Генетическая связь неорганических и органических соединений

Для неорганических соединений можно составить генетические ряды неметаллов и металлов, а для органических веществ – метана, этана и веществ другого состава.

Генетическая связь между классами неорганических соединений

Наиболее часто встречающийся генетический ряд металла:

металл → основный (амфотерный) оксид → соль → основание → новая соль

Например:

Cu→CuO→CuCl₂→Cu(OH)₂→CuSO₄

2Cu + O₂ = 2CuO

CuO + 2HCl = CuCl₂ + H₂O

CuCl₂ + NaOH = Cu(OH)₂ +2NaCl

Cu(OH)₂ +H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O

Примером генетического ряда, в котором образуется амфотерный оксид может служить ряд цинка:

2Zn + O₂ =2ZnO

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

ZnSO₄ + 2NaOH = Zn(OH)₂ + Na₂SO₄

Zn(OH)₂ + 2HCl = ZnCl₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + NaOH= Na₂[Zn(OH)₄]

ZnCl₂ = Zn + Cl₂↑ (электрический ток)

Наиболее «богат» ряд металла, у которого проявляются разные степени окисления. Рассмотрим на примере генетического ряда железа:

Fe→FeCl₂→Fe(OH)₂→FeO→Fe→FeCl₃→Fe(OH)₃→Fe₂O₃→Fe

Fe+2HCl = FeCl

2 + H₂↑

FeCl₂ + 2KOH=Fe(OH)₂ + 2KCl

Fe(OH)₂=FeO+ H₂O

FeO + CO=Fe + CO₂↑

2Fe+3Cl₂ = 2FeCl₃

FeCl₃ +3NaOH=Fe(OH)₃ +3NaCl

2Fe(OH)₃=Fe₂O₃ + 3H₂O

2Fe₂O₃ + 3C= 4Fe + 3CO₂↑

Наиболее часто встречающийся генетический ряд неметалла:

неметалл → кислотный оксид → кислота → соль

Например:

S→SO₂→H₂SO₃→K₂SO₃

S+ O₂ = SO₂

SO₂ + H₂O = H₂SO₃

H₂SO₃ + 2KOH = K₂SO₃ + 2H₂O

Генетическая связь между классами органических соединений

Генетические ряды органических соединений выглядит следующим образом:

Рассмотрим на примере ряда этана:

CH₃-CH₃ +Cl₂→ CH₃-CH₂Cl + HCl (получение из алканов галогеналканов)

CH₃-CH₃ → CH₂=CH₂ + H₂↑ (получение из алканов алкенов)

CH₂=CH₂ → C₂H₂ + H₂↑ (получение из алкенов алкинов)

CH₂=CH₂ + H₂O → C₂H₅OH (получение из алкенов предельных одноатомных спиртов)

C₂H₅OH + [O] → CH₃CHO + H

2O (получение из предельных одноатомных спиртов альдегидов)

CH₃CHO + [O] → CH₃COOH (получение из альдегидов предельных одноосновных карбоновых кислот)

CH₃COOH + Cl₂ → CH₂Cl-COOH (получение из предельных одноосновных карбоновых кислот хлорзамещенных карбоновых кислот)

CH₂Cl-COOH + NH₃→ NH₂-CH₂– COOH + HCl (получение хлорзамещенных карбоновых кислот аминокислот)

(Получение из аминокислот пептидов)

Примеры решения задач

Урок по химии для 8 класса «Генетическая связь между классами неорганических веществ»

Открытый урок по химии в 8 –ом классе на тему «Генетическая связь между классами неорганических веществ».

Учитель: Идоленкова Любовь Федоровна

Тема: «Генетическая связь между классами неорганических веществ»

Цель: систематизация знаний по данной теме, выяснение генетической связи между классами неорганических соединений.
Задачи:

-Сформировать понятие о генетической связи между классами неорганических веществ..

-Выяснить генетическую связь между классами неорганических соединений

-Продолжить формировать умения пользоваться таблицей растворимости и периодической системой Д.И.Меделеева для прогнозирования возможных химических реакций, а также применять полученные знания по темам свойства классов веществ.

-Повторить основные классы неорганических соединений и их классификацию

-Развивать познавательный интерес к предмету, умение быстро и четко отвечать на вопросы

-Продолжать формировать умения логически мыслить, работать с учебником, работать с полученной информацией

-Закрепить и систематизировать знания по данной теме

Оборудование: Периодическая система Д.

И. Менделеева, таблица «Кислоты», схема «Генетическая связь», реактивы: в штативах :3 пробирки с растворами HCI, NaOH, H₂O универсальная индикаторная бумажка, фенолфталеин, H₂SO₄., презентация

Ход урока:

I.Организационный момент

II.Целевая установка урока
I Нам дарит химия сегодня

Чудесных множество веществ,

Пластмассы, каучук, волокна

Всех их, конечно же, не счесть.

Для урожаев – удобрения,

Для техники – металл любой.

Строителям цемент и краски,

Врачам – лекарств огромный рой.

Нам химия подарит свет,

Уют, одежду, обед приличный.

Даст то, чего в природе нет

Лишь знать ее должны мы на “отлично”.

III.Проверка д/з

1.Работа по карточкам. Учащиеся определяют лишнюю формулу и объясняют, почему она лишняя

.- Игра.. Исключи лишнее вещество.
а) SO3, HNO3, FeO, K2O, CO2, CuO.
(лишнее HNO3, т.к. оксиды)
б) HNO3, h3SO4, Al(OH)3, HCl, h4PO4, h3CO3.
(лишнее Al(OH)3, т.к. кислоты)
в) Zn(OH)2, KOH, Fe(OH)2, Ba, NaOH, Ba(OH)2.
(лишнее Ba, т.к. основания)
г) KNO3, FeSO4, NaCl, Al2S3, BaO, CaCO3
(лишнее BaO, т.к. соли)
2. Фронтальная беседа по вопросам:
Какие классы сложных неорганических соединений вы знаете?
Что такое оксид?
Какие бывают оксиды? Приведите примеры.
Что такое кислота?
Какие бывают кислоты? Приведите пример.
Что такое основание?
Какие бывают основания? Приведите пример.
Что такое соль? 
Какие бывают соли? Приведите пример.
3.Схема :Классификация веществ.

-Сравните схему 1 учебника стр 226 и вашу схему, какой вывод можно сделать?

-О чем мы говорили на прошлом уроке?

-Что отражает генетический ряд металла?

-Неметалла?

III. Изучение нового материала.

1.Связь между классами неорганических веществ

-Как в биологии называется носитель наследственной информации? (Ген).

Что для них является геном? (презентация слайды 2,3,4)

Общий вид генетического ряда

Простое вещество→ Оксид →Гидроксид→ Соль

Генетический ряд неметалла

Неметалл → Кислотный оксид → Кислота→ Соль

Генетический ряд металла

Металл→ Основной оксид →Основание→ Соль

2.Самостоятельная работа.

1)Записать уравнения реакций согласно генетическому ряду для металла кальция (проверка :презентация, слайд 6)

2)Составить генетический ряд для неметалла и осуществить превращения ( слайд 7- для серы) презентация слайд 7)

( проверка:презентация-слайды 8,910)

3.Проблемное задание
Могут ли разные классы неорганических соединений взаимодействовать друг с другом?

4.Запись темы урока:
«Генетическая связь между классами неорганических соединений” 
(запись на доске и в тетрадях, определение цели урока)

В результате химических превращений вещества одного класса превращаются в вещества другого: из простого вещества образуется оксид, из оксида – кислота, из кислоты – соль. Иными словами, изученные вами классы соединений взаимосвязаны.

В каждой цепочке есть общее – это химические элементы металл и неметалл, которые переходят из одного вещества в другое (как бы по наследству).

Существует два основных пути генетических связей между веществами: один из них начинается металлами, другой – неметаллами.

Ка можно получить соль, исходя из наших генетических рядов?

Например, сульфат кальция CaSO₄ можно получить либо из металла кальция, либо другим путем – из неметалла серы (слайд ы 11,12)

Металл – основной оксид – основание

соль

Неметалл – кислотный оксид – кислота

-Записать уравнения реакций, согласно схеме(самостоятельная работа.)

-Проверка самостоятельной работы (презентация: слайд 13)

-Что означает понятие «генетическая связь”?

-Превращение веществ одного класса соединений в вещества других классов; Поэтому такие цепочки или ряды называют генетическими.

5.Определение стр.226, учебник, записать в словарь.

Генетической связью называется связь между веществами разных классов, основанная на их взаимопревращениях и отражающая единство их происхождения, то есть генезис веществ.

6.Общий вывод:

Выделяем признаки, которые характеризуют генетический ряд:

1. Вещества разных классов;

2. Разные вещества образованы одним химическим элементом, т.е. представляют собой разные формы существования одного элемента;

3. Разные вещества одного химического элемента связаны взаимопревращениями.

Знание генетической связи между различными классами неорганических веществ позволяет подбирать удобные и экономичные методы синтеза веществ из доступных реагентов.

Химия – наука экспериментальная, поэтому давайте выполним некоторые превращения практически.

Предварительно напоминаю о правилах безопасности при работе в химическом кабинете.

7.Задача
Однажды Юх проводил эксперименты по измерению электропроводности растворов разных солей. На его лабораторном столе стояли химические стаканы с растворами KCl, BaCl₂, K₂CO₃, Na₂SO₄ и AgNO₃. На каждом стакане была аккуратно приклеена этикетка. В лаборатории жил попугай, клетка которого запиралась не очень хорошо. Когда Юх, поглощенный экспериментом, оглянулся на подозрительный шорох, он с ужасом обнаружил, что попугай, грубо нарушая правила техники безопасности, пытается пить из стакана с раствором BaCl₂. Зная, что все растворимые соли бария чрезвычайно ядовиты, Юх быстро схватил со стола стакан с другой этикеткой и насильно влил раствор в клюв попугаю. Попугай был спасен. Стакан с каким раствором был использован для спасения попугая?
Ответ:
BaCl₂ + Na₂SO₄ = BaSO₄ (осадок) + 2NaCl (сульфат бария настолько малорастворим, что не способен быть ядовитым, как некоторые другие соли бария).

Запишите уравнения реакции в молекулярном, в полном и сокращенном ионном виде

IV.Закрепление

1.Работа в парах. А теперь из веществ, необходимо выбрать те, которые можно объединить в группы по одному признаку (1вариант-генетический ряд металла, 2 вариант- неметалла).

-Попробуйте распределить их в два ряда по усложнению состава, начиная с простого вещества. CaO, CO₂, MgO, C, H₂CO₃, Ca, NaCl, Ca(OH)₂, NaOH, CaCO₃, H₂SO₄.

Проверяем правильность написания химических формул. (слайд13)

Получили две цепи:

Са – СаО – Са(ОН)₂ – СаСО₃

С – СО₂ – Н₂СО₃ – СаСО₃

Как можно получить соль, исходя из генетических рядов веществ)

2. .Задание. «Попади в цель”( слайд 14)

Выберите формулы веществ, составляющих генетический ряд кальция.

Составьте уравнения реакций этих превращений.

3.Проверь себя

Дифференцированное задание: цветные карточки с заданием «Осуществите превращения».

С красным кружком – на оценку «5»

С синим – на оценку «4»

С зеленым – на оценку«3»

Ученик сам выбирает цвет карточки. На выполнение задания дается 5 минут. Оценки за это задание выставит учитель на следующем уроке.

Осуществите превращения:

На оценку «5»

1 вариант 2 вариант

KCl ← K → K₂O → K₂CO₃ NaOH ← Na → Na₂O → NaOH → NaH₂PO₄

↓ ↓

KOH → KH₂PO₄ NaCl

На оценку «4»

1 вариант 2 вариант

CuCl₂ → Cu(OH)₂ → CuO → Cu(NO₃)₂ Ca → CaO → Ca(OH)₂

↓ ↓

Cu CaSO₄ → Ca(OH)₂

На оценку «3»

1 вариант 2 вариант

K → K₂О → KOH → K₃PO₄ Р → Р₂О₅ → Н₃РО₄ → К₃РО₄

VI. Рефлексия( Слайд 15)

 Понятия “оксид”, “кислота”, “основание”, “соль” образуют систему, находящуюся в тесной взаимосвязи, она раскрывается при получении веществ одного класса из веществ другого класса. Она проявляется в процессе взаимодействия веществ и активно используется в практической деятельности человека.

Как вы думаете, ребята, достигли мы цели, которую ставили в начале урока? 

У Вас есть возможность сделать самооценку своей деятельности на уроке. Вам предлагается “Мишень эффективности”.

Оцените свои знания по новой теме, отметив на рисунке соответствующий им сектор штриховкой. Сдайте свои записи.

V. Подведение итогов урока.

1. Оценивается деятельность учащихся на уроке;

2. Выставляются отметки.

VI. Домашнее задание.

Повт §42, упр 3., повторить опред .классов веществ и формулы кислот

Урок №39.

Генетическая связь между основными классами неорганических соединений

Зная классы неорганических веществ, можно составить генетические ряды металлов и неметаллов. В основу этих рядов положен один и тот же элемент.

Среди металлов можно выделить две разновидности рядов:

1. Генетический ряд, в котором в качестве основания выступает щёлочь. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений:

металл→основный оксид→щёлочь→соль

Например, K→K₂O→KOH→KCl

2. Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, тогда ряд можно представить цепочкой превращений:

металл→основный оксид→соль→нерастворимое основание→основный оксид→металл

Например, Cu→CuO→CuCl₂→Cu(OH)₂→CuO→Cu

Среди неметаллов также можно выделить две разновидности рядов:

1. Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает растворимая кислота. Цепочку превращений можно представить в следующем виде:

неметалл→кислотный оксид→растворимая кислота→соль

Например, P→P₂O₅→H₃PO₄→Na₃PO₄

2. Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает нерастворимая кислота:

неметалл→кислотный оксид→соль→кислота→кислотный оксид→неметалл

Например, Si→SiO₂→Na₂SiO₃→H₂SiO₃→SiO₂→Si

Сделайте в тетради с помощью учебника:

Осуществите превращения по схеме, укажите типы реакций, назовите вещества

1.Al→Al₂O₃→AlCl₃→Al(OH)₃→Al₂O₃

2. P→P₂O₅→H₃PO₄→Na₃PO₄→Ca₃(PO₄)₂

3. Zn→ZnCl₂→Zn(OH)₂→ZnO→Zn(NO₃)₂

4. Cu →CuO→CuCl₂→Cu(OH)₂→CuO→Cu

5.N₂O₅→HNO₃→Fe(NO₃)₂→Fe(OH)₂→FeS→FeSO₄

Тренажёры:

Тренажёр №1. «Классы неорганических соединений»

Тренажёр №2. «Генетическая связь между классами неорганических веществ»

Домашнее задание: выучить формулы кислот и их названия!!! 

Генетическая связь между основными классами неорганических соединений

«Химии никоим образом научиться невозможно, не видав самой практики и не принимаясь за химические операции».

М.В.Ломоносов

Цели урока: проверить умения распознавать формулы основных классов неорганических веществ (оксидов, кислот, оснований, солей), а также классифицировать химические элементы на металлы и неметаллы, продолжить развитие умений строить логические связи, осмысленно двигаясь по генетической цепочке «простое вещество — оксид — гидроксид — соль», а также умение делать выводы, совершенствовать навыки в написании уравнений химических реакций, определении типов реакций.

Тип урока: обобщение знаний и умений, их систематизация.

Формируемые УУД.

• Предметные: систематизировать знания учащихся о составе и свойствах основных классов неорганических веществ, совершенствовать навыки в написании уравнений химических реакций, определении типов реакций, соблюдать правила техники безопасности при работе с химическими реактивами и химической посудой.
• Метапредметные: развивать интерес к химической науке, воспитывать бережное отношение к своему здоровью и здоровью окружающих, развивать умения обобщать, анализировать, сравнивать, делать выводы, описывать химические реакции, наблюдаемые в ходе демонстрационного и лабораторного экспериментов.
• Личностные: формировать умения вести диалог, работать в группе, строить монологическую речь, формулировать проблему и знать пути ее решения, строить логическую цепь размышлений.

Методы и методические приемы: индивидуальная и групповая работа, самостоятельная работа по составлению химических уравнений.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Основная часть

1. Беседа по вопросам

1. На какие группы делятся вещества по составу?
2. Что мы относим к простым веществам, на чем основана эта классификация? Приведите примеры.
3. Какие вещества называются сложными? На какие классы делятся сложные вещества?

Сегодня мы с вами будем работать по группам, таких групп будет 4. Кто какой класс будет представлять, выберете самостоятельно следующим образом — какая команда первая ответит на вопрос, такой класс и будет представлять.

Вопрос 1. Марс окрашен в красный цвет благодаря значительному содержанию в грунте планеты соединений этого элемента. Для придания стеклу различной окраски также используют соединения данного класса. О каком классе соединений идет речь? (Оксиды)

Вопрос 2. Представитель этого класса широко используется человеком, например, в производстве лекарств, кожевенной промышленности, очищения нефти. Всем известный «Крот» для труб способен растворять жиры и даже волосы благодаря этому веществу. О каком веществе идет речь и к какому классу соединений оно относится? (NaOH — основания)

Вопрос 3. До ХIХ века в России существовал обычай «угощения водяного». Его задабривали для того, чтобы он стерег рыбу в реке, не рвал сетей, обеспечивал хороший улов и спасал утопающих. Угощением служила лошадь, ее голову натирали медом и … вывозили на середину реки и сбрасывали в воду. Чем же натирали голову лошади? (NaCl — соли)

Вопрос 4. Это вещество входит в состав всемирно известной «Кока-Колы» и других напитков. В желудочном соке здорового человека содержится довольно распространенный представитель этого класса, которого достаточно, чтобы за неделю растворить небольшой кусочек металла. К какому классу соединений относятся упомянутые вещества? (Кислоты)

2. Исследовательская работа по группам

Учитель: На столе у вас стоят реактивы. Проделайте реакции, характеризующие свойства соединений вашего класса соединений на примере конкретного вещества.

1) Запишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты, определите тип химических реакций.

2) Самостоятельно допишите уравнения, характеризующие недостающие химические свойства.

3) Составьте генетический ряд для данного вещества.

На выполнение работы отводится 20 мин.

Группа «Оксиды».

Реактивы: оксид кальция, вода, фенолфталеин, соляная кислота. Запишите уравнения реакций, характеризующие свойства оксида кальция.

Группа «Основания».

Реактивы: гидроксид натрия, фенолфталеин, соляная кислота. Запишите уравнения реакций, характеризующие свойства оксида кальция.

Группа «Соли».

Реактивы: сульфат меди(II), хлорид бария, гидроксид натрия, железо. Запишите уравнения реакций, характеризующие свойства сульфата меди(II)

Группа «Кислоты».

Реактивы: серная кислота, метилоранж, магний, оксид магния, гидроксид натрия, хлорид бария. Запишите уравнения реакций, характеризующие свойства серной кислоты.

Учитель: а сейчас группа «Оксиды» проверит работы группы «Соли» и наоборот. А группа «Основания» обменяется работами с группой «Кислоты». Прокомментируйте выставленные оценки. На эту работу отводится 7 мин.

Учитель: Составьте синквейн о своем классе соединений. Напоминаю, что синквейн включает 5 строк.

• 1 строка — одно слово — существительное (тема синквейна).
• 2 строка -2 прилагательных, раскрывают тему синквейна.
• 3 строка — 3 глагола, описывающих действие поданной теме.
• 4 строка — фраза, предложение, выражающая отношение к теме.
• 5 строка — слово — вывод, выражающее личное отношение.

Примерные варианты синквейнов.

1. Оксиды.
2. Бинарные, солеобразующие.
3. Содержат О, реагируют и не реагируют с водой.
4. Распространенные соединения в природе.
5. Жизнь.

1. Основания.
2. Растворимые, нерастворимые.
3. Состоят, реагируют, получают.
4. Реагируют с веществами, проявляющими кислотный характер.
5. Гидроксиды.

1. Кислоты.
2. Растворимые, нерастворимые.
3. Обугливают, разъедают, реагируют.
4. Довольно активные вещества.
5. Опасность

1. Соли.
2. Бесцветные, окрашенные.
3. Строят, консервируют, удобряют.
4. Широко встречаются в природе.
5. Важные соединения.

III. Подведение итогов

Какие основные выводы по теме сегодняшнего урока мы можем сделать?

Выводы записываем в тетрадь:

1. Существует взаимосвязь между классами неорганических соединений.
2. Металлы и неметаллы образуют соответствующие генетические ряды.
3. Исходя из химических свойств, можно осуществлять цепочки превращений.

VI. Рефлексия

• Мне понравился урок…
• Мне не понравился урок…
• Я могу определять класс соединений и знаю химические свойства…
• Я не могу определять класс соединений и знаю химические свойства…

V. Домашнее задание

Задание. Даны вещества: медь, кислород, азотная кислота, вода, металлический калий. Какими из данных веществ можно воспользоваться, чтобы получить гидроксид меди(II). Запишите уравнения всех необходимых уравнений реакций, расставьте коэффициенты, определите тип химической реакции.

Конспект урока химии «Генетическая связь между классами неорганических соединений»; 8 класс — К уроку — Химия

Урок по теме «Генетическая связь между

классами неорганических соединений»

(8 класс)

 

Цель урока: систематизировать, обобщить и закрепить знания об основных классах неорганических соединений.

 

Задачи.

Обучающие:

• обобщить и систематизировать знания об основных классах неорганических веществ;

• рассмотреть генетическую взаимосвязь между классами неорганических соединений;

• показать, что генетическая связь веществ – основа для осуществления взаимных превращений.

Воспитательные:

• продолжить формировать умение работать в группах;

• воспитывать культуру поведения, общения друг с другом в процессе учебной деятельности.

Развивающие:

• продолжить формирование общеучебных умений и навыков: планирование своего ответа, сравнение фактов,обобщение основных понятий, самоконтроль, самоанализ деятельности.

 

Тип урока: комбинированный урок, урок закрепления знаний с применением тренировочных упражнений.

 

Оборудование и реактивы:мультимедийный проектор, карточки с заданиями, магниты,

 

Раздаточный материал:

1. таблички с названиями «оксиды», «кислоты», «основания», «соли»

2. карточки с недописанными формулами: оксидовS…, P…, Na…, Cu…, Ca…, Si…, оснований Na……, Ca(……) , K……., Cu(……) , Fe(……) , Fe(……) , кислот …S…, …S…, …P…., …Si…, …C…, …N…, солей Ca..(P…).., Cu(N…).., Na..S…, K..Si…., Fe..(S…)..

3. задания группам

 

 

Этапы урока:

I. Стадия «Вызов».

Приветствие учителя.

Ребята, вы изучили основные классы неорганических соединений. Давайте повторим состав данных веществ.

Класс разделен на 4 группы: 1 группа «Оксиды», 2 группа «Основания», 3 группа «Кислоты», 4 группа «Соли». (На столах у каждой группы табличка с названием)

Задание 1.

Группа 1. Дать определение классу оксиды и написать общую формулу.

Группа 2. Дать определение классу основания и написать общую формулу.

Группа 3. Дать определение классу кислоты и написать общую формулу.

Группа 4. Дать определение классу соли и написать общую формулу.

При написании общих формул использовать следующие обозначения: Н – водород, О – кислород, Ме – металл, Нм– неметалл. (слайд 1.)

 

Задание 2.

Группа 1. Даны элементы: S, P, Na, Cu, Ca, Si. Привести формулы оксидов данных элементов и назвать их.

Группа 2. Даны элементы: Na, Ca, K, Cu, Fe. Привести формулы гидроксидов, образованных данными элементами, и дать им названия.

Группа 3. Даны элементы:S, P, Si, C, N. Привести формулы кислот, образованных данными элементами, и дать им названия.

Группа 4. Впишите знаки химических элементов так, чтобы получились формулы солей и дайте им названия. Ca..(P…).., Cu(N…).., Na..S…, K..Si…., Fe..(S…)..

 

Создание проблемной ситуации.

Из каждой группы вызываются по одному ученику с карточками, содержащими соединения кальция. (1группа – СаO, 2 группа –Сa(OH)₂, 3 группа –Сa₃(РO₄)₂.)

Задание 3. Расположить данные соединения в ряд по мере усложнения состава.

Вопросы классу:

1. Что объединяет данные соединения? (наличие атома кальция)

2. Как в биологии называется носитель генетической информации? (ген)

3. Как вы думаете, какой элемент будет являться «геном» для данной цепи? (кальций)

Действительно, в данной цепи мы наблюдаем наличие родственной или генетической связи между соединениями.

Тема урока: Генетическая связь между классами неорганических соединений. (слайд 2.) Учащиеся записывают тему урока в тетрадь.

 

Формулирование целей и задач урока. Обучающимся предлагается из ключевых вопросов урока выбрать, те, что они уже знают и хотят узнать. И вписать в соответствующую колонку таблицы (приложение 1.)

 

Знаю	Хочу узнать	Узнал(а)

 

Ключевые вопросы урока:

1. Генетический ряд металлов, в котором в качестве основания выступает щелочь.

2. Генетический ряд металлов, в котором в качестве основания выступает нерастворимое основание.

3. Генетический ряд неметаллов, в котором в качестве гидроксида выступает растворимая кислота.

4. Генетический ряд неметаллов, в котором в качестве гидроксида выступает нерастворимая кислота.

 

II. Стадия «Осмысление».

Генетические связи – это связь между разными классами, основанные на их взаимопревращениях.

Генетический ряд – ряд веществ – представителей разных классов, являющихся соединениями одного химического элемента, связанных взаимопревращениями.

 

Задание 4. Исходя из определения генетический ряд, выявите характерные признаки генетических рядов:

1. Все вещества должны быть образованы …. (одним и тем же химическим элементом).

 

Генетическая связь между классами неорганических веществ. Генетическая связь металлов, неметаллов и их соединений

Генетическая связь – это связь между веществами, которые относятся к разным классам.

Основные признаки генетических рядов:

1. Все вещества одного ряда должны быть образованы одним химическим элементом.

2. Вещества, образованные одним и тем же элементом, должны принадлежать к различным классам химических веществ.

3. Вещества, образующие генетический ряд элемента, должны быть связаны между собой взаимопревращениями.

Таким образом, генетическим называют ряд веществ, которые представляют разные классы неорганических соединений, являются соединениями одного и того же химического элемента, связаны взаимопревращениями и отражают общность происхождения этих веществ.

Для металлов выделяют три ряда генетически связанных веществ, для неметаллов — один ряд.

1. Генетический ряд металлов, гидроксиды которых являются основаниями (щелочами):

металл → основный оксид → основание (щелочь) → соль.

Например, генетический ряд кальция:

Ca → CaO → Ca(OH) 2 → CaCl 2

2. Генетический ряд металлов, которые образуют амфотерные гидроксиды:

соль

металл → амфотерный оксид → (соль) → амфотерный гидроксид

Например: ZnCl 2

Zn → ZnO → ZnSO 4 → Zn(OH) 2
(H 2 ZnO 2) ↓
Na 2 ZnO 2

Оксид цинка с водой не взаимодействует, поэтому из него сначала получают соль, а затем гидроксид цинка. Так же поступают, если металлу соответствует нерастворимое основание.

3. Генетический ряд неметаллов (неметаллы образуют только кислотные оксиды):

неметалл → кислотный оксид → кислота → соль

Например, генетический ряд фосфора:

P → P 2 O 5 → H 3 PO 4 → K 3 PO 4

Переход от одного вещества к другому осуществляется с помощью химических реакций.

Тема: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ металлами и неметаллами и их соединений. 9-класс.

Цели: образовательные: закрепить понятия «генетический ряд», «генетическая связь»; научить составлять генетические ряды элементов (металлов и неметаллов), составлять уравнения реакций, соответствующих генетическому ряду; проверить, как усвоены знания о химических свойствах оксидов, кислот, солей, оснований;развивающие: развивать умения анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы, составлять уравнения химических реакций; воспитательные: содействовать формированию научного мировоззрения.

Обеспечение занятия: таблицы «Периодическая система», «Таблица растворимости», «Ряд активности металлов», инструкции для студентов, задания для проверки знаний.

Ход работы: 1) Орг. момент

2) Проверка д/з

3) Изучение нового материала

4) Закрепление

5) Д/З

1) Орг. момент. Приветствие.

2) Проверка д/з.

Генетические связи — это связи между разными классами, основанные на их взаимопревращениях.
Зная классы неорганических веществ, можно составить генетические ряды металлов и неметаллов. В основу этих рядов положен один и тот же элемент.

Среди металлов можно выделить две разновидности рядов:

1 . Генетический ряд, в котором в качестве основания выступает щёлочь. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений:

металл→основный оксид→щёлочь→соль

Например, K→K 2 O→KOH→KCl

2 . Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, тогда ряд можно представить цепочкой превращений:

металл→основный оксид→соль→нерастворимое основание→

→основный оксид→металл

Например, Cu→CuO→CuCl 2 →Cu(OH) 2 →CuO→Cu

1 . Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает растворимая кислота. Цепочку превращений можно представить в следующем виде:

неметалл→кислотный оксид→растворимая кислота→соль

Например, P→P 2 O 5 →H 3 PO 4 →Na 3 PO 4

2 . Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает нерастворимая кислота:

неметалл→кислотный оксид→соль→кислота→

→кислотный оксид→неметалл

Например, Si → SiO 2 → Na 2 SiO 3 → H 2 SiO 3 → SiO 2 → Si

Фронтальная беседа по вопросам:

Что такое генетическая связь?Генетические связи — это связи между разными классами, основанные на их взаимопревращениях.Что такое генетический ряд?

Генетический ряд – ряд веществ – представителей разных классов, являющихся соединениями одного химического элемента, связанных взаимопревращениями и отражающих превращения данных веществ. В основу этих рядов положен один и тот же элемент.

Какие виды генетических рядов принято выделять?Среди металлов можно выделить две разновидности рядов:

а) Генетический ряд, в котором в качестве основания выступает щёлочь. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений:

металл →основный оксид → щёлочь → соль

например, генетический ряд калия K → K 2 O → KOH→ KCl

б) Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, тогда ряд можно представить цепочкой превращений:

металл → основный оксид → соль→ нерастворимое основание →основный оксид → металл

например: Cu→ CuO → CuCl 2 → Cu(OH) 2 → CuO → Cu

Среди неметаллов также можно выделить две разновидности рядов:

а) Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает растворимая кислота. Цепочку превращений можно представить в следующем виде: неметалл → кислотный оксид → растворимая кислота → соль.

Например: P→ P 2 O 5 → H 3 PO 4 →Na 3 PO 4

б) Генетический ряд неметаллов, где в качестве звена ряда выступает нерастворимая кислота: неметалл → кислотный оксид → соль→ кислота → кислотный оксид → неметалл

Например: Si→ SiO 2 → Na 2 SiO 3 → H 2 SiO 3 → SiO 2 → Si

Выполнение заданий по вариантам:

1. Выберите в вашем варианте формулы оксидов, объясните свой выбор, опираясь на знание признаков состава данного класса соединений. Назовите их.

2. В столбце формул вашего варианта найдите формулы кислот и объясните свой выбор на основании анализа состава этих соединений.

3. Определите валентности кислотных остатков в составе кислот.

4. Выберите формулы солей и назовите их.

5. Составьте формулы солей, которые могут быть образованы магнием и кислотами вашего варианта. Запишите их, назовите.

6. В столбце формул вашего варианта найдите формулы оснований и объясните свой выбор на основании анализа состава этих соединений.

7. В вашем варианте выберите формулы веществ, с которыми может реагировать раствор ортофосфорной кислоты (соляной, серной). Составьте соответствующие уравнения реакций.

9. Среди формул своего варианта выберите формулы веществ, способных взаимодействовать между собой. Составьте соответствующие уравнения реакций.

10. Составьте цепочку генетических связей неорганических соединений, в состав которой войдет вещество, формула которого дана в вашем варианте под номером один.

Вариант 1

Вариант 2

CaO

HNO 3

Fe(OH) 3

N 2 O

Zn(NO 3 ) 2

Cr(OH) 3

H 2 SO 3

H 2 S

PbO

LiOH

Ag 3 PO 4

P 2 O 5

NaOH

ZnO

CO 2

BaCl 2

HCl

H 2 CO 3

H 2 SO 4

CuSO 4

Из данных веществ составьте генетический ряд, используя все формулы. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений:

I вариант: ZnSO 4, Zn, ZnO, Zn, Zn(OH) 2 : II вариант: Na 2 SO 4, NaOH , Na , Na 2 O 2 , Na 2 O

4) Закрепление1. Al → Al 2 O 3 → AlCl 3 → Al ( OH ) 3 → Al 2 O 3

2. P → P 2 O 5 → H 3 PO 4 → Na 3 PO 4 → Ca 3 ( PO 4 ) 2

3. Zn→ZnCl 2 →Zn(OH) 2 →ZnO→Zn(NO 3 ) 2

4.Cu →CuO→CuCl 2 →Cu(OH) 2 →CuO→Cu

5.N 2 O 5 →HNO 3 →Fe(NO 3 ) 2 →Fe(OH) 2 →FeS→FeSO 4

5)Домашнее задание: составьте схему постепенного перехода от кальция к карбонату кальция и подготовьте сообщение об использовании в медицине любой соли (используя дополнительную литературу).

Материальный мир, в котором мы живем и кро­хотной частичкой которого мы являемся, един и в то же время бесконечно разнообразен. Единство и многообразие химических веществ этого мира наиболее ярко проявляется в генетической связи веществ, которая отражается в так называемых генетических рядах. Выделим наиболее характерные признаки таких рядов.

1. Все вещества этого ряда должны быть обра­зованы одним химическим элементом. Например, ряд, записанный с помощью следующих формул:

2. Вещества, образованные одним и тем же эле­ментом, должны принадлежать к различным клас­сам, т. е. отражать разные формы его существования.

3. Вещества, образующие генетический ряд од­ного элемента, должны быть связаны взаимопрев­ращениями. По этому признаку можно различать полные и неполные генетические ряды.

Например, приведенный выше генетический ряд брома будет неполным, незавершенным. А вот следующий ряд:

уже можно рассматривать как полный: он начинал­ся простым веществом бромом и им же закончился.

Обобщая сказанное выше, можно дать следую­щее определение генетического ряда.

Генетический ряд — это ряд веществ — пред­ставителей разных классов, являющихся соедине­ниями одного химического элемента, связанных взаимопревращениями и отражающих общность происхождения этих веществ или их генезис.

Генетическая связь — понятие более общее, чем генетический ряд, который является пусть и ярким, но частным проявлением этой связи, реализующейся при любых взаимных превращени­ях веществ. Тогда, очевидно, под это определение подходит и первый приведенный ряд веществ.

Существует три разновидности генетических ря­дов:

Наиболее богат ряд металла, у которого проявляются разные сте­пени окисления. В качестве примера рассмотрим генетический ряд железа со степенями окисления +2 и +3:

Напомним, что для окисления железа в хлорид железа (II) нужно взять более слабый окислитель, чем для получения хлорида железа (III):

Аналогично ряду металла более богат связями ряд неметалла с разными степенями окисления, например, генетический ряд серы со степенями окисления +4 и +6:

Затруднение может вызвать лишь последний переход. Руководствуйтесь правилом: чтобы полу­чить простое вещество из окисленного соединения элемента, нужно взять для этой цели самое вос­становленное его соединение, например, летучее водородное соединение неметалла. В нашем случае:

По этой реакции в природе из вулканических газов образуется сера.

Аналогично для хлора:

3. Генетический ряд металла, которому соот­ветствуют амфотерные оксид и гидроксид, очень богат связями, т. к. они проявляют в зависимости от условий то кислотные, то основные свойства.

Например, рассмотрим генетический ряд цинка:

Генетическая связь между классами неорганических веществ

Характерными являются реакции между представителями разных генетических рядов. Вещества из одного генетического ряда, как правило, не вступают во взаимодействия.

Например:
1. металл + неметалл = соль

Hg + S = HgS

2Al + 3I 2 = 2AlI 3

2. основной оксид + кислотный оксид = соль

Li 2 O + CO 2 = Li 2 CO 3

CaO + SiO 2 =CaSiO 3

3. основание + кислота=соль

Cu(OH) 2 + 2HCl =CuCl 2 + 2H 2 O

FeCl 3 + 3HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + 3HCl

соль кислота соль кислота

4. металл — основной оксид

2Ca + O 2 = 2CaO

4Li + O 2 =2Li 2 O

5. неметалл — кислотный оксид

S + O 2 = SO 2

4As + 5O 2 = 2As 2 O 5

6. основной оксид — основание

BaO + H 2 O = Ba(OH) 2

Li 2 O + H 2 O = 2LiOH

7. кислотный оксид — кислота

P 2 O 5 + 3H 2 O = 2H 3 PO 4

SO 3 + H 2 O =H 2 SO 4

Инструкция для обучающихся по заочному курсу «Общая химия для 12 класса» 1. Категория обучающихся: материалы данной презентации предоставляются обучающемуся для самостоятельного изучения темы «Вещества и их свойства», из курса общей химии 12 класса. 2. Содержание курса: включает 5 презентаций тем. Каждая учебная тема содержит четкую структуру учебного материала по конкретной теме, последний слайд контрольный тест – задания для самоконтроля. 3. Срок обучения по данному курсу: от одной недели до двух месяцев (определяется индивидуально). 4. Контроль знаний: учащийся предоставляет отчет о выполнении тестовых заданий – лист с вариантами заданий, с указанием темы. 5. Оценивание результата: «3» — выполнено 50% заданий, «4» — 75%, «5» % заданий. 6. Результат обучения: зачет (незачет) изученной темы.

Уравнения реакций: 1. 2Cu + о 2 2CuO оксид меди (II) 2. CuO + 2 HCl CuCl 2 + Н 2 О хлорид меди (II) 3. CuCl NaOH Cu(OH) Na Cl гидроксид меди (II) 4. Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 CuSO 4 + 2Н 2 О сульфат меди (II)

Генетический ряд органических соединений. Если в основу генетического ряда неорганической химии составляют вещества, образованные одним химическим элементом, то основу генетического ряда в органической химии составляют вещества с одинаковым числом атомов углерода в молекуле.

Схема реакций: Каждой цифре над стрелкой соответствует определенное уравнение реакции: этаналь этанол этен этан хлорэтан этин Уксусная (этановая) кислота

Уравнения реакций: 1. С 2 Н 5 Cl + H 2 O С 2 Н 5 OH + HCl 2. С 2 Н 5 OH + O СН 3 СН O + H 2 O 3. СН 3 СН O + H 2 С 2 Н 5 OH 4. С 2 Н 5 OH + HCl С 2 Н 5 Cl + H 2 O 5. С 2 Н 5 Cl С 2 Н 4 + HCl 6. С 2 Н 4 С 2 Н 2 + H 2 7. С 2 Н 2 + H 2 O СН 3 СН O 8. СН 3 СН O + Ag 2 O СН 3 СOOH + Ag

Контрольная работа на тему «Генетическая связь между классами неорганических соединений» (8 класс Габриелян – 2 вариант)

Часть А. Тестовые задания с выбором одного правильного ответа

1. Ряд, в котором представлены формулы веществ каждого из четырех классов неорганических соединений:

2. В генетическом ряду

Li  →  Li2O →  X  →  LiCl

веществом Х является вещество с формулой:

3. Формула гидроксида, соответствующего оксиду фосфора (V):

4. Генетическим рядом является ряд, схема которого:

5. Хлорид меди (II) можно получить при взаимодействии веществ, формулы которых:

6. Пара формул веществ, взаимодействующих друг с другом:

7. Соляная кислота вступает в реакцию:

8. В схеме превращений
вещества X и Y имеют формулы:

9. В генетическом ряду
Э →  Э2O5 →  h4ЭО4 →  Na3ЭО4
элемент Э – это:

10. Ряд формул оксидов, в котором каждый из них взаимодействует с водой при обычных условиях:

Часть Б. Задания со свободным ответом

11. Составьте генетический ряд серы, используя необходимые для этого формулы веществ: h3O, SO2, Fe2O3, S, CaCO3, h3SO3, K2SO3.

12. Напишите молекулярные и там, где это имеет место, — ионные уравнения реакций согласно схеме:
Ba  →  BaO →  Ba(OH)2  →  BaSO4
Укажите типы реакций по числу и составу исходных веществ и продуктов реакции.

13. Допишите уравнение реакции:
? + ? = Fe(NO3)3 + 3h3O

14. Запишите формулы веществ А и В, пропущенных в генетическом ряду:
Li  →   A  →  B  →   Li3PO4

15. Какое количество вещества соли можно получить из 1,5 моль алюминия при осуществлении перехода Al   Al2(SO4)3?

2.4 Неорганические соединения, необходимые для жизнедеятельности человека – анатомия и физиология

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Сравнение неорганических и органических соединений
• Определите свойства воды, которые делают ее необходимой для жизни
• Объясните роль солей в функционировании организма
• Различать кислоты и основания и объяснять их роль в рН
• Обсудите роль буферов в поддержании гомеостаза рН организма

Понятия, которые вы уже изучили в этой главе, управляют всеми формами материи и могут служить основой как для геологии, так и для биологии.Этот раздел главы сужает фокус до химии человеческой жизни; то есть соединения, важные для структуры и функций организма. Как правило, эти соединения являются либо неорганическими, либо органическими.

• Неорганическое соединение представляет собой вещество, которое не содержит ни углерода, ни водорода. Многие неорганические соединения содержат атомы водорода, например, вода (H ₂ O) и соляная кислота (HCl), вырабатываемая желудком. Напротив, только несколько неорганических соединений содержат атомы углерода.Углекислый газ (CO ₂ ) является одним из немногих примеров.
• Органическое соединение представляет собой вещество, которое содержит как углерод, так и водород. Органические соединения синтезируются посредством ковалентных связей в живых организмах, в том числе в организме человека. Вспомните, что углерод и водород являются вторым и третьим по распространенности элементами в вашем теле. Вскоре вы обнаружите, как эти два элемента сочетаются в продуктах, которые вы едите, в соединениях, составляющих структуру вашего тела, и в химических веществах, питающих ваше функционирование.

В следующем разделе рассматриваются четыре группы неорганических соединений, необходимых для жизни: вода, соли, кислоты и основания. Органические соединения рассматриваются далее в этой главе.

Вода

До 70 процентов массы тела взрослого человека составляет вода. Эта вода содержится как внутри клеток, так и между клетками, из которых состоят ткани и органы. Несколько ее функций делают воду незаменимой для жизнедеятельности человека.

Вода в качестве смазки и прокладки

Вода является основным компонентом многих смазочных жидкостей организма.Подобно тому, как масло смазывает дверные петли, вода в синовиальной жидкости смазывает движения суставов тела, а вода в плевральной жидкости помогает легким расширяться и сжиматься при дыхании. Водянистые жидкости способствуют прохождению пищи по пищеварительному тракту и обеспечивают движение соседних органов брюшной полости без трения.

Вода также защищает клетки и органы от физических травм, например, амортизирует мозг внутри черепа и защищает нежную нервную ткань глаз.Вода смягчает развивающийся плод и в утробе матери.

Вода в качестве теплоотвода

Радиатор — это вещество или объект, который поглощает и рассеивает тепло, но не испытывает соответствующего повышения температуры. В организме вода поглощает тепло, выделяемое химическими реакциями, без значительного повышения температуры. Более того, когда температура окружающей среды резко возрастает, вода, хранящаяся в организме, помогает охлаждать тело. Этот охлаждающий эффект возникает, когда теплая кровь из ядра тела течет к кровеносным сосудам прямо под кожей и переносится в окружающую среду.В то же время потовые железы выделяют теплую воду вместе с потом. Когда вода испаряется в воздух, она уносит тепло, а затем более холодная кровь с периферии циркулирует обратно к ядру тела.

Вода как компонент жидких смесей

Смесь представляет собой комбинацию двух или более веществ, каждое из которых сохраняет свою химическую идентичность. Другими словами, составляющие вещества не связаны химически в новое, более крупное химическое соединение. Эту концепцию легко представить, если подумать о порошкообразных веществах, таких как мука и сахар; когда вы перемешиваете их вместе в миске, они, очевидно, не связываются, образуя новое соединение.Комнатный воздух, которым вы дышите, представляет собой смесь газов, состоящую из трех отдельных элементов — азота, кислорода и аргона — и одного соединения — двуокиси углерода. Существует три типа жидких смесей, все из которых содержат воду в качестве ключевого компонента; это растворы, коллоиды и суспензии.

Чтобы клетки в организме выжили, их необходимо поддерживать во влажном состоянии в жидкости на водной основе, называемой раствором. В химии жидкий раствор состоит из растворителя, который растворяет вещество, называемое растворенным веществом.Важной характеристикой растворов является их однородность; то есть молекулы растворенного вещества равномерно распределены по всему раствору. Если бы вы размешали чайную ложку сахара в стакане воды, сахар растворился бы в молекулах сахара, разделенных молекулами воды. Отношение сахара к воде в левой части стакана будет таким же, как отношение сахара к воде в правой части стакана. Если бы вы добавили больше сахара, соотношение сахара и воды изменилось бы, но распределение — при условии, что вы хорошо перемешали — все равно было бы равномерным.

Вода считается «универсальным растворителем» и считается, что жизнь не может существовать без воды из-за этого. Вода, безусловно, самый распространенный растворитель в организме; практически все химические реакции в организме происходят между соединениями, растворенными в воде. Поскольку молекулы воды полярны, с областями положительного и отрицательного электрического заряда, вода легко растворяет ионные соединения и полярные ковалентные соединения. Такие соединения называют гидрофильными, или «водолюбивыми».Как было сказано выше, сахар хорошо растворяется в воде. Это связано с тем, что молекулы сахара содержат области полярных водородно-кислородных связей, что делает его гидрофильным. Неполярные молекулы, плохо растворяющиеся в воде, называются гидрофобными или «водобоязненными».

Концентрации растворенных веществ

В химии описаны различные смеси растворенных веществ и воды. Концентрация данного растворенного вещества — это количество частиц этого растворенного вещества в данном пространстве (кислород составляет около 21 процента атмосферного воздуха).В кровотоке человека концентрация глюкозы обычно измеряется в миллиграммах (мг) на децилитр (дл), а у здорового взрослого человека она составляет в среднем около 100 мг/дл. Другой метод измерения концентрации растворенного вещества — его молярность, то есть количество молей (М) молекул на литр (л). Моль элемента — это его атомный вес, а моль соединения — это сумма атомных весов его компонентов, называемая молекулярной массой. Часто используемым примером является расчет моля глюкозы с химической формулой C6h22O6.Используя периодическую таблицу, атомный вес углерода (С) составляет 12,011 грамма (г), а в глюкозе шесть атомов углерода, что дает общий атомный вес 72,066 г. Делая те же расчеты для водорода (H) и кислорода (O), молекулярная масса равна 180,156 г («молекулярная масса грамма» глюкозы). При добавлении воды для получения одного литра раствора получается один моль (1М) глюкозы. Это особенно полезно в химии из-за связи молей с «числом Авогадро». В моле любого раствора содержится одинаковое число частиц: 6.02 × 10 ²³ . Многие вещества в кровотоке и других тканях тела измеряются тысячными долями моля или миллимолями (мМ).

Коллоид представляет собой смесь, похожую на тяжелый раствор. Частицы растворенного вещества состоят из крошечных сгустков молекул, достаточно больших, чтобы сделать жидкую смесь непрозрачной (поскольку частицы достаточно велики, чтобы рассеивать свет). Знакомыми примерами коллоидов являются молоко и сливки. В щитовидной железе гормон щитовидной железы хранится в виде густой белковой смеси, также называемой коллоидом.

Суспензия представляет собой жидкую смесь, в которой более тяжелое вещество временно взвешено в жидкости, но со временем оседает. Такое отделение частиц от суспензии называется седиментацией. Пример оседания происходит в анализе крови, который устанавливает скорость оседания или скорость седации. Тест измеряет, как быстро эритроциты в пробирке оседают из водянистой части крови (известной как плазма) в течение установленного периода времени. Быстрое осаждение клеток крови обычно не происходит в здоровом организме, но аспекты некоторых заболеваний могут вызывать слипание клеток крови, и эти тяжелые скопления клеток крови оседают на дно пробирки быстрее, чем нормальные клетки крови.

Роль воды в химических реакциях

Два типа химических реакций связаны с созданием или потреблением воды: синтез дегидратации и гидролиз.

• В синтезе дегидратации один реагент отдает атом водорода, а другой реагент отдает гидроксильную группу (ОН) при синтезе нового продукта. При образовании их ковалентной связи в качестве побочного продукта выделяется молекула воды (рис. 2.4.1). Это также иногда называют реакцией конденсации.
• При гидролизе молекула воды разрушает соединение, разрывая его связи. Вода сама расщепляется на Н и ОН. Затем одна часть разорванного соединения связывается с атомом водорода, а другая часть связывается с гидроксильной группой.

Эти реакции являются обратимыми и играют важную роль в химии органических соединений (которая будет обсуждаться в ближайшее время).

Рисунок 2.4.1 – Дегидратационный синтез и гидролиз: Мономеры, основные единицы для построения более крупных молекул, образуют полимеры (два или более химически связанных мономера).(а) При дегидратационном синтезе два мономера ковалентно связываются в результате реакции, в которой один отдает гидроксильную группу, а другой — атом водорода. Молекула воды высвобождается как побочный продукт при реакциях дегидратации. (б) При гидролизе ковалентная связь между двумя мономерами расщепляется за счет присоединения атома водорода к одному и гидроксильной группы к другому, что требует вклада одной молекулы воды.

Соли

Вспомните, что соли образуются, когда ионы образуют ионные связи. В этих реакциях один атом отдает один или несколько электронов и, таким образом, становится положительно заряженным, тогда как другой принимает один или несколько электронов и становится отрицательно заряженным. Теперь вы можете определить соль как вещество, которое при растворении в воде диссоциирует на ионы, отличные от H ⁺ или OH ^– . Этот факт важен для отличия солей от кислот и оснований, о чем пойдет речь далее.

Типичная соль NaCl полностью диссоциирует в воде (рис. 2.4.2). Положительные и отрицательные участки молекулы воды (концы водорода и кислорода соответственно) притягивают отрицательные ионы хлорида и положительные ионы натрия, отталкивая их друг от друга.Опять же, в то время как неполярные и полярные ковалентно связанные соединения распадаются на молекулы в растворе, соли диссоциируют на ионы. Эти ионы являются электролитами; они способны проводить электрический ток в растворе. Это свойство имеет решающее значение для функции ионов в передаче нервных импульсов и стимулировании сокращения мышц.

Рисунок 2.4.2 – Диссоциация хлорида натрия в воде: Обратите внимание, что кристаллы хлорида натрия диссоциируют не на молекулы NaCl, а на катионы Na ⁺ и анионы Cl ^– , каждый из которых полностью окружен молекулами воды.

Многие другие соли важны для организма. Например, соли желчных кислот, вырабатываемые печенью, помогают расщеплять пищевые жиры, а соли фосфата кальция образуют минеральную часть зубов и костей.

Кислоты и основания

Кислоты и основания, как и соли, диссоциируют в воде на электролиты. Кислоты и основания могут очень сильно изменять свойства растворов, в которых они растворены.

Кислоты

Кислота — это вещество, которое выделяет ионы водорода (H ⁺ ) в растворе (рис. 2.4.3 и ). Поскольку атом водорода имеет только один протон и один электрон, положительно заряженный ион водорода — это просто протон. Этот уединенный протон с большой долей вероятности может участвовать в химических реакциях. Сильные кислоты — это соединения, которые выделяют весь свой H+ в раствор; то есть они полностью ионизируются. Соляная кислота (HCl), которая высвобождается из клеток слизистой оболочки желудка, является сильной кислотой, поскольку она высвобождает все свои H ⁺ в водянистой среде желудка.Эта сильная кислота способствует пищеварению и убивает проглоченные микробы. Слабые кислоты полностью не ионизируются; то есть некоторые из их ионов водорода остаются связанными внутри соединения в растворе. Примером слабой кислоты является уксус или уксусная кислота; его называют ацетатом после того, как он отдает протон.

Рисунок 2.4.3 – Кислоты и основания: (a) В водном растворе кислота диссоциирует на ионы водорода (H ⁺ ) и анионы. Почти каждая молекула сильной кислоты диссоциирует с образованием высокой концентрации H ⁺ .(б) В водном растворе основание диссоциирует на гидроксильные ионы (ОН ^– ) и катионы. Почти каждая молекула сильного основания диссоциирует, образуя высокую концентрацию ОН ^– .

Основания

Основание представляет собой вещество, которое высвобождает гидроксильные ионы (ОН ^– ) в растворе или принимает H+, уже присутствующий в растворе (см. рис. 2.4.3 b ). Ионы гидроксила (также известные как ионы гидроксида) или другие основные вещества объединяются с присутствующими H ⁺ , образуя молекулу воды, тем самым удаляя H+ и снижая кислотность раствора.Сильные основания высвобождают большую часть или все свои гидроксильные ионы; слабые основания выделяют только некоторые гидроксильные ионы или поглощают только несколько H ⁺ . Пища, смешанная с соляной кислотой из желудка, сожгла бы тонкий кишечник (следующий отдел пищеварительного тракта после желудка), если бы не выделение бикарбоната (HCO ₃ ^– ), слабого основания, притягивающего Н ⁺ . Бикарбонат принимает часть протонов Н+, тем самым снижая кислотность раствора.

Концепция pH

Относительную кислотность или щелочность раствора можно определить по его pH.pH раствора — это отрицательный логарифм по основанию 10 концентрации ионов водорода (H ⁺ ) в растворе. Например, раствор с pH 4 имеет концентрацию H ⁺ , которая в десять раз больше, чем у раствора с pH 5. То есть раствор с рН 4 в десять раз более кислый, чем раствор с рН 5. Понятие рН станет более понятным, когда вы изучите шкалу рН, как показано на рис. 2.4.4. Шкала состоит из ряда приращений от 0 до 14.Раствор с рН 7 считается нейтральным — ни кислым, ни щелочным. Чистая вода имеет рН 7. Чем меньше число ниже 7, тем более кислый раствор, или больше концентрация H ⁺ . Концентрация ионов водорода при каждом значении рН в 10 раз отличается от следующего значения рН. Например, значение рН 4 соответствует концентрации протонов 10 ^-4 М, или 0,0001 М, а значение рН 5 соответствует концентрации протонов 10 ^-5 М, или 0. 00001М. Чем выше число выше 7, тем более основным (щелочным) является раствор, или тем ниже концентрация H ⁺ . Человеческая моча, например, в десять раз более кислая, чем чистая вода, а HCl в 10 000 000 раз более кислая, чем вода.

Рисунок 2.4.4 Шкала pH

Буферы

pH крови человека обычно колеблется от 7,35 до 7,45, хотя обычно определяется как pH 7,4. При этом слегка щелочном pH кровь может снизить кислотность, возникающую из-за того, что углекислый газ (CO ₂ ) постоянно выделяется в кровоток триллионами клеток тела.Гомеостатические механизмы (наряду с выдыханием CO ₂ при дыхании) обычно удерживают рН крови в этом узком диапазоне. Это очень важно, потому что колебания — слишком кислые или слишком щелочные — могут привести к опасным для жизни расстройствам.

Все клетки организма зависят от гомеостатической регуляции кислотно-щелочного баланса при рН примерно 7,4. Таким образом, в организме есть несколько механизмов для этой регуляции, включая дыхание, выделение химических веществ с мочой и внутреннее высвобождение химических веществ, которые в совокупности называются буферами, в жидкости организма.Буфер представляет собой раствор слабой кислоты и сопряженного с ней основания. Буфер может нейтрализовать небольшое количество кислот или оснований в жидкостях организма. Например, если есть даже незначительное снижение рН жидкости организма ниже 7,35, буфер в жидкости — в данном случае действующий как слабое основание — будет связывать избыток ионов водорода. Напротив, если pH поднимается выше 7,45, буфер будет действовать как слабая кислота и вносить ионы водорода.

Гомеостатический дисбаланс

Избыточная кислотность кислот и оснований, крови и других жидкостей организма известна как ацидоз.Распространенными причинами ацидоза являются ситуации и расстройства, которые снижают эффективность дыхания, особенно способность человека к полному выдоху, что вызывает накопление CO ₂ (и H ⁺ ) в кровотоке. Ацидоз также может быть вызван метаболическими проблемами, которые снижают уровень или функцию буферов, действующих как основания, или которые способствуют выработке кислот. Например, при тяжелой диарее организм может терять слишком много бикарбоната, что приводит к накоплению кислот в жидкостях организма.У людей с плохо управляемым диабетом (неэффективное регулирование уровня сахара в крови) кислоты, называемые кетонами, вырабатываются в качестве топлива для тела. Они могут накапливаться в крови, вызывая серьезное состояние, называемое диабетическим кетоацидозом. Почечная недостаточность, печеночная недостаточность, сердечная недостаточность, рак и другие заболевания также могут вызывать метаболический ацидоз.

Напротив, алкалоз — это состояние, при котором кровь и другие жидкости организма являются слишком щелочными (щелочными). Как и в случае с ацидозом, респираторные расстройства являются основной причиной; однако при респираторном алкалозе уровень углекислого газа падает слишком низко. Заболевания легких, передозировка аспирина, шок и обычное беспокойство могут вызвать респираторный алкалоз, который снижает нормальную концентрацию H ⁺ .

Метаболический алкалоз часто возникает в результате длительной сильной рвоты, которая вызывает потерю ионов водорода и хлора (как компонентов HCl). Лекарства также могут вызвать алкалоз. К ним относятся мочегонные средства, которые заставляют организм терять ионы калия, а также антациды, принимаемые в чрезмерных количествах, например, при постоянной изжоге или язве.

Обзор главы

Неорганические соединения, необходимые для жизнедеятельности человека, включают воду, соли, кислоты и основания. Эти соединения неорганические; то есть они не содержат ни водорода, ни углерода. Вода является смазкой и подушкой, теплоотводом, компонентом жидких смесей, побочным продуктом реакций дегидратационного синтеза, реагентом в реакциях гидролиза. Соли — это соединения, которые при растворении в воде диссоциируют на ионы, отличные от Н ⁺ или ОН ^— . Напротив, кислоты выделяют H ⁺ в раствор, делая его более кислым. Основания принимают H ⁺ , тем самым делая раствор более щелочным (едким).

pH любого раствора – это его относительная концентрация H ⁺ . Раствор с рН 7 нейтрален. Растворы с рН ниже 7 являются кислотами, а растворы с рН выше 7 — щелочами. Изменение одной цифры по шкале pH (например, с 7 до 8) представляет собой десятикратное увеличение или уменьшение концентрации H ⁺ .У здорового взрослого человека рН крови колеблется от 7,35 до 7,45. Механизмы гомеостатического контроля, которые важны для поддержания крови в здоровом диапазоне pH, включают химические вещества, называемые буферами, слабыми кислотами и слабыми основаниями, высвобождаемыми, когда pH крови или других жидкостей организма колеблется в любом направлении за пределами этого нормального диапазона.

Контрольные вопросы

 

 

 

 

Вопросы критического мышления

pH лимонного сока равен 2, а pH апельсинового сока равен 4. Какой из них более кислый и насколько? Что это значит?

Лимонный сок в сто раз более кислый, чем апельсиновый сок. Это означает, что лимонный сок имеет в сто раз большую концентрацию ионов водорода.

 

Во время вечеринки Эли проигрывает пари и вынужден выпить бутылку лимонного сока. Вскоре после этого он начинает жаловаться на затрудненное дыхание, и друзья отвозят его в местное отделение неотложной помощи. Там ему внутривенно вводят раствор бикарбоната.Почему?

Лимонный сок, как и любая кислота, в растворе выделяет ионы водорода. Когда избыток Н+ попадает в пищеварительный тракт и всасывается в кровь, рН крови Эли падает ниже 7,35. Напомним, что бикарбонат — буфер, слабое основание, принимающее ионы водорода. Вводя бикарбонат внутривенно, врач отделения неотложной помощи помогает поднять pH крови Эли до нейтрального уровня.

 

границ | Большие проблемы в органической химии

Текущий объем «журналов по органической химии» обычно охватывает теорию и практику (i) новых синтетических методов и методологий, (ii) выделения и синтеза натуральных продуктов, (iii) механизмов органических реакций, основанных на подходах физической и теоретической химии, (iv) биоорганическая и медицинская химия, (v) металлоорганическая химия, (vi) молекулярное распознавание и супрамолекулярная химия, и (vii) химия полимеров и материалов.

Эти категории или разделы были созданы на протяжении многих лет, отражая эволюцию этой области химии на основе принципов органической химии. Эволюция естественно продолжится в органической химии, которая основана на ясном понимании двух- и трехмерных химических структур, а также их связи со стабильностью, реакционной способностью и другими химическими свойствами. Эта характерная черта органической химии уникальна и не имеет аналогов ни в одной другой дисциплине химических наук.Таким образом, отношения структура-свойство, структура-активность и структура-функция органических соединений будут продолжать служить основными темами исследований в области органической химии.

Совершенно очевидно, что органическая химия процветала, расширяя свои территории за счет исследования взаимосвязей с другими научными дисциплинами. Таким образом, органическая химия, несомненно, служит основной химической наукой для развития науки и техники с четкими целями на благо жизни человека и общества.

Соответственно, одна из главных задач органической химии заключается в том, как исследовать новые границы на стыке органической химии и других областей науки или техники . В прошлом большинство междисциплинарных исследований проводилось между двумя дисциплинами в двух разных лабораториях. Но теперь необходимо использовать междисциплинарные подходы, включающие несколько дисциплин и лабораторий, для решения важных научных или технологических проблем. В этих условиях химики-органики должны превратиться в непредубежденных исследователей, которые могут эффективно общаться и сотрудничать с другими исследователями из разных дисциплин.Для достижения этой цели химики-органики должны хорошо знать другие дисциплины, чтобы понимать всю картину проекта. Таким образом, еще одна большая проблема для химиков-органиков состоит в том, как превратиться в ключевого игрока в междисциплинарном исследовательском проекте, развивая способность эффективно общаться и сотрудничать с другими членами команды проекта из разных дисциплин . Затем еще одна тесно связанная с этим грандиозная задача — как вырастить следующее поколение химиков-органиков, которые смогут выжить и преуспеть в широком стыке органической химии и других научно-технических дисциплин .Поскольку традиционные химики-органики наслаждались исследованиями только на своих собственных удобных игровых площадках, химикам-органикам придется столкнуться с серьезными проблемами в исследованиях и образовании.

Поскольку «химия» стала центральным ядром молекулярной науки для энергетики, окружающей среды, устойчивого развития, материалов, биологии и медицины, большие проблемы в «органической химии» отражают более или менее ту же тенденцию. Кроме того, достижения в области вычислительных мощностей и возможностей открыли возможности для обработки и анализа больших данных, системной химии, точного моделирования и прогнозирования.Соответственно, можно с уверенностью сказать, что большие проблемы и успехи органической химии будут связаны с энергетикой, окружающей средой, устойчивостью, материалами, биологией, медициной и информатикой .

Теперь давайте перейдем к примерам больших проблем в разделах органической химии.

На границе с энергией солнечная энергия и накопление энергии были преимущественно во главе с неорганическими материалами. Таким образом, перед химиками-органиками стоит серьезная задача создать органические или гибридные материалы, которые превзойдут существующие неорганические материалы.

На стыке с наукой об устойчивом развитии и окружающей среде проблемой является разработка эффективных химических процессов преобразования промышленных и сельскохозяйственных отходов, промышленных побочных продуктов, двуокиси углерода, парниковых газов, таких как фтороформ, восстановленные пластмассы и т. д., в полезные химические вещества без производства очередная трата. Если эти процессы включают в себя эффективные фотохимические процессы с использованием солнечной энергии, это будет идеально.

При взаимодействии с материалами можно предвидеть множество серьезных проблем, и в этой области уже ведутся многочисленные исследования и разработки. Проблема здесь заключается в том, как органическая химия может играть ключевую роль в химии полимеров и материалов. Разработка новых, селективных и эффективных методов и методологий полимеризации, использующих металлоорганическую химию и органокатализ, оказывает огромное влияние на это стремление. Супрамолекулярная химия играет важную роль в создании новых органических, металлоорганических, координационных комплексов и гибридных материалов, где органическая химия может внести решающий вклад. «Молекулярные машины» уже появились как новая концепция, но как химики-органики могут построить органические функциональные устройства, состоящие из молекулярных машин с макроскопическими движениями?

На стыке биологии и медицины перед химиками-органиками стоит множество сложных задач, например.g., эпигенерика, повреждение и восстановление ДНК, редактирование генов, наномедицина, нанопрепараты, молекулярная визуализация, открытие и разработка лекарств, конъюгаты антитело-лекарство, флуоресцентные красители следующего поколения для визуализации живых клеток со сверхвысоким разрешением, и это немного. Химическая биология развилась из биоорганической химии и биохимии, которая предоставляет мощные инструменты для исследования биологических проблем на молекулярном уровне. Для открытия лекарств и фармацевтических наук синтетическая органическая и медицинская химия действительно необходимы.Однако проблема здесь заключается в том, как химики-органики/медицинские химики следующего поколения могут играть ключевую роль во всем процессе разработки лекарств, т. е. не просто служить контрактной исследовательской организацией (КИО) для подготовки библиотеки соединений классическим способом медицинской химии. . Химики-органики/медицинские химики следующего поколения должны иметь возможность полностью участвовать в разработке лекарств на основе структурной и вычислительной биологии. Физико-органические химики должны иметь возможность применять кинетический и термодинамический анализ, особенно в сочетании с молекулярной визуализацией, для точной оценки эффективности и механизма действия лекарств, а также для улучшения дизайна лекарств.

На стыке с информатикой перед органической химией стоит множество серьезных задач. Как вычислительная органическая химия может расширить квантово-механический анализ и предсказание механизмов органических реакций и каталитических циклов с увеличением размеров молекул без рентгеновских кристаллических структур? Как вычислительные химики-органики могут связать науку о больших данных с органической химией для изучения «системной органической химии»? Как химики-органики и химики-вычислители могут работать вместе для рационального проектирования новых, селективных и эффективных органических реакций, а также металлических катализаторов с использованием неблагородных металлов? Как химики-органики могут работать с учеными-вычислителями, чтобы точно предсказать химические, физические и биологические свойства органических молекул с помощью надежных исследований взаимосвязей структура-свойство, структура-активность и структура-функция? Как вычислительные химики-органики могут создать надежную программу для определения наиболее эффективных путей синтеза органических соединений с определенной структурной сложностью?

Конечно, в области органической химии и ее разделов существует множество проблем. Создание новых химических соединений (НХС) может быть достигнуто только химиками — никакая другая научная дисциплина не может конкурировать с химией в этом отношении. Тогда за все органические НХЭ отвечает синтетическая органическая химия. Соответственно, в этом отношении важны как новаторские, так и дополнительные достижения в синтетических методах и методологиях. В дополнение к изучению более селективных, эффективных и «зеленых» химических процессов, особенно с использованием металлических или органических катализаторов, разработка высокоэффективных технологий регенерации катализаторов и разделения продуктов имеет решающее значение, что имеет отношение к проблемам устойчивости и окружающей среды.Инновационные синтетические методы и методологии, которые позволяют модифицировать поздние стадии, значительно ускорят разработку и синтез аналогов в медицинской химии и открытии лекарств. Химическая информатика будет играть все более важную роль в синтетической органической и медицинской химии, а также в химии органических материалов. Вычислительный анализ и проектирование также будут играть решающую роль в медицинской химии, открытии лекарств, катализе, супрамолекулярной химии и органических материалах.

Вклад авторов

Автор подтверждает, что является единственным автором данной работы и одобрил ее публикацию.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Генная инженерия неорганических функциональных модульных материалов

С момента запуска инициативы «Геном материалов» правительством США в 2011 году было разработано множество компьютерных методов для прогнозирования структуры и свойств передовых материалов, что дает важные рекомендации для лабораторных экспериментов и многообещающее новое направление для будущих инноваций в области материалов. Однако многие неорганические материалы трудно обрабатывать на компьютерах из-за их сложной трехмерной протяженной структуры. К счастью, многие из этих материалов построены из четко определенных модулей укладки слоев, и последовательности укладки их модулей слоев однозначно определяют их трехмерные структуры. Такое представление одномерной последовательности укладки естественно доступно для компьютерной обработки, облегчая задачи не только выяснения структуры, но и перечисления, оценки и отбора большого количества неизвестных материалов с заданными свойствами.Что еще более важно, с помощью различных вычислительных методов мы можем выявить взаимосвязь между последовательностями укладки и свойствами этих материалов, что является ключевой предпосылкой для функционально-ориентированного целевого синтеза. В этом мини-обзоре рассказывается о самых последних достижениях в этой новой области.

Эта статья находится в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент. .. Что-то пошло не так. Попробуйте снова?

классов | Химический факультет

В дополнение к последовательности из трех курсов BSB 520, CHE 542 и 543 студенты проходят по крайней мере один курс в другой области биохимии, который дополняет их исследования интересы.Студенты обычно проходят один или два курса повышения квалификации, предлагаемые Молекулярная и клеточная биология, химия, молекулярная фармакология, микробиология или Программы для выпускников биофизики. Эти курсы выбираются в консультации с программой консультант и/или наставник.

График ротации: 1) с сентября по третью неделю ноября; 2) Первая неделя декабря к третьей неделе фербурария; 3) с первой недели марта по вторую неделю июня.

Типичная последовательность курса химии:

В дополнение к последовательности из трех курсов CHE 541, 542 и 543 студенты проходят по крайней мере один курс в другой области химии, который дополняет их исследовательские интересы. Студенты обычно проходят один или два курса для выпускников, предлагаемых Молекулярным университетом. и клеточная биология, химия, молекулярная фармакология, микробиология или биофизика Программы для выпускников. Эти курсы выбираются после консультации с консультантом программы. и/или наставник.

График ротации: 1) с 27 августа по 2 ноября; 2) с 5 ноября по 25 января; 3)Дополнительно третье вращение.

Типичная последовательность курса микробиологии:

В дополнение к последовательности из трех курсов BSB 520 (MCB 520), CHE 542 и 543, студенты сдают MCB 517, MCB 515, MCB 565, HBM 503, HBM 640 и HBP 533.

График ротации: 1) с сентября по третью неделю декабря; 2) первая неделя января до первой недели апреля: 3) с первой недели апреля до четвертой недели июня.

Доступные классы

ОСНОВНАЯ ПРОГРАММА ХИМИЧЕСКОЙ БИОЛОГИИ:

CHE 541: Биомолекулярная структура и анализ, осень

Структуры биологических макромолекул и взаимосвязь их строения к биологической функции описаны.Методология, используемая для изучения макромолекул также обсуждается. Темы включают химические и физические свойства клеток и тканей. компоненты, включая углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, белки и пептиды.

 CHE 542: Химическая биология 1 (НЕ нужно сдавать до CHE 543)

Реактивность и физиологическая функция биологических макромолекул и их кофакторов описаны на химико-биохимическом уровне.Акцент этого курса отражает последние достижения химической биологии. Возможные темы включают катализаторы, механизмы реакции, корреляция между трехмерной структурой и реакционной способностью, взаимодействия рецептор-лиганд во внеклеточной и внутриклеточной передаче сигналов, фолдинге белков in vitro и in vivo.

CHE 543: Химическая биология 2 (можно взять вне очереди, т. е. перед ЧЭ 542)

Широкий обзор химической биологии и биотехнологических методов с акцентом на на применяемых внутриклеточно и в модельных организмах. Рассматриваемые темы расширяются от биосинтез и химический синтез макромолекул (ДНК, белки, олигосахариды) для визуализации и транспортировки как эндогенных, так и экзогенных молекул.Как результат, большое внимание уделяется субклеточной организации.

РАСШИРЕННАЯ (ЭЛЕКТИВНАЯ) ПРОГРАММА:

ВЫПУСК БИОХИМИИ BSB 520, ОСЕНЬ

Некоторые темы современной биохимии рассматриваются на продвинутом уровне. Темы охватывали включают структуру белка, методы анализа и очистки пептидов и белков, кинетика и механизмы ферментов, регуляция ферментов.

ВВЕДЕНИЕ В СТРУКТУРНУЮ БИОЛОГИИ BSB 512, ВЕСНА

Широкий обзор теоретических принципов и экспериментальных методов, используемых в структурной исследования белков и нуклеиновых кислот.Курс охватывает основы и приложения спектроскопии поглощения, включая как круговой, так и линейный дихроизм, колебательный спектроскопия, в том числе инфракрасная и рамановская, флуоресцентная спектроскопия, ядерно-магнитная резонансная спектроскопия и рентгеноструктурный анализ.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ МЕТОДЫ В БИОХИМИИ И СТРУКТУРНОЙ БИОЛОГИИ BSB 515, ОСЕНЬ

Вводный курс по вычислительным методам, используемым в биохимии и структурной биология.В курсе особое внимание уделяется ресурсам, доступным во всемирной паутине для последовательности поиск и анализ, биоинформатика, предсказание белка вторичной и третичной структура и графический анализ белков и нуклеиновых кислот.

МЕМБРАННАЯ БИОХИМИЯ BSB 517, ОСЕНЬ

Этот курс расширяет курс биохимии для выпускников, чтобы охватить молекулярные архитектура мембран и организация, функции и сборка липидов и белки в биологических мембранах.

ПРОДВИНУТАЯ СТРУКТУРНАЯ БИОЛОГИЯ BSB 580, ВЕСНА

Продвинутые темы в рентгеновской кристаллографии и ЯМР-спектроскопии. Текущая теория, экспериментальная методы и приложения подробно описаны для продвинутых студентов.

КЛЕТОЧНАЯ БИОЛОГИЯ MCB 656, ВЕСНА

Введение в структурно-функциональную организацию клеток и тканей. и то, как структура связана с функцией.Особое внимание уделяется ядерной и хромосомная структура, сигнальная трансдукция, белковая транслокация, цитоскелет, и внеклеточный матрикс. Курс посвящен взаимодействию клеточных структуры и компоненты и их регулирование, а также организация и взаимодействие клеток в тканях. Курс носит сравнительный характер и включает примеры клеток и ткани позвоночных, беспозвоночных, растений и прокариотических систем.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА MCB 503

Знакомит с классической работой и современными разработками в области низших и высших генетических системы. Охватывает структуру и регуляцию генов в прокариотических и эукариотических организмах, мутационный анализ и картирование, мобильные элементы и биологический перенос ДНК механизмы.Используются бактериофаги, а также низшие и высшие эукариотические системы. для иллюстрации аспектов молекулярно-генетической структуры и функции. Этот курс предлагается как MCB 503, так и HBM 503.

CHE 501: инструментальные методы, весна

Практические и теоретические аспекты приборостроения в химии.Основной акцент посвящен современным методам определения молекулярной структуры, таким как рентгеновская кристаллография, ЯМР, ИК и МС. Могут быть представлены и другие темы.

 CHE 502: Механистическая органическая химия, весна

Важные механизмы реакций и методы их изучения. заместитель и средних эффектов на реакции, протекающие по согласованным механизмам и неустойчивым обсуждаются промежуточные продукты.

 CHE 503: Синтетическая органическая химия, весна

Обзор наиболее важных органических реакций с точки зрения синтетической полезности, включая многие недавние инновации в этой области.На протяжении всего обсуждения этих методы, упор делается на их использование в синтезе сложных органических структур.

 CHE 504: Структура и реакционная способность в органической химии, осень

Электронные и стереохимические теории, касающиеся органической структуры и реакций. Такие темы, как связывание, деформация, ароматичность, теория МО, молекулярные перегруппировки, охватываются перициклические реакции и фотохимия. Этот курс предназначен для предоставления фундамент знаний на начальном уровне магистратуры в качестве подготовки к продвинутому предметов в CHE 502 и CHE 503 и дополняет CHE 501.

 CHE 511: Структурная неорганическая химия, осень

Свойства и реакции неорганических соединений рассмотрены с точки зрения молекулярного и электронного строения.Современные теории связи, используемые в неорганических химия, включая теории молекулярных орбиталей, валентных связей и лигандных полей. разработан с использованием симметрии и теории групп. Выбранная основная группа, переходный металл, обсуждаются металлоорганические соединения. Введение в кристаллографию и включена твердотельная структура.

 CHE 514: Химия переходных металлов, весна

Обзорный курс с акцентом на переходные металлы.Механизмы реакции, синтез, и структура покрыты. Конкретные области, вызывающие озабоченность, включают координационную химию, металлоорганическая химия, бионеорганическая химия и отдельные темы из твердого тела и химия непереходных металлов.

 CHE 515: Передовая неорганическая химия, весна

Актуальный курс с упором на актуальную литературу. Тематика варьируется и объявляется заранее. Возможные темы включают механизмы реакции, металлоорганические химия, бионеорганическая химия и физическая неорганическая химия.

CHE 521: Квантовая химия 1, осень

Обсуждаются квантовые теоретические концепции.Волновая механика Шредингера и связанные с ней математические методы иллюстрируются рассмотрением систем, представляющих химический интерес. Разработанный, чтобы сформировать теоретическую основу для изучения химической связи, молекулярных структура, спектроскопия и явления молекулярных столкновений.

CHE 522: молекулярная спектроскопия, весна

Подробное описание теории и практики молекулярной спектроскопии. Темы включают взаимодействие молекул с электромагнитным излучением и эволюцию во времени молекулярных энергетических состояний.

CHE 523: Химическая термодинамика (в перекрестном списке с ESM 511), осень

Строгое развитие основ термодинамики и ее применение к ряд систем, представляющих интерес для химиков, таких как электрохимические элементы, газы, гомогенное и гетерогенное равновесие.Введение в статистическую механику также будет включено.

 CHE 524: магнитно-резонансная пружина

Этот курс представляет собой введение в фундаментальную квантовую механику магнетизма. частиц со спином 1/2 (и выше).Он включает в себя изучение уравнений Блоха (т. реакции магнетизма на непрерывное и импульсное облучение) и обсуждение экспериментального оборудования и методов, обычно используемых. Рассматриваемые темы включают основы спинового гамильтониана (химические сдвиги, J, дипольные и квадрупольные взаимодействия), динамика и релаксационной одномерной спектроскопии (спиновый и химический обмен, формы линий, спиновое эхо, и т.п.), двумерная спектроскопия (гомоядерная и гетероядерная корреляция), методики исследования твердых тел и жидких кристаллов (вращение под магическим углом, кросс-поляризация, квадруполярный эхо) и принципы магнитно-резонансной томографии. Приложения к биологическим и материаловедение, а также химические проблемы.

CHE 525: Теоретическая химия

Этот курс подчеркивает физическую теорию, лежащую в основе химических явлений.Особый акцент уделяется продвинутым темам в теории электронного строения, молекулярной динамике, конденсированных материи и поверхностей, теории многих тел и квантовых ансамблей, а также взаимодействия свет и молекулы.

CHE 528: Статистическая механика, Spring

Статистическая теория равновесных систем и темповых процессов. Теория ансамбля, пространственная и временные корреляционные функции. Модельные системы и методы оценки их свойств. Предназначен для того, чтобы студент мог использовать текущую литературу по применению статистической механики к задачам химии.

 CHE 535: Введение в вычислительную структурную биологию (в перекрестном списке с AMS 535), Падать

Этот курс предоставит введение в вычислительную структурную биологию с Применение в дизайне лекарств.Методы и приложения, использующие вычисления для моделирования особое внимание будет уделено биологическим системам, участвующим в заболеваниях человека. Курс направлен на способствовать совместному обучению и будет состоять из презентаций инструктора, приглашенными лекторами и участниками курса с целью обобщения ключевых методов, темы и статьи, относящиеся к вычислительной структурной биологии.

 CHE 542: Химическая биология, весна

Реактивность и физиологическая функция биологических макромолекул и их кофакторов описаны на химико-биохимическом уровне.Акцент этого курса отражает последние достижения химической биологии. Возможные темы включают катализаторы, механизмы реакции, корреляция между трехмерной структурой и реакционной способностью, взаимодействия рецептор-лиганд во внеклеточной и внутриклеточной передаче сигналов, фолдинге белков in vitro и in vivo.

CHE 603: Специальные темы биоорганической химии, осень

Тематика варьируется в зависимости от интересов студентов и преподавателей.Возможно темы включают асимметричный синтез и синтез натуральных продуктов.

CHE 606: Супрамолекулярная химия

CHE536: Молекулярное моделирование биологических молекул (в перекрестном списке с AMS 536)

Этот курс предназначен для студентов, которые хотят получить практический опыт моделирования биологические молекулы на атомарном уровне. В сочетании с индивидуальными интересами, молекулярная механика, молекулярная динамика, Монте-Карло, докинг (виртуальный скрининг), или пакеты программ квантовой механики могут использоваться для изучения соответствующих биологических систем. Проекты будут включать настройку, выполнение и анализ. Участники курса дадут презентации литературы, относящиеся к выполняемым имитациям и окончательному проекту отчет потребуется.Желательно знание UNIX (Linux).

 HBH 553: Преобразование сигнала, Весна — нечетные годы

В курсе будут подчеркнуты фундаментальные концепции передачи сигналов (например, мембранно-белковая и белок-белковые взаимодействия, усиление сигналов), а также отдельные лекции будут применять эти концепции на каждом этапе передачи клеточных сигналов от клеточной поверхности к ядро, где передача сигнала приводит к экспрессии специфического гена. Перекрестный список как HBY 553.

HBH 631: Принципы противодействия наркотикам (1 балл)

Этот курс предназначен для обеспечения количественного понимания основных принципов с помощью которых лекарства взаимодействуют с живыми системами на клеточном и организменном уровнях.Темы включают механизмы транспорта лекарств через мембраны, взаимодействие препараты с рецепторами и связывающими белками, распределение лекарственных средств, биотрансформация препараты, ферменты метаболизма I и II стадий, семейства генов цитохрома р450 и регуляция экспрессии гена p450, механизмы почечной экскреции лекарств и метаболитов, фармакокинетика постоянных инфузий лекарств и прерывистых режимов дозирования, а также применение фармакокинетических принципов к индукции и обмену белков и мРНК. Студенты применяют фармакологические принципы в серии упражнений по решению проблем.

 HBH 632: Молекулярные взаимодействия токсичности лекарственных структур (1 балл)

Курс предоставляет обзор самых современных подходов к анализу и пониманию взаимодействие между лекарством и его мишенью и то, как эта информация используется для дизайн и разработка новых лекарств.Подробный структурный анализ препарата взаимодействий с мишенями с помощью рентгеновской кристаллографии и ЯМР-спектроскопии как основы разработка новых лекарств будет обсуждаться на основе самых последних примеров. Передовой будут обсуждаться методы компьютерного моделирования, включая использование молекулярных энергетические функции механики для оптимизации биомолекулярных структур, прогнозирования связывания лигандов режимы и энергетика.

 HBH 633: Физиологическое действие лекарств (1 кредит)

Избранные применения лекарств, используемых в клинической медицине, иллюстрирующие современные концепции. и проблемы на стыке фундаментальной фармакологической науки и терапевтического лечение.Настройки, включающие управление диабетом, метаболическими заболеваниями и сердечное заболевание.

 HBH 635: Новые концепции химиотерапии (1 кредит)

В этом курсе сравниваются механизмы действия препаратов, используемых для антибактериальной и противоопухолевой терапии. химиотерапия.В лекционном материале подчеркивается, как достигается селективная токсичность в в каждом случае конечным механизмом является либо гибель клеток, либо ингибирование роста клеток. Обсуждаются оригинальные исследовательские работы о механизмах, посредством которых клетки развивают резистентность. к химиотерапии и новым стратегиям преодоления этой резистентности.

HBH 636: открытие лекарств и их токсичность (1 балл)

Продвинутая серия лекций и студенческих презентаций разовьет базовое понимание современных методов открытия лекарств и взаимодействий с рецепторами лекарств.Темы включают структурные и физиологические факторы, необходимые для действия лекарств, количественная структура отношения активности и непреднамеренная токсичность, вызванная лекарственными веществами.

HBH 655: нейрофармакология (четные годы)

Продвинутый курс для аспирантов, заинтересованных в развитии понимания нейрофармакологии и исследований по этой теме.После общего введения к структуре нервных клеток, синаптической и химической передаче, рецепторам трех тем, рецепторы как каналы, и рецепторы, связанные с G-белком, развиваются. Последние достижения в клеточной и молекулярной биологии обеспечивают основу для обучения и обсуждения. Этот курс предлагается как HBH 655, так и BNB 655.

 HBM 640: Молекулярные механизмы микробного патогенеза

Курс фокусируется на принципах микробного патогенеза, проиллюстрированных лучшими Характеризуются вирусные, грибковые и бактериальные возбудители. Особое внимание уделяется взаимодействию патогенов с хозяином на клеточном и организменном уровнях с особым вниманием влияние патогенов на клеточные сигнальные механизмы, иммунологический ответ на инфекцию и основные механизмы вирусного и бактериального патогенеза. Осень, 3 кредита.

HBP 533: Иммунология

Этот курс охватывает основные принципы иммунологии для аспирантов биологических наук и включает в себя элементы и клетки врожденного и адаптивного иммунитета, определение антигенов и антител, специфичности иммунного ответа, структуры иммуноглобулинов, генетика синтеза иммуноглобулинов, клеточная кооперация в иммунном ответе, гиперчувствительность, толерантность и трансплантация. Осень, 3 кредита.

Генетическая связь между классами неорганических веществ. Генетическая связь металлов, неметаллов и их соединений

Генетические связи — Это связь между веществами, относящимися к разным классам.

Основные признаки генетического ряда:

1. Все вещества одного ряда должны быть образованы одним химическим элементом.

2.Вещества, образованные одним и тем же элементом, должны принадлежать к разным классам химических веществ.

3. Вещества, образующие генетический ряд элемента, должны быть взаимосвязаны между собой.

Таким образом, Генетический называют ряд веществ, которые представляют разные классы неорганических соединений, являются соединениями одного и того же химического элемента, связаны взаимными приключениями и отражают общность происхождения этих веществ.

По металлам выделяют три ряда генетически родственных веществ, по неметаллам — один ряд.

1. Генетический ряд металлов, гидроксиды которых являются основаниями (щелочей):

металл → Основной оксид → основание (щелочь) → соль.

Например, генетический ряд кальция:

CA → CaO → CA(OH) 2 → CACL 2

2. Генетический ряд металлов, образующих амфотерные гидроксиды:

Соли

Metal → Амфотерное оксид → (соль) → (соль) → (соль) → (соль) →

. H 2 ZnO 2) ↓
Na 2 ZnO 2

Оксид цинка с водой не взаимодействует, поэтому сначала получают из нее, а затем гидроксид цинка.Также поступают, если металл соответствует нерастворимому основанию.

3. Генетический ряд неметаллов (из неметаллов образуются только кислые оксиды):

неметалл → оксид кислоты → кислота → соль

Например, генетический диапазон фосфора:

P → P 2 O 5 → H 3 PO 44 → 90 3 PO 44 K 90 3 PO 44

Переход одного вещества в другое осуществляется с помощью химических реакций.

Тема: Генетическая связь металлов с неметаллами и их соединениями.9 класс.

Задачи: воспитательные: закрепить понятия «генетический ряд», «генетическая связь»; учить генетический ряд элементов (металлов и неметаллов), составлять уравнения реакций, соответствующие генетическому ряду; Проверить насколько хорошо известны химические свойства оксидов, кислот, солей, оснований; развивающие: развивать умение анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы, составлять уравнения химических реакций; Образовательные: способствуют формированию научного мировоззрения.

Обеспечение занятий: Таблицы «Периодическая система», «Таблица растворимости», «Ряд активности металлов», инструкции для учащихся, задания для проверки знаний.

Рабочий переезд: 1) Орг. момент

2) проверка д/с

3) изучение нового материала

4) закрепление

5) д/с

1) орг. момент. Приветствие.

2) Проверка д/с.

Генетические связи — это связи между различными классами, основанные на их взаимных влечениях.
Зная классы неорганических веществ, мы можем составить генетические ряды металлов и неметаллов. В основе этих рядов лежит один и тот же элемент.

Среди металлов можно выделить два типа рядов:

1 . Генетический ряд, в котором он выбран в качестве основы. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений:

металл → Основной оксид → Схемохи → Соль

Например, K → k 2 O → Koh → KCL

2 .Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, то число может быть представлено цепочкой превращений:

металл → Основной оксид → Соль → Нерастворимое основание →

→ основной оксид → Металл

Например, Cu → Cuo → CUCL 2 → Cu (ОН) 2 → медь → медь

1 . Генетический ряд неметаллов, где связующим звеном ряда выступает растворимая кислота. Цепочка превращений может быть представлена ​​следующим образом:

неметалл → Кислотный оксид → Растворимая кислота → Соль

Например, P → P 2 О. 5 → Ч. 3 ПО. 4 → На. 3 ПО. 4

2 . Генетический ряд неметаллов, где звеном ряда выступает нерастворимая кислота:

неметалл → Кислотный оксид → Соль → Кислота →

→ оксид кислоты → неметалл

Например, СИ→ SiO. 2 → На. 2 SiO. 3 → Ч. 2 SiO. 3 → SiO. 2 → SI

Фронтальная беседа по вопросам:

Что такое генетическое родство? Генетические связи — это связи между разными классами, основанные на их взаимных влечениях.Что такое генетический ряд?

Генетический ряд — совокупность веществ — представителей разных классов, представляющих собой соединения одного химического элемента, связанные со взаимным и отражающим превращением этих веществ. В основе этих рядов лежит один и тот же элемент.

Какие типы генетических рядов принято выделять? Среди металлов можно выделить два типа рядов:

а) генетический ряд, в котором он стоит как основание. Этот ряд можно представить с помощью следующих преобразований:

металл → Основной оксид → Схемохи → Соль

например генетический ряд калия К → k 2 O → Koh → KCL

б) генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, то число может быть представлено цепочкой превращений:

металл → Основной оксид → Соль → Нерастворимое основание → Основной оксид → Металл

например: Cu → Cuo → CUCL 2 → Cu (ОН) 2 → Cuo → Cu

Среди неметаллов также можно выделить два типа рангов:

а) Генетический ряд неметаллов, где связующим звеном ряда выступает растворимая кислота. Цепочка превращений может быть представлена ​​следующим образом: неметалл → кислотный оксид → растворимая кислота → соль.

Например: P → P 2 О. 5 → Ч. 3 ПО. 4 → На. 3 ПО. 4

б) генетический ряд неметаллов, где нерастворимая кислота выступает в виде ряда рядов: неметалл → оксид кислоты → соль → кислота → оксид кислоты → неметалл

Например: Si → SiO 2 → На. 2 SiO. 3 → Ч. 2 SiO. 3 → SiO. 2 → Си.

Выполнение задач по опциям:

1.Выберите в своем варианте формулы оксидов, объясните свой выбор, исходя из знания признаков этого класса соединений. Назови их.

2. В колонке формул по вашему варианту найдите формулы кислот и объясните свой выбор на основании анализа состава этих соединений.

3. Определите валентность кислотных остатков в составе кислот.

4. Выберите «Формулы вала» и назовите их.

5. Составьте формулы солей, которые могут быть образованы магнием и кислотами по вашему выбору. Запишите их, назовите.

6. В графе формул по вашему варианту найдите формулы оснований и объясните свой выбор на основании анализа состава этих соединений.

7. В своем варианте выберите формулы веществ, с которыми может реагировать раствор ортофосфорной кислоты (соли, сера). Составьте соответствующие уравнения реакций.

9. Среди формул своего варианта выберите формулы веществ, которые могут взаимодействовать друг с другом.Составьте соответствующие уравнения реакций.

10. Составьте цепочку генетических связей неорганических соединений, в которую войдет вещество, формула которого дана в вашем варианте под номером один.

Вариант 1

Вариант 2.

Cao.

Нномер. 3

Fe (ОН) 3

№ 2 О.

Zn (№3 ) 2

КР (ОН) 3

Ч. 2 ТАК. 3

Ч. 2 С.

ПБО.

Лиох.

АГ 3 ПО. 4

стр. 2 О. 5

Наох.

Зно.

Ко 2

БАКЛ 2

HCL

Г. 2 Ко 3

Ч. 2 ТАК. 4

Кузо. 4

Из этих веществ составьте генетический ряд по всем формулам. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно реализовать эту цепочку превращений:

I Опция: ЗНСО 4, Zn, Zn, Zn, Zn (ОН) 2 : II. Вариант: Нет.2 ТАК. 4, Наох., на., На. 2 О. 2 , На. 2 О.

4) уплотнение1.Al→ Аль 2 О. 3 → Алкл 3 → Ал( Ой.) 3 → Аль 2 О. 3

2. П.→ стр. 2 О. 5 → Ч. 3 ПО. 4 → На. 3 ПО. 4 → Калифорния. 3 ( ПО. 4 ) 2

3. Zn → ZnCl 2 → Zn (ОН) 2 → Zno → Zn (NO 3 ) 2

4.Cu → Cuo → CUCL 2 → Cu (ОН) 2 → Cuo → Cu

5.Н. 2 О. 5 → ГНО. 3 → Fe (№ 3 ) 2 → Fe(ОН) 2 → Фес → Фесо 4

5) Домашнее задание: Составьте схему постепенного перехода с кальция на карбонат кальция и подготовьте сообщение о применении любой соли в медицине (с использованием дополнительной литературы).

Материальный мир, в котором мы живем и крошечной частью которого мы являемся, и в то же время бесконечно разнообразен. Единство и разнообразие химических веществ этого мира наиболее ярко проявляется в генетической связи веществ, что находит отражение в так называемых генетических рядах. Выделим наиболее характерные признаки таких рядов.

1. Все вещества этого ряда должны быть образованы одним химическим элементом. Например, серия, записанная по следующим формулам:

2.Вещества, образованные одним и тем же элементом, должны принадлежать к разным классам, т. е. отражать разные формы его существования.

3. Вещества, образующие генетический ряд одного элемента, должны быть связаны взаимными опорами. По этому признаку можно различать полные и неполные генетические ряды.

Например, упомянутый выше бромный генетический ряд будет неполным, незавершенным. А вот и следующая серия:

уже можно рассматривать как полноценный: он начинался с простого бромного вещества и им заканчивался.

Обобщая вышеизложенное, можно дать следующее определение генетического ряда.

Генетический ряд — Это ряд веществ — представителей разных классов, представляющих собой соединения одного химического элемента, связанные между собой и отражающие общность происхождения этих веществ или их генезиса.

Генетические связи — Понятие более общее, чем генетический ряд, который также является ярким, но частным проявлением этой связи, реализуемой при любых взаимных превращениях веществ.Тогда, очевидно, под это определение подходит и первый редуцированный ряд веществ.

Существует три разновидности генетического ряда:

Самый богатый в ряду металлов, проявляющий разную степень окисления. В качестве примера рассмотрим генетический ряд железа со степенями окисления +2 и +3:

Напомним, что для окисления железа в хлорид железа (II) необходимо брать более слабый окислитель, чем для получения хлорида железа (III):

Аналогичен ряду металлов, более богатых соединениями Ряд неметаллов с разной степенью окисления, например, генетический ряд серы со степенями окисления +4 и +6:

Сложность может вызвать только последний переход.Особенность Правило: Чтобы получить простое вещество из соединения окисленного элемента, нужно взять наиболее восстановленное для этой цели соединение, например, летучая мышь в свободном водородном соединении. В нашем случае:

По этой реакции сера образуется в природе из вулканических газов.

Аналогично хлору:

3. Генетический ряд металлов, которым соответствуют амфотерные оксид и гидроксид, очень богат соединениями, так как они проявляют в зависимости от условий то кислотные, то основные свойства.

Например, рассмотрим генетический ряд цинка:

Генетическая связь между неорганическими классами

Характерны реакции между представителями разных генетических рядов. Вещества из одного генетического ряда, как правило, не вступают во взаимодействие.

Например:
1. Металл + неметалл = соль

ХГС + Ш =

ХГС

2Ал + 3и 2 = 2Ал 3

2. Основной оксид + кислотный оксид = соль

Li 2 O + CO 2 = LI 2 CO 3

СаО + SiO 2 = Casio 3

3.Основание + кислота = соль

Cu(OH) 2 + 2HCl = CUCl 2 + 2H 2 O

ФЭХЛ 3 + 3HNO 3 = Fe(NO 3) 3 + 3HCl

Соль Кислота Соль Кислота

4. Металл — основной оксид

2СА + О 2 = 2САО

4Li + О 2 = 2ЛИ 2 О

5. Неметалл — оксид кислоты

S + O 2 = SO 2

4ас + 5О 2 = 2ас 2 О 5

6. Основной оксид — основание

Бао + Н 2 О = БА(ОН) 2

Li 2 O + H 2 O = 2LIOH

7.Кислотный оксид — кислота

Р 2 О 5 + 3Н 2 О = 2Н 3 РО 4

SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4

Инструкция для обучающихся по заочному курсу «Общая химия за 12 класс» 1. Категория обучающихся: Материалы данной презентации предоставляются обучающемуся для самостоятельного изучения темы «Вещества и их свойства», из курса общей классификации кл. 12. 2. Содержание курса: Включает 5 презентаций к тех. Каждая учебная тема содержит четкую структуру учебного материала по определенной теме, последний слайд контрольного теста — задания для самоконтроля.3. Небольшой срок на этом курсе: от одной недели до двух месяцев (определяется индивидуально). 4. Контроль знаний: Студент предоставляет отчет о выполнении тестовых заданий — лист с вариантами заданий с указанием темы. 5. Оценка результата: «3» — выполнено 50 % заданий, «4» — 75 %, «5» % заданий. 6. Результат обучения: предмет изученной темы.

Уравнения реакций: 1. 2CU + O 2 2CUO оксид меди (II) 2. CuO + 2 HCl CUCl 2 + H 2 o хлорид меди 3.CUCl NaOH Cu(OH) NaCl Гидроксид меди (II) 4. Cu(OH) 2 + H 2 SO 4 CUSO 4 + 2N 2 O Сульфат меди (II)

Генетический ряд органических соединений. Если в основе генетического ряда неорганической химии лежит вещество, образованное одним химическим элементом, то в основе генетического ряда органической химии лежит вещество с таким же числом атомов углерода в молекуле.

Схема реакции: Каждая цифра над стрелкой соответствует конкретному уравнению реакции: этанол этанол этан этан хлорэтан этин уксусная (этановая) кислота

Уравнения реакций: 1.C 2 H 5 CL + H 2 OC 2 H 5 OH + HCl 2. C 2 H 5 OH + O CH 3 CH O + H 2 O 3. CH 3 CH O + H 2 C 2 5 OH 4. C 2 H 5 OH + HCl C 2 H 5 CL + H 2 O 5. C 2 H 5 Cl с 2 H 4 + HCl 6. C 2 H 4 C 2 H 2 + H 2 7. C 2 H 2 + H 2 O CH 3 CH O 8. CH 3 CH O + AG 2 O CH 3 SOOH + AG

Генетическая цепочка. Генетическая связь между классами неорганических соединений

Между простыми веществами, оксидами, основаниями, кислотами и солями существует генетическая связь, а именно возможность их взаимного перехода (превращения).

Например, простое вещество — кальций в результате взаимодействия с кислородом превращается в оксид: 2Ca + O 2 = 2CaO.

При взаимодействии с водой оксид кальция образует гидроксид кальция CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 , а последний при взаимодействии с кислотой превращается в соль: Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 + 2H 2 O.

Эти превращения можно представить схемой:

Ca → CaO → Ca(OH) 2 → CaSO 4

Аналогичную схему можно записать для неметалла, например, сера:

S → SO 3 → H 2 SO 4 → CaSO 4

Итак, одна и та же соль была получена разными способами.

Возможен и обратный переход с соли на другие классы. неорганические соединения и простые вещества:

CuSO 4 → Cu(OH) 2 → CuO → Cu

CuSO 4 + 2NaOH = Cu(OH) 2 ↓ + Na 2 SO 4

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

CuO + H 2 = Cu + H 2 O (восстановление меди)

Подобная связь между классами неорганических соединений, основанная на получении веществ одного класса из веществ другого, называется генетической.

Свойства сложных соединений отражены в генетической схеме основных классов неорганических соединений (см. рисунок).Он отражает этапы развития неорганического вещества по двум основным линиям — от типичных металлов к типичным неметаллам с противоположными свойствами.

Металлы, химическим свойством атома которых является способность отдавать электроны, и неметаллы, основным химическим свойством которых является способность их атомов присоединять противоположные по свойствам электроны. При усложнении состава веществ эти противоположные тенденции продолжают проявляться.

Типичные металлы и переходные элементы в низкой степени окисления образуют основные оксиды, а типичные неметаллы и переходные элементы в высокой степени окисления образуют кислотные оксиды с противоположными свойствами.

Простые вещества

Амфотерный

Неметаллы

Основные оксиды

Амфотерный

Кислотный

Территория

амфотерные

гидроксиды

Генетическая схема основных классов неорганических соединений

При дальнейшем усложнении состава веществ образуются гидроксиды, причем основным оксидам соответствуют основания, а кислым оксидам — ​​кислотам. Противоположности по основным и кислотным свойствам активно реагируют друг с другом, образуя соли.Взаимодействие противоположностей является движущей силой реакции. Поэтому основные и кислые оксиды, основания и кислоты активно взаимодействуют друг с другом, а два кислых оксида или два основных оксида не взаимодействуют, так как их свойства схожи.

Таким образом, свойства сложного соединения определяются на основе свойств составляющих его элементов. Основные закономерности изменения этих свойств обобщены в следующих приложениях (табл. 6).

1.В периоды с увеличением порядкового номера свойства элементов меняются с металлических на неметаллические. Увеличивается число электронов на внешнем уровне, увеличивается степень окисления элемента, уменьшается радиус атома и иона, увеличиваются энергия ионизации и сродство к электрону. В соответствии с этим снижаются основные свойства и повышаются кислотные свойства оксидов и гидроксидов.

2. В основных подгруппах с увеличением порядкового номера элемента увеличиваются основные свойства оксидов и гидроксидов.Для элементов второстепенных подгрупп с увеличением порядкового номера характерно более сложное изменение свойств. Сначала свойства металла повышаются, а затем снижаются.

3. Активным металлам соответствуют оксиды и гидроксиды с ярко выраженными основными свойствами. Наиболее активными металлами являются щелочные и щелочноземельные. Они образуют водорастворимые оксиды и сильнорастворимые основания — щелочи.

4. Малоактивные металлы (все, кроме щелочных и щелочноземельных) образуют слабые основания, трудно растворимые в воде:

Cu(OH)2, Fe(OH)3.

5. Активным неметаллам соответствуют оксиды и гидроксиды с ярко выраженными кислотными свойствами.

6. Амфотерные металлы образуют амфотерные оксиды и гидроксиды.

7. Если элемент проявляет различные степени окисления, то ему соответствуют оксиды и гидроксиды с разными свойствами.

образовательный: № закрепить понятия «генетический ряд», «генетическая связь»; учить составлять генетический ряд элементов (металлов и неметаллов), составлять уравнения реакций, соответствующие генетическому ряду; проверить насколько хорошо известны химические свойства оксидов, кислот, солей, оснований;

разработка: развивать умения анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы, составлять уравнения химических реакций;

образовательный : способствуют формированию научного мировоззрения.

2. Проведение занятий: таблиц «Периодическая система», «таблица растворимости», «ряд активности металлов», инструкции для учащихся, задания для проверки знаний.

3. Порядок исполнения:

3.1. Фронтальный осмотр.

3.2. Решение задач.

3.3. Выполнение проверочных работ по опционам.

4. Структура отчета:

4.1. Запишите тему и цели практического занятия.

4.2. Запишите решение проблемы.

4.3. Определите свой вариант самостоятельной работы, запишите решение в тетрадь и передайте учителю для проверки.

Рабочий процесс

1. Фронтальная беседа по следующим вопросам:

Что такое генетическая связь?

Генетические связи — это отношения между разными классами на основе их взаимопреобразований.

Что такое генетический ряд?

Генетический ряд — ряд веществ — представителей разных классов, представляющих собой соединения одного химического элемента, связанные взаимопревращениями и отражающие превращения этих веществ. Эти строки основаны на одном и том же элементе.

Какие типы генетических рядов обычно выделяют?

Среди металлов можно выделить два типа рядов:

а) Генетический ряд, в котором основанием выступает щелочь.Этот ряд можно представить с помощью следующих преобразований:

металл → основной оксид → щелочь → соль

например, генетический ряд калия K → K 2 O → KOH → KCl

б) Генетический ряд, где основание является нерастворимым основанием, то ряд можно представить цепочкой превращений:

металл → основной оксид → соль → нерастворимое основание → основной оксид → металл

например Cu → CuO → CuCl 2 → Cu(OH) 2 → CuO → Cu

Среди неметаллов также можно выделить два типа рядов:

а) Генетический ряд неметаллов, где растворимая кислота выступает в роли ссылка в сериале.Цепочка превращений может быть представлена ​​следующим образом: неметалл → оксид кислоты → растворимая кислота → соль.

Например: P → P 2 O 5 → H 3 PO 4 → Na 3 PO 4

б) Генетический ряд неметаллов, где нерастворимая кислота выступает единицей ряда: неметалл → оксид кислоты → соль → кислота → оксид кислоты → неметалл

Например: Si → SiO 2 → Na 2 SiO 3 → H 2 SiO 3 → SiO 2 → Si

Выполнение заданий по вариантам:

I вариант: ZnSO4, Zn, ZnO, Zn, Zn(OH)2

II вариант: Na2SO4, NaOH, Na, Na2O2, Na2O

Домашнее задание: №  составьте схему постепенного перехода от кальция к карбонату кальция и подготовьте отчет о применении любой соли в медицине (с использованием дополнительной литературы).

Практические инструкции

Генетическая связь между основными классами неорганических веществ.

Цели: № закрепить понятия «генетический ряд», «генетическая связь»; научиться составлять генетический ряд элементов (металлов и неметаллов), составлять уравнения реакций, соответствующие генетическому ряду; повторяют свойства оксидов, кислот, солей, оснований.

Рабочий процесс

Запишите определения понятий:

Генетическая связь — __________________________________________

Генетический ряд — ___________________________________________

Генетический ряд металлов, в которых в качестве основания выступает щелочь можно представить в общем виде: металл → основной оксид → щелочь → соль.Сделайте этот ряд, используя калий. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений.

Генетический ряд неметаллов, где связующим звеном ряда является растворимая кислота можно представить следующим образом: неметалл → оксид кислоты → растворимая кислота → соль. Сделайте этот ряд, используя фосфор. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений.

Генетический ряд, в котором основание является нерастворимым основанием можно представить цепочкой превращений: металл → основной оксид → соль → нерастворимое основание → основной оксид → металл.Сделайте этот ряд, используя медь. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений.

Генетический ряд неметаллов, где нерастворимая кислота выступает в качестве звена в ряду можно представить цепочкой превращений: неметалл → оксид кислоты → соль → кислота → оксид кислоты → неметалл. Сделайте этот ряд, используя силикон. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений.

Выполнить задания по вариантам:

1.Подберите формулы оксидов в своем варианте, объясните свой выбор, исходя из знания особенностей состава этого класса соединений. Назови их.

2. В колонке формулы вашего варианта найдите формулу кислоты и объясните свой выбор на основе анализа состава этих соединений.

3. Определите валентности кислотных остатков в кислотном составе.

4. Выберите формулы соли и назовите их.

5. Сформулируйте соли, которые могут быть образованы магнием и кислотами по вашему выбору.Запишите их, назовите.

6. В колонке формул по вашему выбору найдите основные формулы и объясните свой выбор на основе анализа состава этих соединений.

7. В своем варианте выберите формулы веществ, с которыми может реагировать раствор ортофосфорной кислоты (соляной, серной). Составьте соответствующие уравнения реакций.

9. Среди формул вашего варианта выберите формулы веществ, которые могут взаимодействовать друг с другом. Составьте соответствующие уравнения реакций.

10. Составьте цепочку генетических связей неорганических соединений, в которую войдет вещество, формула которого дана в вашем варианте под номером один.

Из этих веществ составьте генетический ряд по всем формулам. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений:

I   опция:   ZnSO 4, Zn, ZnO, Zn, Zn (OH) 2

II опция :   Na 2 SO 4, NaOH, Na, Na 2 O 2, Na 2 O

Домашнее задание:  составьте схему постепенного перехода от кальция к карбонату кальция и подготовьте отчет о применении любой соли в медицине (с использованием дополнительной литературы).

Тема: ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ МЕЖДУ металлами и неметаллами и их соединениями. 9 класс.

Цели: воспитательные: закрепить понятия «генетический ряд», «генетическая связь»; учить составлять генетический ряд элементов (металлов и неметаллов), составлять уравнения реакций, соответствующие генетическому ряду; проверить, как усваиваются знания о химических свойствах оксидов, кислот, солей, оснований; развитие: развивать умения анализировать, сравнивать, обобщать и делать выводы, составлять уравнения химических реакций; воспитательная: способствовать формированию научного мировоззрения.

Содержание урока: таблицы «Периодическая система», «таблица растворимости», «ряд активности металлов», инструкции для учащихся, задания для проверки знаний.

Выполнение: 1) Орг. момент

2) Чек на д/с

3) Изучение нового материала

4) Крепление

5) Д/З

1) Орг. момент. Приветствие.

2) Проверить д/з.

Генетические связи — это связи между различными классами, основанные на их взаимных преобразованиях.

Зная классы неорганических веществ, можно составить генетический ряд металлов и неметаллов. Эти строки основаны на одном и том же элементе.

Среди металлов можно выделить два типа серий:

1

. Генетический ряд, в котором щелочь выступает в качестве основания. Этот ряд можно представить с помощью следующих преобразований:

металл → основной оксид → щелочь → соль

Например, К → К

2 O → KOH → KCl

2

. Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, то ряд можно представить цепочкой превращений:

металл → основной оксид → соль → нерастворимое основание →

→ оксид основания → металл

Например, Cu → CuO → CuCl

2 → Cu (ОН) 2 → CuO → Cu

1

. Генетический ряд неметаллов, где звеном ряда выступает растворимая кислота. Цепочка превращений может быть представлена ​​следующим образом:

неметалл → кислотный оксид → растворимая кислота → соль

Например, P → P

2 О 5 → Н 3 ПО 4 → На 3 ПО 4

2

.Генетический ряд неметаллов, где звеном в ряду выступает нерастворимая кислота:

неметалл → кислотный оксид → соль → кислота →

→ оксид кислоты → неметалл

Например,

Si→ SiO 2 → На 2 SiO 3 → Н 2 SiO 3 → SiO 2 → Си

Очная беседа по следующим вопросам:

Что такое генетическая связь? Генетические связи — это связи между разными классами, основанные на их взаимопревращениях. Что такое генетический ряд?

Генетический ряд — ряд веществ — представителей разных классов, представляющих собой соединения одного и того же химического элемента, связанные взаимными превращениями и отражающие превращения этих веществ. Эти строки основаны на одном и том же элементе.

Какие типы генетических рядов обычно выделяют? Среди металлов можно выделить два типа рядов:

а) Генетический ряд, в котором основанием выступает щелочь. Этот ряд можно представить с помощью следующих преобразований:

металл → основной оксид → щелочь → соль

например, генетический ряд калия K → K

2 O → KOH → KCl

б) Генетический ряд, где основанием является нерастворимое основание, тогда ряд можно представить цепочкой превращений:

металл → основной оксид → соль → нерастворимое основание → основной оксид → металл

е.г. Cu → CuO → CuCl

2 → Cu (ОН) 2 → CuO → Cu

Среди неметаллов также можно выделить два типа рядов:

а) Генетический ряд неметаллов, где звеном ряда выступает растворимая кислота. Цепочка превращений может быть представлена ​​следующим образом: неметалл → оксид кислоты → растворимая кислота → соль.

Например: P → P

2 О 5 → Н 3 ПО 4 → На 3 ПО 4

б) Генетический ряд неметаллов, где единицей ряда выступает нерастворимая кислота: неметалл → оксид кислоты → соль → кислота → оксид кислоты → неметалл

Например: Si → SiO

2 → На 2 SiO 3 → Н 2 SiO 3 → SiO 2 → Si

Выполнение заданий по опциям:

1.Подберите формулы оксидов в своем варианте, объясните свой выбор, исходя из знания особенностей состава этого класса соединений. Назови их.

2. В колонке формулы вашего варианта найдите формулу кислоты и объясните свой выбор на основе анализа состава этих соединений.

3. Определите валентности кислотных остатков в кислотном составе.

4. Выберите формулы соли и назовите их.

5. Сформулируйте соли, которые могут быть образованы магнием и кислотами по вашему выбору.Запишите их, назовите.

6. В колонке формул по вашему выбору найдите основные формулы и объясните свой выбор на основе анализа состава этих соединений.

7. В своем варианте выберите формулы веществ, с которыми может реагировать раствор ортофосфорной кислоты (соляной, серной). Составьте соответствующие уравнения реакций.

9. Среди формул вашего варианта выберите формулы веществ, которые могут взаимодействовать друг с другом. Составьте соответствующие уравнения реакций.

10. Составьте цепочку генетических связей неорганических соединений, в которую войдет вещество, формула которого дана в вашем варианте под номером один.

Опция 1

Опция 2

Cao

Hno

3

Fe (ОН)

3

Н

2 О

Zn (НО

3 ) 2

Кр (ОН)

3

Н

2 ТАК 3

Н

2 S

Pbo

Lioh

Ag

3 ПО 4

П

2 О 5

NaOH

Zno

CO

2

Бакл

2

Hcl

H

2 СО 3

Н

2 ТАК 4

CuSO

4

Из этих веществ составьте генетический ряд по всем формулам. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить эту цепочку превращений:

I вариант: ZnSO

4, Zn, ZnO, Zn, Zn (ОН) 2 : II вариант: Na 2 СО 4, NaOH, На, На 2 О 2 , На 2 O

4) Крепление 1.

Al→ Аль 2 О 3 → AlCl 3 → Ал( ОЙ) 3 → Аль 2 О 3

2.

П→ Р 2 О 5 → Н 3 ПО 4 → На 3 ПО 4 → Са 3 ( ПО 4 ) 2

3. Zn → ZnCl

2 → Zn (ОН) 2 → ZnO → Zn (NO 3 ) 2

4.Cu → CuO → CuCl

2 → Cu (ОН) 2 → CuO → Cu

5.№

2 О 5 → HNO 3 → Fe (NO 3 ) 2 → Fe(ОН) 2 → FeS → FeSO 4

5) Домашнее задание:

 составьте схему постепенного перехода от кальция к карбонату кальция и подготовьте отчет о применении любой соли в медицине (с использованием дополнительной литературы).

>> Химия: Генетическая связь между классами веществ
Генетика   связь между веществами разных классов называется основанной на их взаимопревращениях и отражающей единство их происхождения, то есть генезиса веществ.

Сначала представим нашу информацию по классификации веществ в виде диаграммы.
Зная классы простых веществ, можно составить два генетических ряда: генетический ряд неметаллов металлов.

Генетический ряд металлов отражает родство веществ разных классов, основу которого составляет один и тот же металл.

Различают две разновидности генетического ряда металлов

1. Генетический ряд металлов, которым соответствует щелочь как гидроксид.В общем виде такой ряд можно представить следующей цепочкой превращений:

2. Генетический ряд металлов, которому соответствует нерастворимое основание. Этот ряд богаче генетическими связями, так как полнее отражает представление о взаимных превращениях (прямых и обратных). В общем виде такой ряд можно представить следующей цепочкой превращений:

Генетический ряд неметаллов отражает родство веществ разных классов, в основе которого лежит один и тот же неметалл.

Здесь также можно выделить две разновидности.

1. Генетический ряд неметаллов, которым в качестве гидроксида соответствует растворимая кислота, можно отразить в виде такой цепочки превращений:

неметалл -> оксид кислоты -> кислота -> соль

Например, генетический ряд фосфора:

2. Генетический ряд неметаллов, которым соответствует нерастворимая кислота, можно представить с помощью такой цепочки превращений:
неметалл — оксид кислоты — соль — кислота — оксид кислоты — неметалл

Так как из изученных нами кислот нерастворима только кремниевая кислота, то в качестве примера последнего генетического ряда рассмотрим генетический ряд кремния:

1.Генетическая коммуникация.

2. Генетический ряд металлов и его разновидности.

3. Генетический ряд неметаллов и его варианты.

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить превращения, лежащие в основе данного генетического ряда металлов и неметаллов. Дайте названия веществ, напишите уравнения реакций с участием электролитов также в ионной форме.

Запишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения (сколько стрелок, сколько уравнений реакций):
а) Li — Li2O — LiOH — LiNO3
б) S — SO2 — h3SO3 — Na2SO3 — SO2 — CaSO3

Напишите уравнения реакций с участием электролитов в ионной форме.

Какое из следующих веществ будет взаимодействовать с соляной кислотой: магний, оксид меди (II), гидроксид меди (II), медь, нитрат магния, гидроксид железа (III), оксид кремния (IV), нитрат серебра, железо (II) ) сульфид? Запишите уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах.

Если реакции не могут быть проведены, объясните почему.

Какое из следующих веществ будет взаимодействовать с гидроксидом натрия: окись углерода (IV). гидроксид кальция, оксид меди (II), нитрат меди (II), хлорид аммония, кремниевая кислота, сульфат калия? Запишите уравнения возможных реакций в молекулярной и ионной формах.Если реакции не идут, объясните почему.

Определить все классы веществ, перечисленных в таблице. На какие группы делится каждый класс веществ?

Содержание урока  резюме урока   поддержка фрейма методы ускорения презентации урока интерактивные технологии Практика    задания и упражнения самопроверка мастер-классы, тренинги, кейсы, квесты домашнее задание вопросы для обсуждения риторические вопросы от учащихся художественное произведение  аудио, видеоклипы и мультимедиа    фотографии, картинки, схемы, таблицы, схемы, юмор, анекдоты, анекдоты, комиксы-притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения  рефераты    статьи чипсы для любопытных шпаргалки учебники основной и дополнительный словарь терминов прочее Улучшение учебников и уроков Исправление ошибок в учебнике Обновление фрагмента в учебнике Элементы нововведений на уроке Замена устаревших знаний на новые Только для учителей  совершенные уроки   годовое расписание методические рекомендации дискуссионной программы Интегрированные уроки

Среди металлов можно выделить два типа серий: 1. Генетический ряд, в котором щелочь выступает в качестве основания. Этот ряд можно представить с помощью следующих превращений: металл — основной оксид — щелочь — соль, например, генетический ряд калия К — К 2 О — КОН — КСl.

2. Генетический ряд, где основанием является нерастворимое основание, то ряд можно представить цепочкой превращений: металл — основной оксид — соль — нерастворимое основание — основной оксид — металл. Cu— CuO— CuCl 2 — Cu(OH) 2 — CuO -> Cu генетический ряд меди    «>Cu — генетический ряд меди» > «название =» (! ЯЗЫК: 2.Генетический ряд, где в качестве основания выступает нерастворимое основание, то ряд можно представить цепочкой превращений: металл – основной оксид – соль – нерастворимое основание – основной оксид – металл. Cu— CuO— CuCl 2 — Cu(OH) 2 — CuO ->»> title=»2. Генетический ряд, где основанием является нерастворимое основание, то ряд можно представить цепочкой превращений: металл — основной оксид — соль — нерастворимое основание — основной оксид — металл. Cu— CuO— CuCl 2 — Cu(OH) 2 — CuO ->»> !}

Среди неметаллов также можно выделить два типа рядов: 1.Генетический ряд неметаллов, где звеном ряда выступает растворимая кислота. Цепочку превращений можно представить в следующем виде: неметалл – оксид кислоты – растворимая кислота – соль. P— P 2 O 5 — H 3 PO 4 — Na 3 PO 4. Генетический ряд фосфора

Белковые нанопроволоки с настраиваемой функциональностью и программируемой самосборкой с использованием синтеза, контролируемого последовательностью

Бактериальные штаммы

Экспрессия всех белков проводилась в штаммах, полученных из E.coli C321.A fimBE::tolC (штамм А), где гены fimBE удалены с помощью λ-красной рекомбинации путем замены их кассетой tolC. E. coli C321.A fimA::gent (штамм B) был создан делетированием fimA гентамицином с использованием λ-красной рекомбинации. Мутанты fimA на фоне fimBE::tolC были созданы с использованием мультиплексной автоматической инженерии генома (MAGE) ³¹ . Штамм E. coli NEB5α использовали для клонирования и сборки плазмид (New England Biolabs).

Условия роста

При необходимости использовали хлорамфеникол, канамицин и гентамицин в дозах 30, 20 и 5 мкг/мл соответственно.Для селекции fimBE::tolC использовали SDS в концентрации 0,005% мас./об. Все клетки C321 выращивали в бульоне Луриа-Бертани, содержащем 5  г/л NaCl с добавлением соответствующих антибиотиков или SDS. Клетки NEB5α выделяли в среде SOC, как описано в протоколе для компетентных клеток NEB5α (New England Biolabs).

Использованные плазмиды

Для создания плазмиды pSHDS.1 мы клонировали с помощью ПЦР оперон пили fimA-fimH из хромосомы генетически перекодированного организма E. coli C321.A (C321), а затем использовали сборку Гибсона для вставки fimA -H в плазмиду на основе pZE21G ²³ под контролем aTc-индуцируемого промотора.Плазмиды pSHDS.80 и pSHDS.109 получали путем создания мутаций fimA A80TAG или A109TAG в pSHDS. 1, соответственно, с использованием протокола сайт-направленного мутагенеза Q5 (New England Biolabs). Плазмида pAzFRS.2.t1 ²⁵ (дополнение: https://www.addgene.org/73546/) использовалась для экспрессии ортогональной системы трансляции (OTS), которая позволяет встраивать нестандартные аминокислоты (NSAA) в белки. .

Мультиплексная автоматическая инженерия генома (MAGE) и рекомбинация λ-RED

Рекомбинация MAGE и λ-RED проводилась, как описано в другом месте ³¹ .Короче говоря, жидкие культуры инокулировали из замороженного сырья и выращивали в течение ночи. Эти культуры подвергали обратному разведению 1:100 и выращивали до среднего логарифмического роста (OD ₆₀₀ ~0,6) во встряхивающем инкубаторе при 34 °C. Белки рекомбинации λ-red Exo, Beta и Gam экспрессировали, встряхивая клетки на водяной бане при 42°C в течение 15 минут. Клетки немедленно охлаждали на льду и переносили в среду с температурой 4 °C. 1 мл клеток центрифугировали при 16000 g в течение 15 с. Супернатант удаляли, а клетки ресуспендировали в милли-Q воде.Клетки снова центрифугировали, супернатант удаляли и клетки ресуспендировали в свежей воде с милли-Q для промывки. Этот процесс повторялся трижды. После последнего вращения супернатант удаляли и либо мутагенные олигонуклеотиды MAGE, приготовленные в концентрации 5-6 мкМ в воде, не содержащей ДНКазы, либо 50 нг двухцепочечной ДНК добавляли непосредственно к клеточному осадку и тщательно перемешивали. Смесь олигоклеток наносили в предварительно охлажденную кювету для электропорации с зазором 1 мм (Bio-Rad) и подвергали электропорации при 1,8 кВ, 200 В и 25 мФ.Клетки немедленно ресуспендировали в 2 мл бульона LB и выдерживали при 34°С в инкубаторе с встряхиванием в течение 4 часов. Когда клетки снова достигали среднего логарифмического роста, проводили дополнительные циклы MAGE или клетки высевали для будущего анализа.

Успешное включение мутаций в ген fimA C321 fimBE::tolC подвергали скринингу с использованием MASC-PCR, как описано ниже ³¹ .

дцДНК, предназначенная для замены fimBE на tolC и fimA на gentR, содержала кассеты tolC или gentR с выступающими участками непосредственно перед и после fimBE или fimA.Успешное включение tolC или gentR подтверждали отбором на SDS или гентамицине и секвенированием областей fimBE и fimA.

Олигонуклеотиды

Олигонуклеотиды, включая праймеры и олигонуклеотиды MAGE, были приобретены в лаборатории олигонуклеотидов Кека Йельского университета.

Экспрессия хромосомных пили

Пили WT или те, которые содержат стандартные аминокислотные мутации (F, Y или W), закодированные геномно в штамме А, были экспрессированы путем инокуляции трех 500-мл колб LB из замороженных глицериновых запасов и выращивания культур при 34 °C без встряхивания.Эти культуры выращивали в таких условиях в течение 48 часов, после чего клетки либо визуализировали с помощью ПЭМ для визуализации продукции пилей, анализировали на продукцию пилей с помощью дрожжевой агглютинации или использовали для сбора белка пилей и последующей очистки.

Нестандартное включение аминокислот в пили и последующая экспрессия

Пили со встроенным 4-пропаргилокси-1-фенилаланином (PrOF) в виде мутации fimA A109PrOF экспрессировали следующим образом. Штамм В трансформировали обеими плазмидами pSHDS.109 и pAzFRS.2.t1 и инокулировали в LB, содержащую хлорамфеникол и канамицин, и выращивали в течение ночи при 34 °C при встряхивании со скоростью 225 об/мин. Конфлюэнтную культуру добавляли в разведении 1:20 к LB с добавлением хлорамфеникола и канамицина. К этой культуре добавляли 20% вес./об. арабинозы до конечной концентрации 0,2% арабинозы, чтобы индуцировать OTS, кодируемую pAzFRS.2.t1, 100 мМ PrOF в 0,2 М NaOH добавляли до конечной концентрации 1 мМ PrOF, и добавляли 1 н. HCl до конечной концентрации 2 мМ. Культуру выращивали при 34°С при встряхивании при 225 об/мин в течение 3 ч для индукции OTS, кодируемого pAzFRS.2.t1, после чего добавляли ангидротетрациклин (aTc) до конечной концентрации 60 нг/мкл, чтобы индуцировать пили, содержащие fimA A109PrOF из pSHDS. 109. Затем культуру выращивали при 34 °C, встряхивая при 135 об/мин, в течение дополнительных 8 часов, после чего клетки либо визуализировали с помощью ПЭМ для визуализации продукции пилей, анализировали на продукцию пилей с помощью дрожжевой агглютинации или использовали для сбора белка пилей и последующей очистки. .

Анализ агглютинации дрожжей для производства пили

100 мкл дрожжей, выращенных в течение ночи из замороженного сырья и разведенных до OD ₆₀₀ ~1 в PBS pH 7.4 (-) MgCl ₂ (-) CaCl ₂ смешивали со 100 мкл E. coli , выращенной в условиях образования пили, разбавленной до OD ₆₀₀ ~1 в PBS pH 7,4 (-) MgCl ₂ (-) CaCl ₂ . Смесь инкубировали при комнатной температуре и встряхивали при 350 об/мин в течение 15 мин. 1,5 мкл смеси пипеткой наносили на предметное стекло и смесь визуализировали с помощью стандартного оптического микроскопа. Видимая агглютинация дрожжевых клеток указывала на образование пилей E. coli клеток. Агглютинация была обнаружена качественно, а продукция пилей была подтверждена с помощью ПЭМ-изображения образцов E. coli , которые давали фенотип агглютинации. Адаптировано из Firon et al ⁴⁵ .

Очистка пилей

Клетки, выращенные в условиях образования пилей, центрифугировали при 4°C при 6000 об/мин в течение 10 мин и ресуспендировали в 150 мМ этаноламине (ЭТА), pH 10,5. Клетки встряхивали в конической пробирке объемом 50 мл в течение 2 минут при уровне вортекса 9, чтобы отделить пили от клеток, после чего клетки центрифугировали при 4°С при 10000 об/мин в течение 45 минут.Супернатант сохраняли, а осадок клеток отбрасывали. Затем надосадочную жидкость центрифугировали при 4°С при 23000×g в течение 1 ч для удаления оставшихся загрязнений. Супернатант после этого вращения сохраняли, а осадок отбрасывали. Насыщенный сульфат аммония (SAS) (приобретенный у Thermo Fisher) добавляли к супернатанту до 15% конечного объема для осаждения белков пилей. Раствор оставляли неподвижным при 4°C на ночь, а затем вращали при 4°C при 23000×g в течение 1 ч для сбора выпавших в осадок ворсинок.Супернатант удаляли, а осадок пили ресуспендировали в ~600 мкл 150 мМ ЭТА, рН 10,5. К этому образцу добавляли 1M MgCl ₂ до конечной концентрации 100 мM MgCl ₂ и инкубировали при 4°C в течение ночи для осаждения пилей. Затем раствор центрифугировали при 4°C при 17 000×g в течение 1 ч для гранулирования пили. Супернатант удаляли, а осадок пилей ресуспендировали и солюбилизировали в 150 мМ ЭТА, рН 10,5, путем осторожного пипетирования до объема 150–500 мкл в зависимости от размера осадка.Образец пилей затем визуализировали или использовали для измерения проводимости. Для определения чистоты образца с помощью SDS-PAGE были выполнены следующие шаги. К образцу пилей, солюбилизированному в 150 мМ ЭТА с рН 10,5 на предыдущем этапе, добавляли кристаллическую мочевину до тех пор, пока концентрация не достигала 6 М, после чего раствор выдерживали при комнатной температуре в течение 4 часов. Затем раствор элюировали через колонку с сефарозой объемом 20 мл, используя 6 М мочевину в качестве элюента. Первые 5 мл принимались за объем пустот, за которыми следовали 15 фракций, каждая из которых имела объем 1 мл.Было обнаружено, что фракция 2 содержит очищенные ворсинки. Затем фракцию 2 концентрировали до 60 мкл с использованием центробежного фильтра Amicon Ultra-0,5 мл с пределом отсечки 3 кДа. 15 мкл образца концентрированной фракции 2 использовали для дальнейшего анализа геля следующим образом. К образцу объемом 15 мкл добавляли 5 мкл 4x буфера Лэммелли с 5% бета-меркаптоэтанола (BioRad). Затем образец кипятили в течение 25 минут, а затем анализировали на окрашенном рубином геле SDS-PAGE SYPRO. Как только присутствие и чистота FimA были подтверждены, объем оставшихся 45 мкл концентрированной фракции 2 был увеличен до 250 мкл с помощью 6 М мочевины, а затем подвергнут диализу в 150 мМ ЭТА, рН 10.5. Этот протокол частично вдохновлен аналогичной методологией очистки ⁴⁶ .

Просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) изображений образцов пилей

Медные сетки из углеродной пленки с размером ячеек 400 (Electron Microscopy Sciences) очищали с помощью плазменного очистителя PlasmaFlow на среде в течение 30 с. Затем на медную сетку каплями наносили 5 мкл образца пилей и оставляли прилипать к сетке на 10 мин, после чего остатки буфера удаляли фильтровальной бумагой. Образцы окрашивали 1% красителем PTA с pH 6, помещая сетки на капли красителя объемом 50 мкл в течение 30 с, удаляя сетку и промокая пятно фильтровальной бумагой, помещая сетки на краситель второй раз на 30 с. и, наконец, удаление сеток и промокание пятна фильтровальной бумагой.Затем сетки сушили на воздухе в течение 10 минут перед хранением и визуализацией.

Подготовка образца слюды

Небольшой квадрат слюды (Electron Microscopy Sciences inc.) был прикреплен к ленте, и верхний слой был снят, оставив атомарно плоский свежий слой слюды. На этот слой слюды накапывали 3–4 мкл раствора пилей и оставляли сушиться в эксикаторе при влажности 20% в течение ночи. Буфер удаляли, промывая поверхность электрода 17 мкл воды Milli-Q. Промывку выполняли, капая 17 мкл воды на поверхность слюды, осторожно пипетируя пузырек воды несколько раз вверх и вниз, удаляя воду пипеткой и выбрасывая грязную воду и наконечник.Этот процесс повторялся трижды. После третьей промывки образец слюды оставляли сушиться на воздухе в течение не менее 45 минут, после чего пили визуализировали с помощью атомно-силового микроскопа Asylum Cypher ES (Asylum Research).

Измерения флуоресценции

Временной анализ проводили на спектрофотометре Cary 3E UV-Vis с длинами волн возбуждения 280 нм и 295 нм. Ширина полосы возбуждения составляла 2,5 нм, а ширина полосы излучения – 10 нм. Диапазон сканирования излучения для возбуждения 280 нм составлял от 295 до 500 нм, а диапазон сканирования излучения для возбуждения 295 нм составлял от 310 до 500 нм.Размер шага сканирования составлял 1 нм. Скорость сканирования составляла 100 нм/мин. Используемый образец представлял собой 125 мкл пилей FimA A80W A109W и 125 мкл пилей FimA WT, растворенных в воде милли-Q (pH 7,0) или 150 мМ ETA pH 10,5. Интенсивность излучения на каждой длине волны в диапазоне сканирования измерялась в импульсах в секунду. Фоновое излучение растворителя при 125 мкл было собрано и вычтено для получения окончательных результатов.

Подготовка образцов электродов

Электроды промывали ацетоном, изопропанолом, этанолом и водой Milli-Q в указанном порядке два раза.После второй промывки водой устройство оставляли сушиться на воздухе. Затем устройство было подвергнуто плазменной очистке стороной с электродом вверх с использованием настольного плазменного очистителя Harrick на низкой мощности в течение 2 мин. Электрод вынимали из плазменного очистителя и сразу же капали 3 мкл образца пилей на центр электрода, который затем оставляли сушиться в эксикаторе при 20% влажности в течение ночи. Буфер удаляли путем трехкратной промывки поверхности электрода 17 мкл воды Milli-Q. После третьей промывки электрод оставляли сушиться на воздухе не менее 45 мин.Электроды, соединенные пилями E. coli , были расположены с использованием (Asylum Research).

Визуализация с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ)

Использовались мягкие кантилеверы (AC240TS-R3, Asylum Research) с номинальной силовой постоянной 2 Н/м и резонансными частотами 70 кГц. Амплитуда наконечника в свободном воздухе была откалибрована с помощью программного обеспечения Asylum Research, а постоянная пружины была получена методом тепловых колебаний. Образец визуализировали сканером Cypher ES в режиме прерывистого простукивания (топография AC-air).Изображения были проанализированы с помощью Asylum research v.16 и Gwyddion v.2.55.

Измерения проводимости пилей для отдельных нитей

Измерения проводимости проводились, как описано ранее ¹¹ . Электродные устройства с 17 электродами, расположенными на расстоянии 300 нм друг от друга, были визуализированы с помощью АСМ, чтобы найти отдельные нити ворсинок, соединяющие два электрода. Устройства с пили, соединяющими два электрода, регидратировали путем добавления 0,3 мкл 150 мМ ЭТА с pH 10,5 на электрод и ожидания 45 минут. Проводимость G пилей измеряли в двухэлектродной конфигурации внутри экранированного темного ящика с использованием зондовой станции MPI Corporation, соединенной с анализатором параметров полупроводников (Keithley 4200A-SCS). Напряжение постоянного тока от -0,15 до 0,15 В с шагом 0,05 В прикладывали между электродами, соединенными шунтами, и измеряли ток А до тех пор, пока не наблюдалось устойчивое состояние, обычно в течение двух минут. Линейность ВАХ поддерживалась путем подачи соответствующего низкого напряжения, а наклон кривой I – В использовался для определения проводимости (G) .Линейная аппроксимация IV не всегда проходила через (0,0), однако проводимость была получена из наклона линейной аппроксимации IV. Измерения проводились при низких напряжениях (<0,15 В) и в течение более длительного времени (>120 с), чтобы убедиться в отсутствии электрохимических токов утечки или фарадеевских токов, о чем свидетельствует отсутствие значительной проводимости постоянного тока в буфере. Весь анализ был выполнен с использованием IGOR Pro v.7 (WaveMetrics Inc.). Данные были построены с использованием Graphpad Prism v.8. Чтобы отобразить репрезентативные вольт-амперные кривые на рис.2 и 4, точка пересечения по оси y необработанной линейной аппроксимации была вычтена из значения каждой точки данных, так что все линейные аппроксимации для данных имели точку пересечения по оси y, равную нулю. Этот метод отображения сохраняет наклон линейной подгонки и, следовательно, измерение проводимости нити, а также позволяет легко сравнивать различия в величине проводимости между нитями. Необработанные данные о токе-напряжении для всех нитей накала представлены на дополнительном рисунке 3 и в файле исходных данных.

Расчет проводимости пилей для отдельных нитей

Проводимость σ нитей рассчитывалась с использованием соотношения, описанного в другом месте ³³ \({{{{{\rm{\sigma }}}}}}=\frac{{{{ {{\rm{GL}}}}}}}{{{{{{\rm{na}}}}}}}}\), где Г — проводимость, L — длина нити накала, измеренная между электродов, \(a={{{{{\rm{\pi }}}}}}{r}^{2}\) — площадь поперечного сечения нити с 2\(r\) высотой нить накала, измеренная с помощью АСМ, а n — количество нитей накала, соединяющих электроды последовательно. Для пили с прикрепленными наночастицами золота высота измерялась как пили + AuNP, так как в каждом случае наночастицы золота полностью покрывали часть нити между электродами. Весь анализ был выполнен с использованием IGOR Pro v.7 (WaveMetrics Inc.). Данные были построены в виде графика с использованием Graphpad Prism v.8.

Связывание пилей с помощью гексаметилендиамина

Три различные концентрации гексаметилендиамина: 0 М, 0,08 М и 0,25 М смешивали с чистыми образцами пилей FimA A80W A109W в 150 мМ ЭТА при рН 10.5. При этом рН оба амина молекулы гексаметилендиамина все еще протонированы ⁴⁷ . Эти значения были выбраны на основе концентраций гексаметилендиамина, используемых в другом месте ²² . Один исходный образец пилей FimA A80W A109W был разделен между тремя концентрациями гексаметилена для нормализации концентрации пилей между образцами. Эти растворы хранили при 4 °C в течение 7 дней, чтобы дать возможность сформироваться связкам. После этого растворы визуализировали с помощью АСМ, чтобы определить, присутствуют ли пучки. 0 М гексаметилендиамин использовали в качестве отрицательного контроля отсутствия образования пучков, было обнаружено, что 0,08 М слишком мало для образования пучков в пилях дикого типа, а 0,25 М вызывала образование пучков в пилях дикого типа.

Измерение проводимости пилей для жгутов

Встречно-штыревой электрод (IDE) с расстоянием между пальцевыми электродами 5 мкм очищали ацетоном и сушили газообразным азотом. 0,5 мкл образца пилей FimA A80W A109W каплями наносили на IDE, и образец помещали в эксикатор на 30 минут для просушки.Затем 5 мкл воды Milli-Q добавляли в область, где были залиты пили. Воду оставляли на образце на 1 минуту, после чего удаляли фильтровальной бумагой. Образец был помещен в зондовую станцию, и ток был измерен в диапазоне от -0,2 до 0,2 В с шагом 0,05 В в течение 150 с с использованием той же установки, что и для измерения отдельных нитей накала. Проводимость G сети пилей была найдена тем же методом, что и для отдельных нитей.

Расчет проводимости пилей для жгутов

Проводимость рассчитана с использованием формулы измерения тонкой пленки, описанной в другом месте ³³ , \({{{{{\rm{\sigma }}}}}}=\frac{{{ {{{\rm{GL}}}}}}}{{{{{{\rm{A}}}}}}}\), где Г — проводимость пленки, л — длина зазора электрода 5 мкм, а А — размер капли, покрывающей электрод, которая после измерения была оценена как 0. 926 мкм ² .

Синтез пили наночастиц золота (AuNP-пили)

Пили A109PrOF, включающие NSAA, PrOF, содержащий алкин, использовали для получения AuNP-пилей. 5-нм NHS-активированные наночастицы золота (Cytodiagnostics) реагировали с 11-азидо-3,6,9-триоксаундекан-1-амином (Sigma Aldrich) с использованием рекомендованного протокола Cytodiagnostics. На последнем этапе AuNP-линкер-азид получали путем замены буфера на PBS pH 7,4 (-) MgCl ₂ (-) CaCl ₂ с использованием 100  кДа Amicon Ultra центрифужных фильтров (три раза, центрифугирование при 14000 xg в течение 15 мин).Затем AuNP-линкер-азид связывали с пили A109PrOF посредством катализируемой медью реакции азид-алкинового циклоприсоединения. Вкратце, 20 мкл 50 мМ THPTA и 10 мкл 20 мМ CuSO ₄ предварительно смешивали в течение 30 мин при комнатной температуре. Позже 10 мкл 150 мкМ пилей разводили в 30 мкл PBS pH 7,4 (-) MgCl ₂ (-) CaCl ₂ и к смеси добавляли 2,5 мкл AuNP-линкер-азида. Затем 1 мкл смеси THPTA/CuSO4 добавляли ко всей смеси 40 мкл пилей/AuNP и объединяли.Наконец, добавляют 2,5 мкл 100 мМ аминогуанидина и 2,5 мкл 100 мМ аскорбата натрия. Реакционную смесь встряхивали на настольном шейкере со скоростью 500 об/мин (Santa Cruz Biotechnology) в течение 1 часа. Чтобы остановить реакцию и получить AuNP-линкер-пили, образцы были заменены буфером на 150 мМ ЭТА, рН 10,5, с использованием 100 кДа ультрацентрифужных фильтров Amicon (три раза, центрифугирование при 14 000 х g в течение 15 мин).

MD Моделирование связывания пилей

Атомная структура мономера FimA была получена из банка данных белков (PDB ID 6C53).Полимеризация FimA в пилус типа I включает вставку N-концевой бета-цепи, образованной первыми 20 остатками соседней субъединицы, в открытую бороздку в иммуноглобулиноподобной складке, образованной остатками с 20 по 158 интересующей субъединицы ¹⁷ . Чтобы построить нашу имитационную модель, мы усекли первые 18 остатков и добавили остатки с 3 по 20 соседней субъединицы, что привело к полной иммуноглобулиноподобной складке без посторонней бета-цепи. Две из этих мономерных субъединиц были разделены расстоянием 40 Å и повернуты таким образом, что их внешние поверхности были обращены друг к другу.Молекула гексаметилендиамина (HMD) была параметризована с использованием CHARMM-GUI ⁴⁸ и общего силового поля CHARMM ⁴⁹ в полностью протонированном состоянии с зарядом +2. Для нашего моделирования с 250 мМ HMD мы добавили 55 молекул HMD вокруг белка, рассчитанное как количество молекул HMD, необходимое для сольватации коробки с 250 мМ. Системы моделирования как с HMD, так и без него были сольватированы в водной камере TIP3P с размерами 101 × 88 × 61 Å с использованием сольватного плагина VMD ⁵⁰ .Это обеспечивает не менее 12  Å между краем коробки и ближайшим атомом белка. Метод Particle-Mesh Ewald (PME) ⁵¹ был использован для расчета дальнодействующих электростатических взаимодействий с 90 точками сетки в направлении x, 80 точками сетки в направлении y и 54 точками сетки в направлении z с отсечка 12 Å. Это сферическое отсечение также распространяется на параметры Леннарда-Джонса. Температуру поддерживали с помощью термостата Ланжевена, а давление поддерживали с помощью постоянного метода Нозе-Гувера, в котором динамика Ланжевена используется для контроля колебаний баростата.Скоростной алгоритм Верле использовался с временным шагом 1 фс.

Моделирование МД выполнялось с помощью NAMD v2.13 ⁵² с использованием параметров силового поля CHARMM36 ⁵³ с периодическими граничными условиями. Во-первых, каждая система была минимизирована, после чего была проведена имитация водяного ящика и любых молекул HMD с фиксированными атомами белка с частотой 500 пс. Затем модели были уравновешены до 310 K в ансамбле NVT в течение 3,5 нс при гармонических ограничениях с силовой константой 0,1 ккал/моль для боковых цепей аминокислот и силовой константой 1.0 ккал/моль на белковый остов. Затем производственные прогоны выполнялись в ансамбле NPT в течение 100 нс, при этом кадры записывались в траекторию каждые 2,5 пс.