Тиосерная кислота и тиосульфаты. Получение в лаборатории и свойства. Практическое применение тиосульфата натрия. Биологическая роль серы и ее круговорот в природе.

Тиосерная кислота — неорганическое соединение, двухосновная сильная кислота с формулой H₂SO₃S, бесцветная вязкая жидкость, реагирует с водой. Термически неустойчива.Быстро, но не мгновенно, разлагается в водных растворах. В присутствии серной кислоты разлагается мгновенно.

Образует соли — тиосульфаты. Тиосульфа́ты — соли и сложные эфиры тиосерной кислоты, H₂S₂O₃. Тиосульфаты неустойчивы, поэтому в природе не встречаются. Наиболее широкое применение имеют тиосульфат натрия(Na₂S₂O₃₎ и тиосульфат аммония ((NH₄)₂SO₃S).

Получение тиосерной кислоты: 1) Реакция сероводорода и триоксида серы в этиловом эфире при низких температурах: ; 2) Действие газообразного хлористого водорода на тиосульфат натрия:

Химические свойства тиосерной кислоты:

1)Термически очень неустойчива:

2)В присутствии серной кислоты разлагается:

3)Реагирует с щелочами:

4)Реагирует с галогенами:

Тиосульфаты получаются:

1) при взаимодействии растворов сульфитов с сероводородом:

2)При кипячении растворов сульфитов с серой:

3)При окислении полисульфидов кислородом воздуха: ,

Химические свойства тиосульфатов:

1)При нагревании до 220 °C распадается по схеме:

2)Тиосульфаты - сильные восстановители:С сильными окислителями, например, свободным хлором, окисляется до сульфатов или серной кислоты:

3)Более слабыми или медленно действующими окислителями, например, иодом, переводится в соли тетратионовой кислоты:

4)Выделить тиосерную кислоту (тиосульфат водорода) реакцией тиосульфата натрия с сильной кислотой невозможно, так как она неустойчива и тут же разлагается:

5)Расплавленный кристаллогидрат Na₂S₂O₃·5H₂O очень склонен к переохлаждению.

Практическое применение тиосульфата натрия: в фотографии,аналитической и органической химии,горнорудной промышленности, текстильной и целлюлозно-бумажной промышленности, пищевой промышленности, медицине.

Биологическая роль серы: Как и элементы органогены, сера в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением. Ее биологическая роль состоит в том, что она входит в структуру таких аминокислот, как цистеин и метионин, которые и выполняют в животных организмах (в том числе у человека), ряд незаменимых функций.

Круговорот серы в природе: Растения получают ее из почвы в виде серной кислоты; во всяком другом виде сера для зеленых растений недоступна. В теле растения серная кислота путем сложных, пока еще не разъясненных химических преобразований служит материалом для построения белковых веществ, в которых сера находится уже в совершенно иной форме, чем в серной кислоте. В то время, как сера в виде серной кислоты соединена с кислородом, газом, находящимся в воздухе и поддерживающим всякое горение и дыхание, в белках сера уже оторвана от кислорода и соединена с другим элементом с углеродом, который сам по себе представляет обыкновенный уголь. При разложении белков после смерти животного или растения, гнилостные бактерии отрывают серу из белков и выпускают ее в соединении с новым элементом водородом. В таком соединении сера представляет собой тот отвратительный вонючий газ, обладающий запахом тухлых яиц, который всегда образуется при гниении белков и о котором уже была речь раньше. В виде сероводорода сера и попадает в почву.

 

15. Химия элементов 5 А группы. Распространенность в природе, минералы. Водородные и кислородные соединения. Оксиды и гидроксиды различных степеней окисления. Изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений мышьяка, сурьмы и висмута в степенях окисления +3 и +5.

Химия элементов 5 А группы: В группу входят азот N, фосфор P, мышьяк As, сурьма Sb и висмут Bi^[3]. Элементы главной подгруппы V группы, имеют пять электронов на внешнем электронном уровне. В целом характеризуются как неметаллы. Способность к присоединению электронов выражена значительно слабее, по сравнению с халькогенами и галогенами. Все элементы подгруппы азота имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня атома ns²np³ и могут проявлять в соединениях степени окисления от −3 до +5^[3]. Вследствие относительно меньшей электроотрицательности связь с водородом менее полярна,чем связь с водородом халькогенов и галогенов. Водородные соединения этих элементов не отщепляют в водном растворе ионы водорода, иными словами, не обладают кислотными свойствами. Первые представители подгруппы — азот и фосфор — типичные неметаллы, мышьяк и сурьма проявляют металлические свойства, висмут — типичный металл. Таким образом, в данной группе резко изменяются свойства составляющих её элементов: от типичного неметалла до типичного металла. Химия этих элементов очень разнообразна и, учитывая различия в свойствах элементов, при изучении её разбивают на две подгруппы — подгруппу азота и подгруппу мышьяка.

Распространенность в природе, минералы. Азот - важнейшая составная часть атмосферы (78% ее объема). В природе встречается в белках, в залежах нитрата натрия. Природный азот состоит из двух изотопов: ¹⁴N (99,635% массы) и ¹⁵N (0,365% массы). Фосфор входит в состав всех живых организмов. В природе встречается в виде минералов. Фосфор широко применяется в медицине, сельском хозяйстве, авиации, при добыче драгметаллов. Мышьяк, сурьма и висмут распространены достаточно широко, в основном в виде сульфидных руд. Мышьяк - один из элементов жизни, способствующий росту волос. Соединения мышьяка ядовиты, но в малых дозах могут оказывать лечебное свойства. Мышьяк применяется в медицине и ветеринарии.

Водородные и кислородные соединения.1)Для азота известны оксиды, отвечающие всем его положительным степеням окисления (+1,+2,+3,+4,+5): N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅. При обычных условиях азот с кислородом не взаимодействует, только при пропускании через их смесь электрического разряда. Молекула азотной кислоты HNO₃ состоит из трех элементов, соединенных между собой ковалентными связями. Это молекулярное вещество, содержащее предельно окисленный атом азота. Однако валентность азота в кислоте равна четырем вместо обычной степени окисления азота. Аммиак - одно из важнейших водородных соединений азота. Он имеет огромное практическое значение. Жизнь на Земле во многом обязана некоторым бактериям, которые могут перерабатывать азот воздуха в аммиак. 2)Соединения фосфора с водородом представляет собой газообразный фосфористый водород, или фосфин PH₃ (бесцветный ядовитый газ с чесночным запахом, воспламеняется на воздухе). У фосфора несколько оксидов: оксид фосфора (III) P₂O₃ (белое кристаллическое вещество, образуется при медленном окислении фосфора в условиях недостатка кислорода, ядовит) и оксид фосфора (V) P₂O₅ (образуется из P₂O₃ при его нагревании, растворим в воде с образованием фосфористой кислоты средней силы) наиболее важные. Наиболее характерный свойством второго является гигроскопичность (поглощение паров воды из воздуха), при этом он расплывается аморфную массу HPO₃. При кипячении P₂O₅образуется фосфорная кислота H₃PO₄ (белое кристаллическое вещество, расплывается на воздухе, t_пл=42,35^оС,не ядовита, растворима в воде, электролит, получают, окисляя 32%-ую азотную кислоту). Фосфаты почти всех металлов (кроме щелочных) нерастворимы в воде. Дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде.

Оксиды и гидроксиды различных степеней окисления. N₂O, NO, N₂O₃, NO₂, N₂O₄, N₂O₅,P₂O_3,P₂O_5,P₂O_{3,As2O3, As2O5, Sb2O3, Sb2O5, Вi2О3, Вi2О5, Вi(ОН)3.}

Изменение кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений мышьяка, сурьмы и висмута в степенях окисления +3 и +5.

 

Азот, нахождение в природе. Соединение с водородом,галогенами, кислородом. Аммиак, получение, свойства и его соли. Азотоводородная кислота, соли азиды. Амиды, имиды и нитриды металлов.Биологическая роль азота.

Азо́т — 1s ²2s ²2p ^3. Элемент 15-й группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы пятой группы) второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером7. Обозначается символом N. Простое вещество азот — достаточно инертный при нормальных условиях двухатомный газ без цвета, вкуса и запаха (формула N₂), из которого на три четверти состоит земная атмосфера.

Нахождение в природе: В большой части азот находится в природе в свободном состоянии. Свободный азот является главной составной частью воздуха, который содержит 78, 2 % (об.) азота. Над одним квадратным километром земной поверхности в воздухе находиться 8 млн. т азота. Общее содержание его в земной коре оценивается величиной порядка 0.03 мол. доли, %. Азот входит в состав сложных органических соединений- белков, которые входят в состав всех живых организмов. В результате отмирания последних и тления их останков образуются более простые азотные соединения, которые при благоприятных условиях, (главным образом - отсутствие влаги) могут накапливаться. Именно такого происхождения, по – видимому, залежи NaNO3в Чили, имеющие некоторое промышленное значение в производстве связанного азота, то есть в виде соединений. Также в природе встречается такой минерал, как индийская селитра K NO3. По словам известного советского микробиолога В. Л. Омелянского, «азот более драгоценен с общебиологической точки зрения, чем самые редкие из благородных металлов».

Соединение с водородом,галогенами, кислородом:1) Аммиак — соединение азота с водородом. Имеет важное значение в химической промышленности. Формула аммиака — NH5. 2) Азотная кислота HNO3 — сильная одноосновная кислота. В разбавленных растворах она полностью распадается на ионы Н* и NO. 3) С галогенами азот непосредственно не реагирует, косвенными путями получены NF₃, NCl₃, NBr₃ и NI₃, а также несколько оксигалогенидов (соединений, в состав которых, кроме азота, входят атомы и галогена, и кислорода, например, NOF₃).Галогениды азота неустойчивы и легко разлагаются при нагревании (некоторые — при хранении) на простые вещества. Так, NI₃ выпадает в осадок при сливании водных растворов аммиака и иодной настойки. Уже при легком сотрясении сухой NI₃ взрывается:2NI₃ = N₂ + 3I₂. 4) Для азота известны окислы, по составу формально отвечающие всем валентностям от. единицы до пяти: N2 O – закись азота, NO – окись азота, N2 O3 – азотистый ангидрид, NO2 – двуокись азота, N2 O5 – азотный ангидрид.

Аммиак, получение, свойства и его соли.Аммиак — соединение азота с водородом. Имеет важное значение в химической промышленности. Формула аммиака — NH5.

Получение аммиака

1) В промышленности получение аммиака связано с прямым его синтезом из простых веществ. Как уже отмечалось, источником азота служит воздух, а водород получают из воды.3H₂ + N₂ -> 2NH₃ + Q. 2) Получение аммиака в лабораторных условиях производят из смеси твёрдого хлорида аммония (NH₄Cl) и гашенной извести. При нагревании интенсивно выделяется аммиак.2NH₄Cl + Ca(OH)₂ -> CaCl₂ + 2NH₃ + 2H₂O.

Свойства аммиака: 1)присоединяет протон, образуя ион аммония:

2) Взаимодействуя с кислотами даёт соответствующие соли аммония:

3) Амиды щелочных металлов получают, действуя на них аммиаком:

4) Амиды являются более сильными основаниями, чем гидроксиды, а следовательно, подвергаются в водных растворах необратимому гидролизу:

5) При нагревании аммиак проявляет восстановительные свойства. Так, он горит в атмосфере кислорода, образуя воду и азот. Окисление аммиака воздухом на платиновом катализаторе даёт оксиды азота, что используется в промышленности для получения азотной кислоты:

;

6) Окисляя аммиак гипохлоритом натрия в присутствии желатина, получают гидразин:

7) С галогеноалканами аммиак вступает в реакцию нуклеофильного присоединения, образуя замещённый ион аммония (способ получения аминов):

8)

Соли аммиака: Соли аммония - твёрдые кристаллические вещества, не имеющие окраски. Почти все они растворяются в воде, и им характерны все те же свойства, которые имеют известные нам соли металлов. Они взаимодействуют со щелочами, при этом выделяется аммиак.
NH₄Cl + KOH -> KCl + NH₃ + H₂O
При этом, если дополнительно воспользоваться индикаторной бумагой, то эту реакцию можно использовать - как качественную реакцию на соли аммония. Соли аммония взаимодействуют с другими солями и кислотами. Например,
(NH₄)₂SO₄ + BaCl₂ -> BaSO₄ + 2NH₄Cl
(NH₄)₂CO₃ + 2HCl₂ -> 2NH₄Cl + CO₂ + H₂O
Соли аммония неустойчивы к нагреванию. Некоторые из них, например хлорид аммония (или нашатырь), - возгоняются (испаряются при нагревании), другие, например нитрит аммония, - разлагаются
NH₄Cl -> NH₃ + HCl
NH₄NO₂ -> N₂ + 2H₂O
Последняя химическая реакция - разложение нитрита аммония - используется в химических лабораториях для получения чистого азота.

Азотоводородная кислота, соли азиды. Азо́тистоводоро́дная кислота́, азоими́д, HN₃ — кислота, соединение азота с водородом. Бесцветная, летучая, чрезвычайно взрывоопасная (взрывается при нагреве, ударе или трении) жидкость с резким запахом. Очень токсична. Её хорошо растворимые соли тоже очень ядовиты. Механизм токсичности аналогичен цианидам (блокирование цитохромов). Азиды- химические соединения, содержащие одну или несколько групп — N₃, производные азотистоводородной кислоты (См.Азотистоводородная кислота) HN₃. К неорганическим А. относятся соли HN₃ [например, А. натрия NaN₃, А. свинца Pb(N₃)₂], галогеназиды (например, хлоразид CIN₃) и др. Большинство неорганических А. взрывается при лёгком ударе или трении даже во влажном состоянии; таков, например, Азид свинца, применяющийся как инициирующее взрывчатое вещество. Исключение составляют NaN₃ и др. соли щелочных и щёлочноземельных металлов. Исходным материалом для получения др. солей HN₃, а также самой кислоты обычно служит А. натрия, получаемый пропусканием закиси азота через расплавленный амид натрия: NaNH₂ + ON₂ = NaN₃+H₂O. Все органические А., алкильные и арильные (общей формулы RN₃) или ацильные ( 2)N₃.

Амиды, имиды и нитриды металлов.

Амиды металлов MeNH₂ — соединения, содержащие ионы NH₂⁻. Амиды являются аналогами гидроксидов, но являются более сильными основаниями. Некоторые амиды растворяются в аммиаке, причем амид растворим в аммиаке так же, как и гидроксид этого металла в воде. Аммиачные растворы амидов проводят электрический ток.В амиде один или два атома водорода могут быть замещены на органические радикалы, как, например, в диизопропиламиде лития LiN(C₃H₇)₂

ИМИДЫ МЕТАЛЛОВ -соед. общей ф-лы М2/nNН, где п - степень окисления металла М. Легко гидролизуются водой, образуя гидроксид металла и NH3. При нагр. переходят в нитриды металлов или разлагаются на своб. металл, N2 и Н2. Получают имиды металлов нагреванием амидов металлов в вакууме при 400-600 °С. Известно небольшое число имидов металлов. Наиб. изучен имид лития Li2NH, к-рый существует в двух кристаллич. модификациях; до 83 °С устойчива форма с тетрагон. решеткой (а = 0,987 нм, b = 0,970 нм, с = 0,983 нм, z = 16; плотн. 1,20 г/см3), выше 83°С - с кристаллич. решеткой типа антифлюорита (плотн. 1,48 г/см3). Получено множество орг. производных имидов металлов, в к-рых атом водорода замещен на орг. pадикал. П. И.Чукуров.
Нитриды — соединения азота с менее электроотрицательными элементами, например, с металлами (AlN;TiN_x;Na₃N;Ca₃N₂;Zn₃N₂; и т. д.) и с рядом неметаллов (NH₃, BN, Si₃N₄).

Соединения азота с металлами чаще всего являются тугоплавкими и устойчивыми при высоких температурах веществами, например, эльбор. Нитридные покрытия придают изделиям твёрдость, коррозионную стойкость; находят применение в энергетике, космической технике.

Биологическая роль азота. Ч истый (элементарный) азот сам по себе не обладает какой-либо биологической ролью. Биологическая роль азота обусловлена его соединениями. Так в составе аминокислот он образует пептиды и белки (наиболее важный компонент всех живых организмов); в составе нуклеотидов образует ДНК и РНК (посредством которых передается вся информация внутри клетки и по наследству); в составе гемоглобина участвует в транспорте кислорода от легких по органам и тканей.