Студопедия — Водород и его соединения
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Водород и его соединения






Водородs -элемент, в природных соединениях проявляет степень окисления +1, с элементами-органогенами образует только ковалентные связи. Ион Н+– это протон, размеры которого в 104 раз меньше размера атома, поэтому положительно поляризованный атом водорода обладает сильным поляризующим действием. Н+– активный комплексообразователь, носитель кислотных свойств, атомы Н сильнополярных связей О-Н, N-Н образуют водородные связи.

 

Французский химик А. Лавуазье установил, что «горючий воздух», выделяющийся при взаимодействии кислот и металлов, входит в состав воды и может быть из нее получен. В 1787 Лавуазье пришел к выводу, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, и, следовательно, относится к числу химических элементов. Он дал ему название hydrogene (от греческого hydor — вода и gennao — рождаю) — «рождающий воду».

 

Изотопный состав: Н – протий (99,985%), Н – дейтерий (0,015%), Н – тритий (радиоактивен).

В ПСЭ водород занимает протяженную клетку над элементами II периода (исключая неон), т.к. имеет сходство, как со щелочными металлами, так и с галогенами. Водород в силу своего строения проявляет окислительно-восстановительную двойственность:

Н2 + галогены водородогалогены,

(Н2 – восстановитель (Н -2 е = 2Н+1).

Н2 + шелочные, щелочноземельные металлы гидриды (NaH, CaH2),

2 – окислитель (Н + 2 е = 2Н).

Молекула водорода представляет собой пример простейшей молекулы, состоящей их двух атомов, связанных ковалентной связью. Вследствие большой прочности и высокой энергии диссоциации, равной
436 кДж/моль, распад молекул водорода на атомы происходит в заметной степени лишь при t ° = 2500оС, поэтому реакционная способность водорода низкая. Практически все протекающие с его участием реакции требуют наличия катализатора и высокой температуры. Молекулярный водород – самый легкий газ, без вкуса и запаха.

В организме содержание водорода составляет 9,7%. Водород связан полярной ковалентной связью с другими биогенными элементами или присутствует в виде свободного Н+.

С точки зрения химической термодинамики водород в живых системах, содержащих воду, не может образовывать молекулярный водород или гидрид-ионы. Молекулярный водород при обычных условиях летуч и малоактивен, поэтому в обмене веществ не участвует. Гидрид-ион, наоборот, чрезвычайно активен, немедленно реагирует с водой, образуя молекулярный водород. Среди всех органогенов у водорода наименьшая относительная электроотрицательность (ОЭО = 2,1), поэтому в природных соединениях он всегда проявляет степень окисления +1. Окислительная способность катионов водорода в живых системах в нейтральной среде сильно понижена (j°= –0,42В), поэтому в организме он не проявляет окислительных свойств, но участвует во многих окислительно- восстановительных процессах, не меняя свою степень окисления, например:

 

 

пируват лактат

 

НАД+ + 2 е + 2Н+ ¾® НАД(Н) + Н+ (НАД, НАДФ – коферменты дегидрогеназ)

 

В организме водород входит в состав углеводов, белков, нуклеиновых кислот и др., образуя химические связи с углеродом, азотом, кислородом и серой.

По степени полярности ковалентные связи водорода с атомами элементов-органогенов располагаются в следующий ряд:

Н–С < Н–S < H–N < H–O

Увеличение полярности связи

 

Кислотные свойства природных соединений определяются полярностью этих связей и их поляризуемостью. Так, с учетом высокой поляризуемости связи S–H, способность к диссоциации наибольшая у S–H, наименьшая у С–Н.

Связи с углеродом и серой мало полярны, обусловливают образование гидрофобных участков в молекулах белков и липидов. Окисление связей С–Н является главным источником энергии живых организмов.

Связи водорода с кислородом и азотом сильно полярны и наиболее активны. Водород в виде протона быстро переходит от одних ионов и молекул к другим, образует водородные связи. Благодаря особенностям своего строения водород образует водородные связи, как в воде, так и в растворенных в ней веществах – сахарах, белках, нуклеиновых кислотах и т.п. Водородные связи между комплементарными парами азотистых оснований обеспечивают вторичную структуру ДНК и репликацию матричных РНК.

Концентрация ионов водорода (рН = –lg a (H+)) в водной среде определяет ее кислотность и оказывает влияние на состояние белков, в частности, ферментов. рН крови величина постоянная, равная 7,36–7,42, является важным диагностическим тестом. Большинство биологических жидкостей организма имеют рН в пределах 5,0–7,5, только желудочный сок имеет очень кислую среду, (рН = 0,9–1,5). Содержащиеся в желудочном соке катионы гидроксония Н3О+ проявляют противомикробное действие, убивая занесенные в желудок с пищей микроорганизмы, а также катализируют переход неактивного пепсиногена в активный фермент пепсин. В кислой среде желудочного сока большинство белков денатурируются, что облегчает их гидролиз пепсином.

Основное количество атомов водорода заключено в воде, на долю которой приходится» 90% массы живой клетки. Все химические процессы в организме проходят в водной среде. Организм человека весом 70 кг, содержит» 45 л воды.

…Водород растворяется в воде очень слабо — около 0,02 объёма на объём воды, зато в одном объёме палладия растворяется до 850 объёмов водорода!

…При сгорании водорода в чистом кислороде развивается температура до 2800°C – такое пламя легко плавит кварц и большинство металлов. Но с помощью водорода можно достичь и более высокой температуры, если использовать его не как источник, а как переносчик и концентратор энергии.

…Водород как элемент доминирует во Вселенной. На его долю приходится около половины массы Солнца и других звезд, он присутствует в атмосфере ряда планет.

Вода

Вода – важнейшее соединение водорода.

Вода – вещество без вкуса, цвета и запаха. При атмосферном давлении 101,3 кПа температура кипения её равна 373,15 К, а температура замерзания – 273,15 К.

За счет двух неподеленных электронных пар на атоме кислорода и за счет двух атомов водорода молекула воды может образовывать водородные связи с четырьмя окружающими её молекулами воды (рис.3).

 

 

Тип гибридизации атомных орбиталей кислорода в молекуле Н2О – sp 3, причем две орбитали заняты неподеленными электронными парами.

Строение молекулы воды угловое, она представляет собой диполь с валентным углом 104,3о.

 

 

Рис. 3. Схема объединения молекул воды

 

 

Содержание воды в организме от массы человека: эмбрион (97%), новорожденный (77%), взрослые (18-55 лет) – у женщин в среднем 54%, у мужчин – 61%.

 

Потребность в воде взрослого человека составляет 35 г в день на 1 кг массы тела, а грудного ребенка – в 3-4 раза больше. Гибель организма наступает при потере 20% воды.

Функции воды:

· Универсальный растворитель органических и неорганических веществ

· Среда, в которой протекают реакции, осуществляется транспорт и обмен веществ

· Активный участник процессов жизнедеятельности

· Определяет физико-химическое состояние коллоидных систем

· Участвует в процессах терморегуляции

Благодаря своим уникальным свойствам вода является средой, растворителем и метаболитом (табл. 2).

В настоящее время установлено, что при растворении любых веществ изменяются структурно-информационные свойства самой воды, что существенным образом влияет на биологические и физиологические функции биосубстратов.

Таблица 2







Дата добавления: 2015-12-04; просмотров: 275. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Картограммы и картодиаграммы Картограммы и картодиаграммы применяются для изображения географической характеристики изучаемых явлений...

Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Принципы, критерии и методы оценки и аттестации персонала   Аттестация персонала является одной их важнейших функций управления персоналом...

Пункты решения командира взвода на организацию боя. уяснение полученной задачи; оценка обстановки; принятие решения; проведение рекогносцировки; отдача боевого приказа; организация взаимодействия...

Что такое пропорции? Это соотношение частей целого между собой. Что может являться частями в образе или в луке...

Тема: Составление цепи питания Цель: расширить знания о биотических факторах среды. Оборудование:гербарные растения...

В эволюции растений и животных. Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений Цель: выявить ароморфозы и идиоадаптации у растений. Оборудование: гербарные растения, чучела хордовых (рыб, земноводных, птиц, пресмыкающихся, млекопитающих), коллекции насекомых, влажные препараты паразитических червей, мох, хвощ, папоротник...

Типовые примеры и методы их решения. Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно Пример 2.5.1. На вклад начисляются сложные проценты: а) ежегодно; б) ежеквартально; в) ежемесячно. Какова должна быть годовая номинальная процентная ставка...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.009 сек.) русская версия | украинская версия