химический каталог




Органическая химия

Автор Р.Моррисон, Р.Бойд

а и некоторые сильнополярные растворители хорошо растворяют ионные соединения. Какого же типа связи образуются между ионами и растворителем типа воды? Молекула воды сильно полярна; она имеет положительный и отрицательный концы. Следовательно, существует электростатическое притяжение между положительным ионом и отрицательным концом молекулы воды в между отрицательным ионом и положительным концом молекулы воды. Такие взаимодействия называются ион-дипольными взаимодействиями. Каждая нон-дипольная связь относительно слаба, но в сумме они дают достаточно энергии для разрушения межжшных сил в кристалле. В растворе каждый ион окружен групСтроение и свойстве

пой молекул растворителя, и говорят, что он сольватирован; если растворителем служит вода, то говорят, что ион гкдратирован. В растворе, так же как в твердой и жидкой фазах, частицей вещества, такого, как хлористый натрий, является ион, хотя в данном случае это будет сольватированный ион {рис, 1.15).

Вода — прекрасный растворитель для ионных соединений частично вследствие ее полярности: она сильно сольватирует ион. Кроме того, вода обладает хорошими изолирующими свойствами (имеет высокую диэлектрическую проницаемость), которые уменьшают притяжение между противоположно заряженными ионами, если они сольватированы. Наконец, вода содержит гидроксильеую группу —ОН. Жидкости, содержащие водород, связанный с кислородом или азотом, обладают необычно большой сольватв-рующей способностью; особая роль водорода обсуждается в разд. 15.5.

Рис. 1.15. Ион-дипольные взаимодействия: сольватированные катион и аннон.

Растворимость неионных соединений определяется главным образом их полярностью. Неполярные или малополярные вещества растворяются в неполярных или малополярных растворителях; а сильнополярные вещества — в сильнополярных растворителях. «Подобное растворяется в подобном» — это правило очень полезно. Метан растворяется в четыреххлористом углероде, потому что силы, связывающие молекулы метана друг с другом и молекулы четыреххлористого углерода друг с другом, заменяются очень похожими силами, связывающими молекулы метана с молекулами четыреххлористого углерода.

Ни метан, ни четыреххлорнстый углерод нерастворимы в воде. Сильнополярные молекулы воды связаны друг с другом очень сильными диполь-дипольными взаимодействиями; между молекулами воды, с одной стороны, и молекулами метана или четыреххлористого углерода, с другой, возможны только очень слабые силы притяжения.

Напротив, сильнополярное органическое соединение—метиловый спирт СНаОН—хорошо растворимо в воде. Диполь-дипольные взаимодействия между молекулами воды и между молекулами метилового спирта могут быть легко заменены очень похожими взаимодействиями между различными молекулами метилового спирта и воды.

1.19. Кислоты и основания

Переходя от физических свойств к химическим, кратко рассмотрим проблему, которая является фундаментальной для понимания органической химии: кислотность и основность.

Существует несколько определении терминов кислота и основание, причем каждое из этих определений соответствует конкретному подходу к рассмотрению свойств кислотности или основности. Вероятно, удобно рас

сматривать кислоты и основания с двух точек зрения, каждая из которых будет зависеть от обсуждаемой проблемы.

Согласно Бренстеду—Лоури» кислоты представляют собой вещества, отдающие протон, а основания —- вещества, присоединяющие протон. При растворении серной кислоты в воде кислота H2S04 отдает протон (ядро во* дорода) основанию Н80 с образованием новой кислоты Н80+ и нового основания HS07- Когда хлористый водород реагирует с аммиаком, кислота НС1

отдает протон основанию NH3 с образованием новой кислоты NHJ* и нового основания Or.

h,so4 + н,о =F=* нао* + hso;

более более более более

сильная сильное слабая слабое

кислота основание кислота основание

HCi + NH, ^=fc NHj + or

более более более более сильная сильное слабая слабое кислота основание кислота основание

Согласно Бренстеду — Лоури, сила кислоты зависит от ее стремления отдать протон, а сила основания — от его стремления связать протон. Серная кислота и хлористый водород представляют собой сильные кислоты, поскольку они очень легко отдают протон; напротив, бисульфат-ион HSCC и хлорид-ион должны быть обязательно слабыми основаниями, поскольку они имеют слабую тенденцию удерживать протон. В каждой из описанных реакций равновесие сдвинуто в сторону образования более слабой кислоты и более слабого основания.

Если смешать водные растворы H8S04 и NaOH, то кислота HgO+ (ион гидроксония) отдает протон основанию ОН" с образованием новой кислоты HjO и нового основания Н20. Если сминать водные растворы NH4C1 и NaOH, то кислота NHJ (ион аммония) отдает протон основанию ОН-* и образуется новая кислота Н,0 и новое основание NH8.

Hso + ОН" н,0 + Н.0

более более более более сильная сильное слабая слабое кислота основание кислота основание

NH? + ОН" ч—h Н,0 + NH,

более более более более сильная сильное слабая слабое кислота основание кислота основание

В каждом случае сильное основание, гидроксил-ион, связывает протон с образованием слабой кислоты Н20. Если расположить эти кислоты в порядке уменьшения их силы, то сила соответствующих (сопряженных) оснований будет изменяться в обратном порядке.

Сила кислот: H,S04 > НаО*- > NHj > HsO

на

Сш оснований: HSO^<НаОПодобно воде, многие органические соединения, содержащие кислород, могут вести себя как основания и связывать протон; этиловый спирт и ди-этнловый эфир, например, образуют оксониевые ионы I и II. Для удобства

3-256

структуру I называют протонированным спиртом, а структуру II — про-тонированным эфиром.

+

н

8ТНЛОВЫЙ I

спирт мдаониевый мои,

протоянроваиный этиловый спирт

(CjHs)20: + HQ

диэтиловый

эфир

+

; (СЛ)2д:Н + СГ Н

океоиневый воя, протошровашый диэтиловыА эфир

Согласно Льюису, основание —? то вещество, которое может предоставить свободную электронную пару для образования ковалентной связи,, а кислота — вещество, которое может принять электронную тру с образованием ковалентной связи. Таким образом, кислота является акцептором пары электронов, а основание — донором. Это наиболее общая и фундаментальная концепция кислот и оснований, включающая все остальные.

Протон является, кислотой, поскольку ему не хватает электронов и требуется электронная пара для образования устойчивой электронной оболочки. Ион гидроксила, аммиак и вода являются основаниями, поскольку они имеют электронную пару, способную к образованию связи. В трехфтористом боре BF8 бор имеет только шесть электронов на внешнем, слое и, следовательно, стремится присоединить еще пару электронов для заполнения, октета. Трехфтористый бор представляет собой кислоту и реагирует с такими основаниями, как аммиак или ди этиловый эфир. Хлористый алюминий А1С18 также кислота. В хлориде олова SnCl4 олово имеет октет электронов, но может принимать еще пары электронов (например, SnCl|~) и поэтому тоже рассматривается как кислота.

F F

F—В + :NH3 F~B:NrL

i I

кислота основание

F F

F-B + :б(СА)2 %=±: F^i;6(C2Hs)2

F F

кислота основание

В этих формулаж бору приписывается отрицательный заряд, потому что он имеет одни дополнительный электрон (на общей пары с азотом или кислородом) по сравнению с зарядом ядра; соответственно азот или кислород несут положительный заряд.

Кислотно-основная концепция Льюиса имеет большое эначеяие для понимания органической химии. Для ясности при рассмотрении этого типа кислот или оснований часто используют термины кислота Льюиса (или оотанш Льюиса) или иногда кислота (или основание) по Льюису,

Химические свойства, так же как и физические, зависят от строения молекулы. Какие же особенности строения молекулы позволяют предполагать кислотные или основные свойства соединения? В настоящей главе сделана попытка ответить на этот вопрос в общем виде, хотя к нему будем возвращаться еще не один раз.

Согласно Бренстеду — Лоури, для того чтобы быть кислотой, соединение, конечно, должно иметь водород. Степень кислотности определяется главным образом характером атома, с которым связан водород, и, в частности, способностью этого атома удерживать электронную пару после ухода иона водорода. Эта способность удерживать электронную пару, по-видимому, зависит от различных факторов» и в том числе от эмктроотри* цитВАЬности атомов и их размера. Таким образом, в периодах таблицы Менделеева кислотность возрастает с увеличением электроотрицательности:

Кислотность: Н-СН, < Н—NH, < Н-ОН < Н—-F

H-SHВ группах кислотность возрастает с увеличением размеров атома:

Кислотиость: Н—F < H-CI < H-Br< H-I

Н—ОН < Н—SH < H~SeH

Для органических соединений можно ожидать значительной кислотности по Лоури — Бренстеду для соединений, содержащих группы О—Ht N—Н и S—Н.

Согласно Льюису, для того чтобы быть кислотой, молекула должна быть электронодефицитной, в частности, содержать атом, имеющий только секстет электронов.

Задача 1.6. Предскажите относительную кислотность следующих соединений: а) метилового спирта (CHjOH) и метиламина (CH8jMI-y; б) метилового спирта (СН8ОН) и тиометанола <СНЭ5Н); в) HsO+ и NHJ.

Задача 1.7. Какое соединение из каждой пары будет более сильной кислотой: а) Н80+ или НаО"» б) NHJ ИЛИ NH8; К) H.S или HS"; г) НаО или ОН-? Какая зависимость существует между зарядом и кислотностью?

Для того чтобы быть основанием в соответствии с теорией Бренстеда — Лоури или Льюиса, молекула должна иметь электронную пару для образования связи. Наличие этих свободных электронов определяется в основном атомом, несущим эту пару: его электроотрицательностью, размером и зарядом. Влияние этих факторов, конечно, противоположно влиянию в случае кислотности; чем сильнее атом удерживает электронную пару, тем менее доступна она для образования связи.

Задача 1.8. Расположите в ряд по увеличению основности следующие соединения: a) F", ОН". NH7, СИ~; 6) HF, НаО, NH,; в) CI" Н", SH~"; г) F", СП Br" I-; д)

страница 7
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136

Скачать книгу "Органическая химия" (15.87Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
что значит желтый цвет цветов
Фирма Ренессанс суперлестница - надежно и доступно!
стул zeta купить
склад для хранения личных вещей москва

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(09.12.2016)