Неорганическая химия — Википедия

Неоргани́ческая хи́мия — раздел химии, связанный с изучением строения, реакционной способности и свойств всех химических элементов и их неорганических соединений. Эта область охватывает все химические соединения, за исключением органических веществ (класса соединений, в которые входит углерод, за исключением нескольких простейших соединений, обычно относящихся к неорганическим^[1]). Различия между органическими и неорганическими соединениями, содержащими углерод, являются по некоторым представлениям произвольными^[2]. Неорганическая химия изучает химические элементы и образуемые ими простые и сложные вещества (кроме органических соединений). Обеспечивает создание материалов новейшей техники. Число известных на 2013 г. неорганических веществ приближается к 500 тысячам.

Теоретическим фундаментом неорганической химии является периодический закон и основанная на нём периодическая система Д. И. Менделеева. Важнейшая задача неорганической химии состоит в разработке и научном обосновании способов создания новых материалов с нужными для современной техники свойствами.

Исторически название неорганическая химия происходит от представления о части химии, которая занимается исследованием элементов, соединений, а также реакций веществ, которые не образованы живыми существами. Однако со времен синтеза мочевины из неорганического соединения цианата аммония (NH₄OCN), который совершил в 1828 году выдающийся немецкий химик Фридрих Вёлер, стираются границы между веществами неживой и живой природы. Так, живые существа производят много неорганических веществ. С другой стороны, почти все органические соединения можно синтезировать в лаборатории. Однако деление на различные области химии является актуальным и необходимым, как и раньше, поскольку механизмы реакций, структура веществ в неорганической и органической химии различаются. Это позволяет проще систематизировать методы и способы исследования в каждой из отраслей.

Периоди́ческая систе́ма хими́ческих элеме́нтов (таблица Менделе́ева) — классификация химических элементов, устанавливающая зависимость различных свойств элементов от заряда атомного ядра. Система является графическим выражением периодического закона, установленного русским химиком Д. И. Менделеевым в 1869 году. Её первоначальный вариант был разработан Д. И. Менделеевым в 1869—1871 годах и устанавливал зависимость свойств элементов от их атомного веса (по-современному, от атомной массы). Всего предложено несколько сотен^[3] вариантов изображения периодической системы (аналитических кривых, таблиц, геометрических фигур и так далее). В современном варианте системы предполагается сведение элементов в двумерную таблицу, в которой каждый столбец (группа) определяет основные физико-химические свойства, а строки представляют собой периоды, в определённой мере подобные друг другу.

Состоят из атомов одного химического элемента (являются формой его существования в свободном состоянии). В зависимости от того, какова химическая связь между атомами, все простые вещества в неорганической химии разделяются на две основные группы: металлы и неметаллы. Для первых характерна, соответственно, металлическая связь, для вторых — ковалентная. Стоит, впрочем, заметить, что радикальных и существенных отличий друг от друга вышеупомянутые простые вещества не имеют. Также выделяются две примыкающие к ним группы — металлоподобных и неметаллоподобных веществ. Существует явление аллотропии, которое состоит в возможности образования нескольких типов простых веществ из атомов одного и того же элемента; каждый из таких типов называется аллотропной модификацией. Если данное явление обусловлено различным молекулярным составом, то оно определяется как аллотропия состава; если способом размещения молекул и атомов в кристаллах — то как аллотропия формы.

Металлы[править | править код]

Мета́ллы (от лат. metallum — шахта, рудник) — группа элементов, обладающая характерными

металлическими свойствами, такими как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность и металлический блеск. Из 118^[4]химических элементов, открытых на данный момент (из них не все официально признаны), к металлам относят:

Таким образом, к металлам относится 96 элементов из всех открытых.

В силу особенностей металлической атомной связи (а именно — ненасыщаемости и ненаправленности) металлы характеризуются максимально плотными координационными решетками. Наиболее типичны для них кубическая гранецентрированная, кубическая объемно центрированная и гексагональная кристаллические решетки. Кроме того, из-за энергетической близости решеток у многих металлов проявляется полиморфизм.

Неметаллы[править | править код]

Немета́ллы — химические элементы с типично неметаллическими свойствами, которые занимают правый верхний угол Периодической системы. В молекулярной форме в виде простых веществ в природе встречаются азот, кислород и сера. Чаще неметаллы находятся в химически связанном виде: это вода, минералы, горные породы, различные силикаты, фосфаты, бораты. По распространённости в земной коре неметаллы существенно различаются. Наиболее распространёнными являются кислород, кремний, водород; наиболее редкими — мышьяк, селен, иод. Характерной особенностью неметаллов является большее (по сравнению с металлами) число электронов на внешнем энергетическом уровне их атомов. Это определяет их бо́льшую способность к присоединению дополнительных электронов и проявлению более высокой окислительной активности, чем у металлов. К неметаллам также относят водород и гелий.

Количественная классификация[править | править код]

По количеству элементов, входящих в состав вещества, различаются бинарные, трехэлементные соединения и т. п.

Бинарные соединения[править | править код]

Бинарными называются соединения, состоящие из атомов двух элементов. Их классификация также производится на основании типа химической связи; выделяют соединения ионные, ковалентные, металлические, а также характеризующиеся смешанным типом связи. Их химические свойства варьируются в зависимости от химической природы конкретных элементов: соединения, в состав которых входят металлические элементы, характеризуются основными свойствами, в то время как соединения неметаллических элементов проявляют кислотные свойства.

Трехэлементные соединения[править | править код]

Трехэлементные — наиболее простые по составу соединения, которые образуются при взаимодействии, как правило, существенно отличающихся друг от друга по химической природе бинарных соединений. С точки зрения химической связи их подразделяют на ионные, ковалентные и ионно-ковалентные. В зависимости от устойчивости ионов их внешней сферы варьируется устойчивость анионных комплексов, которая, в свою очередь, влияет на свойства соединения и степень его подобия бинарному.

Если же взаимодействующие соединения мало отличаются друг от друга по химической природе, то в результате возникают особые разновидности веществ: смешанные соединения, твердые растворы и эвтектики. Первые из перечисленных — это полимеры, являющиеся продуктом взаимодействия соединений элементов, одинаково склонных к комплексообразованию (к примеру, оксид алюминия и оксид магния), вторые образуются в том случае, если электроположительные элементы могут образовывать схожие структурные единицы (то есть не имеющие принципиальных различий по части строения, размера и устойчивости), а третьи представляют собой результат взаимодействия соединений таких элементов, которые близки друг другу химически, но отличаются по строению или размеру атомов. В последнем случае химического взаимодействия, строго говоря, не происходит вообще — возникает механический конгломерат кристаллов.

Качественная классификация[править | править код]

Большую часть сложных неорганических веществ (то есть состоящих из двух и более химических элементов) можно разделить на следующие группы:

Оксиды[править | править код]

Окси́д (о́кисел, о́кись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF

2. Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей. Оксидами называется класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом.

Соли[править | править код]

Со́ли — класс химических соединений, к которому относятся вещества, состоящие из катионов металла (или катионов аммония Nh5+{\displaystyle \mathrm {NH_{4}^{+}} }; известны соли фосфония Ph5+{\displaystyle \mathrm {PH_{4}^{+}} } или гидроксония h4O+{\displaystyle \mathrm {H_{3}O^{+}} }) и анионов кислотного остатка. Типы солей:

Особую группу составляют соли органических кислот, свойства которых значительно отличаются от свойств минеральных солей. Некоторые из них можно отнести к особенному классу органических солей, так называемых ионных жидкостей или по-другому «жидких солей», органических солей с температурой плавления ниже 100 °C.

Основания[править | править код]

Основа́ния — класс химических соединений:

Кислоты[править | править код]

Кисло́ты — сложные вещества, в состав которых обычно входят атомы водорода, способные замещаться на атомы металлов, и кислотный остаток. Водные растворы кислот имеют кислый вкус, обладают раздражающим действием, способны менять окраску индикаторов, отличаются рядом общих химических свойств.

Прочее[править | править код]

Также можно выделить следующие группы неорганических веществ: карбиды, нитриды, гидриды, интерметаллиды и другие, которые не укладываются в приведённую выше классификацию (более подробно см. Неорганическое вещество).

Карбиды[править | править код]

Карби́ды — соединения металлов и неметаллов с углеродом. Традиционно к карбидам относят соединения, в которых углерод имеет большую электроотрицательность, чем второй элемент (таким образом из карбидов исключаются такие соединения углерода, как оксиды, галогениды и тому подобные). Карбиды — тугоплавкие твёрдые вещества: карбиды бора и кремния (В₄С и SiC), титана, вольфрама, циркония (TiC, WC и ZrC соответственно) обладают высокой твёрдостью, жаростойкостью, химической инертностью.

Нитриды[править | править код]

Нитри́ды — соединения азота с менее электроотрицательными элементами, например, с металлами (AlN;TiN_x;Na₃N;Ca₃N₂;Zn₃N₂; и т. д.) и с рядом неметаллов (NH₃, BN, Si₃N₄). Соединения азота с металлами чаще всего являются тугоплавкими и устойчивыми при высоких температурах веществами, например, эльбор. Нитридные покрытия придают изделиям твёрдость, коррозионную стойкость; находят применение в энергетике, космической технике.

Гидриды[править | править код]

Гидри́ды — соединения водорода с металлами и с имеющими меньшую электроотрицательность, чем водород, неметаллами. Иногда к гидридам причисляют соединения всех элементов с водородом. Гидриды делятся на три типа в зависимости от характера связи в соединении: ионные гидриды, металлические гидриды и ковалентные гидриды.^[5][6].

Интерметаллиды[править | править код]

Металлические соединения, или интерметаллиды — один из четырёх базовых вариантов взаимодействия между металлами (остальные три — полное отсутствие какого-либо влияния, взаимное растворение в жидком состоянии и образование эвтектики в твердом, а также формирование как жидких, так и твердых растворов любого состава). В отличие от, например, твердых растворов интерметаллиды характеризуются сложной кристаллической структурой, непохожей на структуру исходных веществ; аналогичным образом у них могут появляться физические или химические особенности, не свойственные их составляющим в чистом виде. В целом для интерметаллидов характерно широкое разнообразие кристаллических структур и типов химической связи, что, в свою очередь, является причиной обширного спектра их возможных физических и химических свойств.

Интерметаллиды, как и другие химические соединения, имеют фиксированное соотношение между компонентами. Интерметаллиды обладают, как правило, высокой твёрдостью и высокой химической стойкостью. Очень часто интерметаллиды имеют более высокую температуру плавления, чем исходные металлы. Почти все интерметаллиды хрупки, так как связь между атомами в решётке становится ковалентной или ионной (например, в ауриде цезия CsAu), а не металлической. Некоторые из них имеют полупроводниковые свойства, причём, чем ближе к стехиометрии соотношение элементов, тем выше электрическое сопротивление. Никелид титана, известный под маркой «нитинол», обладает памятью формы — после закалки изделие может быть деформировано механически, но примет исходную форму при небольшом нагреве.

Нестехиометрические соединения[править | править код]

Вплоть до начала XX века аксиоматическим считалось положение о постоянстве состава тех или иных веществ, впервые высказанное и сформулированное веком ранее. Рассматриваемое утверждение было аналогичным образом поименовано как закон постоянства состава, а соответствующее свойство веществ — как стехиометричность. Впоследствии проведенные ученым Н. С. Курнаковым исследования показали, что существуют также и соединения переменного состава, то есть нестехиометрические, и при этом они характеризуются довольно высокой степенью распространенности в природе. Н. С. Курнаков предложил также именовать соединения постоянного состава дальтонидами, а переменного — бертоллидами.

В той или иной степени переменный состав характерен для тех веществ, у которых наблюдается либо атомное, либо ионное строение. В таком случае в кристалле могут возникать различного рода дефекты — либо недостаток атомов в определенных узлах, либо их избыток в промежутках между узлами. К примеру, явная нестехиометричность характерна для оксида и сульфата железа (II). Существуют определенные пределы, внутри которых отклонения от стехиометрического состава считаются допустимыми; соответствующий диапазон называется областью гомогенности. В свою очередь, вещества с молекулярным строением имеют постоянный состав; следует, впрочем, заметить, что вплоть до 95 % неорганических веществ такого строения не имеют и в силу этого являются нестехиометрическими. Длительное преобладание представлений о постоянстве состава объясняется тем, что часто изменения оказываются недостаточно существенными для их обнаружения в ходе химического анализа.

1. ↑ К неорганическим соединениям углерода обычно относят некоторые соли (карбонаты, цианиды, цианаты, тиоцианаты) и соответствующие им кислоты, а также оксиды углерода, карбонилы металлов и карбиды.
2. ↑ Spencer L. Seager, Michael R. Slabaugh. Chemistry for Today: general, organic, and biochemistry. // Thomson Brooks/Cole, 2004. — Р. 342. ISBN 0-534-39969-X
3. ↑ В книге В. М. Потапов, Г. Н. Хомченко «Химия», М. 1982 (стр. 26) утверждается, что их более 400.
4. ↑ Международный химический союз признал 112-й химический элемент
5. ↑ Гидриды (неопр.) (недоступная ссылка). XuMuK.ru. Дата обращения 15 июля 2010. Архивировано 22 июня 2012 года.
6. ↑ onium compounds // IUPAC Gold Book

• Капустинский А. Ф. Очерки по истории неорганической и физической химии в России. М.-Л., 1949
• Жамбулова М. Ш. Развитие неорганической химии (Историко-методологический аспект). Алма-Ата, 1981.- 187 с.
• Неорганическое материаловедение в СССР. Под ред. И. В. Тананаева — Киев: Наукова думка, 1983. — 720 с.
• Популярная библиотека химических элементов. Т. 1,2. / Под ред. И. В. Петрянова-Соколова — М.: Наука, 1983. — 575 с., — 572 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 1. М.: Изд-во иностранной литературы, 1963. — 920 с.
• Реми Г. Курс неорганической химии. Т. 2. М.: Мир, 1974. — 775 с.
• Шрайвер Э. Неорганическая химия. Т. 1,2. / Э. Шрайвер, П. Эткинс — М.: Мир, 2004. — 679 с., — 486 с.
• Энциклопедия неорганических материалов / Под ред. И. М. Федорчен-ко. В 2-х т. — Киев: Укр. сов. энциклопедия, 1977. — 1652 с.
• Аблесимов Н. Е. Синопсис химии: Справочно-учебное пособие по общей химии — Хабаровск: Изд-во ДВГУПС, 2005. — 84 с. — http://www.neablesimov.narod.ru/pub04c.html
• Аблесимов Н. Е. Сколько химий на свете? ч. 1. // Химия и жизнь — XXI век. — 2009. — № 5. — С. 49-52.
• Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. — 4 изд., испр. — Москва: Высшая школа, Издательский центр «Академия», 2001. — С. 253-269. — 743 с. — 15 000 экз. — ISBN 5-06-003363-5, 5-7695-0704-7.

ru.wikipedia.org

Амфотерные органические и неорганические соединения

Амфотэрность с греческого означает и тот, и другой. Их двойственность выражается в том, что они могут проявлять и основные, и кислотные свойства.

Амфотэрными называются соединения, которые в зависимости от условий могут проявлять и кислотные, и основные свойства.

Среди неорганических веществ амфотэрными являются оксиды и гидроксиды пэ-элементов. Например: оксиды и гидроксиды цинка, алюминия, бериллия и других элементов, а также оксиды и гидроксиды некоторых дэ-элементов.

Амфотэрные соединения в реакции с кислотой ведут себя как основания, в реакции с основания выступают в роли кислот.

С точки зрения теории электролитической диссоциации кислоты – это электролиты, при диссоциации которых в качестве катионов образуются катионы водорода. Основания – это электролиты, при диссоциации которых в качестве анионов образуются только гидроксид-ионы.

Рассмотрим изменение кислотно-основных свойств гидроксидов.

Для примера возьмём строение гидроксида натрия, гидроксида алюминия и серной кислоты.

У этих гидроксидов будет по-разному разрываться связь. В гидроксиде натрия связь натрий-кислород полярнее, чем между кислородом и водородом.

Поэтому гидроксид натрия будет диссоциировать на ионы натрия и гидроксид-ионы. В серной кислоте атомы водорода и кислорода значительно отличаются по электроотрицательности, чем между серой и кислородом. Поэтому серная кислота диссоциирует с образованием катионов водорода и сульфат-ионов.

Таким образом, в периодах с увеличением порядкового номера происходит ослабление основных свойств и усиление кислотных свойств гидроксидов.

Рассмотрим свойства бескислородных соединений.

Вспомним, согласно протолитической теории, кислоты – это вещества, группы атомов или ионы, которые являются в данной реакции донорами катионов, то есть отдают катионы водорода.

Основания – это вещества, группы атомов или ионы, которые являются акцэпторами катионов, то есть принимают протоны водорода.

Например, рассмотрим водородные соединения неметаллов: аммиака, воды и фтороводорода.

У атома азота в аммиаке одна неподелённая пара электронов, у кислорода в молекуле воды – две неподелённые пары, а у фтора во фтороводороде – три.

В этих молекулах есть неподелённые пары электронов, что позволяет им быть акцэпторами катионов водорода и проявлять основные свойства. Но в молекулах веществ есть и неметаллы – атомы водорода. При отрыве атомов водорода, соединение может быть донором катионов водорода, то есть проявлять кислотные свойства.

Например, в реакции аммиака с водой, катион водорода отделяется от воды, потому что связь между кислородом и водородом более полярная, чем между азотом и водородом, так как разница в электроорицательности кислорода и водорода больше, чем между азотом и водородом.

Этот катион водорода присоединяется к аммиаку. То есть вода здесь проявляет кислотные свойства, а аммиак – основные.

В реакции фтороводорода с водой от фтороводорода отделяется катион водорода, а вода тем самым является акцэптором катионов водорода, потому что связь между водородом и фтором более полярная, чем между кислородом и водородом, фтороводород является кислотой, а вода – основанием.

Поэтому в ряду от аммиака до фтороводорода идёт увеличение порядкового номера неметалла, основные свойства ослабевают, а идёт усиление кислотных свойств.

Таким образом, вода является амфотэрным соединением: с аммиаком вода выступает донором катионов водорода, то есть является кислотой, а в реакции с фтороводородом она будет акцэптором катионов водорода, то есть является основанием.

Амфотэрные соединения реагируют с кислотами и щелочами.

Так, в реакции с кислотами амфотэрные оксиды и гидроксиды ведут себя, как основания.

В реакции гидроксида цинка с соляной кислотой образуется соль – хлорид цинка и вода.

В реакции оксида цинка с соляной кислотой образуется соль – хлорид цинка и вода.

В реакциях с основаниями амфотэрные соединения ведут себя, как кислоты. Так, в реакции гидроксида цинка с гидроксидом натрия образуется тэтра-гидроксо-цинкат натрия, в реакции оксида цинка с гидроксидом натрия образуется соль – тэтра-гидроксо-цинкат натрия.

Аминокислоты являются амфотэрными органическими соединениями. В аминокислотах есть две функциональные группы: аминогруппа и карбоксильная группа.

Эти группы отличаются по свойствам. Так, аминогруппа является акцэптором катионов водорода, так как содержит азот, имеющий неподелённую пару электронов. Аминогруппа обуславливает основные свойства. Карбоксильная группа имеет сильно полярную кислород-водородную связь, поэтому является донором катионов водорода. Карбоксильная группа обуславливает кислотные свойства аминокислот.

Амфотэрные свойства аминокислот связаны с тем, что они являются бифункциональными соединениями. Аминокислота присоединяет протон водорода, который образуется при диссоциации кислоты.

При взаимодействии аминокислоты с гидроксидом натрия она проявляет кислотные свойства, так как взаимодействие происходит в карбоксильной группе.

Аминокислоты реагируют со спиртами по реакции этэрификации с образованием сложных эфиров. При чём, от кислоты отщепляется о-аш группа, а от спирта – атом водорода.

В аминокислотах возможно внутримолекулярное взаимодействие из-за наличия двух функциональных групп. Ион водорода, который образуется при диссоциации в карбоксильной группе, присоединяется к аминогруппе и образуется диполярный ион, как бы внутренняя соль, поэтому аминокислоты проявляют амфотэрные свойства.

Аминокислоты также реагируют друг с другом по реакции кондэнсации.

Благодаря этой реакции в рибосомах происходит биосинтез белка. В промышленности таким образом получают синтетические волокна, например, капрон.

Таким образом, к амфотэрным соединениям относятся соединения, которые могут реагировать и с кислотами, и с основаниями. Неорганическими амфотэрными соединениями являются оксиды и гидроксиды некоторых пэ- и дэ-элементов. Органическими амфотэрными соединениями являются аминокислоты.

videouroki.net

Амфотерные органические и неорганические соединения

К амфотерным неорганическим соединениям относят оксиды и гидроксиды следующих металлов – Al, Zn, Be, Cr (в степени окисления +3) и Ti (в степени окисления +4). Амфотерными органическими соединениями являются аминокислоты – NH₂–CH(R)-COOH.

Получение амфотерных соединений

Амфотерные оксиды получают путем реакции горения соответствующего металла в кислороде, например:

2Al + 3/2O₂ = Al₂O₃

Амфотерные гидроксиды получают по реакции обмена между щелочью и солью, содержащий «амфотерный» металл:

ZnSO₄ + NaOH = Zn(OH)₂ + Na₂SO₄

Если щелочь присутствует в избытке, то есть вероятность получения комплексного соединения:

ZnSO₄ + 4NaOH_изб = Na₂[Zn(OH)₄] + Na₂SO₄

Органические амфотерные соединения – аминокислоты получают путем замещения галогена на аминогруппу в галогензамещенных карбоновых кислотах. В общем виде уравнение реакции будет выглядеть так:

R-CH(Cl)-COOH + NH₃ = R-CH(NH₃⁺Cl^—) = NH₂–CH(R)-COOH

Химические амфотерных соединений

Главным химическим свойством амфотерных соединений является их способность реагировать с кислотами и щелочами:

Al₂O₃ + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂O

Al₂O₃ + NaOH+ 3H₂O= 2Na[Al(OH)₄]

Zn(OH)₂ + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 2H₂O

Zn(OH)₂ + NaOH= Na₂[Zn(OH)₄]

NH₂–CH₂-COOH + HCl = Cl[NH₃–CH₂-COOH]

NH₂–CH₂-COOH + NaOH= NH₂–CH₂-COONa + H₂O

Специфические свойства амфотерных органических соединений

При растворении аминокислот в воде аминогруппа и карбоксильная группа взаимодействуют друг с другом с образованием соединений, называемых внутренними солями:

NH₂–CH₂-COOH ↔ ⁺H₃N–CH₂-COO^—

Молекулу внутренней соли называют биполярным ионом.

Две молекулы аминокислоты могут взаимодействовать друг с другом. При этом происходит отщепление молекулы воды и образуется продукт, в котором фрагменты молекулы связаны между собой пептидной связью (-CO-NH-). Например:

Также для аминокислот характерны все химические свойства карбоновых кислот (по карбоксильной группе) и аминов (по аминогруппе).

Примеры решения задач

ru.solverbook.com

Классификация органических и неорганических соединений — КиберПедия

В основу классификации положен класс углеводородов с учетом следующих важнейших признаков: строение скелета молекулы; степень насыщенности, определяемая природой связи между атомами углерода; наличие функциональных групп и их природа.

По этой классификации углеводороды делятся на три основных ряда:

· Ациклические соединения;

· Карбоциклические соединения;

· Гетероциклические соединения.

Ациклические соединения – соединения, в молекулах которых содержится незамкнутые, или открытые, цепи углеродных атомов. Например:

сн₃—сн₂—сн₂— сн₂—сн₃

пентан

Карбоциклические соединения — обширная группа органи­ческих веществ, которые содержат циклы, состоящие ив атомов углерода.

Наибольшее значение имеют соединения с шестью атомами углерода в кольце.

Карбоциклические соединения могут быть разделены на две основные группы:

• алициклические соединения — циклические соединения, обладающие свойствами алифатических соединений;

• ароматические соединения, занимающие обособленное положение вследствие специфических свойств бензольного ядра. Алициклические соединения включают:

• циклические углероды и их производные;

• терпеноиды, каротиноиды;

• стероиды.

Например:

н₂ с— сн₂

н₂ с— сн₂

циклобутан

Гетероциклические соединения — соединения, в которых формирование цикла осуществляется не только атомами углерода, но и одним или несколькими атомом и других элементов.

В настоящее время получены гетероциклические соединения с участием большинства элементов периодической системы. Из них наибольшее значение имеют кислород, азот, сера.

Многочисленные гетероциклические соединения играют важную роль в биологии, медицине, косметологии и т.д. Они входят в состав важнейших природных продуктов: красящих веществ крови и растений, нуклеиновых кислот, многих витаминов, анти­биотиков и алкалоидов. Многие яркие высокопрочные синтетические красители (индиго, индантрен) также подержат гетеро­циклические кольца.

Например:

НС—СН

НС—СН

О

фуран

От этих рядов углеводородов могут быть получены различные производные, образованные путем замещения одного или нескольких атомов водорода другими атомами или группами атомов (функциональные группы). Введение этих групп в значительной степени определяет химические свойства соответствующих соединений.

Важнейшие производные углеводородов:

Галогенопроизводные алканов характеризуются наличием одного или нескольких атомов галогена. В зависимости от числа атомов галогена различают моно-, ди- и полигалогеноалканы. Широкое применение в качестве растворителей, медицинских препаратов и промежуточных продуктов в органическом синтезе.

Спирты — вещества, полученные путем замещения одного или нескольких атомов водорода в углеводороде одной или несколькимигидроксильными группами ОН, например С₂Н₅ОН (этиловый спирт), СН₂0Н—СНОН—СН₂ОН (глицерин).

Альдегиды и кетоны — производные углеводородов, содер­жащие функциональную карбонильную группу

 

О

С

Иногда эту группу называют карбонилом или оксогруппой. Соединения, содержащие ее, относят к классу оксосоединений. В альдегидах карбонильная группа соединена с водородом и ра­дикалом, в кетонах — с двумя радикалами. Отсюда их общая формула:

О

R – С

Н

Альдегиды

 

О

R – С

R

кетоны

Карбоновые кислоты — вещества, содержащие в молекуле карбоксильную группу СООН, например С₁₅Н₃₁СООН (пальми­тиновая кислота).

Амины — вещества, в молекуле которых содержится амино­группа NH₂илиее производные, например СН₃—NH₂ (метил­амин).

При взаимодействии некоторых простых органических ве­ществ между собой образуются сложные органические соедине­ния; эфиры, жиры, углеводы, белки и др.

Органические соединения широко используются в парфюмерно-косметической промышленности в качестве сырья. Наиболее важными из них являются предельные углеводороды, жиры, альдегиды, кетоны, спирты, белки, жирные кислоты и эфирные масла.

Основными классами неорганических соединений являются оксиды, кислоты, основания, соли.

Оксиды— соединения химических элементов с кислородом. В основном все химические элементы образуют оксиды. Некоторые элементы образуют несколько оксидов, например S0₂ (оксид серы), Вг₂О₇ (оксид брома), Мn₂0₇ (оксид марганца).

Среди кислородных соединений элементов в отдельную группу выделяют пероксиды — производные пероксида водорода Н₂0₂который проявляет слабые кислотные свойства (например, пероксид калия К₂0₂, пороксид натрия Na₂0₂).

По химическим свойствам оксиды делят на три группы: основные, кислотные и амфотерные.

Основные оксиды (например, К₂0, CaO, Na₂O) при взаимодействии с кислотными оксидами образуют соли. Основные оксиды щелочных и щелочноземельных металлов могут взаимодействовать с водой с образованием оснований:

СаО + Н₂0 = Са (ОН)₂

Другие основные оксиды обычно с водой не взаимодействуют.

Кислотные оксиды образуют соли при взаимодействии с осно­ваниями или с основными оксидами.

Амфотерные оксиды образуют соли при взаимодействии как с кислотами путем отнятия йоды, так и с основаниями.

В косметической промышленности некоторые оксиды используют в качестве сырья, например амфотерные оксиды ZnO (цинковые белила). Тi0₂ (титановые белила), которые являются наполнителями.

Кислоты. Карбоновыми кислотами называются органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп СООН, соединенных с углеводородным радикалом. Карбоновые кислоты. Как и неорганические кислоты, со спиртами образуют сложные эфиры, в виде которых часто встречаются в природных продуктах.

Уксусная кислота СН₃—СООН (безводная) — жидкость с острым запахом. Смешивается с водой в любых соотношениях. В косметическом производстве применяется как консервант и нейтрализатор щелочи.

Бензойная кислота С₆Н₅—СООН — простейшая одноосновная кислота ароматического ряда. Представляет собой бесцветные кристаллы (пластины). Отличный антисептик. Применяется как дезинфицирующее средство и как консервант.

Щавелевая кислота НООС—СООН — кристаллическое вещество, растворимое в воде. Ядовита. Содержится во многих расте­ниях. Применяется в производстве красящих веществ.

Молочная кислота

СН₃—СН—СООН

 

ОН

проявляет свойства кислоты и спирта. Образуется при молочнокислом брожении сахаристых веществ. Используется как консервирующее средство и в производстве ухаживающей косметики.

Салициловая кислота НО—C₆H₄—СООН — аналог молочной кислоты в ароматическом ряду. Проявляет свойства кислоты и фенола. Используется как лекарственное вещество и как консервант. В растениях находится в связанном состоянии.

Борная кислота H₃В0₃ — белые кристаллы, растворяющиеся в горячей воде. Является слабой кислотой. Хороший антисептик. Используется в приготовлении лосьонов для ухода за проблемной кожей.

В производстве косметики используют также некоторые высокомолекулярные жирные кислоты — стеариновую, пальмитиновую, миристиновую и др.

Основания— сложные вещества, в состав которых входят атомы металлов, соединенные с одной или несколькими гидроксильными группами ОН. Например, NaOH (гидроксид натрия), КОН (гидроксид калия) и др.

В производстве косметики основания применяются как активизирующее средство (в красителях для волос) и для производства мыла.

Соли — это сложные вещества, образованные атомами металлов и кислотными остатками. Например, бура Na₂B₄O₇ — натриевая соль борной кислоты. Она применяется для смягчения воды, играет роль эмульгатора в косметических препаратах. Бикарбонат аммония NH₄HCO₃ используется в производстве красителей для волос.

Растворы

Растворы имеют важное значение в жизни и практической деятельности человека. Растворами являются все важнейшие физиологические жидкости (кровь, лимфа и т.д.). Производства, в основе которых лежат химические процессы, обычно связаны с использованием растворов.

Раствором называется твердая или жидкая гомогенная система, состоящая из двух или более компонентов (составных частей), относительные количества которых могут изменяться в широких пределах. Наиболее важный вид растворов — жидкие растворы.

Всякий раствор состоит из растворенных веществ и раство­рителя, т.е. среды, в которой эти вещества равномерно распреде­лены в виде молекул или ионов. Обычно растворителем считают тот компонент, который в чистом виде существует в таком же агрегатном состоянии, что и полученный раствор (например, в случае водного раствора соли растворителем, конечно, является вода). Если же оба компонента до растворения находились в одинаковом агрегатном состоянии (например, спирт и вода), то растворителем считается компонент, находящийся в большем количестве. Основной признак, характеризующий растворы, — однородность, что делает их похожими на химические соедине­ния. Выделение теплоты при растворении некоторых веществ тоже указывает на химическое взаимодействие между растворителем и растворяемым веществом.

Концентрация раствора — количество растворенного вещества, содержащееся в определенном количестве раствора или растворителя. Растворы с большой концентрацией растворенного вещества называются концентрированными, с малой — разбавленными.

Концентрацию растворов можно выражать по-разному. В химической практике наиболее употребительны следующие способы выражения концентраций:

· в процентах растворенного вещества по отношению ко всему количеству раствора;

· числом грамм-молекул растворенного вещества, содержащихся в 1 л раствора;

· числом грамм-молекул растворенного вещества, содержащихся в 1000 г растворителя;

· отношением числа грамм-молекул данного вещества к общему числу грамм-молекул всех веществ, имеющихся в растворе;

числом грамм-эквивалентов растворенного вещества в 1 л раствора.

Растворимость — способность вещества растворяться в том или ином растворителе. Мерой растворимости вещества при данных условиях служит концентрация его насыщенного раствора. Поэтому численно растворимость может быть выражена теми же способами, что и концентрация.

По растворимости в воде твердые вещества условно делят на три группы: легкорастворимые, труднорастворимые, практически нерастворимые.

Растворимость в основном зависит от природы вещества. На нее могут влиять температура и давление. Сам процесс раство­рения протекает самопроизвольно и связан с взаимодействием частиц растворимого вещества и растворителя. Чтобы приготовить насыщенный раствор, в воду при неизменной температуре добавляют, постоянно перемешивая, вещество до тех пор, пока оно не выпадет в осадок. В насыщенном растворе между растворителем и растворяемым веществом наступает динамическое равновесие.

Ненасыщенные растворы содержат меньше растворенного вещества, а перенасыщенные — больше, чем насыщенные.

Насыщенными растворами приходится пользоваться сравнительно редко. В большинстве случаев употребляют растворы ненасыщенные, т.е. с меньшей концентрацией растворенного вещества, чем в насыщенном растворе, фактически нерастворимые и малорастворимые вещества, как правило, объединяют в одно понятие — малорастворимые. Растворимость газов обычно характеризуют коэффициентом абсорбции, который выражает объем газа, растворяющегося в одном объеме растворителя с образованием насыщенного раствора.

Водородный показатель. Чистая вода очень плохо проводит электрический ток, но все же обладает измеримой электропроводностью, которая объясняется небольшой диссоциацией воды на ионы водорода и гидроксид-ионы:

Н2О = Н⁺ + ОН^—

Опытным путем установлено, что в 1 л воды при комнатной температуре диссоциации подвергается лишь 10^-7 моль и при этом образуется 10^-7 моль ионов Н⁺ (водорода) и10^-7 моль ионов ОН^— (гидроксид-ионов). Произведение концентрации ионов водорода гидроксид-ионов в воде, называемое ионным произведением воды, при определенной температуре величина постоянная.

Постоянство ионного произведения воды означает, что в любом водном растворе ни концентрация ионов водорода, ни концентрация гидроксид-ионов не может быть равна нулю. Иными словами, любой водный раствор кислоты, основания или соли содержит как ионы Н⁺, так и гидроксид-ионы ОН^—.

Из постоянства ионного произведения следует, что при увеличении концентрации одного из ионов воды соответственно уменьшается концентрация другого иона. Таким образом, кислотность и щелочность раствора можно выражать через концентрацию либо ионов Н⁺, либо ионов ОН^— . На практике пользуются первым способом.

Чтобы избежать неудобств, связанных с применением чисел с отрицательными показателями степени, концентрацию водородных ионов принято выражать через водородный показатель и обозначать символом рН .

Водородным показателем рН называется десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком:

рН= — lg'[H⁺],

где H⁺,— концентрация ионов водорода.

С помощью рН реакция растворов характеризуется как нейтральная при рН, равном 7; кислая — при pНменьше 7; щелочная —при рН больше 7.

Качественно кислотность или щелочность среды определяется с помощью обычных индикаторов (лакмус, фенолфталеин, метиловый, оранжевый).

При работе с химическими веществами парикмахеру важно знать величину рН среды, так как от этого зависит состояние кожи головы и здоровья клиента.

Дисперсные системы

Среди парфюмерно-косметических изделий часто встречаются дисперсные системы, в которых одно вещество равномерно распределено в виде частиц в другом веществе.

Дисперсные системы являются гетерогенными. В них различают дисперсную фазу — раздробленное вещество того или иного размера и формы; дисперсионную среду — однородное вещество, в котором распределена дисперсная фаза.

Дисперсные системы с газообразной дисперсионной средой называют аэрозолями.

Пенки — дисперсия газа в жидкости, причем в пенках жидкость вырождается до тонких пленок, разделяющих отдельные пузырьки газа.

Эмульсии — дисперсные системы, в которых одна жидкость находится во взвешенном состоянии в другой, не растворяющей ее жидкости.

Низко-дисперсные системы твердых частиц в жидкостях на­зывают суспензиями или взвесями, а предельно высокодисперсные — коллоидными растворами или золями.

Золи, в которых дисперсной средой является вода, называют гидрозолями, органическая жидкость — органозолями.

В производстве косметики многие продукты представлены эмульсиями (шампуни), взвесями (лак для ногтей), коллоидными растворами (кремы), пенами (моделирующие препараты) и т.д.

 

cyberpedia.su