Биологическая роль углерода. Применение соединений углерода
Углерод - биогенный элемент. Его соединения играют особую роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов (среднее содержание углерода 18%).
Соединения углерода (углеводы, белки, жиры, ДНК и РНК, гормоны, амино- и карбоновые кислоты ) участвуют в построении всех тканей организма, обеспечении жизнедеятельности животных и растений.
Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, тем самым обеспечивая биологическое разнообразие, участие во всех функциях и проявлениях живого. Столь существенная физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме.
Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии.
Двуокись углерода CO2 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ, является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.
Применение соединений углерода
В фармакологии и медицине широко используются различные соединения углерода - производные угольной кислоты и карбоновых кислот, различные гетероциклы, полимеры и другие соединения. Так, карболен (активированный уголь), применяется для абсорбции газов и выведения из организма различных токсинов; графит (в виде мазей) - для лечения кожных заболеваний; радиоактивные изотопы углерода - для научных медицинских исследований и
УГЛЕРОД
Нахождение в природе
Содержание углерода в земной коре 0,1 % по массе. Свободный углерод находится в природе в виде алмаза и графита. Виде соединений: нефть, природный газ, каменный угль, гранит, мрамор, магнезит. В атмосфере и гидросфере находится в виде диоксида углерода СО2, в воздухе 0,046 % СО2 по массе, в водах рек, морей и океанов. Углерод входит в состав растений и животных (~18 %). В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки). Общее содержание углерода в организме человека достигает около 21 % (15 кг на 70 кг массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина)
АЛЛОТРОПНЫЕ МОДИФИКАЦИИ УГЛЕРОДА.
| алмаз | графит | карбин |
| sp3-гибридизация, форма тетраэдрические Ϭ -связи прочные, ковалентные, поэтому очень твердый. Бесцветное прозрачное кристаллическое вещ -во | sp2-гибридизация, слоистая структура, большое расстояние и непрочные связи между слоями, поэтому мягкий Темно-серые кристаллы, с металл. блеском. Хорошо проводит эл. ток | sp-гибридизация линейный полимер, твердое вещество, обладает полупроволниковыми св-ми. |
Получение углерода Получают нагреванием без доступа воздуха из древесины и каменног угля, а также при крекинге метана: CH4=C+2H2
Химические свойства
восстановитель
1. Взаимодействие с кислородом: C+O2=CO2
2. Взаимодействие с водой: С+H2O=CO+H2
3.Восстанавливает металлы из их оксидов: CuO+C=Cu+CO -при нагревании
4. С конц. серной и азотной кислотой: 4HNO3+3C=3CO2+4NO+2H2O
окислитель
1С металлами при нагревании с образованием карбидов Ca+2C=CaC2
2 С водородом с образованием углеводородов: H2+C=CH4
Вопрос 53
АЛЮМИНИЙ
По распространенности в природе алюминий занимает 3 место среди химических элементов (после кислорода и кремния) и первое место среди металлов, составляет более 9% массы земной коры. Он входит в состав силикатов и глин. Из соединений наибольшее значение имеют: Оксид алюминия Al2O3- корунд, сапфир, рубин; бокситы и алюмосиликаты. Получают алюминий путем электролиза Al2O3
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
1.С кислородом 4Al+3O2=2Al2O3
2.С галогенами 2Al+3Cl2=2AlCl3
3.С серой и углеродом при нагревании 2Al+3S=Al2S3 4Al+3C=Al4C3
4.Алюминотермия- получение металлов стоящ. В ряду напряжения после Al: 8Al+3Fe3O4=4Al2O3+9Fe
5. С водой (после разрушения оксидной пленки) 2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2
6. Растворяется в щелочах 2Al+2NaOH+6H2O=2Na[Al(OH)4]+3H2
7. Реагирует с кислотами 2Al+6HCl=2AlCl3+3H2
8. С азотной и концентрированной серной кислотами на холоду не реагируют. При нагревании: Al+6H2SO4(конц.)=Al2(SO4)3+3SO2+6H2O Al+6HNO3=Al(NO3)3+3NO2+3H2O
СОЕДИНЕНИЯ АЛЮМИНИЯ
| Оксид алюминия Al2O3 - очень твердый (корунд, рубин), тугоплавкий Не растворяется в воде. Получение:2Al(OH)3=Al2O3+3H2O Свойства: амфотерный оксид Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O Al2O3+2NaOH+3H2O=2Na[Al(OH)4] Для перевода в растворимое состояние используют сплавление с сухими щелочами с образованием(метаалюминатов): Al2O3+2NaOH=2NaAlO2 | Гидроксид Al(OH)3 Получение: AlCl3+3(NH3·H2O)=Al(OH)3+NHCl Свойства: амфотерное основание Al(OH)3+HCl=AlCl3+3H2O Al(OH)3+NaOH=Na[Al(OH)4] |
Амфотерность(двойственность свойств) гидроксидов и оксидов многих элементов проявляется в образовании ими двух типов солей. Например, для гидроксида и оксида алюминия: а) 2Al(OH)3 + 3SO3 = Al2(SO4)3 + 3H2O
Al2O3 + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2O
б) 2Al(OH)3 + Na2O = 2NaAlO2 + 3H2O (в расплаве)
Al2O3 + 2NaOH(т) = 2NaAlO2 + H2O (в расплаве)
В реакциях (а) Al(OH)3 и Al2О3 проявляют свойства оснóвных гидроксидов и оксидов, то есть они подобно щелочам реагируют с кислотами и кислотными оксидами, образуя соль, в которой алюминий является катионом Al3+., а с щелочами аллюминаты
Напротив, в реакциях (б) Al(OH)3 и Al2О3 выполняют функцию кислотных гидроксидов и оксидов, образуя соль, в которой атом алюминия Al III входит в состав аниона (кислотного остатка) AlО2−.
Сам элемент алюминий проявляет в этих соединениях свойства металла и неметалла. Следовательно, алюминий - амфотерный элемент.
Если амфотерный элемент имеет в соединениях несколько степеней окисления, то амфотерные свойства наиболее ярко проявляются для промежуточной степени окисления.