Таблица Менделеева. Органические вещества

Современный вариант периодической  системы, первый в российских публикациях, был создан в 1999 году. Новая форма  таблицы Менделеева учебно-справочного  назначения отвечает международным  стандартам. Кроме русских и латинских  названий элементов в ней приводятся английские и американские формы  их написания. Чтобы сохранить преемственность  таблиц и упростить использование  её длинной формы, новые номера групп  в ней согласованы со старыми (римскими) номерами групп (I — VIII) и  подгрупп (a, b), хотя зарубежные источники прежние обозначения уже не указывают. Упрощённые варианты рациональной длинной таблицы были распространены ещё задолго до 1989 года, в том числе в СССР, с одним отличием — номеров групп было восемь (они обозначались римскими цифрами), но они „растягивались“ до восемнадцати за счёт приставок а и b и искусственного создания триад элементов. В новой таблице приведены исправленные атомные массы элементов, утверждённые ИЮПАК в 1995 году, и новые названия десяти последних элементов, окончательно утверждённые, также этой организацией, в 1997-м. Аналоги такой системы, в основном англоязычные, широко распространены в зарубежной литературе.

Таблица Д.И. Менделеева состоит  из 7 периодов. Первые три периода  малые, последние четыре периода  большие.

Физический смысл номера периода заключается в том, что  номер периода соответствует  главному квантовому числу.

Так же она  состоит из 8 групп. Физический смысл номера группы заключается в том, что номер  группы соответствует валентности  входящих в него элементов.

Если элемент обладает переменной валентностью, то номер  группы соответствует наивысшей  валентности данного элемента.

Каждая группа делится  на главную (А) и побочную (В) подгруппу. 
Главная подгруппа содержит элементы и малых, и больших периодов (S и p - элементы). Побочные подгруппы включают в себя d и f – элементы, т.е. элементы только больших периодов.

Элементы, составляющие одну подгруппу, имеют близкие химические свойства, т.к. имеют сходные валентные  окончания. Химические свойства элементов  обуславливаются их валентными окончаниями.

Валентное окончание элемента зависит от его положения в  таблице Менделеева.

Все элементы одной подгруппы  имеют одинаковую конфигурацию валентных  окончаний, но разные квантовые числа.

С увеличением главного квантового числа у элементов данной подгруппы  усиливаются металлические свойства, что обусловлено, в первую очередь, увеличением промежуточных электронных  слоёв между ядром атома и  его валентным слоем.

Элементы, составляющие одну группу, но разные подгруппы, имеют  различные валентные окончания  и различные химические свойства.

17Cl	3S23p5	25Mn	3d54S1
активный неметалл		металл средней активности

 
Элементы, составляющие одну группу, имеют  одинаковую валентность. В случае переменности валентности общей является наивысшая  валентность.

1, 3, 5, 7	2, 3, 4, 5,6, 7
+7	+7
HClO4	HMnO4
хлорная кислота	марганцовая кислота

 
Следующие свойства элементов являются периодическими:

металличность и связанная с ней восстановительная способность;

энергия ионизации;

неметалличность и связанная с ней окислительная способность;

сродство к электрону;

электроотрицательность; 

атомные радиусы.

 
Свойства, не имеющие периодичности :

заряд ядра;

атомная масса.

 
Периодический характер изменения  имеют не только элементы, но и их соединения. Оксиды элементов, расположенных  в начале периодов ( Li₂O; Na₂O; MgO), имеют основный характер. Затем идут амфотерные оксиды (BeO, Al₂O₃). Элементы, расположенные во второй половине, имеют кислотный характер (CO₂, NO2, SiO2). 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   Органические соединения.

К органическим соединениям  относятся углеводороды (соединения углерода и водорода), кислородсодержащие органические соединения (соединения углерода, водорода и кислорода) и  азотсодержащие органические соединения (соединения углерода, водорода и азота).

Углеводороды.

Углеводороды — это  соединения углерода с водородом, не содержащие других элементов. 
Известно множество углеводородов различного состава и строения, в частности ароматические углеводороды. Состав углеводородов выражается общей формулой C_nH_m. 
Углеводороды образуются при гниении растительных организмов и останков животных. Используют углеводороды как топливо и как исходные продукты для синтеза разнообразных веществ. 
Основными источниками получения углеводородов являются природный газ и нефть. В состав природного газа входят главным образом углеводороды с малым молекулярным весом. В состав нефти входят разнообразные углеводороды, обладающие более высоким молекулярным весом, чем углеводороды природных газов. Углеводороды, особенно циклические, получают также сухой перегонкой каменного угля и горючих сланцев. 
Вследствие разнообразия продуктов, содержащих углеводороды, и условий, при которых они могут образоваться заново, углеводороды могут играть роль профвредностей почти во всех отраслях промышленности: при добыче природного жидкого и газообразного топлива (газовая, нефтедобывающая промышленность), при переработке нефти и получаемых из нее продуктов (нефтеперерабатывающая и нефтехимическая промышленность), при использовании продуктов термической переработки каменного и бурого угля, сланцев, торфа, нефти и т. д. для самых различных целей (например, в качестве горючего для автомобилей, тракторов, самолетов и т. д., в качестве растворителей во многих производствах, в качестве минеральных масел и др.). Углеводороды могут играть роль и бытовых ядов: при курении табака (полиароматические), при применении в качестве растворителей в быту (например, при чистке одежды в небольших помещениях), при случайных отравлениях, главным образом детей, жидкими смесями углеводородов (бензином, керосином и т. д.) и в других случаях. 
Профвредности разных углеводородов определяются силой их наркотического действия и наличием у некоторых из них также специфического токсического действия. Наиболее выражено оно у ароматических углеводородов. 
Опасность профессиональных отравлений углеводородами определяется в значительной степени их летучестью. 
Углеводороды жирного ряда, содержащие до 5 атомов углерода в молекуле (метан, ацетилен, пропан, бутан, пентан) и представляющие собой при обычной температуре и давлении газообразные вещества, могут содержаться в воздухе в любых концентрациях и приводить в некоторых случаях к недостатку кислорода в воздухе (например, накопление метана в угольных шахтах и др.) и к взрывам. Предельные углеводороды, содержащие от 6 до 9 атомов углерода в молекуле (гексан, гептан, октан, нанан),— жидкие вещества, входящие в состав бензина, керосина. Они широко применяются как растворители и разбавители клеев, лаков, красок, а также как обезжиривающие вещества и могут создавать высокие концентрации паров в производственных помещениях (резинотехническая, лакокрасочная, машиностроительная и другие отрасли промышленности). 
Тяжелые углеводороды с 10 и более атомами углерода в молекуле (нефтяные и минеральные масла, парафины, нафталин, фенантрен, антрацен, битумы, пеки и др.) отличаются малой летучестью, но вызывают те или иные поражения при хроническом воздействии на кожу и слизистые оболочки, а также оказывают общетоксическое действие. Так, при работе с охлаждающими смазывающими жидкостями (фрезол, сульфофрезол и др.) и изготовленными на их основе эмульсолами и эмульсиями (обработка металла резанием и др.) могут развиться масляные фолликулиты. 
В связи с этим основные профилактические мероприятия на производствах, получающих и использующих углеводороды, направлены на предотвращение и устранение загрязнения воздушной среды газообразными углеводородами и воздействия на кожные покровы жидких углеводородов. Так, например, производят пропарку и интенсивное вентилирование емкостей (цистерн, отсеков, танкеров и др.), используемых для перевозки нефти и топливного бензина, при очистке этих емкостей перед новым наливом. При использовании смазочно-охлаждающих масел, керосинов и бензинов в машиностроительной промышленности производственные помещения обеспечиваются местной вытяжной вентиляцией для улавливания масляного и керосинового тумана в местах его образования и общеобменной вентиляцией. На нефтеперерабатывающих заводах обеспечивают герметичность оборудования, всякого рода коммуникаций, задвижек, фланцевых соединений, применение бессальниковых насосов. В резиновой, обувной и лакокрасочной промышленности, где широко применяют бензины в качестве растворителей и разбавителей, предусматривается устройство укрытий и вытяжной механической вентиляции от отдельных видов оборудования, в частности смесителей, и общее вентилирование помещений. 
На производствах, где широко используются нефтяные и минеральные масла и их эмульсии (машиностроительная промышленность), нефтяные продукты (нефтеперерабатывающая промышленность, в частности при крекинг-процессах),санитарно-бытовые помещения оборудуются душевыми и умывальниками с теплой водой, а рабочие, соприкасающиеся с вредными продуктами, снабжаются защитной спецодеждой и защитными мазями.  
Предельно допустимые концентрации углеводородов в воздухе (в пересчете на углерод) составляют 300 мг/м³, а для паров топливных бензинов — 100 мг/м³.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кислородсодержащие органические соединения.

Кислородсодержащие органические соединения. — соединения, содержащие в молекуле связи углерод — водород и углерод — кислород. К кислородсодержащим относится большая часть органических соединений.

Спирты – гидроксильные производные углеводородов различных типов.

Для гидроксильных производных  бензола и его гомологов, содержащих ОН-группу непосредственно у бензольного ядра, употребляют название фенолы.

По химической природе жиры – это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших одноосновных кислот.

Для альдегидов характерно присутствие в молекуле кислорода, связанного двойной связью с атомом углерода.

Органические соединения, содержащие в качестве функциональной группы карбоксил, носят название карбоновых кислот. В зависимости от характера радикала, с которым связана карбоксильная группа, различают кислоты предельные, непредельные, ароматические и т.д. По числу имеющихся в молекуле карбоксильных групп их подразделяют на одноосновные, двухосновные и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Азотосодержащие органические соединения.

Очень важны в народном хозяйстве азотсодержащие органические вещества. Азот может входить в  органические соединения в виде нитрогруппы NO₂, аминогруппы NH₂ и амидогруппы (пептидной группы) – C(O)NH, причем всегда атом азота будет непосредственно связан с атомом углерода.

Нитросоединения получают при прямом нитровании предельных углеводородов азотной кислотой (давление, температура) или при нитровании ароматических углеводородов азотной кислотой в присутствии серной кислоты, например:

 
 

Низшие нитроалканы (бесцветные жидкости) используются как растворители пластмасс, целлюлозного волокна, многих лаков, низшие нитроарены (желтые жидкости) – как полупродукты для синтеза аминосоединений.

Амины (или аминосоединения) можно рассматривать как органические производные аммиака. Амины могут быть первичными R – NH₂, вторичными RR'NH и третичнымиRR'R" N, в зависимости от числа атомов водорода, которые замещены на радикалы R, R', R". Например, первичный амин — этиламин C₂H₅NH₂, вторичный амин —дижетиламин (CH₃)₂NH, третичный амин – триэтиламин (C₂H₅)₃N.

Амины, как и аммиак, проявляют  основные свойства, они в водном растворе гидратируются и диссоциируют как слабые основания:

 
 

а с кислотами образуют соли:

 
 

Третичные амины присоединяют галогенпроизводные с образованием солей четырехзамещенного аммония:

 
 

Ароматические ажины (в которых аминогруппа связана непосредственно с бензольным кольцом) являются более слабыми основаниями, чем алкиламины, из-за взаимодействия неподеленной пары электронов атома азота с ?-электронами бензольного кольца. Аминогруппа облегчает замещение водорода в бензольном кольце, например на бром; из анилина образуется 2,4,6-триброманилин:

 
 

Получение: восстановление нитросоединений с помощью атомарного водорода (получают либо непосредственно в сосуде по реакции Fe + 2НCl = FeCl₂ + 2Н⁰, либо при пропускании водорода Н₂ над никелевым катализатором Н₂ = 2Н⁰) приводит к синтезу первичных аминов:

a)

б) реакция Зинина

Амины используются в производстве растворителей для полимеров, лекарственных  препаратов, кормовых добавок, удобрений, красителей. Очень ядовиты, особенно анилин (желто-коричневая жидкость, всасывается в организм даже через кожу).

Аминокислоты. Белки

Аминокислоты – органические соединения, содержащие в своем составе две функциональные группы – кислотную СООН и аминную NH₂; являются основой белковых веществ.

Примеры:

 
 

Аминокислоты проявляют  свойства и кислот, и аминов. Так, они образуют соли (за счет кислотных  свойств карбоксильной группы)

Белки – органические природные соединения; представляют собой биополимеры, построенные из остатков аминокислот. В молекулах белков азот присутствует в виде амидогруппы – С(О) – NH– (так называемая пептидная связь С – N). Белки обязательно содержат С, Н, N, О, почти всегда S, часто Р и др.

При гидролизе белков получают смесь аминокислот.

По числу остатков аминокислот  в молекуле белка различают дипептиды (приведенный выше глицилаланин), трипептиды и т. д. Природные белки (протеины) содержат от 100 до 1 10⁵ остатков аминокислот, что отвечает относительной молекулярной массе 1 • 10⁴– 1 • 10⁷.

Образование макромолекул протеинов (биополимеров), т. е. связывание молекул аминокислот в длинные цепи, происходит при участии группы СООН одной молекулы и группы NH₂ другой молекулы:

 
 

Физиологическое значение белков трудно переоценить, не случайно их называют «носителями жизни». Белки – основной материал, из которого построен живой  организм, т. е. протоплазма каждой живой клетки.

При биологическом синтезе  белка в полипептидную цепь включаются остатки 20 аминокислот (в порядке, задаваемом генетическим кодом организма). Среди  них есть и такие, которые не синтезируются  вообще (или синтезируются в недостаточном  количестве) самим организмом, они  называются незаменимыми аминокислотами и вводятся в организм вместе с пищей. Пищевая ценность белков различна; животные белки, имеющие более высокое содержание незаменимых аминокислот, считаются для человека более важными, чем растительные белки.