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 Al^3+., 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.