Оксигеновмісні органічні сполуки

Реферат

з хімії

Оксигеновміснісні органічні сполуки



План

І) Спирти. Феноли. Альдегіди

ІІ) Карбонові кислоти

ІІІ) Естери. Жири. Вуглеводи

ІV) Добування і застосування

V) Склад молекул

VІ) Значення в життєдіяльності організмів



І) Спирти. Феноли. Альдегіди

Спирти -- це органічні сполуки, до складу яких входить одна або декілька гідроксильних груп (гідроксигруп), сполучених з вуглеводневим радикалом.

Гідроксигрупа -ОН називається функціональною групою, оскільки вона зумовлює основні хімічні властивості спиртів.

У насичених одноатомних спиртів усі карбонові зв'язки ординарні і лише один атом Гідрогену заміщений гідроксигрупою. Назви спиртів утворюються від назв відповідних вуглеводнів з додаванням суфікса -ол (наприклад етанол). Існують також тривіальні назви (наприклад етиловий спирт).

Представники гомологічного ряду насичених одноатомних спиртів

Молекулярна формула	Назва за міжнародною систематичною номенклатурою	Тривіальна назва	Молекулярна формула	Назва за міжнародною систематичною номенклатурою	Тривіальна назва
	Метанол	Метиловий спирт		Метанол	Метиловий спирт
	Етанол	Етиловий спирт		Етанол	Етиловий спирт
	Пропанол	Пропіловий спирт		Пропанол	Пропіловий спирт

Загальна формула насичених одноатомних спиртів:;, де R -- вуглеводневий радикал, або

Ізомерія спиртів зумовлена будовою карбонового скелета й положенням функціональної групи.

При складанні назви ізомеру нумерація атомів Карбону починається з того кінця карбон-карбонового ланцюга, до якого ближча функціональна група. Номер атома Карбону, при якому знаходиться гідроксигрупа, указується в кінці назви спирту. Положення вуглеводневого радикала вказується на початку назви. Наприклад:

4-метилпентанол-2 (але не 2-метилпентанол-4)

Фізичні властивості спиртів. Спирти з числом атомів Карбону до 15 -- рідини, інші -- тверді речовини. Метанол і етанол -- безбарвні рідини, з характерним запахом, добре розчинні у воді. Температура плавлення метанолу -- , етанолу -- . Температура кипіння метанолу -- , етанолу --.

Біологічна дія спиртів.

Метанол -- дуже сильна отрута, якщо потрапляє в організм у малих дозах (5--10 мл), викликає сліпоту, у великих (30 мл) -- смерть.

Етанол -- наркотична речовина, у невеликих дозах викликає сп'яніння, у великих -- смерть. При постійному вживанні етанолу розвивається захворювання -- алкоголізм.

Добування спиртів.

1) Приєднання води до алкенів (гідратація):

або

2) Із галогенопохідних:

3) Каталітичний синтез метанолу з карбон(ІІ) оксиду і Гідрогену за температури близько , тиску 7 МПа, каталізатор -- суміш цинк оксиду і купрум(II) оксиду:

4) Етанол утворюється в результаті бродіння глюкози:

Хімічні властивості спиртів (на прикладі етанолу).

1) Горіння:

Утворюються вуглекислий газ і вода (при достатній кількості кисню). Реакція проходить із великим виділенням теплоти.

2) Взаємодія з активними металами:

Утворюються водень і алкоголяти (у даному випадку -- калій етилат).

3) Взаємодія з галогеноводнями:

4) Внутрішньомолекулярна дегідратація (за температури, що перевищує у присутності концентрованої сульфатної кислоти):



5) Міжмолекулярна дегідратація (при надлишку спирту і температурі, що не перевищує:

діетиловий естер

Діетиловий естер належить до простих естерів із загальною формулою, діетиловий естер

Діетиловий естер належить до простих естерів із загальною формулою, , де і -- вуглеводневі радикали спиртів.

Застосування спиртів.

Етанол застосовують для добування синтетичного каучуку, пластмас, різних органічних речовин: діетилового естеру, барвників, оцтової кислоти. Його використовують як розчинник для виготовлення парфумів, одеколонів, ліків, лаків і т. д. Етанол у суміші з бензином можна використовувати як пальне для двигунів внутрішнього згоряння.

Метанол застосовують як розчинник або сировину для одержання формальдегіду, деяких барвників, фотореактивів, фармацевтичних препаратів.

Багатоатомні спирти

Багатоатомними називаються спирти, у молекулах яких два або більше атомів Гідрогену заміщені на гідроксигрупи.

Якщо в молекулі спирту містяться три гідроксигрупи, він належить до триатомних спиртів. У назві такого багатоатомного спирту присутній суфікс -тріол.

Загальна формула триатомних спиртів . Наприклад, формула пропантріолу-1,2,3 (гліцерину):

Феноли

Феноли -- це органічні сполуки, у молекулах яких гідроксильні групи зв'язані з бензеновим ядром.

Феноли з однією гідроксигрупою називаються одноатомними. Найпростіший фенол має загальну формулу . Його структурна формула:

або

Радикал називається феніл.

У молекулі фенолу відбувається взаємний вплив гідроксигрупи і бензенового ядра, в результаті якого атом Гідрогену гідроксигрупи стає більш реакційноздатним, а фенол виявляє властивості слабкої кислоти (слабкішої за карбонатну). Максимуми електронної густини в бензеновому кільці знаходяться в положеннях Карбону 2, 4, 6 відносно групи -ОН, тому атоми Гідрогену в цих положеннях легше вступають у реакції заміщення.

Фізичні властивості фенолу. Безбарвна кристалічна речовина з різким характерним запахом, частково розчинна у воді (краще розчиняється в гарячій воді). Температура плавлення , кипіння . Під час зберігання поступово набуває рожевого забарвлення (окиснюється киснем повітря). Розчин фенолу у воді називається ще карболовою кислотою.

Біологічна дія фенолу. Отруйний, має сильні антисептичні властивості. У разі попадання на шкіру викликає хімічні опіки.

Добування фенолу.

1) Із галогенопохідних:

2) Кумольний метод (окиснення ізопропілбензену киснем повітря) -- основний промисловий метод добування фенолу:

3) Із кам'яновугільної смоли, яка утворюється внаслідок сухої перегонки вугілля.

Альдегіди

Альдегідами називаються органічні сполуки, у молекулах яких міститься альдегідна функціональна група: -

Назви альдегідів за міжнародною номенклатурою утворюються від назв відповідних вуглеводнів із додаванням суфікса -аль. Тривіальні назви утворюються від назв кислот, які можуть бути одержані з цих альдегідів.

Загальна формула альдегідів:

Ізомерія альдегідів зумовлена зміною в будові карбонового скелета, сполученого з альдегідною групою. Карбон, що входить до альдегідної групи, вважається першим. Наприклад:

Представники гомологічного ряду альдегідів

Формальдегід -- безбарвний газ із різким задушливим запахом. Добре розчиняється у воді. Температура кипіння . Водний 40%-й розчин формальдегіду називається формаліном.

Ацетальдегід -- безбарвна легколетка рідина з різким запахом, добре розчинна у воді. Температура кипіння .

Біологічна дія альдегідів.

Альдегіди -- отруйні речовини.

Добування альдегідів.

1) Окиснення спиртів із гідроксигрупою біля першого атома Карбону: 

2) Окиснення алкенів:

3) Метаналь добувається каталітичним окисненням метану (каталізатори -- нітроген оксиди):

4) Реакція Кучерова:

Застосування альдегідів.

Формальдегід застосовують для виробництва фенолформальдегідних смол, барвників, синтетичного каучуку, лікарських і вибухових речовин, а також для дезінфекції приміщень і зберігання біологічних препаратів.

Ацетальдегід застосовують для виробництва оцтової кислоти, а також у деяких органічних синтезах.



ІІ) Карбонові кислоти

Карбонові кислоти -- це органічні сполуки, до складу молекул яких входить карбоксильна функціональна група:

-

Насичені одноосновні карбонові кислоти містять одну карбоксильну групу й ординарні карбон-карбонові зв'язки.

У результаті взаємного впливу атомів у карбоксильній групі:

-- зв'язок С=О міцніший, ніж в альдегідній групі;

-- зв'язок O-H менш міцний, ніж у спиртах;

-- атом Гідрогену більш рухливий і реакційноздатний.

Міжнародні систематичні назви карбонових кислот утворюються від назв відповідних вуглеводнів із додаванням закінчення -ова і слова кислота. Наприклад, метанова кислота.

Загальна формула насичених одноосновних карбонових кислот

або

Представники гомологічного ряду насичених одноосновних карбонових кислот

Формула	Назва за міжнародною систематичною номенклатурою	Тривіальна назва
НСООН	Метанова кислота	Мурашина кислота
	Етанова кислота	Оцтова кислота
	Пропанова кислота	Пропіонова кислота
	Бутанова кислота	Масляна кислота
	Пентанова кислота	Валеріанова кислота

Ізомерія карбонових кислот зумовлена зміною будови карбонового скелета. Ізомери утворюються у кислот з більш ніж чотирма атомами Карбону, починаючи з бутанової кислоти. Нумерація атомів Карбону починається з Карбону, що входить до складу карбоксильної групи. Наприклад:

Добування карбонових кислот.

Загальний спосіб добування карбонових кислот -- окиснення альдегідів або спиртів із гідроксигрупою біля першого атома Карбону:

Застосування карбонових кислот.

Мурашина кислота застосовується як протрава для фарбування шерсті, консервант фруктових соків і силосу, використовується для дезінфекції місткостей у харчовій промисловості, у хімічних синтезах.

Оцтова кислота застосовується для добування пластмас, барвників, ліків, штучних волокон, кіноплівки в хімічних синтезах. Вона використовується як приправа до їжі, для консервації овочів. Солі оцтової кислоти використовують для фарбування тканин, а також для боротьби зі шкідниками сільського господарства.



ІІІ) Естери. Жири. Вуглеводи

Естери

Естери можна розглядати як похідні кислот, у яких Гідроген гідроксильної групи заміщений на вуглеводневий радикал спирту.

Назви естерів утворюються від назв відповідних кислот і спиртів з додаванням слова естер. Наприклад, естер

можна назвати етиловий естер оцтової кислоти, за міжнародною систематичною номенклатурою -- етилацетат (суфікс -ат).

Загальна формула естерів:

де R1 -- вуглеводневий радикал кислоти (у мурашиній кислоті це атом Гідрогену), R2 -- вуглеводневий радикал спирту.

Фізичні властивості естерів. Естери нижчих карбонових кислот і спиртів -- леткі рідини, малорозчинні або нерозчинні у воді, добре розчинні у спирті та інших органічних розчинниках. Багато естерів мають приємний запах.

Естери вищих кислот і спиртів -- воскоподібні речовини, без запаху, нерозчинні у воді, добре розчинні в органічних розчинниках.

Реакція утворення естеру з карбонової кислоти і спирту називається реакцією естерифікації. Наприклад:



CH3- + CH3OH ? CH3- ++ H2O

метилацетат

Хімічні властивості естерів. Взаємодія естеру з водою, що призводить до утворення вихідних спирту і кислоти, називається реакцією гідролізу, або омилення.

1) Кислотний гідроліз (каталізатор -- іони Гідрогену) оборотних:

2) Лужний гідроліз (каталізатор -- іони гідроксигрупи) необоротний, оскільки утворюється сіль карбонової кислоти:

Застосування естерів. Складні естери застосовуються як розчинники та розріджувачі для лаків і фарб, як ароматизатори в харчовій промисловості.

Жири

Жири -- це естери, утворені вищими одноосновними карбоновими кислотами й триатомним спиртом гліцерином. Загальна назва таких сполук -- тригліцериди. Природні жири -- суміш різних тригліцеридів.

Загальна формула тригліцеридів:

де , , -- вуглеводневі радикали кислот.

Назви жирів визначаються назвами кислот, які входять до їхнього складу. Наприклад, жир

називається тригліцерид стеаринової кислоти,або тристеарин.

Фізичні властивості жирів. За кімнатної температури жири бувають рідкими й твердими. Агрегатний стан жирів визначається жирними кислотами, які входять до їхнього складу. Тверді жири утворені насиченими кислотами, рідкі жири (олії) -- ненасиченими. Температура плавлення жиру тим вища, чим більше в ньому насичених кислот і чим довший кислотний радикал. Тваринні жири частіше тверді, рослинні частіше рідкі.

Жири розчинні в органічних розчинниках і нерозчинні у воді.

Біологічне значення жирів. Жири входять до складу клітин рослинних і тваринних організмів, є джерелом енергії в клітині, будівельним матеріалом, беруть участь в обміні речовин, відкладаються в тканинах організму як запасна поживна речовина.

Добування жирів. Реакція утворення жиру, наприклад тригліцериду стеаринової кислоти (тристеарину):



ІV) Добування і застосування

Кисень 02 і озон 03 -- алотропні форми елемента Оксигену.

Порівняння властивостей кисню 02 й озону 03 засвідчує, що окисна активність озону вища, ніж кисню. Наприклад, вже за звичайних умов він окиснює багато які малоактивні прості речовини (срібло, ртуть тощо):

8Ag + 203 = 4Ag20 + 02^

Таблиця 1. Властивості кисню й озону

Властивості простих речовин	Прості речовини
кисень	Прості речовини
озон	Агрегатний стан за звичайних умов Газ Газ	Колір Безбарвний Синій
Запах Без запаху Різкий, своєрідний	Розчинність (у 100 об'ємах Н20 при 200С) 3 об'єми 49 об'ємів	Густина газу за н. у. 1,43 г/л 2,14 г/л
Температура кипіння -193 °С -112 °С	Температура плавлення -219 °С -192 °С	Фізіологічна дія Неотруйний Дуже отруйний
Хімічні властивості Окисник Дуже сильний окисник	Реакційна здатність Висока Дуже висока
Властивості простих речовин	Прості речовини
кисень	Прості речовини
озон	Агрегатний стан за звичайних умов Газ Газ	Колір Безбарвний Синій
Запах Без запаху Різкий, своєрідний	Розчинність (у 100 об'ємах Н20 при 200С) 3 об'єми 49 об'ємів	Густина газу за н. у. 1,43 г/л 2,14 г/л
Температура кипіння -193 °С -112 °С	Температура плавлення -219 °С -192 °С	Фізіологічна дія Неотруйний Дуже отруйний



Підвищена окисна здатність озону (порівняно з киснем) пояснюється низькою енергією відриву атома Оксигену від молекули озону 03, і в реакціях окиснення беруть участь саме ці атоми Оксигену.

Застосування озону зумовлене його винятковими окисними властивостями. Озон використовується для озонування питної води, що значно ефективніше, ніж хлорування; для знешкодження промислових стічних вод; вибілювання тканин, мінеральних масел; як дезінфікуючий засіб у медицині; як окисник ракетного палива.

Зверніть увагу на фізіологічну дію озону: він отруйний для людини, тварин і рослин. Невеликі концентрації озону в повітрі створюють відчуття свіжості, але вдихання повітря навіть із зовсім малою концентрацією озону викликає подразнення дихальних шляхів, кашель, блювоту, запаморочення, стомленість.

Проте озон може бути не лише шкідливим, а й корисним. Біля поверхні Землі озону мало. Його концентрація у повітрі коливається (вночі менша, вдень більша). Влітку і навесні його в повітрі у 3,5 раза більше, ніж узимку і восени. Над полярними частинами Землі вміст озону в повітрі вищий, ніж над екватором, в атмосфері міст -- вищий, ніж у сільській місцевості. 3 віддаленням від поверхні Землі концентрація озону збільшується і досягає максимуму на висоті 20 -- 25 км. Там утворюється так званий озоновий шар.

Озоновий шар відіграє значну роль у збереженні життя на нашій планеті. Він затримує найбільш згубну для людини, тварин і рослин частину ультрафіолетової радіації Сонця, яка спричинює онкологічні (ракові) захворювання шкіри. Окрім того, озоновий шар разом з вуглекислим газом С02 поглинає інфрачервоне випромінювання Землі і тим самим запобігає її охолодженню. Так озоновий шар забезпечує збереження життя на Землі.

Ви вже знаєте, що кисень -- дуже реакційноздатна речовина. Він реагує з багатьма металами, неметалами і багатьма складними речовинами, виявляючи властивості сильного окисника.

* Які сполуки утворюються під час взаємодії з киснем: а) водню б) алюмінію; в) метану СН4? Напишіть рівняння реакцій, зазначте у кожному з випадків ступінь окиснення елементів окисник і відновник.

Хімічна активність сірки також доволі висока. При нагріванні вона реагує майже з усіма елементами (у формі простих речовин) і з багатьма складними речовинами, виявляючи при цьому властивості як окисника, так і відновника (порівняйте з киснем), бо для неї характерні як позитиви ступені окиснення (+4, +6), так і негативний (-2).

1. Взаємодія з металами. Сірка як типовий неметал взаємодіє з багатьма металами (окрім золота), утворюючи сульфіди. Так, якщо всипати порошок міді у розплавлену сірку (мал. 3), то відбувається реакція з утворенням чорного сульфіду купруму (І) і виділенням великої кількості теплоти:

2Cu + S = Cu2S

Після початку реакції спиртівку відставляють.

* Сірка безпосередньо сполучається з залізом, цинком, натрієм, алюмінієм. Напишіть рівняння цих реакцій і зазначне назви речовин, що утворилися. 2. Взаємодія з неметалами. Сірка безпосередньо взаємодіє з усіма неметалами (окрім йоду й азоту). Реакції відбуваються при нагріванні:

S + 02 = S02^

H2 + S = H2S^

Застосування. Найбільша маса сірки і природних сульфідів витрачається на виробництво сульфатної кислоти. Сірка використовується і в інших галузях хімічної промисловості: для добування сульфітів Na2S03 і Ca(HS03)2 для легкої промисловості, сульфідів Na2S, CaS, BaS для шкіряного виробництва, виготовлення люмінофорів (речовин, здатних світитися). Сірку застосовують у виробництві барвників, гуми, чорного пороху, сірників, ліків, використовують її і в сільському господарстві для боротьби із шкідниками.

Фізичні властивості азоту

За звичайних умов азот -- газ без кольору і запаху. Молекули його неполярні, тому взаємодія між ними слабка, вона не може перешкодити їхньому xaoтичному рухові. Цим пояснюється газуватий стан азоту за звичайних умов і це є причиною того, що азот зріджується (-196 °С) і твердне (-210 °С) за дуже низьких температур. У твердому стані має молекулярні кристалічні ґратки. Неполярністю молекул азоту пояснюється його низька розчинність у воді (в 1 об'ємі води за 20 °С розчиняється 0,0154 об'єми азоту). Він трохи легший за повітря, маса 1 л азоту дорівнює 1,25 г.

Хімічний елемент Фосфор, на відміну від Нітрогену, утворює кілька простих речовин, які помітно різняться за властивостями.

Це -- білий, червоний і чорний фосфор.

Білий фосфор -- м'яка кристалічна речовина, у чистому вигляді зовсім безбарвна і прозора, але звичайно жовтуватого кольору (схожа на віск), летка, має запах часнику, легкоплавка (tпл. = 44 °С) і легкозаймиста. Має молекулярні кристалічні ґратки, у вузлах яких розміщені тетраедричні молекули Р4. У воді не розчиняється. Розчиняється у сірковуглеці CS2 та бензині. У темряві на повітрі світиться зеленкувато-жовтим світлом (люмінесценція), при цьому виділяється теплота (хімічна енергія перетворюється на світлову). Таке явище спричинюється повільним окисненням. Теплота, що виділяється при цьому, може розплавити фосфор і призвести до його займання. Через це білий фосфор зберігають під водою. Під час нагрівання або на світлі він перетворюється на червоний фосфор.

Білий фосфор -- надзвичайно отруйна речовина, навіть у малих дозах (50 мг) діє смертельно!

Червоний фосфор -- порошок від темно-коричневого до червоного і фіолетового кольору, з атомними кристалічними гратками (структура до кінця не з'ясована), без запах, не отруйний на повітрі окиснюється повільно, у темряві не світиться, загоряється лише при 260 °С. Легко вбирає вологу (гігроскопічний), але у воді і в сірковуглеці CS2 не розчиняється. Під час нагрівання без доступу повітря випаровується, а при охолодженні його пара перетворюється на білий фосфор.

Чорний фосфор -- речовина, схожа на графіт, має шарувату будову, металічний блиск, виявляє властивості напівпровідника, не отруйний. Це найбільш стійка алотропна форма. Утворюється з білого фосфору при тривалому нагріванні (200 °С) під великим тиском (1220 МПа).

Утворення фосфором кількох алотропних форм пояснюється різним розміщенням атомів один відносно одного у кристалічних ґратках.

Ви вже знаєте, що в молекулі азоту N2, за рахунок трьох неспарених електронів кожного з атомів утворюється потрійний зв'язок:

N2 :N::N: N=N

Через це молекула азоту дуже міцна. Потрібно витратити велику кількість енергії на руйнування зв'язку, щоб почалася реакція. Тому молекулярний азот, як правило, вступає в хімічну взаємодію за високих температур.

Фосфор хімічно активніший, ніж азот. Хімічна активність фосфору залежить від алотропної форми. Так, найактивніший білий фосфор. Ви знаєте, що він легко окислюється на повітрі і світиться в темряві, може самовільно спалахувати. Червоний фосфор менш активний. Він окислюєтьсмя під час нагрівання. Ще менш активний -- чорний фосфор.

У рівняннях хімічних реакцій білий фосфор звичайно позначають формулою Р4, що відповідає складу його молекули. Червона і чорна алотропні форми фосфору позначаються символом Р. Такий самий символ використовують, коли форма невідома або може бути будь-якою. Це хімічна формула фосфору умовна для всіх його алотропних форм.

Оскільки Нітроген і Фосфор у сполуках можуть виявляти як позитивний, так і негативний ступені окиснення, їхні прості речовини в реакціях можуть бути як окисниками, так і відновниками. Азот і фосфор поводяться як окисники відносно найактивніших металів і водню. При цьому

0 +6e -3 0 +3e -З

N2 > 2N Р > Р

1. Взаємодія з металами. Азот і фосфор під час нагрівання реагують з багатьма металами, утворюючи відповідно нітриди і фосфіди.

3Mg + N2 = Mg3N2

3Mg + 2P = Mg3P2

Лише з літієм азот реагує за звичайної температури, утворюючи нітрид літію:

6Li + N2 = 2Li3N

2. Взаємодія з неметалами: а) з воднем азот сполучається за наявності каталізатора, високих тиску і температури, утворюючи аміак:

N2 + ЗН2 ? 2NH3,

а фосфор з воднем практично не взаємодіє;

б) з киснем азот сполучається за температури електричної дуги, понад 2000 °С, утворюючи оксид нітрогену (ІІ):

N2 + 02 ? 2NO



Фосфор енергійно взаємодіє з киснем. Якщо його підпалити, він згоряє в кисні сліпучим яскравим полум'ям, утворюючи оксид фосфору(V):

4Р + 502 = 2Р205

Під час повільного окиснення утворюється оксид фосфору(ІІІ):

4Р + 302 = 2Р203

Застосування. Азот у великих кількостях використовується для добування аміаку і для наповнення електроламп (інертне середовище).

Білий фосфор широкого застосування не має. Його використовують для добування інших алотропних форм, фосфатних кислот, як бойову запалювальну речовину, а також для утворення димових завіс.

Червоний фосфор використовується для виробництві сірників.

У 1831 р. французький винахідник сірників Шарль Соріа почав застосовувати білий фосфор для виготовлення сірникових головок. Такі сірники легко займалися піц час тертя об будь-яку поверхню, але були отруйними, шкідливими для здоров'я і вогненебезпечними. Невдовзі від них відмовились.

Сучасні безпечні сірники винайдено у 1855 р. в Швеції. Білий фосфор замінено червоним. Він входить не до складу головки сірника, а до складу намазки, що наноситься на коробку (разом із сульфідом стибію (III) Sb2S3, залізним суриком Fe203, домішкою кварцу SiO2 і клею). Головки сірників складаються, головним чином, з бертолетової солі КСl03, молотого скла, сірки та клею. Під час тертя головки по намазці сірникової коробки червоний фосфор займається, підпалює головку, а від неї загоряється дерево.

Крім виробництва cірників, фосфор застосовують у металургії. Використовують його і для виготовлення напівпровідників, фосфорорганічних препаратів -- засобів знищення комах -- шкідників сільськогосподарських рослин.

V) Склад молекул

Молемкула (новолат. molecula, зменшувально від лат. moles -- маса) -- здатна до самостійного існування найменша частинка простої або складної речовини, що має її основні хімічні властивості, які визначаються її складом та будовою.

Молекула складається з атомів, а якщо точніше, то з атомних ядер, оточених певним числом внутрішніх електронів, та зовнішніх валентних електронів, які утворюють хімічні зв'язки. Внутрішні електрони атомів, зазвичай, не беруть участі в утворенні хімічних зв'язків. Склад та будова молекул речовини не залежать від способу її отримання. У випадку одноатомних молекул (наприклад, інертних газів) поняття молекули й атома співпадають.

Атоми об'єднуються в молекулі в більшості випадків за допомогою хімічних зв'язків. Як правило, такий зв'язок утворюється однією, двома або трьома парами електронів, які перебувають у спільному володінні двох атомів. Молекула може мати позитивно та негативно заряджені атоми (йони).

Склад молекули передається хімічними формулами. Емпірична формула встановлюється на основі атомного співвідношення елементів речовини та молекулярної маси.

Геометрична структура молекули визначається рівноважним розташуванням атомних ядер. Енергія взаємодії атомів залежить від відстані між ядрами. На дуже великих відстанях ця енергія дорівнює нулю. Якщо при зближенні атомів утворюється хімічний зв'язок, то атоми сильно притягаються один до одного (слабке притягання спостерігається і без утворення хімічного зв'язку); при подальшому зближенні починають діяти електростатичні сили відштовхування атомних ядер. Перепоною до сильного зближення атомів є також неможливість суміщення їх внутрішніх електронних оболонок.

Рівноважні відстані в двоатомних і багатоатомних молекулах та розташування атомних ядер визначаються методами спектроскопії, рентгенівського структурного аналізу, електронографії та нейтронографії, які дозволяють отримати відомості про розподіл електронів (електронну густину) в молекулі. Рентгенографічне випромінювання молекулярних кристалів дає можливість встановити геометричну будову дуже складних молекул, навіть молекул білків.

Кожному атому в певному валентному стані в молекулі можна приписати певний атомний, або ковалентний, радіус (у випадку іонного зв'язку - іонний радіус), який характеризує розміри електронної оболонки атому (йону), що утворює хімічний зв'язок в молекулі.

Розмір молекули, тобто розмір її електронної оболонки, є величиною до певної міри умовною. Існує ймовірність (хоча й дуже мала) знайти електрони молекули і на більшій відстані від її атомного ядра. Практичні розміри молекули визначаються рівноважною відстанню, на яку вони можуть бути зближені при щільному упакуванні молекули в молекулярному кристалі та в рідині. На великих відстанях молекули притягаються одна до одної, на менших - відштовхуються. Розміри молекули можна знайти за допомогою рентгеноструктурного аналізу молекулярних кристалів. Порядок величини цих розмірів може бути визначений з коефіцієнтів дифузії, теплопровідності та в'язкості газів та з густини речовини в конденсованому стані. Відстань, на яку можуть зблизитись валентно не пов'язані атоми однієї й тієї ж чи різних молекул, може бути охарактеризована середніми значеннями так званих Ван дер Ваальсових радіусів (?).

Ван дер Ваальсові радіуси суттєво перевищують ковалентні. Знаючи величини Ван дер Ваальсових, ковалентних, та йонних радіусів, можна побудувати наглядні моделі молекул, які б відображали форму й розміри їхніх електронних оболонок.

Ковалентні хімічні зв'язки в молекулі розташовані під певними кутами, які залежать від стану гібридизації атомних орбіталей. Так, для молекул насичених органічних сполук характерно тетраедральне (чотиригранне) розташування зв'язків, що утворюються атомом вуглецю; для молекул з подвійним зв'язком (С=С) - пласке розташування атомів вуглецю; для молекул сполук з потрійним зв'язком (С?С) - лінійне розташування зв'язків.

Таким чином, багатоатомна молекула має певну конфігурацію у просторі, тобто певну геометрію розташування зв'язків, яка не може бути змінена без їх розриву. Молекула характеризується тією чи іншою симетрією розташування атомів. Якщо молекула не має площини і центру симетрії, то вона може існувати в двох конфігураціях, які являють собою дзеркальні відображення одна одної (дзеркальні антиподи, або стереоізомери. Всі найважливіші біологічні функціональні речовини в живій природі існують в формі одного певного стереоізомера.

Молекули, які містять одиничні зв'язки, або сігма-зв'язки, можуть існувати в різних конформаціях, що виникають при поворотах атомних груп навколо одиничних зв'язків. Важливі особливості макромолекул синтетичних і біологічних полімерів визначаються саме їхніми конформаційними властивостями.

Взаємодія атомів в молекулі

Природа хімічних зв'язків в молекулі залишалася загадкою аж до створення квантової механіки - класична фізика не могла пояснити насичуваність і направленість валентних зв'язків. Основи теорії хімічного зв'язку були створені в 1927 році Гайтлером та Лондоном на прикладі найпростішої молекули Н2. Пізніше, теорія і методи розрахунків були значно вдосконалені.

Хімічні зв'язки в молекулах переважної більшості органічних сполук є ковалентними. Серед неорганічних сполук існують іонні та донорно-акцепторні зв'язки, які реалізуються в результаті усуспільнення пари електронів атома.

Енергія утворення молекули з атомів в багатьох рядах подібних сполук наближено аддитивна. Тобто можна вважати, що енергія молекули - це сума енергій її зв'язків, що мають постійні значення таких рядах.

Аддитивність енергії молекули виконується не завжди. Прикладом порушення аддитивності є пласкі молекули органічних сполук з так званими сполученими зв'язками, тобто з кратними зв'язками, які чергуються з одиничними. В таких випадках валентні електрони, які визначають кратність зв'язків, так звані p-електрони, стають спільними для всієї системи сполучених зв'язків, делокалізованими. Така делокалізація електронів призводить до стабілізації молекули. Вирівнювання електронної густини внаслідок усуспільнення p-електронів у зв'язках виражається в подовженні подвійних зв'язків та укороченні одиничних. В правильному шестикутнику міжвуглецевих зв'язків та бензолу всі зв'язки однакові і мають довжину, посередню між довжиною одиничного і подвійного зв'язку. Сполучення зв'язків яскраво проявляється в молекулярних спектрах.

Сучасна квантовомеханічна теорія хімічних зв'язків враховує часткову делокалізацію не тільки p-, але й s-електронів, яка спостерігається в будь-яких молекулах.

В переважній більшості випадків сумарний спін валентних електронів в молекулі дорівнює нулю, тобто спіни електронів попарно насичені. Молекули, які містять неспарені електрони - вільні радикали (наприклад, атомний водень Н--, метил CH--3), зазвичай нестійкі, оскільки при їх з'єднані один з одним відбувається значне зниження енергії внаслідок утворення валентних зв'язків.

Міжмолекулярна взаємодія

Міжмолекулярна взаємодія - взаємодія між електрично нейтральними молекулами у просторі. У залежності від полярності молекул характер міжмолекулярної взаємодії різний. Розрізняють орієнтаційний, індукційний та дисперсійний типи міжмолекулярної взаємодії. Природа останнього залишалася неясною до створення квантової механіки.

Орієнтаційний тип міжмолекулярної взаємодії виникає між двома полярними молекулами, тобто, такими, які мають власний дипольний момент. Взаємодія дипольних моментів і визначає результуючу силу - притягання або відштовхування. У випадку, якщо дипольні моменти молекул розміщуються на одній лінії, взаємодія молекул буде найінтенсивніша.

Індукційний тип міжмолекулярної взаємодії виникає між однією полярною та однією неполярною молекулами. При цьому типові взаємодії полярна молекула поляризує неполярну молекулу так, що заряд неполярної молекули, протилежний діючому на неї заряду полярної молекули, зміщується до останнього: загалом, позитивний заряд зміщується по напряму електричного поля, яке створює полярна молекула, а негативний - проти. Це обумовлює поляризацію неполярної молекули, тобто, явища зміщення зв'язаної електронної оболонки відносно центру позитивного заряду.

Дисперсійний тип міжмолекулярної взаємодії виникає між двома неполярними молекулами. Загалом, дипольні моменти неполярних молекул дорівнюють нулю, проте, у певний момент часу, є ймовірність розподілення електронів по всьому об'єму молекули нерівномірно. Внаслідок цього виникає миттєвий дипольний момент. При цьому, миттєвий диполь або поляризує сусідні неполярні молекули, або взаємодіє з миттєвим диполем іншої нейтральної молекули.

Електричні і оптичні властивості молекул

Поведінка речовини в електричному полі визначається основними електричними характеристиками молекул - постійним дипольним моментом та поляризуємістю.

Дипольний момент означає неспівпадіння центрів ваги позитивних та негативних зарядів в молекулі (електричну асиметрію молекули). Тобто молекули, які мають центр симетрії, наприклад H2, позбавлені постійного дипольного моменту, і навпаки.

Поляризовність -- це здатність електронної оболонки будь-якої молекули зміщуватись під дією електричного поля, в результаті чого в молекулі утворюється індукований дипольний момент. Значення дипольного моменту і поляризованості знаходять експериментально за допомогою вимірювання діелектричної проникності.

Оптичні властивості речовини характеризують її поведінку в змінному електричному полі світлової хвилі і визначаються поляризованістю молекули цієї речовини. З поляризованістю безпосередньо пов'язані заломлення і розсіювання світла, оптична активність та інші явища, що вивчаються молекулярною оптикою.

Магнітні властивості молекул

Молекули і макромолекули переважної більшості хімічних сполук є діамагнітними. Магнітна сприйнятливість молекул (ч) для окремих органічних сполук може бути виражена як сума значень ч для окремих зв'язків.

Молекули, які мають постійний магнітний момент, є парамагнітними. До таких належать молекули з непарною кількістю електронів на зовнішній оболонці, (наприклад, NO та будь-які вільні радикали), молекули, які містять атоми с незамкненими (незаповненими) внутрішніми оболонками (перехідні метали, тощо). Магнітна сприйнятливість парамагнітних речовин залежить від температури, оскільки тепловий рух перешкоджає орієнтації магнітних моментів в магнітному полі.

Спектри і будова молекул

Електричні, оптичні, магнітні та інші властивості молекул пов'язані з хвильовими функціями і енергіями різних станів молекул. Інформацію про стани молекул і ймовірності переходу між ними дають молекулярні спектри.

Частоти коливань в спектрах визначаються масами атомів, їх розташуванням та динамікою міжатомних взаємодій. Частоти в спектрах залежать від моментів інерції молекул, визначення яких зі спектроскопічних даних дозволяє отримати найбільш точні значення міжатомних відстаней в молекулі. Загальне число ліній і полос в коливальному спектрі молекули залежить від її симетрії.

Електронні переходи в молекулах характеризують структуру їх електронних оболонок та стан хімічних зв'язків. Спектри молекул, які мають більшу кількість сполучених зв'язків, характеризуються довгохвильовими смугами поглинання, що потрапляють в видиму область. Речовини, які побудовані з таких молекул, характеризуються барвистістю; до таких речовин відносяться всі органічні барвники.

Молекули в хімії, фізиці та біології

Поняття молекули є основним для хімії, і більшою частиною відомостей про будову і функціональність молекул наука зобов'язана хімічним дослідженням. Хімія визначає будову молекул на основі хімічних реакцій і, навпаки, на основі будови молекули, визначає яким буде хід реакцій.

Будовою і властивостями молекули визначаються фізичні явища, які вивчаються молекулярною фізикою. В фізиці поняття молекули використовується для пояснення властивостей газів, рідин і твердих тіл. Рухомістю молекул визначається здатність речовини до дифузії, її в'язкість, теполопровідність, тощо. Перший прямий експериментальний доказ існування молекул було отримано французьским фізиком Ж. Перреном в 1906 році під час вивчення броунівського руху.

Оскільки всі живі організми існують на основі тонко збалансованої хімічної і нехімічної взаємодії між молекулами, вивчення будови і властивостей молекул має фундаментальне значення для біології і природознавства в цілому.

Розвиток біології, хімії та молекулярної фізики призвели до виникнення молекулярної біології, яка досліджує основні явища життя, виходячи з будови і властивостей біологічно функціональних молекул.

Похідні терміни

Молекулярний (рос. молекулярный, англ. molecular, нім. molekular) -- той, що стосується молекули;

Приклади:

молекулярна фізика -- розділ фізики, в якому вивчаються структура, сили міжмолекулярної взаємодії, характер теплового руху частинок (атомів, молекул, йонів), механічні і теплові властивості речовин в різних агрегатних станах;

молекулярні спектри -- спектри випромінювання і поглинання, а також комбінаційного розсіяння, що виникають внаслідок переходів між енергетичними станами молекул;

молекулярні сита -- поруваті адсорбенти, у яких розміри пор або вхід у пори близькі до розмірів молекул;

молекулярні сили -- сили взаємодії між молекулами;

молекулярний генератор -- див. лазер, мазер;

молекулярні кристали -- кристали, які складаються з молекул, що зв'язані між собою міжмолекулярними силами (напр., нафталін).

Молекулярний мотор -- біологічні молекулярні машини, які використовуються для руху молекулярних об'єктів в живих організмах. Загалом кажучи, мотор (двигун) визначається як пристрій, що споживає енергію в будь-якій формі і перетворює її на рух або механічну роботу.
VІІ) Значення в життєдіяльності організмів

Отже, для нормальної життєдіяльності організму необхідно, .... Значення глюкози для організму не вичерпується її роллю як джерела енергії. .... Основним джерелом утворення жиру в організмі служать переважно вуглеводи. ... Вплив кадмію на показники азотного і вуглеводного обміну в організмі щурів різного віку ... Фізіологічне значення вуглеводів в основному визначається їх ... Формат файлов: Microsoft Word - В виде HTML

Значення вуглеводів у життєдіяльності організмів. Поняття про штучні волокна (3 год). Білки, склад їхніх молекул, хімічна будова. ... Ви шукали: значення вуглеводів у життєдіяльності організмів Знайдено:318 рефератів. Скачати Значення досліджень архітектури й містобудування України доби ... Значення органів чуття для безпеки життєдіяльності людини та їх будова. ..... В організмі людини у результаті обміну речовин підтримується сталий рівень ... Фізіологічне значення вуглеводів визначається їх енергетичними властивостями. ... Жири в організмі можуть утворюватися з вуглеводів та білків, ... Фізіологічне значення вуглеводів в основному визначається їх енергетичними властивостями. ... Фізіологічне значення вуглеводів в основному визначається їх енергетичними властивостями. З жирами в організм надходять необхідні для життєдіяльності ... В організмі людини і тварин роль макроенергетичних сполук виконують ... Біологічна роль вуглеводів для організму людини визначається перш за все їх енергетичною ... В вуглеводному обміні організму велике значення має м'язова тканина. ... Значення жирів та вуглеводів у організмі. Водний і мінеральний обмін. ... Для нормальної життєдіяльності організму людини і доброго засвоєння їжі людський ... Формат файлов: Microsoft Word - В виде HTML

Урок № 15. Застосування крохмалю й целюлози Значення вуглеводів у життєдіяльності організмів. Мета. Показати значення вуглеводів у природі та житті людини. ... Дисиміляція білків в процесі життєдіяльності рослинних організмів. Значення вуглеводів в житті рослин. Класифікація вуглеводів. ...

Подробнее на сайте: bioweb.franko.lviv.ua

Вуглеводи - значення слова, визначення слова, слово означає | VseslovA

Біологічна роль вуглеводів. Роль В. у живих організмах надзвичайно багатообразна . ... і служать енергетичним резервом для життєдіяльності організму (див. ... Хімічний склад живих організмів. Особливості хімічного складу живих організмів. ... Особливості будови, властивості та функції вуглеводів. ... Будова та життєдіяльність клітин. Цитологія -- наука про клітини. ... Значення фотосинтезу для існування біосфери. Поняття про хемосинтез та його значення. ... Жири в організмі можуть утворюватися з вуглеводів та білків, ... Фізіологічне значення вуглеводів в основному визначається їх енергетичними властивостями. ... У нас Ви маєте можливість замовити матеріал за темою «рефератна тему: ''значення вуглеводів у життєдіяльності організмів''», або знайти вже готові матеріали ... Вуглеводи - це група органічних сполук, завдяки розщепленню яких організми отримують значну частку ... Рослини, як й інші живі організми, складаються із клітин. ... Яке значення органічних речовин у клітині? 4. Яка роль води у клітині? ... В організмі людини і тварин роль макроенергетичних сполук виконують аденозинтрифосфатна ... Біологічна роль вуглеводів для організму людини визначається перш за все їх ... Велике значення мав біологічний обмін речовин, який включився і ... життя i розвитку рослинного, тваринного i людського органiзмiв, розвитку живої природи; ... Особливостi будови та життєдiяльностi квiткових рослин. .... Значення для органiзму бiлкiв, жирiв та вуглеводiв, води i мiнеральних солей. ...