Лекция 3. Буферные системы. Равновесия в растворах комплексных соединений. Гетерогенные равновесия

• Лекция посвящена буферным системам, равновесию в растворах комплексных соединений и гетерогенным равновесиям.  

• Первая лекция была посвящена теоретическим вопросам химического равновесия.  

• Рекомендуемая литература: учебники общей химии Попкова и Ленского.  

• Буферные системы сохраняют pH постоянным при добавлении сильных кислот или оснований.  

• Примеры: ацетатная и гидрокарбонатная системы.  

• Буферное действие проявляется в растворах, содержащих слабую кислоту и сопряженное основание.  

• Таблица типов буферных систем с примерами и интервалами буферного действия.  

• Примеры: ацетатная, гидрофосфатная, аммиачная системы.  

• Важность понимания механизма буферного действия.  

• Пример ацетатной буферной системы: уксусная кислота и ацетат натрия.  

• Добавление сильной кислоты: реакция нейтрализации с образованием уксусной кислоты.  

• Добавление сильного основания: реакция с образованием слабого основания.  

• Уравнение связывает константу кислотности и равновесные концентрации.  

• Примеры для ацетатной и аммиачной буферных систем.  

• Для гидрофосфатного буфера уравнение включает три ступени диссоциации.  

• Уравнение используется для расчета pH буферного раствора.  

• Необходимо знать значение pKa кислоты и равновесные концентрации сопряженного основания и кислоты.  

• pH не зависит от разбавления, если не учитывать изменения ионной силы раствора.  

• Логарифм отношения равновесной концентрации сопряженного основания к равновесной концентрации кислоты равен pH минус pKa.  

• Пример расчета pH раствора уксусной кислоты и ацетата натрия.  

• Добавление 0.1 моль HCl к раствору изменяет pH на 0.1.  

• Концентрация ацетат-ионов уменьшается, а концентрация уксусной кислоты увеличивается.  

• Буферный раствор уменьшает воздействие сильной кислоты, переводя ее в слабую кислоту.  

• Буферная емкость характеризует способность раствора противодействовать изменению pH.  

• Формула для расчета буферной емкости по кислоте или основанию.  

• Буферная емкость зависит от концентрации компонентов и изменения pH.  

• Состоит из HCO3- и CO2.  

• pH определяется как логарифм отношения равновесной концентрации HCO3- к произведению растворимости на парциальное давление CO2.  

• Буферная емкость по кислоте составляет 40 ммоль/л, по щелочи — 1.2 ммоль/л.  

• Комплексные соединения включают d-элементы, которые могут образовывать связи с органическими или неорганическими заместителями.  

• Интерес к d-элементам обусловлен их высокой твердостью, различными степенями окисления и использованием в металлоорганической химии.  

• Основные положения координационной теории Вернера.  

• Примеры комплексных соединений: хлорид натрия, уксусная кислота и другие.  

• Исторические примеры комплексных соединений, таких как гексацианоферрат калия и соль Цейзе.  

• Координационная теория была заложена Львом Чугаевым и Альфредом Вернером.  

• Комплексные соединения состоят из нейтральных молекул, ионов и атомов.  

• Пример: взаимодействие гидроксида меди с аммиаком образует аммиачный комплекс.  

• Реакция между твердой солью и аммиаком также приводит к образованию координационного соединения.  

• Названия комплексных соединений включают тривиальные и устоявшиеся названия.  

• Формулы записываются в квадратных скобках с указанием центрального атома.  

• Центральный атом в катионных и молекулярных комплексах не имеет суффикса.  

• Примеры: димина дихлор-платина, тетра-хлора-купрат-два-йон, тетра-карбонил-цо-группа-никель.  

• Строение комплексных соединений включает центральный атом и координационные связи.  

• Координационное число — это число атомов, присоединяющихся к центральному атому.  

• Примеры: тетра- и гексокоординированные соединения.  

• Комплексные соединения могут иметь или не иметь внешнюю сферу.  

• Донирующий атом предоставляет неподеленную электронную пару.  

• Примеры доноров: молекулы аммиака, алифатические амины, вода, гидроксил-йоны.  

• Механизм образования связи: размещение неподеленной электронной пары на пустой орбитали.  

• Легганды — это молекулы или ионы, присоединяющиеся к центральному атому.  

• Координирующие атомы — это атомы, которые являются донорами неподеленной электронной пары.  

• Примеры моно- и бидентатных леггандов.  

• Хилатные легганды присоединяются к центральному атому за счет двух или более координирующих атомов.  

• Координационное число равно произведению деатности на число леггандов.  

• Пример: диглицерата купрата два натрия, где центральный атом — медь, а легганды — атомы кислорода.  

• Комплексы состава металл а два б два имеют цис- и транс- изомеры.  

• Цис-изомер проявляет противоопухолевые свойства, транс-изомер - нет.  

• Примеры: цис-плотин и комплексы типа м а четыре б два.  

• Цис-плотин преодолевает клеточный барьер и связывается с ДНК.  

• Происходит отщепление атомов хлора и образование связи с азотом.  

• Образуется ущербная ДНК, не способная к репликации.  

• Первичная диссоциация: комплексы ведут себя как сильные электролиты.  

• Вторичная диссоциация: комплексы ведут себя как слабые электролиты.  

• Константа нестойкости определяет устойчивость комплекса.  

• Константа устойчивости определяет устойчивость комплекса.  

• Чем больше константа устойчивости, тем устойчивее комплекс.  

• Хилатный эффект повышает устойчивость комплексов.  

• Примеры: гемоглобин, противоопухолевые препараты, ферроцерон, тетацин.  

• Хелатотерапия используется для нейтрализации солей тяжелых металлов.  

• Исследования на кафедре включают гиперкоординированные соединения.  

• Центральный атом: кремний, германий, олово.  

• Межмолекулярные координационные взаимодействия и асимметрические атомы.  

• Асимметрические атомы углерода и кремния.  

• Метильные заместители могут меняться местами.  

• Процессы в координационном узле приводят к обмену лигандами.  

• Метод ядерного магнитного резонанса позволяет определить активационные термодинамические параметры перехода.  

• Турникетное вращение или механизм уг определяет механизмы строения координационных соединений.  

• Пример: рентгенно-структурный анализ показывает, что центральный атом кремния имеет пентакоординированное строение.  

• Гетерогенное равновесие включает таблицу растворимости солей оснований.  

• Труднорастворимые соединения участвуют в гетерогенных системах.  

• Равновесие твердое тело-раствор при постоянной температуре и отсутствии посторонних веществ.  

• Константа произведения растворимости кпр равна произведению равновесных концентраций катионов и анионов.  

• Для бинарного электролита, например, сульфата бария, кпр равна квадрату растворимости.  

• Зная кпр, можно рассчитать равновесные концентрации катионов и анионов.  

• Распространенность элементов в живых организмах определяется растворимостью их соединений в воде.  

• Смещение гетерогенного равновесия влияет на образование и растворение осадков.  

• Перенасыщенный раствор вызывает образование осадка, а растворение осадка происходит при равенстве или меньшем значении пц, чем кпр.  

• Замена кальция в кости на бериллий или стронций вызывает патологии, такие как бериллиоз и стронциевый рахит.  

• Эти патологии приводят к размягчению и ломкости костей.  

• Заключение лекции и благодарность.