Электрохимический ряд металлов.

При погружении металлической пластины (электрода) в раствор соли данного металла может происходить один из двух процессов:

1. Если металл является активным восстановителем (то есть легко теряет электроны), то под действием диполей воды, содержащихся в растворе, некоторая часть атомов металла оставляет свои электроны на электроде и в виде гидратированных ионов переходит в раствор:

Me⁰ + mH2) àMeⁿ⁺ * mH2O + ne

в растворе на электроде

Или без учёта гидратации ионов:

Me⁰ à Meⁿ⁺ + ne

В результате этого процесса окисления металлическая пластинка заряжается отрицательно, а катионы металла притягиваются к ней, и поэтому прилегающий к пластинке слой растворов заряжается положительно. Таким образом на границе металл – раствор возникает двойной электрический слой (ДЭС).

2. Если сам металл является слабым восстановителем, то его ионы, содержащиеся в растворе соли, являются сильными окислителями. Некоторая часть этих ионов подходит к поверхности металлической пластины и восстанавливается за счёт имеющихся в ней свободных электронов:

Meⁿ⁺ + ne à Me⁰

В результате осаждения катионов пластина металла заряжается положительно и притягивает к себе отрицательно заряженные анионы. Поэтому прилегающий к пластине слой раствора заряжается отрицательно. Таким образом и в этом случае образуется ДЭС.

Разность потенциалов, возникающая в двойном электрическом слое на границе металл – раствор, называется электродным потенциалом.

Непосредственно измерить потенциал отдельного электрода (металла) невозможно. Поэтому электродные потенциалы измеряются относительно стандартного водородного электрода, потенциал которого принимают равным нулю.

Потенциал каждого электрода (металла) зависит от природы металла, концентрации его ионов в растворе, температуры.

Разность потенциалов между металлом, погружённым в раствор своей соли с концентрацией ионов металла 1 моль/л, и стандартным водородным электродом при стандартных условиях называется стандартным электродным потенциалом металла (E⁰).

Металлы, расположенные в порядке возрастания алгебраического значения их стандартного электродного потенциала, составляют электрохимический ряд напряжений.

Электродные потенциалы щелочных и щелочноземельных металлов рассчитываются теоретически, так как эти металлы в водных растворах взаимодействуют с водой.

Значение электродного потенциала количественно характеризует способность металла отдавать электроны, то есть его восстановительные свойства (химическую активность металла). В этом ряду восстановительная активность металлов в водных растворах слева направо уменьшается: металлы, стоящие в начале ряда, легко отдают электроны и превращаются в положительно заряженные ионы; металлы, стоящие в конце ряда, с трудом отдают электроны. И наоборот, окислительная способность катионов металлов слева направо увеличивается.

Металлический литий Li – самый сильный восстановитель, а золото Au – самый слабый. Ион золота Au³⁺ – самый сильный окислитель, ион лития Li⁺ – самый слабый.

На основании ряда напряжений можно сделать некоторые важные заключения о химической активности металлов.

1. Каждый металл вытесняет из солей другие металлы, имеющие большие (уд. на 1-ый слог) значения стандартных электродных потенциалов, то есть являющиеся менее сильными восстановителями.

3. Металлы, имеющие очень низкие стандартный электродный потенциал меньше нуля (то есть потенциала стандартного водородного электрода), способны вытеснять водород из кислот.

4. Металлы, имеющие очень низкие значения стандартного электродного потенциала, то есть являющиеся сильными восстановителями (от лития до натрия) в любых водных растворах взаимодействуют прежде всего с водой.

Положение металлов в электрохимическом ряду напряжений не вполне соответствует их положению в периодической системе. Это объясняется тем, что при изменении электродных потенциалов учитывается не только энергия отрыва электронов от отдельных изолированных атомов, но и энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решётки, а также энергия, которая выделяется при гидратации ионов.

Например, в соответствии с положением в ПС, Na – более активный металл, чем Li. Однако E_Li⁰ < E_Na⁰,то есть в водных растворах литий проявляет большую (уд. на 1-ый слог) восстановительную активность, чем натрий. Это объясняется тем, что энергия гидратации ионов лития Li⁺ значительно больше энергии гидратации ионов Na⁺, поэтому процесс образования гидратированных ионов лития (Li + mH₂O à Li⁺ * mH2O + e) является энергетически более выгодным, чем процесс образования гидратированных ионов натрия.

Аминокислоты.

Аминокислотами называются азотосодержащие органические вещества молекулы, которых содержат карбоксильную группу – COOH и аминогруппу – NH₂.

CH₃ – COOH СH₃ – СH₂ – COOH

укс. кислота пропиновая кислота

NH₂ – CH₂ – COOH NH₂ – CH₂ – CH₂ – COOH

аминоукс. кислота β-аминопропиновая кислота

СР₃ – СР₂ – СР₂ – COOH

масляная кислота

α-аминомасляная кислота

Физические свойства

Аминокислоты – бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Многие из них обладают сладким вкусом.

Химические сойства:

I. Кислотные свойства

1. Взаимодействие со щелочами

NH₂ – CH₂ – COOH + NaOH à NH₂ – CH₂ – COONa + H₂O

2. Взаимодействие со спиртами

NH₂ – CH₂ – COOH + C₂H₅OH à NH₂ – CH₂ – COOC₂H₅ + H₂O

II. Основные свойства

1. Взаимодействие с кислотами

NH₂ – CH₂ – COOH + HCl à NH₃Cl – CH₂ – COOH

Аминокислоты – амфотерные вещества.

III. Аминокислоты взаимодействуют друг с другом

H₂N – CH₂ + NH₂ – CH₂ à H₂N – CH₂ – NH – CH₂ + H₂O

– NH – пептидная группа (амидная группа)

Применение

Аминокислоты, преимущественно α-аминокислоты, необходимы для синтеза белков в живых организмах Нужные для этого аминокислоты человек и животные получают в виде пищи, содержащей различные белки. Последние подвергаются в пищеварительном тракте расщеплению на отдельные аминокислоты, из которых затем синтезируются белки, свойственные данному организму. Для этой цели успешно используется также искусственно выделенные или синтезированные аминокислоты. Некоторые из них применяются в медицинских целях. Многие аминокислоты служат для подкормки животных.

Производные аминокислот используются для синтеза волокна, например капрона.

В живых организмах аминокислоты используются для биосинтеза белков и других биологически важных веществ. Бактерии и растения синтезируют все для них необходимые аминокислоты. Но в организмах животных и человека некоторые аминокислоты синтезироваться не могут. Их называют незаменимыми. К ним относят валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, триптофан, фенилаланин. Эти аминокислоты должны поступать в организм с пищей, что учитывается при организации правильного питания.

 

Задача № 18. Решение.

Запишем уравнение реакции и условие задачи в формульном виде:

2 (. OH) = 2 (. H) + O₂

c2(OH) = 3 c1(OH);

v2: v1 =?

 

Скорость реакции определяется как произведение константы скорости и концентраций реагентов в квадрате (соответственно стехиометрическому коэффициенту при. OH). Отношение скоростей реакции в первом и втором случае:

v2: v1 = {k. c22(OH)} / {k. c12(OH)} = 32. c12(OH): c12(OH) = 9: 1

 

Ответ: При увеличении концентрации реагента в 3 раза скорость реакции возросла в 9 раз.

 

Билет № 19.

1. Реакции ионного обмена.

2. Изомерия органических соединений

3. Задача № 19. В 1630 году немецкий химик Иоганн-Рудольф Глаубер, изучая состав воды минерального источника вблизи Нойштадта, открыл лечебные свойства мирабилита - кристаллогидрата сульфата натрия состава Na₂SO₄. 10H₂O. Это вещество, получившее название "глауберова соль", врачи-практики успешно применяли более 300 лет как дешевое и безвредное слабительное средство. Кроме того, мирабилит в большом количестве применяется в стекловарении и других областях промышленности. Рассчитайте массу воды и безводного сульфата натрия, содержащихся в 322 кг Na₂SO₄. 10H₂O (кр).

 

Реакции ионного обмена.

Реакции, протекающие между ионами, называются ионными реакциями.

С участием ионов могут протекать как обменные, так и окислительно-восстановительные реакции.

Реакции ионного обмена идут до конца:

1. Если образуется малодиссоциирующее вещество, например вода.

2. Если образуется осадок;

3. Если выделяется газ;

Если в растворе нет таких ионов, которые могут связываться между собой, реакция обмена не протекает до конца, то есть является обратимой.

Примеры:

1. Если в результате реакции выделяется малодиссоциирующее (мд) вещество – вода.

а) Молекулярное уравнение реакции щелочи с кислотой:

KOH (р) + HCl (р) = KCl(р) + H₂O (мд)

Полное ионное уравнение реакции:

K⁺ + OH^– + H⁺ + Cl^– = K⁺ + Cl^– + H₂O

Cокращенное ионное уравнение реакции:

H⁺ + OH^– = H₂O

б) Молекулярное уравнение реакции основного оксида с кислотой:

CaO (оксид) + 2HNO₃ (р) = Ca(NO₃)₂ (р) + H₂O (мд)

Полное ионное уравнение реакции:

CaO + 2H⁺ + 2NO₃^- = Ca²⁺ + 2NO₃^- + H₂O

Cокращенное ионное уравнение реакции:

CaO + 2H+ = Ca²⁺ + H₂O.

в) Молекулярное уравнение реакции нерастворимого основания с кислотой:

3Mg(OH)₂ (н) + 2H₃PO₄ (р) = Mg₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O (мд)

Полное ионное уравнение реакции:

3Mg(OH)₂ + 6H⁺ + 2PO₄^3- = Mg₃(PO₄)₂↓ + 6H₂O

В данном случае полное ионное уравнение совпадает с сокращенным ионным уравнением.