколько чистых элементов существуют в виде многоатомных («многоатомных») молекул, таких как элементарный фосфор и сера, которые представлены как P 4 и S 8 (часть (b) на рисунке \ (\ PageIndex {1}) \)).

    Каждое ковалентное соединение представлено молекулярной формулой, которая дает атомный символ для каждого составляющего элемента в заданном порядке, сопровождаемый нижним индексом, указывающим количество атомов этого элемента в молекуле. Нижний индекс пишется только в том случае, если количество атомов больше 1.Например, вода с двумя атомами водорода и одним атомом кислорода на молекулу записывается как \ (H_2O \). Точно так же диоксид углерода, который содержит один атом углерода и два атома кислорода в каждой молекуле, записывается как \ (CO_2 \).

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): элементы, которые существуют как ковалентные молекулы. (a) Некоторые элементы естественным образом существуют в виде двухатомных молекул, в которых два атома (E) соединены одной или несколькими ковалентными связями с образованием молекулы с общей формулой E2. (б) Некоторые элементы естественным образом существуют в виде многоатомных молекул, которые содержат более двух атомов.Например, фосфор существует в виде тетраэдров P4 — правильных многогранников с четырьмя треугольными сторонами — с атомом фосфора в каждой вершине. Элементная сера состоит из сморщенного кольца из восьми атомов серы, соединенных одинарными связями. Селен не показан из-за сложности его структуры.

    Ковалентные соединения, содержащие преимущественно углерод и водород, называются органическими соединениями. При представлении формул органических соединений принято писать сначала углерод, затем водород, а затем любые другие элементы в алфавитном порядке (например,g., CH 4 O — метиловый спирт, топливо). Соединения, которые состоят в основном из элементов, отличных от углерода и водорода, называются неорганическими соединениями; они включают как ковалентные, так и ионные соединения. В неорганических соединениях составные элементы перечислены, начиная с самого левого в периодической таблице, как в CO 2 или SF 6 . Те, кто находится в той же группе, перечислены, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличиваясь, как в ClF. Однако по соглашению, когда неорганическое соединение содержит и водород, и элемент из групп 13-15, водород обычно указывается в формуле последним.Примерами являются аммиак (NH 3 ) и силан (SiH 4 ). Такие соединения, как вода, состав которых был установлен задолго до принятия этого соглашения, всегда сначала пишется с водородом: вода всегда пишется как H 2 O, а не как OH 2 . Условные обозначения для неорганических кислот, таких как соляная кислота (HCl) и серная кислота (H 2 SO 4 ), описаны в другом месте.

    Примечание

    Для органических соединений: сначала напишите C, затем H, а затем остальные элементы в алфавитном порядке.Для молекулярных неорганических соединений: начните с крайнего левого элемента периодической таблицы; перечислить элементы в одной группе, начиная с нижнего элемента и далее.

    Пример \ (\ PageIndex {1} \)

    Напишите молекулярную формулу каждого соединения.

    1. Соединение фосфор-сера, которое отвечает за воспламенение так называемого удара в любом месте спички, имеет 4 атома фосфора и 3 атома серы на молекулу.
    2. Этиловый спирт, спирт для алкогольных напитков, имеет 1 атом кислорода, 2 атома углерода и 6 атомов водорода на молекулу.
    3. Фреон-11, когда-то широко использовавшийся в автомобильных кондиционерах и участвовавший в повреждении озонового слоя, имеет 1 атом углерода, 3 атома хлора и 1 атом фтора на молекулу.

    Дано : идентичность присутствующих элементов и количество атомов в каждом

    Запрошено : молекулярная формула

    Стратегия :

    A Определите символ для каждого элемента в молекуле. Затем идентифицируйте вещество как органическое или неорганическое соединение.

    B Если вещество является органическим соединением, расположите элементы по порядку, начиная с углерода и водорода, а затем перечислите другие элементы в алфавитном порядке. Если это неорганическое соединение, перечислите элементы, начиная с самого левого в периодической таблице. Перечислите элементы в одной группе, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличивая его.

    C На основе предоставленной информации добавьте нижний индекс для каждого типа атомов, чтобы записать молекулярную формулу.

    Решение :

    а.

    • A В молекуле 4 атома фосфора и 3 атома серы. Поскольку соединение не содержит в основном углерода и водорода, оно неорганическое.
    • B Фосфор находится в группе 15, а сера — в группе 16. Поскольку фосфор находится слева от серы, он записывается первым.
    • C Запись номера каждого типа атомов в виде правого нижнего индекса дает P 4 S 3 в качестве молекулярной формулы.

    г.

    • A Этиловый спирт содержит преимущественно углерод и водород, поэтому он является органическим соединением.
    • B Формула органического соединения записывается сначала с числом атомов углерода, затем с числом атомов водорода, а остальные атомы располагаются в алфавитном порядке: CHO.
    • C Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу \ (\ ce {C2H6O} \).

    г.

    • A Фреон-11 содержит углерод, хлор и фтор.Его можно рассматривать либо как неорганическое соединение, либо как органическое соединение (в котором фтор заменил водород). Таким образом, формула для фреона-11 может быть записана с использованием любого из двух соглашений.
    • B Согласно соглашению для неорганических соединений, углерод пишется первым, потому что он находится дальше слева в периодической таблице. Фтор и хлор находятся в одной группе, поэтому они перечислены, начиная с нижнего элемента и постепенно увеличиваясь: CClF. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу CCl 3 F.
    • C Мы получаем ту же формулу для фреона-11, используя условные обозначения для органических соединений. Сначала записывается количество атомов углерода, затем количество атомов водорода (ноль), а затем другие элементы в алфавитном порядке, что также дает CCl 3 F.

    Упражнение \ (\ PageIndex {1} \)

    Напишите молекулярную формулу для каждого соединения.

    1. Закись азота, также называемая «веселящий газ», содержит 2 атома азота и 1 атом кислорода на молекулу.Закись азота используется в качестве мягкого анестетика при небольших хирургических вмешательствах и в качестве пропеллента в банках со взбитыми сливками.
    2. Сахароза, также известная как тростниковый сахар, имеет 12 атомов углерода, 11 атомов кислорода и 22 атома водорода.
    3. Гексафторид серы, газ, используемый для создания давления «негерметичных» теннисных мячей и в качестве хладагента в ядерных реакторах, содержит 6 атомов фтора и 1 атом серы на молекулу.

    Ответ :

    1. N 2 O
    2. С 12 В 22 О 11
    3. SF 6

    Представления молекулярных структур

    Молекулярные формулы дают только элементный состав молекул.Напротив, структурные формулы показывают, какие атомы связаны друг с другом, а в некоторых случаях — примерное расположение атомов в пространстве. Знание структурной формулы соединения позволяет химикам создать трехмерную модель, которая предоставляет информацию о том, как это соединение будет вести себя физически и химически.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): молекулы, содержащие одинарные, двойные и тройные связи. Водород (H 2 ) имеет одинарную связь между атомами. Кислород (O 2 ) имеет двойную связь между атомами, обозначенную двумя линиями (=).Азот (N 2 ) имеет тройную связь между атомами, обозначенную тремя линиями (≡). Каждая связь представляет собой электронную пару.

    Структурная формула для H 2 может быть изображена как H – H, а формула для I 2 как I – I, где линия указывает на одну пару общих электронов, одинарную связь. Две пары электронов связаны двойной связью, что обозначено двумя линиями, например, O 2 означает O = O. Три электронные пары образуют тройную связь, которая обозначена тремя линиями — например, N 2 — это N≡N (рисунок \ (\ PageIndex {2} \)).Углерод уникален тем, что образует одинарные, двойные и тройные связи с самим собой и другими элементами. Число связей, образованных атомом в его ковалентных соединениях, не является произвольным. Водород, кислород, азот и углерод имеют очень сильную тенденцию к образованию веществ, в которых они имеют одну, две, три и четыре связи с другими атомами соответственно (Таблица \ (\ PageIndex {1} \)).

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \): количество связей, которые выбранные атомы обычно образуют с другими атомами
    Атом Количество облигаций
    H (группа 1) 1
    О (группа 16) 2
    N (группа 15) 3
    С (группа 14) 4

    Структурная формула воды может быть представлена ​​следующим образом:

    Поскольку последняя аппроксимирует экспериментально определенную форму молекулы воды, она более информативна.Точно так же аммиак (NH 3 ) и метан (CH 4 ) часто записывают в виде плоских молекул:

    Однако, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), реальная трехмерная структура NH 3 выглядит как пирамида с треугольным основанием из трех атомов водорода. Структура CH 4 с четырьмя атомами водорода, расположенными вокруг центрального атома углерода, как показано на рисунке \ (\ PageIndex {3} \), является тетраэдрической: атомы водорода расположены в каждой второй вершине куба.Многие соединения, в частности соединения углерода, имеют четыре связанных атома, расположенных вокруг центрального атома, образуя тетраэдр.

    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Трехмерные структуры воды, аммиака и метана. (а) Вода представляет собой молекулу V-образной формы, в которой все три атома лежат в одной плоскости. (b) Напротив, аммиак имеет пирамидальную структуру, в которой три атома водорода образуют основание пирамиды, а атом азота находится в вершине. (c) четыре атома водорода метана образуют тетраэдр; атом углерода находится в центре.

    Рисунки \ (\ PageIndex {3} \) — \ (\ PageIndex {3} \) иллюстрируют различные способы представления структур молекул. Должно быть ясно, что не существует единственного «лучшего» способа изобразить структуру молекулы; используемый метод зависит от того, какой аспект конструкции следует выделить и сколько времени и усилий потребуется. На рисунке \ (\ PageIndex {4} \) показаны некоторые из различных способов изобразить структуру немного более сложной молекулы: метанола. Эти представления сильно различаются по своему информационному содержанию.Например, молекулярная формула метанола (часть (a) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)) дает только номер каждого типа атомов; запись метанола в виде CH 4 O ничего не говорит о его структуре. Напротив, структурная формула (часть (b) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)) указывает, как атомы связаны, но при этом метанол выглядит так, как если бы он был плоским (а это не так). Как модель с мячом и клюшкой (часть (c) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)), так и перспективный рисунок (часть (d) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)) показывают три вида размерная структура молекулы.Последнее (также называемое представлением в виде клина и тире) — это самый простой способ нарисовать структуру молекулы в трех измерениях. Он показывает, какие атомы находятся выше и ниже плоскости бумаги, с помощью клиньев и штрихов соответственно; центральный атом всегда предполагается находящимся в плоскости бумаги. Модель заполнения пространства (часть (e) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)) иллюстрирует приблизительные относительные размеры атомов в молекуле, но не показывает связи между атомами. Кроме того, в модели заполнения пространства атомы на «передней стороне» молекулы могут закрывать атомы на «задней стороне».”

    Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): различные способы представления структуры молекулы. (а) Молекулярная формула метанола дает только количество присутствующих атомов каждого типа. (б) Структурная формула показывает, какие атомы связаны. (c) Модель шара и палки показывает атомы как сферы, а связи как палочки. (d) Перспективный рисунок (также называемый изображением клина и тире) пытается показать трехмерную структуру молекулы. (e) Модель заполнения пространства показывает атомы в молекуле, но не связи.(е) Структурная формула в сжатом виде — это, безусловно, самый простой и распространенный способ представления молекулы.

    Хотя структурная формула, шарообразная модель, перспективный рисунок и модель заполнения пространства предоставляют значительный объем информации о структуре молекулы, каждая из них требует времени и усилий. Следовательно, химики часто используют сжатую структурную формулу (часть (f) на рисунке \ (\ PageIndex {4} \)), в которой опускаются линии, представляющие связи между атомами, и просто перечисляются атомы, связанные с данным атомом рядом с ним.Несколько групп, присоединенных к одному и тому же атому, показаны в скобках с нижним индексом, указывающим количество таких групп. Например, конденсированная структурная формула метанола — CH 3 OH, что указывает на то, что молекула содержит звено CH 3 , которое выглядит как фрагмент метана (CH 4 ). Таким образом, метанол можно рассматривать либо как молекулу метана, в которой один атом водорода заменен группой –ОН, либо как молекулу воды, в которой один атом водорода заменен на фрагмент –CH 3 .Из-за простоты использования и содержания информации мы используем сжатые структурные формулы для молекул по всему тексту. Шариковые модели используются, когда необходимо проиллюстрировать трехмерную структуру молекул, а модели заполнения пространства используются только тогда, когда необходимо визуализировать относительные размеры атомов или молекул, чтобы понять важный момент.

    Пример \ (\ PageIndex {2} \)

    Напишите молекулярную формулу для каждого соединения. Приведена сокращенная структурная формула.

    1. Монохлорид серы (также называемый дихлоридом дисеры) представляет собой едкую жидкость желтого цвета с неприятным запахом, используемую при производстве синтетического каучука. Его сжатая структурная формула — ClSSCl.
    2. Этиленгликоль — основной ингредиент антифриза. Его сжатая структурная формула: HOCH 2 CH 2 OH.
    3. Триметиламин — одно из веществ, ответственных за запах испорченной рыбы. Его сжатая структурная формула: (CH 3 ) 3 N.

    Дано : сжатая структурная формула

    Запрошено : молекулярная формула

    Стратегия :

    1. Определите каждый элемент в сжатой структурной формуле, а затем определите, является ли соединение органическим или неорганическим.
    2. При необходимости используйте условные обозначения «органические» или «неорганические» для перечисления элементов. Затем добавьте соответствующие индексы, чтобы указать количество атомов каждого элемента, присутствующего в молекулярной формуле.

    Решение :

    В молекулярной формуле перечислены элементы в молекуле и количество атомов в каждом.

    1. A Каждая молекула монохлорида серы имеет два атома серы и два атома хлора. Поскольку он не содержит в основном углерода и водорода, это неорганическое соединение. B Сера находится слева от хлора в периодической таблице, поэтому она записывается в формуле первой. Добавление нижних индексов дает молекулярную формулу S 2 Cl 2 .
    2. A Подсчитав количество атомов в этиленгликоле, мы получим шесть атомов водорода, два атома углерода и два атома кислорода на молекулу. Соединение состоит в основном из атомов углерода и водорода, поэтому является органическим. B Как и все органические соединения, C и H записываются первыми в молекулярной формуле. Добавление соответствующих индексов дает молекулярную формулу C 2 H 6 O 2 .
    3. A Сводная структурная формула показывает, что триметиламин содержит три звена CH 3 , поэтому на молекулу приходится один атом азота, три атома углерода и девять атомов водорода.Поскольку триметиламин содержит в основном углерод и водород, это органическое соединение. B Согласно соглашению для органических соединений, C и H пишутся первыми, что дает молекулярную формулу C 3 H 9 N.

    Упражнение \ (\ PageIndex {2} \)

    Напишите молекулярную формулу для каждой молекулы.

    1. Хлороформ, который был одним из первых анестетиков и до недавнего времени использовался во многих сиропах от кашля, содержит один атом углерода, один атом водорода и три атома хлора.Его сжатая структурная формула — CHCl 3 .
    2. Гидразин используется в качестве топлива в реактивных двигателях космического корабля «Шаттл». Его сжатая структурная формула: H 2 NNH 2 .
    3. Путресцин — это соединение с резким запахом, впервые выделенное из экстрактов гниющего мяса. Его сжатая структурная формула: H 2 NCH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 . Это часто записывается как H 2 N (CH 2 ) 4 NH 2 , чтобы указать, что существует четыре фрагмента CH 2 , связанных вместе.
    Ответьте на

    CHCl 3

    Ответ б

    N 2 H 4

    Ответ c

    C 4 H 12 N 2

    Ионные соединения

    Вещества, описанные в предыдущем обсуждении, состоят из электрически нейтральных молекул; то есть количество положительно заряженных протонов в ядре равно количеству отрицательно заряженных электронов.Напротив, ионы — это атомы или сборки атомов, которые имеют общий электрический заряд. Ионы, которые содержат меньше электронов, чем протоны, имеют общий положительный заряд и называются катионами. И наоборот, ионы, которые содержат больше электронов, чем протонов, имеют общий отрицательный заряд и называются анионами. Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое не приводит к отсутствию чистого электрического заряда.

    Примечание

    Ионные соединения содержат как катионы, так и анионы в соотношении, которое дает ноль электрического заряда.

    Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): Ковалентная и ионная связь. (а) В молекулярном водороде (H 2 ) два атома водорода имеют два общих электрона, образуя ковалентную связь. (b) Ионное соединение NaCl образуется, когда электроны от атомов натрия переносятся на атомы хлора. Образовавшиеся ионы Na + и Cl образуют трехмерное твердое тело, которое удерживается вместе за счет притягивающих электростатических взаимодействий.

    В ковалентных соединениях электроны распределяются между связанными атомами и одновременно притягиваются более чем к одному ядру.Напротив, ионные соединения содержат катионы и анионы, а не отдельные нейтральные молекулы. Ионные соединения удерживаются вместе за счет притягивающих электростатических взаимодействий между катионами и анионами. В ионном соединении катионы и анионы расположены в пространстве, чтобы сформировать расширенный трехмерный массив, который максимизирует количество притягивающих электростатических взаимодействий и минимизирует количество отталкивающих электростатических взаимодействий (рисунок \ (\ PageIndex {5} \)). Как показано в уравнении 3.1.1, электростатическая энергия взаимодействия между двумя заряженными частицами пропорциональна произведению зарядов на частицах и обратно пропорциональна расстоянию между ними:

    \ [\ text {электростатическая энергия} \ propto {Q_1Q_2 \ over r} \ label {3.1.1} \]

    где

    • \ (Q_1 \) и \ (Q_2 \) — электрические заряды на частицах 1 и 2, а
    • \ (r \) — расстояние между ними.

    Когда \ (Q_1 \) и \ (Q_2 \) оба положительны, что соответствует зарядам катионов, катионы отталкиваются друг от друга и электростатическая энергия положительна. Когда \ (Q_1 \) и \ (Q_2 \) оба отрицательны, что соответствует зарядам анионов, анионы отталкиваются друг от друга, и электростатическая энергия снова становится положительной.Электростатическая энергия отрицательна только тогда, когда заряды имеют противоположные знаки; то есть положительно заряженные виды притягиваются к отрицательно заряженным и наоборот. Как показано на рисунке \ (\ PageIndex {6} \), сила взаимодействия пропорциональна величине зарядов и уменьшается по мере увеличения расстояния между частицами. Эти энергетические факторы более подробно обсуждаются позже.

    Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Влияние заряда и расстояния на силу электростатических взаимодействий.По мере увеличения заряда на ионах или уменьшения расстояния между ионами увеличивается сила притягивающего (-… +) или отталкивающего (-… — или +… +) взаимодействий. Сила этих взаимодействий представлена ​​толщиной стрелок.

    Примечание

    Если электростатическая энергия положительна, частицы отталкиваются друг от друга; если электростатическая энергия отрицательна, частицы притягиваются друг к другу.

    Одним из примеров ионного соединения является хлорид натрия (NaCl), образованный из натрия и хлора.При образовании химических соединений многие элементы имеют тенденцию приобретать или терять достаточно электронов, чтобы достичь того же количества электронов, что и ближайший к ним благородный газ в периодической таблице. Когда натрий и хлор вступают в контакт, каждый атом натрия отдает электрон, чтобы стать ионом Na + , с 11 протонами в его ядре, но только 10 электронами (как неон), и каждый атом хлора получает электрон, чтобы стать Cl. ион, с 17 протонами в ядре и 18 электронами (как аргон), как показано в части (b) на рисунке \ (\ PageIndex {5} \).Твердый хлорид натрия содержит равное количество катионов (Na + ) и анионов (Cl ), что обеспечивает электрическую нейтральность. Каждый ион Na + окружен 6 ионами Cl , а каждый ион Cl окружен 6 ионами Na + . Из-за большого количества притягивающих взаимодействий Na + Cl общая притягивающая электростатическая энергия в NaCl велика.

    В соответствии с тенденцией иметь такое же количество электронов, что и ближайший благородный газ, при образовании ионов элементы в группах 1, 2 и 3 имеют тенденцию терять один, два и три электрона, соответственно, с образованием катионов, таких как Na + и Mg 2 + .Тогда у них такое же количество электронов, как и у ближайшего благородного газа: неона. Точно так же K + , Ca 2 + и Sc 3 + имеют по 18 электронов, как и ближайший благородный газ: аргон. Кроме того, элементы в группе 13 теряют три электрона с образованием катионов, таких как Al 3 + , снова достигая того же количества электронов, что и ближайший к ним благородный газ в периодической таблице. Поскольку лантаноиды и актиниды формально принадлежат к группе 3, наиболее распространенный ион, образованный этими элементами, — это M 3 + , где M представляет собой металл.И наоборот, элементы в группах 17, 16 и 15 часто реагируют с получением одного, двух и трех электронов, соответственно, с образованием таких ионов, как Cl , S 2- и P 3-. Такие ионы, которые содержат только один атом, называются одноатомными ионами. Заряды большинства одноатомных ионов, производных от элементов основной группы, можно предсказать, просто взглянув на периодическую таблицу и посчитав, сколько столбцов находится в крайнем левом или правом углу. Например, барий (в Группе 2) образует Ba 2 + , чтобы иметь то же количество электронов, что и его ближайший благородный газ, ксенон; кислород (в группе 16) образует O 2- с тем же числом электронов, что и неон; а цезий (в группе 1) образует Cs + , который имеет то же количество электронов, что и ксенон.Обратите внимание, что этот метод неэффективен для большинства переходных металлов, как обсуждалось в разделе 2.3. Некоторые общие одноатомные ионы перечислены в Таблице \ (\ PageIndex {2} \).

    Примечание

    элементов в группах 1, 2 и 3 имеют тенденцию образовывать ионы 1+, 2+ и 3+ соответственно; элементы в группах 15, 16 и 17 имеют тенденцию к образованию ионов 3–, 2– и 1– соответственно.

    Таблица \ (\ PageIndex {2} \): некоторые общие одноатомные ионы и их имена
    Группа 1 Группа 2 Группа 3 Группа 13 Группа 15 Группа 16 Группа 17

    Ли +

    литий

    Be 2 +

    бериллий

    N 3−

    нитрид

    (азид)

    O 2−

    оксид

    ф.

    фторид

    Na +

    натрий

    мг 2 +

    магний

    Al 3 +

    алюминий

    П 3−

    фосфид

    S 2−

    сульфид

    Класс

    хлорид

    К +

    калий

    Ca 2 +

    кальций

    СК 3 +

    скандий

    Ga 3 +

    галлий

    As 3−

    арсенид

    SE 2−

    селенид

    рублей

    бромид

    руб. +

    рубидий

    Sr 2 +

    стронций

    Я 3 +

    иттрий

    В 3 +

    Индий

    Те 2−

    теллурид

    я

    йодид

    CS +

    цезий

    Ba 2 +

    барий

    Ла 3 +

    лантан

    Пример \ (\ PageIndex {3} \)

    Предскажите заряд наиболее распространенного одноатомного иона, образованного каждым элементом.

    1. алюминий, используемый в квантовых логических часах, самых точных часах в мире
    2. селен, из которого делают стекло рубинового цвета
    3. Иттрий, используемый для изготовления высокопроизводительных свечей зажигания

    Дано : элемент

    Спрошено : ионный заряд

    Стратегия :

    A Укажите группу в периодической таблице, к которой принадлежит элемент. Основываясь на его расположении в периодической таблице, решите, является ли элемент металлом, который имеет тенденцию терять электроны; неметалл, который имеет тенденцию собирать электроны; или полуметалл, который может делать то и другое.

    B После обнаружения благородного газа, ближайшего к элементу, определите количество электронов, которое элемент должен получить или потерять, чтобы иметь такое же количество электронов, как и ближайший благородный газ.

    Решение :

    1. A Алюминий — металл 13 группы; следовательно, он будет терять электроны. B Ближайший к алюминию благородный газ — неон. Алюминий потеряет три электрона с образованием иона Al 3 + , который имеет то же количество электронов, что и неон.
    2. A Селен — неметалл группы 16, поэтому он будет иметь тенденцию приобретать электроны. B Ближайший благородный газ — криптон, поэтому мы прогнозируем, что селен получит два электрона, чтобы сформировать ион Se 2-, который имеет то же количество электронов, что и криптон.
    3. A Иттрий находится в группе 3, и элементы этой группы представляют собой металлы, которые имеют тенденцию терять электроны. B Ближайшим к иттрию благородным газом является криптон, поэтому прогнозируется, что иттрий потеряет три электрона с образованием Y 3 + , который имеет такое же количество электронов, как и криптон.

    Упражнение \ (\ PageIndex {3} \)

    Предскажите заряд наиболее распространенного одноатомного иона, образованного каждым элементом.

    1. Кальций, используемый для профилактики остеопороза
    2. йод, необходимый для синтеза гормонов щитовидной железы
    3. цирконий, широко используемый в ядерных реакторах

    Ответ :

    1. Ca 2 +
    2. I
    3. Zr 4 +

    Физические свойства ионных и ковалентных соединений

    Как правило, ионные и ковалентные соединения имеют разные физические свойства.Ионные соединения образуют твердые кристаллические вещества, плавящиеся при высоких температурах и устойчивые к испарению. Эти свойства проистекают из характерной внутренней структуры ионного твердого тела, схематически проиллюстрированной в части (а) на рисунке \ (\ PageIndex {8} \), где показан трехмерный массив чередующихся положительных и отрицательных ионов, удерживаемых вместе сильным электростатическим притяжением. . Напротив, как показано в части (b) на рисунке \ (\ PageIndex {8} \), большинство ковалентных соединений состоят из дискретных молекул, удерживаемых вместе сравнительно слабыми межмолекулярными силами (силами между молекулами), даже если атомы внутри каждой молекулы удерживаются вместе прочными внутримолекулярными ковалентными связями (силами внутри молекулы).Ковалентные вещества могут быть газами, жидкостями или твердыми телами при комнатной температуре и давлении, в зависимости от силы межмолекулярных взаимодействий. Ковалентные молекулярные твердые вещества имеют тенденцию образовывать мягкие кристаллы, которые плавятся при низких температурах и легко испаряются. Однако некоторые ковалентные вещества не являются молекулярными, а состоят из бесконечных трехмерных массивов ковалентно связанных атомов и включают некоторые из самых твердых известных материалов, например алмаз . Эта тема будет затронута в другом месте. Ковалентные связи, которые удерживают атомы вместе в молекулах, не затрагиваются, когда ковалентные вещества плавятся или испаряются, поэтому образуется жидкость или пар независимых молекул.Например, при комнатной температуре метан, основной компонент природного газа, представляет собой газ, состоящий из дискретных молекул CH 4 . Сравнение различных физических свойств ионных соединений и ковалентных молекулярных веществ приведено в Таблице \ (\ PageIndex {3} \).

    Таблица \ (\ PageIndex {3} \): Физические свойства типичных ионных соединений и ковалентных молекулярных веществ
    Ионные соединения Ковалентные молекулярные вещества
    твердые вещества газы, жидкости или мягкие твердые вещества
    высокая температура плавления низкая температура плавления
    энергонезависимая летучий

    Рисунок \ (\ PageIndex {8} \): Взаимодействие в ионных и ковалентных твердых телах.(а) Положительно и отрицательно заряженные ионы в твердом ионном веществе, таком как хлорид натрия (NaCl), удерживаются вместе за счет сильных электростатических взаимодействий. (b) В этом представлении упаковки молекул метана (Ch5) в твердом метане, прототипе молекулярного твердого тела, молекулы метана удерживаются вместе в твердом теле только относительно слабыми межмолекулярными силами, даже если атомы внутри каждой молекулы метана удерживаются вместе прочными ковалентными связями.

    Когда химики синтезируют новое соединение, они могут еще не знать его молекулярную или структурную формулу.В таких случаях они обычно начинают с определения его эмпирической формулы, относительного количества атомов элементов в соединении, приведенного к наименьшим целым числам. Поскольку эмпирическая формула основана на экспериментальных измерениях количества атомов в образце соединения, она показывает только отношения количества присутствующих элементов. Разницу между эмпирической и молекулярной формулами можно проиллюстрировать на примере бутана, ковалентного соединения, используемого в качестве топлива в одноразовых зажигалках.Молекулярная формула бутана: C 4 H 10 . Отношение атомов углерода к атомам водорода в бутане составляет 4:10, которое может быть уменьшено до 2: 5. Таким образом, эмпирическая формула для бутана: C 2 H 5 . Формульная единица — это абсолютная группа атомов или ионов, представленная эмпирической формулой соединения, ионного или ковалентного. Бутан имеет эмпирическую формулу C 2 H 5 , но он содержит две формульные единицы C 2 H 5 , что дает молекулярную формулу C 4 H 10 .

    Поскольку ионные соединения не содержат дискретных молекул, для обозначения их состава используются эмпирические формулы. Все соединения, ионные или ковалентные, должны быть электрически нейтральными. Следовательно, положительный и отрицательный заряды в формульной единице должны точно компенсировать друг друга. Если катион и анион имеют одинаковые заряды, например Na + и Cl , то соединение должно иметь соотношение катионов к анионам 1: 1, и эмпирическая формула должна быть NaCl.Если заряды различаются по величине, то для получения нейтрального соединения необходимо соотношение катион: анион, отличное от 1: 1. В случае Mg 2 + и Cl , например, необходимы два иона Cl для уравновешивания двух положительных зарядов на каждом ионе Mg 2 + , что дает эмпирическую формулу MgCl 2 . Точно так же формула для ионного соединения, содержащего ионы Na + и O 2−, — это Na 2 O.

    Примечание

    Ионные соединения не содержат дискретных молекул, поэтому для обозначения их состава используются эмпирические формулы.

    Бинарные ионные соединения

    Ионное соединение, которое содержит только два элемента, один присутствует в виде катиона, а другой в виде аниона, называется бинарным ионным соединением. Одним из примеров является MgCl 2 , коагулянт, используемый при приготовлении тофу из соевых бобов. Для бинарных ионных соединений индексы в эмпирической формуле также могут быть получены путем пересечения зарядов: используйте абсолютное значение заряда на одном ионе в качестве индекса для другого иона.Этот метод схематически показан следующим образом:

    Перекрестные сборы . Одним из способов получения индексов в эмпирической формуле является пересечение зарядов .

    При пересечении сборов иногда необходимо уменьшить индексы до их простейшего отношения, чтобы написать эмпирическую формулу. Рассмотрим, например, соединение, образованное Mg 2 + и O 2−. Использование абсолютных значений зарядов на ионах в качестве индексов дает формулу Mg 2 O 2 :

    Это упрощает правильную эмпирическую формулу MgO.Эмпирическая формула содержит один ион Mg 2 + и один ион O 2−.

    Пример \ (\ PageIndex {4} \)

    Напишите эмпирическую формулу для простейшего бинарного ионного соединения, образованного из каждого иона или пары элементов.

    1. Ga 3 + и As 3−
    2. Eu 3 + и O 2−
    3. кальций и хлор

    Дано : ионы или элементы

    Запрошенный : эмпирическая формула бинарного ионного соединения

    Стратегия :

    A Если не указано, определите ионные заряды на основе расположения элементов в периодической таблице.

    B Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве индекса для другого иона. Уменьшите индексы до наименьших цифр

    , чтобы написать эмпирическую формулу. Убедитесь, что эмпирическая формула электрически нейтральна.

    Решение

    а. B Использование абсолютных значений зарядов на ионах в качестве нижних индексов дает Ga3As3:

    Уменьшение индексов до наименьших целых чисел дает эмпирическую формулу GaAs, которая электрически нейтральна [+3 + (−3) = 0].С другой стороны, мы могли бы признать, что Ga 3 + и As 3-9 имеют заряды одинаковой величины, но противоположные знаки. Один ион Ga 3 + уравновешивает заряд одного иона As 3−, и соединение 1: 1 не будет иметь чистого заряда. Поскольку мы пишем индексы, только если число больше 1, эмпирическая формула — GaAs. GaAs — это арсенид галлия, который широко используется в электронной промышленности в транзисторах и других устройствах.

    г. B Поскольку Eu 3 + имеет заряд +3, а O 2- имеет заряд −2, соединение 1: 1 будет иметь чистый заряд +1. Следовательно, мы должны найти кратные списаниям, которые отменяются. Мы перекрестно заряжаем, используя абсолютное значение заряда одного иона в качестве индекса для другого иона:

    Нижний индекс для Eu 3 + равен 2 (из O 2−), а нижний индекс для O 2− равен 3 (из Eu 3 + ), что дает Eu 2 O 3 ; нижние индексы не могут быть далее уменьшены.Эмпирическая формула содержит положительный заряд 2 (+3) = +6 и отрицательный заряд 3 (-2) = -6 для чистого заряда 0. Соединение Eu 2 O 3 является нейтральным. Оксид европия отвечает за красный цвет экранов телевизоров и компьютеров.

    г. A Поскольку заряды на ионах не указаны, мы должны сначала определить ожидаемые заряды для наиболее распространенных ионов, полученных из кальция и хлора. Кальций находится в группе 2, поэтому он должен потерять два электрона, чтобы сформировать Ca 2 + .Хлор находится в группе 17, поэтому он должен получить один электрон, чтобы образовать Cl .

    B Два иона Cl необходимы для уравновешивания заряда на одном ионе Ca 2 + , что приводит к эмпирической формуле CaCl 2 . Мы также могли бы перекрестно заряжать, используя абсолютное значение заряда для Ca 2 + в качестве нижнего индекса для Cl и абсолютное значение заряда для Cl в качестве нижнего индекса для Ca:

    Нижние индексы в CaCl 2 не могут быть далее уменьшены.Эмпирическая формула электрически нейтральна [+2 + 2 (−1) = 0]. Это соединение — хлорид кальция, одно из веществ, используемых в качестве «соли» для таяния льда на дорогах и тротуарах зимой.

    Упражнение \ (\ PageIndex {4} \)

    Напишите эмпирическую формулу для простейшего бинарного ионного соединения, образованного из каждого иона или пары элементов.

    1. Li + и N 3−
    2. Al 3 + и O 2−
    3. литий и кислород

    Ответ :

    1. Li 3 N
    2. Al 2 O 3
    3. Li 2 O

    Многоатомные ионы

    Многоатомные ионы — это группы атомов, которые несут суммарный электрический заряд, хотя атомы в многоатомном ионе удерживаются вместе с помощью одних и тех же ковалентных связей, которые удерживают атомы вместе в молекулах.Подобно тому, как существует гораздо больше видов молекул, чем простых элементов, существует гораздо больше видов многоатомных ионов, чем одноатомных ионов. Двумя примерами многоатомных катионов являются ионы аммония (NH 4 + ) и метиламмония (CH 3 NH 3 + ). Многоатомных анионов гораздо больше, чем многоатомных катионов; некоторые общие примеры находятся в Таблице \ (\ PageIndex {4} \).

    Таблица \ (\ PageIndex {4} \): общие многоатомные ионы и их имена
    Формула Имя Иона
    NH 4 + аммоний
    CH 3 NH 3 + метиламмоний
    ОН гидроксид
    O 2 2− перекись
    CN цианид
    SCN тиоцианат
    НЕТ 2 нитрит
    НЕТ 3 нитрат
    CO 3 2− карбонат
    HCO 3 гидрокарбонат или бикарбонат
    СО 3 2− сульфит
    СО 4 2− сульфат
    HSO 4 гидросульфат или бисульфат
    PO 4 3− фосфат
    HPO 4 2− гидрофосфат
    H 2 PO 4 дигидрофосфат
    ClO гипохлорит
    ClO 2 хлорит
    ClO 3 хлорат
    ClO 4 перхлорат
    MnO 4 перманганат
    CrO4 2 хромат
    Cr 2 O 7 2− дихромат
    С 2 О 4 2− оксалат
    HCO 2 формиат
    CH 3 CO 2 ацетат
    C 6 H 5 CO 2 бензоат

    Метод, используемый для прогнозирования эмпирических формул для ионных соединений, содержащих одноатомные ионы, также может использоваться для соединений, содержащих многоатомные ионы.Общий заряд катионов должен уравновешивать общий заряд анионов в формульной единице. Таким образом, ионы K + и NO 3 объединяются в соотношении 1: 1 с образованием KNO 3 (нитрата калия или селитры), основного ингредиента черного пороха. Точно так же Ca 2 + и SO 4 2− образуют CaSO 4 (сульфат кальция), который соединяется с различными количествами воды с образованием гипса и гипса. Многоатомные ионы NH 4 + и NO 3 образуют NH 4 NO 3 (нитрат аммония), широко используемое удобрение и, в чужих руках, взрывчатое вещество.Одним из примеров соединения, в котором ионы имеют заряды разной величины, является фосфат кальция, который состоит из ионов Ca 2 + и PO 4 3−; это основной компонент костей. Соединение электрически нейтрально, поскольку ионы объединяются в соотношении три иона Ca 2 + [3 (+2) = +6] на каждые два иона [2 (−3) = −6], что дает эмпирическое значение формула Ca 3 (PO 4 ) 2 ; скобки вокруг PO 4 в эмпирической формуле указывают на то, что это многоатомный ион.Запись формулы фосфата кальция в виде Ca 3 P 2 O 8 дает правильное число каждого атома в формульной единице, но при этом скрывается тот факт, что соединение содержит легко идентифицируемый PO 4 3− ионы.

    Пример \ (\ PageIndex {5} \)

    Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой ионной парой.

    1. Na + и HPO 4 2−
    2. Катион калия и анион цианида
    3. Катион кальция и анион гипохлорита

    Дано : ионы

    Запрошенный : эмпирическая формула для ионного соединения

    Стратегия :

    A Если он не указан, определите заряд одноатомного иона по его положению в периодической таблице.Используйте таблицу \ (\ PageIndex {4} \) «Общие многоатомные ионы и их имена», чтобы найти заряд многоатомного иона.

    B Используйте абсолютное значение заряда каждого иона в качестве индекса для другого иона. При написании эмпирической формулы сократите индексы до наименьших целых чисел.

    Решение :

    а. B Поскольку HPO 4 2− имеет заряд -2, а Na + имеет заряд +1, эмпирическая формула требует, чтобы два иона Na + уравновесили заряд многоатомного иона, давая На 2 HPO 4 .Нижние индексы сокращаются до наименьших чисел, поэтому эмпирическая формула: Na 2 HPO 4 . Это соединение представляет собой гидрофосфат натрия, который используется для придания текстуры плавленому сыру, пудингам и быстрым завтракам.

    г. A Катион калия — K + , а анион цианида — CN . B Поскольку величина заряда на каждом ионе одинакова, эмпирическая формула — KCN. Цианид калия очень токсичен, и одно время его использовали как крысиный яд.Однако это использование было прекращено, потому что слишком много людей были случайно отравлены.

    г. A Катион кальция — Ca 2 + , а анион гипохлорита — ClO . B Два иона ClO необходимы для уравновешивания заряда на одном ионе Ca 2 + , давая Ca (ClO) 2 . Нижние индексы нельзя уменьшить, поэтому эмпирическая формула Ca (ClO) 2 . Это гипохлорит кальция, «хлор», используемый для очистки воды в плавательных бассейнах.

    Упражнение \ (\ PageIndex {5} \)

    Напишите эмпирическую формулу соединения, образованного каждой ионной парой.

    1. Ca 2 + и H 2 PO 4
    2. Катион натрия и анион бикарбоната
    3. Катион аммония и сульфат-анион

    Ответ :

    1. Ca (H 2 PO 4 ) 2 : дигидрофосфат кальция является одним из ингредиентов разрыхлителя.
    2. NaHCO 3 : бикарбонат натрия содержится в антацидах и разрыхлителях; в чистом виде продается как пищевая сода.
    3. (NH 4 ) 2 SO 4 : сульфат аммония является обычным источником азота в удобрениях.

    Сводка

    • Есть два принципиально разных типа химических связей (ковалентная и ионная), которые заставляют вещества иметь очень разные свойства.
    • Состав соединения представлен эмпирической или молекулярной формулой, каждая из которых состоит по крайней мере из одной формульной единицы.Авторы

    Атомы в химических соединениях удерживаются вместе притягивающими электростатическими взаимодействиями, известными как химические связи. Ионные соединения содержат положительно и отрицательно заряженные ионы в соотношении, которое приводит к нулевому общему заряду. Ионы удерживаются вместе в регулярном пространственном расположении за счет электростатических сил. Большинство ковалентных соединений состоят из молекул, групп атомов, в которых одна или несколько пар электронов разделяются, по крайней мере, двумя атомами, образуя ковалентную связь.Атомы в молекулах удерживаются вместе за счет электростатического притяжения между положительно заряженными ядрами связанных атомов и отрицательно заряженными электронами, разделяемыми ядрами. Молекулярная формула ковалентного соединения дает типы и количество присутствующих атомов. Соединения, которые содержат преимущественно углерод и водород, называются органическими соединениями, тогда как соединения, которые состоят в основном из элементов, отличных от углерода и водорода, являются неорганическими соединениями. Двухатомные молекулы содержат два атома, а многоатомные молекулы — более двух.Структурная формула указывает на состав, приблизительную структуру и форму молекулы. Одинарные связи, двойные связи и тройные связи представляют собой ковалентные связи, в которых одна, две и три пары электронов, соответственно, разделяются между двумя связанными атомами. Атомы или группы атомов, обладающие чистым электрическим зарядом, называются ионами; они могут иметь либо положительный заряд (катионы), либо отрицательный заряд (анионы). Ионы могут состоять из одного атома (одноатомные ионы) или нескольких (многоатомные ионы). Заряды на одноатомных ионах большинства элементов основной группы можно предсказать, исходя из местоположения элемента в периодической таблице.Ионные соединения обычно образуют твердые кристаллические вещества с высокими температурами плавления. Ковалентные молекулярные соединения, напротив, состоят из дискретных молекул, удерживаемых вместе слабыми межмолекулярными силами, и могут быть газами, жидкостями или твердыми телами при комнатной температуре и давлении.

    Эмпирическая формула дает относительное количество атомов элементов в соединении, приведенное к наименьшим целым числам. Формульная единица представляет собой абсолютную группу, представленную эмпирической формулой соединения, ионного или ковалентного.Эмпирические формулы особенно полезны для описания состава ионных соединений, которые не содержат легко идентифицируемых молекул. Некоторые ионные соединения встречаются в виде гидратов, которые содержат определенное соотношение слабосвязанных молекул воды, называемых водами гидратации.

    Реакции и применение координационных соединений

    Реакции координационных соединений

    Координационные комплексы — это анионные лиганды, связанные с катионным металлом.

    Цели обучения

    Обсудите общие классы реакций координационных соединений.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Координационный комплекс или комплекс металла состоит из атома или иона (обычно металлического) и окружающего их массива молекул или анионов, называемых лигандами или комплексообразующими агентами.
    • Координационное соединение — это любая молекула, содержащая координационный комплекс.
    • Донорный атом — это атом внутри лиганда, который связан с центральным атомом или ионом.
    • Координационные комплексы могут вступать в различные реакции, включая перенос электрона, обмен лигандами и ассоциативные процессы.
    Ключевые термины
    • координация : реакция одного или нескольких лигандов с ионом металла с образованием координационного соединения.
    • редокс : обратимая химическая реакция, в которой одна реакция является окислением, а обратная — восстановлением.
    • донорный атом : атом в лиганде, который связан с центральным атомом или ионом в координационном комплексе.

    В химии координационный или металлический комплекс состоит из атома или иона (обычно металлического) и окружающего массива связанных молекул или анионов, известных как лиганды или комплексообразующие агенты. Многие металлосодержащие соединения состоят из координационных комплексов.

    Цисплатин : Этот комплекс, PtCl2 (Nh4) 2, является противоопухолевым лекарственным средством и примером координационного комплекса.

    Структура координационных комплексов

    Донор Атом

    Атом внутри лиганда, который связан с центральным атомом или ионом, называется донорным атомом.Типичный комплекс связан с несколькими донорными атомами, которые могут быть одинаковыми или разными элементами.

    Полидентатные (многосвязные) лиганды состоят из нескольких донорных атомов, некоторые из которых связаны с центральным атомом или ионом. Эти комплексы называются хелатными комплексами, образование которых называется хелатированием, комплексообразованием и координацией.

    Хелатирование ЭДТА : Молекула ЭДТА имеет шесть различных донорных атомов, которые образуют комплекс.

    Лиганды

    Ионы или молекулы, окружающие центральный атом, называются лигандами.Обычно они связаны с центральным атомом координатной ковалентной связью (отдавая электроны из неподеленной электронной пары на пустую металлическую орбиталь). Существуют также органические лиганды, такие как алкены, пи (π) -связи которых могут координироваться с пустыми металлическими орбиталями. Примером является этен в комплексе, известном как соль Цейзе, K + [PtCl 3 (C 2 H 4 )] .

    Центральный атом или ион вместе со всеми лигандами составляют координационную сферу.Центральные атомы или ион и донорные атомы составляют первую координационную сферу. Координация относится к координированным ковалентным связям (диполярным связям) между лигандами и центральным атомом.

    Первоначально комплекс подразумевал обратимую ассоциацию молекул, атомов или ионов через такие слабые химические связи. Применительно к координационной химии это значение претерпело эволюцию. Некоторые комплексы металлов образуются практически необратимо, а многие из них связаны довольно прочными связями.

    Реакционная способность

    Электронные переводы

    Обычной реакцией между координационными комплексами с участием лигандов является перенос электронов. Существует два различных механизма окислительно-восстановительных реакций переноса электронов: перенос электронов во внутренней или внешней сфере. При переносе электрона электрон перемещается от одного атома к другому, изменяя заряд каждого атома, но оставляя общий заряд системы неизменным.

    Обмен лигандов

    Одним из важных показателей реакционной способности является скорость вырожденного обмена лигандов.Например, скорость обмена координатной воды в комплексах [M (H 2 O) 6 ] n + варьируется более чем на 20 порядков. Комплексы, в которых лиганды высвобождаются и быстро восстанавливаются, классифицируются как лабильные. Такие лабильные комплексы могут быть термодинамически достаточно стабильными. Обычно они либо имеют низкий заряд (Na + ), электроны на d-орбиталях, которые разрывают связь по отношению к лигандам (Zn 2+ ), либо лишены ковалентности (Ln 3+ , где Ln — любой лантаноид). .

    Лабильность металлического комплекса также зависит от высокоспиновой конфигурации по сравнению с низкоспиновой, когда это возможно. Таким образом, высокоспиновые Fe (II) и Co (III) образуют лабильные комплексы, тогда как низкоспиновые аналоги инертны.

    Ассоциированные процессы

    Комплексы с незаполненными или наполовину заполненными орбиталями часто проявляют способность реагировать с субстратами. Большинство субстратов имеют синглетное основное состояние; то есть у них есть неподеленные электронные пары (например, вода, амины, простые эфиры). Этим субстратам нужна пустая орбиталь, чтобы иметь возможность реагировать с металлическим центром.Некоторые субстраты (например, молекулярный кислород) имеют триплетное основное состояние. Металлы с наполовину заполненными орбиталями имеют тенденцию реагировать с такими субстратами. Если лиганды вокруг металла тщательно выбраны, металл может способствовать (стехиометрическим или каталитическим) превращениям молекул или использоваться в качестве сенсора.

    Металлургия

    Добывающая металлургия — это изучение процессов, используемых при разделении и обогащении сырья.

    Цели обучения

    Обсудите, как координационная химия может применяться в металлургических процессах.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Добывающая металлургия — это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных металлов в более чистую форму.
    • Область добывающей металлургии включает в себя множество специализированных дисциплин, включая переработку полезных ископаемых, гидрометаллургию, пирометаллургию и электрометаллургию.
    • Особенно в гидрометаллургии, координационная химия металлов играет большую роль в их растворимости и реакционной способности, поскольку руда перерабатывается в драгоценный металл.
    Ключевые термины
    • растворение : растворение или переход в раствор.
    • пирометаллургия : Термическая обработка минералов или руд, чтобы вызвать физические и химические превращения в материалах для извлечения ценных металлов.
    • металлургия : Металловедение; их извлечение из руд, очистка и легирование, термическая обработка и переработка.

    Добывающая металлургия

    Добывающая металлургия — это практика удаления ценных металлов из руды и переработки извлеченных сырых металлов в более чистую форму.Эта область является прикладной наукой, охватывающей все аспекты физических и химических процессов, используемых для производства минералосодержащих и металлических материалов. Практика добывающей металлургии почти всегда предполагает участие других научных областей, таких как аналитическая химия и минералогия. Иногда добывающая металлургия производит готовую продукцию, но чаще она производит форму, требующую дальнейшей физической обработки.

    Область экстракционной металлургии включает в себя множество специализированных дисциплин, каждая из которых связана с различными физическими и химическими процессами, которые являются этапами в общем процессе производства определенного материала.Эти специальности в общем сгруппированы по категориям переработки полезных ископаемых:

    • гидрометаллургия
    • пирометаллургия
    • электрометаллургия

    Переработка полезных ископаемых

    Обработка полезных ископаемых позволяет управлять размером частиц твердого сырья для отделения ценных материалов от материалов, не представляющих ценности. Обычно размер частиц необходимо уменьшить, чтобы эффективно отделить ценные материалы. Физические свойства ценных материалов могут включать плотность, размер и форму частиц, электрические и магнитные свойства и свойства поверхности.

    Поскольку во многих процессах измельчения и разделения используется вода, процессы разделения твердой и жидкой фаз являются частью переработки минералов. Чтобы растворить руду в водном растворе, часто необходимо разбить большие куски на более мелкие, тем самым увеличивая площадь поверхности и скорость растворения. Кроме того, можно дробить только руды, которые легко измельчаются, что позволяет им растворяться гораздо быстрее, чем руды, оставшиеся в больших кусках.

    Гидрометаллургия

    Гидрометаллургия описывает процесс извлечения металлов из руд с использованием водных растворов. Наиболее распространенным гидрометаллургическим процессом является выщелачивание, при котором ценные металлы растворяются в водном растворе. После отделения раствора от твердой руды раствор часто подвергают различным процессам очистки и концентрирования перед извлечением ценного металла.

    Процессы очистки и концентрирования раствора могут включать осаждение, дистилляцию, адсорбцию и экстракцию растворителем.Заключительный этап восстановления может включать осаждение, цементацию или электрометаллургический процесс. Иногда гидрометаллургические процессы могут выполняться непосредственно на рудном материале без каких-либо этапов предварительной обработки. Часто руду необходимо предварительно обработать с помощью различных стадий обогащения полезных ископаемых, а иногда и пирометаллургических процессов. Здесь координационная химия и растворимость соединения могут стать очень важными, поскольку кто-то пытается осаждать интересующий минерал (металл) над другими металлами в растворе или пытается избирательно выщелачивать один желаемый минерал над другими, присутствующими в образце.

    Пирометаллургия

    Пирометаллургия включает высокотемпературные процессы, при которых происходят химические реакции между газами, твердыми телами и расплавленными материалами. Твердые вещества, содержащие ценные металлы, вступают в реакцию с образованием промежуточных соединений для дальнейшей обработки или превращаются в их элементарное или металлическое состояние. Процессы производства расплавленных продуктов в совокупности называются операциями плавки. Энергия, необходимая для поддержания высокотемпературных пирометаллургических процессов, может полностью зависеть от экзотермической природы протекающих химических реакций, обычно реакций окисления.Однако часто энергия должна добавляться к процессу за счет сжигания топлива или, в случае некоторых процессов плавки, путем прямого приложения электрической энергии.

    Плавильная печь : Для плавления руд и металлов, получаемых в результате горных работ, часто требуются высокие температуры.

    Электрометаллургия

    Электрометаллургия включает в себя металлургические процессы, которые происходят в электролитической ячейке той или иной формы. Наиболее распространенными видами электрометаллургических процессов являются электролитическое извлечение и электролитическое рафинирование.Электролизное извлечение — это процесс электролиза, используемый для извлечения металлов в водном растворе, обычно в результате того, что руда подверглась одному или нескольким гидрометаллургическим процессам. Интересующий металл нанесен на катод, а анод представляет собой инертный электрический проводник. Электрорафинирование используется для растворения загрязненного металлического анода (обычно в процессе плавки) и получения катода высокой чистоты. Сфера применения электрометаллургии в значительной степени совпадает с областями гидрометаллургии и (в случае электролиза плавленых солей) пирометаллургии.

    Хелатирующие агенты

    Хелатирующие агенты — это лиганды металлов, которые связываются через несколько атомов, таким образом занимая несколько координационных центров на металле.

    Цели обучения

    Опишите происхождение хелатного эффекта.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Хелатирование — это образование или наличие двух или более отдельных координационных связей между полидентатным (многосвязным) лигандом и одним центральным атомом.
    • Хелатный эффект описывает повышенное сродство хелатирующих лигандов к иону металла по сравнению со сродством набора аналогичных нехелатирующих (монодентатных) лигандов к тому же металлу.
    • Хелатирующая терапия — это использование хелатирующих агентов для детоксикации ядовитых металлических агентов, таких как ртуть, мышьяк и свинец, путем преобразования их в химически инертную форму, которая может выводиться из организма без дальнейшего взаимодействия с организмом.
    Ключевые термины
    • хелатное соединение : циклическое соединение, в котором атом металла связан по крайней мере с двумя другими атомами.
    • хелатирующий агент : любое соединение, которое реагирует с ионом металла с образованием хелата.
    • лиганд : ион, молекула или функциональная группа, которая связывается с другим химическим соединением с образованием более крупного комплекса.

    Хелат

    Хелатирование — это образование или наличие двух или более отдельных координационных связей между полидентатным (многосвязным) лигандом и одним центральным атомом. Обычно эти лиганды представляют собой органические соединения и называются хелатирующими агентами, хелатирующими агентами, хелатирующими агентами или связывающими агентами; полученные комплексы называются хелатными соединениями.

    Хелат металл-ЭДТА : Химическая структура хелата ЭДТА.

    Хелатные комплексы контрастируют с координационными комплексами, состоящими из монодентатных лигандов, которые образуют только одну связь с центральным атомом. Хелатирующие агенты, в отличие от других лигандов в координационных соединениях, связываются через несколько атомов в молекуле лиганда, а не только через один.

    Хелатный эффект

    Хелатный эффект описывает повышенное сродство хелатирующих лигандов к иону металла по сравнению со сродством набора аналогичных нехелатирующих (монодентатных) лигандов к тому же металлу.{2+} [/ latex] (2)

    В (1) бидентатный лиганд этилендиамин образует хелатный комплекс с ионом меди. Хелатирование приводит к образованию пятичленного кольца. В (2) два монодентатных метиламиновых лиганда примерно с одинаковой донорной способностью (энтальпия образования связей Cu — N примерно одинакова в двух реакциях) образуют комплекс. В условиях равных концентраций меди и когда концентрация метиламина в два раза превышает концентрацию этилендиамина, концентрация комплекса в (1) будет больше, чем концентрация комплекса в (2).Эффект увеличивается с увеличением количества хелатных колец, поэтому концентрация комплекса EDTA, который имеет шесть хелатных колец, намного выше, чем у соответствующего комплекса с двумя монодентатными лигандами-донорами азота и четырьмя монодентатными карбоксилатными лигандами. Таким образом, явление хелатного эффекта — твердо установленный эмпирический факт.

    Хелат этилендиамина : Этилендиамин служит хелатирующим агентом, связываясь через два атома азота.

    Применение хелатирующих агентов

    Хелатная терапия — это использование хелатирующих агентов для детоксикации ядовитых металлических агентов, таких как ртуть, мышьяк и свинец, путем преобразования их в химически инертную форму, которая может выводиться из организма без дальнейшего взаимодействия с организмом.Эта терапия была одобрена Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США в 1991 году. Хотя они могут быть полезными при отравлении тяжелыми металлами, хелатирующие агенты также могут быть опасными. Использование динатриевой соли ЭДТА вместо кальциевой ЭДТА привело к летальному исходу из-за гипокальциемии.

    Практически все биохимические вещества обладают способностью растворять определенные катионы металлов. Таким образом, белки, полисахариды и полинуклеиновые кислоты являются отличными полидентатными лигандами для многих ионов металлов. Органические соединения, такие как аминокислоты глутаминовая кислота и гистидин, органические двухосновные кислоты, такие как малат, и полипептиды, такие как фитохелатин, также являются типичными хелаторами.В дополнение к этим дополнительным хелаторам, несколько биомолекул специально продуцируются для связывания определенных металлов. Практически все металлоферменты содержат металлы, которые хелатированы, обычно с пептидами или кофакторами и простетическими группами. Такие хелатирующие агенты включают порфириновые кольца в гемоглобине и хлорофилле. Многие виды микробов производят водорастворимые пигменты, которые служат хелатирующими агентами, называемыми сидерофорами. Например, известно, что виды Pseudomonas секретируют пиоцианин и пиовердин, связывающие железо.Энтеробактин, продуцируемый E. coli, является сильнейшим известным хелатирующим агентом.

    Химический анализ

    Координационные комплексы и их химический состав могут использоваться для анализа состава раствора методом осаждения или колориметрического анализа.

    Цели обучения

    Опишите применение координационных соединений в анализе химического состава.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Координационные комплексы могут использоваться для анализа химического состава с помощью анализа осадков и колориметрического анализа.
    • Классический качественный неорганический анализ — это метод аналитической химии, направленный на определение элементного состава неорганических соединений.
    • Катионы обычно подразделяются на шесть групп в соответствии с их категориями, а анионы подразделяются на три группы.
    Ключевые термины
    • осаждение : реакция, которая приводит к образованию более тяжелого твердого вещества в более легкой жидкости; осадок образовался на дне емкости.

    Координационные комплексы можно использовать для анализа химического состава различными способами. Двумя распространенными методами являются анализ осадков и колориметрический анализ. Эти методы называются классическим качественным неорганическим анализом.

    Реакция осаждения : Разница во внешнем виде агрегата и осадка.

    Качественный неорганический анализ

    Классический качественный неорганический анализ — это метод аналитической химии, направленный на определение элементного состава неорганических соединений.Он в основном ориентирован на обнаружение ионов в водном растворе, поэтому материалы в других формах, возможно, потребуется привести в это состояние, прежде чем можно будет использовать стандартные методы. Затем раствор обрабатывают различными реагентами для проверки реакций, характерных для определенных ионов, которые могут вызывать изменение цвета, образование твердого вещества или другие видимые изменения.

    Анализ осадков

    Катионы обычно классифицируются в одну из шести групп в соответствии с их свойствами, а анионы классифицируются в одну из трех групп.Детали классификации немного различаются от одного источника к другому. У каждой группы есть общий реагент, который можно использовать для отделения катиона или аниона от раствора. Для получения значимых результатов разделение должно производиться в определенной последовательности, поскольку некоторые ионы более ранней группы могут также реагировать с реагентом более поздней группы, что приводит к неоднозначности относительно того, какие ионы присутствуют. Это происходит потому, что катионный анализ основан на продуктах растворимости ионов. Когда катион достигает необходимой оптимальной концентрации, он выпадает в осадок, что позволяет обнаружить.

    Анализ осаждения : Медь из проволоки вытесняет серебро в растворе нитрата серебра, в который ее окунают, и твердое серебро выпадает в осадок. Анализ осадков можно использовать для определения химического состава раствора.

    В группы катионов входят:

    1. Те, которые образуют нерастворимые хлориды, такие как свинец, серебро и ртуть.
    2. Те, которые образуют нерастворимые в кислоте сульфиды, такие как кадмий, висмут, медь, сурьма и олово.
    3. Те, которые образуют нерастворимые гидроксидные комплексы, такие как железо, алюминий и хром.
    4. Цинк, никель, кобальт и марганец определяются добавлением хлорида аммония, гидроксида аммония и газообразного сероводорода. Цвет осадка укажет на металл.
    5. Группа нерастворимых карбонатных солей. (Хотя многие из более ранних катионов будут выпадать в осадок с карбонатом, они будут обнаружены до этого момента, если шаги были выполнены по порядку.) Барий, кальций и стронций выпадут в осадок в этот момент, но не раньше.
    6. Магний, литий, натрий, калий и аммоний трудно осаждаются и обычно обнаруживаются по цвету пламени.

    Есть три группы анионов, и методы их обнаружения сильно различаются. Однако часто используются методы осаждения, подобные упомянутым выше.

    Колориметрический анализ

    Колориметрический анализ — это метод определения концентрации химического элемента или химического соединения в растворе с помощью цветного реагента.Это применимо как к органическим соединениям, так и к неорганическим соединениям. Метод широко используется в медицинских лабораториях и в промышленных целях, например, для анализа проб воды в связи с промышленной очисткой воды.

    Красящие вещества

    Электронная конфигурация некоторых комплексов металлов придает им важные свойства, такие как цвет в координационных соединениях.

    Цели обучения

    Обсудите взаимосвязь между переносом заряда и цветом металлического комплекса.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Металлические комплексы часто имеют эффектные цвета, вызванные электронными переходами при поглощении света.
    • Большинство переходов, связанных с окрашенными комплексами металлов, являются либо d – d переходами, либо полосами переноса заряда.
    • Зона переноса заряда вызывает продвижение электронов с орбиталей на основе металлов и орбиталей на основе лигандов.
    Ключевые термины
    • неорганическая химия : химия элементов (включая углерод) и тех соединений, которые не содержат углерод.
    • лиганд : ион, молекула или функциональная группа, которая связывается с другим химическим соединением с образованием более крупного комплекса.

    Связывание в координационных соединениях

    Многие свойства комплексов металлов продиктованы их электронным строением. Электронную структуру можно описать с помощью относительно ионной модели, которая приписывает формальные заряды металлам и лигандам. Этот подход составляет суть теории кристаллического поля (CFT), которая является ключевым понятием в неорганической химии.

    Более сложные модели (по сравнению с теорией кристаллического поля) охватывают ковалентность. Этот подход описывается теорией поля лигандов (LFT) и теорией молекулярных орбиталей (MO). Теория поля лигандов, представленная в 1935 году и основанная на теории молекулярных орбиталей, может работать с более широким кругом комплексов. Это может объяснить комплексы, в которых взаимодействия ковалентны. Химические приложения теории групп могут помочь в понимании теории поля кристаллов или лигандов, позволяя простые, основанные на симметрии решения формальных уравнений.

    Химики склонны использовать простейшую модель, необходимую для предсказания интересующих свойств. По этой причине CFT был фаворитом для обсуждений, когда это было возможно. Теории МО и НЧ сложнее, но дают более реалистичную перспективу.

    Цвет в координационных соединениях

    Металлические комплексы часто имеют эффектные цвета, вызванные электронными переходами из-за поглощения света. По этой причине их часто применяют в качестве пигментов. Большинство переходов, связанных с окрашенными комплексами металлов, являются либо переходами d – d, либо полосами переноса заряда.При d – d переходе электрон на d-орбитали на металле возбуждается фотоном на другую d-орбиталь с более высокой энергией. Однако электрон остается в центре металла.

    Цвет различных комплексов Ni (II) в водных растворах : Слева направо, [Ni (NH 3 ) 6 ] 2+ , [Ni 3 ] 2+ , [NiCl 4 ] 2- , [Ni (H 2 O) 6 ] 2+ . Реакции, начинающиеся с NiCl2 · 6h3O, могут быть использованы для образования различных координационных комплексов никеля, поскольку лиганды h3O быстро замещаются аммиаком, аминами, тиоэфирами, тиолатами и органофосфинами.

    Полоса переноса заряда влечет за собой продвижение электрона с металлической орбитали на пустую орбиталь на основе лиганда (перенос заряда от металла к лиганду или MLCT). Концептуально можно представить, что степень окисления металла увеличивается на единицу (потеря электронов), в то время как степень окисления лиганда уменьшается на единицу (становится анионной). Общий заряд системы остается прежним, но изменяется локализация электрона.

    Также произойдет обратное: возбуждение электрона на орбитали на основе лиганда на пустую орбиталь на основе металла (перенос заряда лиганда на металл или LMCT).Эти явления можно наблюдать с помощью электронной спектроскопии (также известной как UV-Vis).

    Именно относительная энергия этих электронных переходов позволяет им иметь поглощательную способность в видимой области. Поскольку природу лигандов и металла можно широко регулировать, можно получить множество цветов.

    Цвета различных координационных комплексов : Изменение металла или лиганда может изменить цвет координационного комплекса.

    Биомолекулы

    Координационные комплексы обнаружены во многих биомолекулах, особенно как важные ингредиенты для активного центра ферментов.

    Цели обучения

    Обсудить применение координационных комплексов в биомолекулах.

    Ключевые выводы

    Ключевые моменты
    • Координационные комплексы и переходные металлы являются неотъемлемым компонентом белков, особенно класса белков, которые могут выполнять химические реакции, называемых ферментами.
    • Подсчитано, что примерно половина всех белков содержит металл.
    • Переходные металлы, особенно цинк и железо, чаще всего находятся в активных центрах ферментов.
    • В металлоферментах ион металла связан с белком одним лабильным координационным центром.
    Ключевые термины
    • фермент : глобулярный белок, катализирующий биологическую химическую реакцию.
    • кофактор : Вещество, особенно кофермент или металл, которое должно присутствовать для функционирования фермента.
    • лабильный : свойство временных химических веществ, которое делает возможным быстрый синтез и разложение субстратов в биологических системах.
    • Металлопротеин : белок, содержащий кофактор иона металла.

    Координационные комплексы в биологии

    Координационные комплексы (также называемые координационными соединениями) и переходные металлы широко распространены в природе. Они являются неотъемлемым компонентом белков, особенно класса белков, которые могут выполнять химические реакции, называемых ферментами. Переходные металлы, особенно цинк и железо, часто являются ключевыми компонентами активных центров ферментов. Хотя существуют другие биологически важные молекулы, которые также содержат металлы, координационные комплексы содержат центральный ион металла и играют важную роль во многих биологических процессах.

    Металлопротеин — это общий термин для белка, который содержит кофактор иона металла. Большая часть всех белков — это металлоферменты, и они выполняют множество разнообразных функций, включая транспортировку, хранение и передачу сигналов.

    Принципы координационной химии

    В металлопротеинах ионы металлов обычно координируются азотными, кислородными или серными центрами, принадлежащими аминокислотным остаткам белка. Эти донорные группы часто представлены боковыми цепями на аминокислотных остатках.Важные донорские группы включают:

    • Имидазольные (донорные атомы азота) заместители в остатках гистидина
    • тиолатные (атом серы) заместители в цистеиниловых остатках
    • карбоксилатные группы (атом кислорода), обеспечиваемые аспартатом

    Учитывая разнообразие металлопротеинов, было показано, что практически все аминокислотные остатки связывают центры металлов. Пептидный остов также обеспечивает донорные группы; они включают депротонированные амиды и амидные карбонильные кислородные центры (атомы кислорода и азота в качестве лигандов).

    Помимо донорных групп, которые обеспечиваются аминокислотными остатками, большое количество органических кофакторов действует как лиганды. Возможно, наиболее известными являются тетрадентатные макроциклические лиганды N 4 , включенные в гем-белок (чаще всего рассматриваемый как часть гемоглобина). Также распространены неорганические лиганды, такие как сульфид и оксид.

    Гем B : Гем B представляет собой порфирин (четыре связанных пиррольных кольца), который легко связывает железо, как показано. Это пример биомолекулы, которая содержит небелковые лиганды переходного металла.

    Металлоферменты

    Металлоферменты содержат ион металла, связанный с белком с одним лабильным координационным центром. Как и для всех ферментов, форма активного центра имеет решающее значение. Ион металла обычно находится в кармане, форма которого соответствует форме подложки. Ион металла катализирует реакции, которые трудно осуществить в органической химии. Рассмотрим следующую реакцию:

    [латекс] \ text {CO} _2 + \ text {H} _2 \ text {O} \ rightleftharpoons \ text {H} _2 \ text {CO} _3 [/ latex]

    Эта реакция протекает очень медленно в отсутствие катализатора, но довольно быстро в присутствии гидроксид-иона.- [/ латекс]

    Подобная реакция с карбоангидразой протекает практически мгновенно. Структура активного центра в карбонатных ангидразах хорошо известна по ряду кристаллических структур. Он состоит из иона цинка, координированного тремя имидазольными атомами азота трех гистидиновых звеньев. Четвертый координационный узел занимает молекула воды.

    Положительно заряженный ион цинка поляризует скоординированную молекулу воды, и нуклеофильная атака отрицательно заряженной части на диоксид углерода происходит быстро.+ [/ латекс]

    Активный центр карбоангидразы : Активный центр карбоангидразы. Три координирующих остатка гистидина показаны зеленым, гидроксид — красным и белым, а цинк — серым.

    Присвоение имен координационным соединениям | Введение в химию

    Цель обучения
    • Определите собственное название координационного комплекса с учетом его молекулярной формулы.

    Ключевые моменты
      • Когда вы называете соединение переходного металла, необходимо указать, какая степень окисления имеет металл.
      • Степень окисления обозначается римской цифрой в скобках после катиона.
      • Координационные соединения содержат ион и набор лигандов.
      • Присвоение имен координационным соединениям включает набор правил, который включает степень окисления центрального иона и химический состав лиганда, уделяя особое внимание анионным и катионным свойствам молекулы.

    Термины
    • многоатомный: молекула или ион, состоящий из трех или более атомов.
    • polydentateCoordinated к центральному атому несколькими связями; многозубый.
    • monodentateОписывает лиганд, который имеет только одинарную связь с центральным атомом.
    • Координационное соединение
    • Класс соединений, в которых центральный атом металла (обычно переходный элемент) окружен группой ионов или молекул (лигандов).

    Обозначение переходных металлов

    Многие переходные металлы существуют в виде катионов более чем одного типа. Например, железо существует как Fe 2+ и Fe 3+ .Поэтому, когда вы называете ионное соединение, содержащее железо, необходимо указать, какую степень окисления имеет металл. Степень окисления отображается в виде римской цифры в скобках после катиона. Для металлов степень окисления такая же, как и у заряда. Fe 2+ в соединении с хлоридом будет иметь формулу FeCl 2 и будет называться хлоридом железа (II). Катион Fe 3+ в паре с кислородом будет иметь формулу Fe 2 O 3 и будет называться оксид железа (III).

    Процедура наименования ионных соединений, содержащих многоатомные ионы, такая же, как и процедура наименования простых ионов. Таким образом, CaCO 3 называется карбонатом кальция; (NH 4 ) 2 HPO 4 , соединение с двумя многоатомными ионами, называется гидрофосфатом аммония; и Pb 2+ в паре с SO 4 2- (PbSO 4 ) называется сульфатом свинца (II).

    Пример 1: Напишите правильную химическую формулу для каждого из следующих ионных соединений: a.Оксид алюминия; б. Хлорид меди (II); c. Оксид железа (III).

    Решение 1: a. Алюминий 3+, оксид 2-; Алюминий 2 О 3 . б. Из приведенной степени окисления медь — 2+, хлорид — 1-; CuCl 2 . c. Из степени окисления железо 3+, оксид 2-; Fe 2 O 3 .

    Пример 2: Напишите правильное химическое название для каждого из следующих ионных соединений: a. Li 2 S; б. NiCl 2 ; c. FeO.

    Решение 2: a.Мы не используем множители, поэтому это просто сульфид лития. б. Уточним, что никель в этом соединении 2+, значит, это хлорид никеля (II). c. Мы должны указать, что в этом соединении железо 2+, значит, это оксид железа (II).

    Именование координационных соединений

    Более сложные координационные соединения состоят из атома или иона (обычно металла) и окружающего их массива связанных молекул или анионов, известных как лиганды. Атом внутри лиганда, который связан с центральным атомом или ионом, называется донорным атомом.Типичный комплекс связан с несколькими донорными атомами, которые могут быть одинаковыми или разными. Координация относится к координированным ковалентным связям (диполярным связям) между лигандами и центральным атомом.

    Свод правил наименования координационного соединения:

    1. При названии комплексного иона лиганды называют перед ионом металла.
    2. Напишите названия лигандов в следующем порядке: нейтральный, отрицательный, положительный. Если имеется несколько лигандов с одним и тем же типом заряда, они называются в алфавитном порядке.(Числовые префиксы не влияют на порядок.)
    3. Множественные монодентатные лиганды получают префикс в соответствии с числом вхождений: ди-, три-, тетра-, пента- или гекса. Полидентатные лиганды (например, этилендиамин, оксалат) получают бис-, трис-, тетракис- и т. Д.
    4. Анионы оканчиваются на -идо. Это заменяет последний «е», когда анион заканчивается на «-ат» (например, сульфат становится сульфатом), и заменяет «-ид» (цианид становится цианидо).
    5. Нейтральным лигандам даны их обычные названия, за некоторыми исключениями: NH 3 становится аммином; H 2 O становится голубой или голубой; СО становится карбонилом; NO превращается в нитрозил.
    6. Напишите имя центрального атома / иона. Если комплекс представляет собой анион, имя центрального атома будет оканчиваться на -ate, и будет использоваться его латинское имя, если оно доступно (кроме ртути).
    7. Если необходимо указать степень окисления центрального атома (когда она является одной из нескольких возможных или нулем), запишите ее римской цифрой (или 0) в скобках.
    8. В конце укажите «катион» или «анион» отдельными словами (если применимо).
    Пример координационного соединения Молекула 2-этилгексаноата хрома (III).

    Пример:

    Напишите собственное химическое название для каждого из следующих координационных соединений:

    а. [NiCl 4 ] 2–

    г. Pt (NH 3 ) 2 Класс 4

    г. [Pt (NH 3 ) 2 Cl 2 ] Cl 2.

    Решение:

    а. Ион тетрахлоридоникелата (II). Комплексный ион, анион, находится внутри скобок. Мы должны добавить суффикс -ate к названию металла.

    г. Диамминтетрахлорплатина (IV). Это нейтральная молекула. Суммарный заряд лигандов составляет -4. Следовательно, степень окисления платины +4.

    г. Диамминдихлорплатина (II) хлорид. Здесь количество ионов и атомов одинаковое. Однако скобки, а также различная степень окисления платины приводят к совсем другому названию.

    Координационное число лигандов, присоединенных к более чем одному металлу (мостиковые лиганды), указывается нижним индексом греческого символа μ, помещенного перед названием лиганда.Таким образом, димер трихлорида алюминия описывается формулой Al 2 Cl 4 2 -Cl) 2 .

    Показать источники

    Boundless проверяет и курирует высококачественный контент с открытой лицензией из Интернета. Этот конкретный ресурс использовал следующие источники:

    Список химических соединений с необычными названиями | Cerámica Wiki

    Адамантан (трицикло [3.3.1.1 3,7 ] декан), кристаллический циклоалкан. [5] [6]
    Альциндоромицин антрациклиновый антибиотик, названный в честь персонажа Альсиндоро из La Bohème . [7]
    Подошва (C 4 H 5 As), аналог азола, в котором атом мышьяка заменяет атом азота. [8] Ароматичность арсолов обсуждается на протяжении многих лет. [9] Такая замена в бензольном кольце, где атом мышьяка заменяет атом углерода, известна как benzarsole
    БАРФ (тетракис [3,5-бис (трифторметил) фенил] борат)
    Ствол (C 8 H 8 ), название происходит от очевидного сходства со стволом. [10]
    Бастардан — близкий родственник адамантана, а его собственное название — норадамант с этановым мостиком. Поскольку его необычный этано-мостик был разновидностью стандартных перестановок в углеводородной клетке, он стал известен как бастардан — нежеланный ребенок. [11]
    Богемамин противоопухолевое средство, названное в честь оперы Пуччини La Bohème . [7]
    Бакминстерфуллерен или buckyballs , форма углерода, названная в честь Бакминстера Фуллера из-за его сходства с геодезическими куполами Фуллера.Термин был придуман Гарольдом Крото. [12] Альтернативное название Footballene было придумано A.D.J. Haymet [13] , потому что молекула также напоминает футбольный мяч (футбольный мяч).
    Кадаверин зловонный диамин, образующийся при разложении тканей мертвых животных. [14]
    Коричный альдегид C 9 H 8 O соединение, придающее корице ее аромат. [15]
    Коллинемицин антрациклиновый антибиотик, названный в честь персонажа Коллина из La Bohème . [7]
    Запор кислота [2- (14′-гидроксипентадецил) -4-метил-5-оксо-2,5-дигидрофуран-3-карбоновая кислота], алифатическая кислота, полученная из австралийского лишайника Xanthoparmelia . [16]
    Крапинон антихолинергический препарат, одним из побочных эффектов которого является запор.
    Кубан углеводород, восемь атомов углерода которого занимают вершины куба. [17]
    Каммингтонит ((Mg, Fe) 7 Si 8 (OH) 22 ), гидроксид силиката магния и железа, впервые обнаруженный в Каммингтоне, Массачусетс.
    Дьявольская кислота серия длинноцепочечных дикарбоновых кислот с цепями разной длины. Названный в честь греческого слова diabollo , означающего вводить в заблуждение. [18]
    МЕРТВОЙ — подходящее сокращение, учитывая, что диэтилазодикарбоксилат взрывоопасен; чувствительный к ударам; канцерогенный; и раздражитель глаз, кожи и дыхательных путей.
    Диккит (Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ), глиноподобный материал, имеющий ряд производственных применений, одним из которых является покрытие для высококачественной высокосортной бумаги. Он назван в честь его первооткрывателя, доктора В. Томаса Дика.
    Dinocap (C 18 H 24 N 2 O 6 ), митицид и контактный фунгицид, используемый для борьбы с мучнистой росой сельскохозяйственных культур.
    Дракулин антикоагулянт, обнаруженный в слюне летучих мышей-вампиров. [19]
    Earthcide или Fartox или ‘ Квинтозен , два из множества названий фунгицида пентахлорнитробензола. [20]
    Фенестран Родительский класс соединений, основанный на мотиве оконного стекла.
    Фуситол (C 6 H 14 O 5 ), спирт, полученный из Fucus vesiculosis , водорослей Северной Атлантики.Его оптические изомеры также называют D-фук-ол и L-фук-ол .
    Фтористоводородная кислота BF 4 H, тетрафторборат или тетрафторборная кислота.
    Фукалит (Ca 4 Si 2 O 6 (Plantilla: карбонат) (OH, F)) 2 , редкая форма силикокарбоната кальция, добываемая в районе Фука в Японии.
    Госсыполь токсин, обнаруженный в семенах хлопка, используемом в качестве мужского противозачаточного средства.
    Гирсутин [21] [22] также назван в честь животного: коза ( Hircus ), иногда молекула изображается в перевернутом виде [23] [24]
    Irene Номенклатура Ганча-Видмана для моноциклического гетероциклического соединения с тремя кольцевыми атомами. [25]
    Мегафон кетон, полученный из корня Aniba megaphylla . [26]
    Мимимицин антрациклиновый антибиотик, названный в честь персонажа Мими из La Bohème . [7]
    Мороновая кислота 3-оксоолеан-18-ен-28-овая кислота, природный тритерпен
    Слизистая кислота Продукт азотнокислого окисления галактозы или галактозосодержащих соединений
    Мусеттамицин антрациклиновый антибиотик, названный в честь персонажа Мюзетты из La Bohème . [7]
    Нафтазон (C 11 H 9 N 3 O 2 ), вазопротекторный препарат. Зона свободной торговли НАФТА — это территория, на которую распространяется Североамериканское соглашение о свободной торговле. [27]
    Нонанал (C 9 H 18 O), альдегид, производный от нонана.
    Олимпиадане Супрамолекулярное соединение, основанное на топологии олимпийских колец.
    Оротовая кислота (пиримидинкарбоновая кислота) упоминается как витамин B 13 .
    Пингвинон (3,4,4,5-тетраметилциклогекса-2,5-диенон), названный так потому, что его двумерная структура напоминает пингвина. [28]
    Перминовая кислота сильно окисляющая кислота, родственная муравьиной кислоте.
    Периодическая кислота (HIO 4 ), произносится как периодический, а не периодический (как в периодической таблице). Per означает, что йод находится в максимально возможной степени окисления.
    Забор из порфирина 5,10,15,20-тетракис (альфа, альфа, альфа-2-пиваламидофенил) порфирин, используемый для моделирования активных центров гемовых ферментов.
    Присмане изомер бензола с атомами углерода, расположенными в форме треугольной призмы.
    Псикоза (C 6 H 12 O 6 ), редкий низкокалорийный сахар, обеспечивающий 0.На 3% больше энергии, чем у сахарозы.
    Путресцин зловонный диамин, образующийся при разложении тканей мертвых животных.
    R-CMP (монофосфат R-цитодина) компонент РНК, но также является аббревиатурой Королевской канадской конной полиции.
    Ранасмурфин синий протеин из пенных гнезд тропической лягушки, названной в честь Смурфиков.
    Красный нос сахар, полученный в результате разложения рудольфомицина. [7]
    Рамнетин флавонольный краситель, полученный из облепихи ( rhamnus ). [29]
    Рамноза сахар, встречающийся в природе в облепихе ( rhamnus ).
    Рудольфомицин антрациклиновый антибиотик, названный в честь персонажа Родольфо (Рудольф) в La Bohème . [7] [30]
    Ru (Tris) BiPy-on-a-stick сокращенная форма (транс-1,4-бис [(4-пиридил) этенил] бензол) (2,2′-бипиридин) рутения (II). [31]
    SEX официальная аббревиатура этилксантогената натрия [32] ;
    Скатоле вещество с неприятным запахом, которое встречается в кале, но также в более низких концентрациях в цветах, цветках апельсина, жасмина.
    Спермин, Спермидин, полиамин факторов роста участвуют в клеточном метаболизме.
    Табакон (C 20 H 23 NO 4 ).
    Титановая кислота гидратированная форма диоксида титана.
    Травматическая кислота вещество, встречающееся в растениях, играющее роль в заживлении поврежденных тканей.
    Унунниум (Uuu), бывшее временное название химического элемента номер 111, синтетического трансуранового элемента.

    Author: alexxlab

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.