• طراحی منظر
• خانه
• صنایع دستی
• گل رز
• باغ گل

ترکیب مصنوعی عناصر محتوا. عناصر مصنوعی

تمام موادی که دارای اتم کربن هستند، علاوه بر کربنات ها، کاربیدها، سیانیدها، تیوسیانات ها و اسید کربنیک، ترکیبات آلی هستند. این بدان معنی است که آنها می توانند توسط موجودات زنده از اتم های کربن از طریق واکنش های آنزیمی یا دیگر ایجاد شوند. امروزه بسیاری از مواد آلی را می توان به صورت مصنوعی سنتز کرد که توسعه پزشکی و فارماکولوژی و همچنین ایجاد مواد پلیمری و کامپوزیتی با استحکام بالا را ممکن می سازد.

طبقه بندی ترکیبات آلی

ترکیبات آلی پرتعدادترین دسته از مواد هستند. در اینجا حدود 20 نوع ماده وجود دارد. آنها از نظر خواص شیمیایی متفاوت هستند، از نظر کیفیت فیزیکی متفاوت هستند. نقطه ذوب، جرم، فرار و حلالیت و همچنین حالت تجمع آنها در شرایط عادی نیز متفاوت است. از جمله:

• هیدروکربن ها (آلکان ها، آلکین ها، آلکن ها، آلکادین ها، سیکلوآلکان ها، هیدروکربن های معطر)؛
• آلدئیدها؛
• کتون ها؛
• الکل ها (دیاتومیک، تک هیدریک، چند هیدریک)؛
• اترها
• استرها؛
• اسیدهای کربوکسیلیک؛
• آمین ها؛
• آمینو اسید؛
• کربوهیدرات ها؛
• چربی ها؛
• پروتئین ها؛
• پلیمرهای زیستی و پلیمرهای مصنوعی.

این طبقه بندی نشان دهنده ویژگی های ساختار شیمیایی و حضور گروه های اتمی خاص است که تفاوت در خواص یک ماده معین را تعیین می کند. به طور کلی، طبقه بندی بر اساس پیکربندی اسکلت کربن، که ویژگی های فعل و انفعالات شیمیایی را در نظر نمی گیرد، متفاوت به نظر می رسد. بر اساس مفاد آن، ترکیبات آلی به موارد زیر تقسیم می شوند:

• ترکیبات آلیفاتیک؛
• مواد معطر؛
• مواد هتروسیکلیک

این دسته از ترکیبات آلی می توانند ایزومرهایی در گروه های مختلف مواد داشته باشند. خواص ایزومرها متفاوت است، اگرچه ترکیب اتمی آنها ممکن است یکسان باشد. این از مفاد تعیین شده توسط A.M. Butlerov ناشی می شود. همچنین تئوری ساختار ترکیبات آلی مبنای راهنما برای تمامی تحقیقات در شیمی آلی است. در همان سطح قانون تناوبی مندلیف قرار می گیرد.

مفهوم ساختار شیمیایی توسط A.M. Butlerov معرفی شد. در تاریخ 19 سپتامبر 1861 در تاریخ شیمی ظاهر شد. پیش از این در علم نظرات مختلفی وجود داشت و برخی از دانشمندان وجود مولکول ها و اتم ها را کاملاً انکار می کردند. بنابراین نظمی در شیمی آلی و معدنی وجود نداشت. علاوه بر این، هیچ قاعده ای وجود نداشت که با آن بتوان در مورد خواص مواد خاص قضاوت کرد. در همان زمان، ترکیباتی نیز وجود داشت که با یک ترکیب، خواص متفاوتی از خود نشان می دادند.

اظهارات AM Butlerov تا حد زیادی توسعه شیمی را در جهت درست هدایت کرد و یک پایه محکم برای آن ایجاد کرد. از طریق آن، می توان حقایق انباشته شده، یعنی خواص شیمیایی یا فیزیکی برخی از مواد، الگوهای ورود آنها به واکنش ها و غیره را سیستماتیک کرد. حتی پیش‌بینی راه‌های به‌دست‌آمدن ترکیبات و وجود برخی ویژگی‌های مشترک به لطف این نظریه امکان‌پذیر شد. و مهمتر از همه، AM Butlerov نشان داد که ساختار یک مولکول ماده را می توان از نظر فعل و انفعالات الکتریکی توضیح داد.

منطق نظریه ساختار مواد آلی

از آنجایی که تا سال 1861 در شیمی، بسیاری وجود یک اتم یا یک مولکول را رد می کردند، نظریه ترکیبات آلی به پیشنهادی انقلابی برای جهان علم تبدیل شد. و از آنجایی که خود A.M.Butlerov فقط از استنباطات ماتریالیستی استنباط می کند، توانست ایده های فلسفی در مورد مواد آلی را رد کند.

او توانست نشان دهد که ساختار مولکولی را می توان به صورت تجربی از طریق واکنش های شیمیایی تشخیص داد. به عنوان مثال، ترکیب هر کربوهیدرات را می توان با سوزاندن مقدار مشخصی از آن و شمارش آب و دی اکسید کربن حاصل از آن پی برد. مقدار نیتروژن در یک مولکول آمین نیز در حین احتراق با اندازه گیری حجم گازها و آزاد شدن مقدار شیمیایی نیتروژن مولکولی محاسبه می شود.

اگر قضاوت های باتلروف را در مورد ساختار شیمیایی، بسته به ساختار، در جهت مخالف در نظر بگیریم، نتیجه گیری جدیدی خود را نشان می دهد. یعنی: با دانستن ساختار و ترکیب شیمیایی یک ماده می توان به طور تجربی خواص آن را فرض کرد. اما مهمتر از همه، باتلروف توضیح داد که مواد آلی حاوی مقادیر زیادی از مواد است که خواص متفاوتی از خود نشان می دهند، اما ترکیبات یکسانی دارند.

مفاد کلی نظریه

با بررسی و بررسی ترکیبات آلی، Butlerov A.M برخی از مهم ترین قوانین را استنباط کرد. او آنها را در مفاد نظریه توضیح دهنده ساختار مواد شیمیایی با منشاء آلی ترکیب کرد. نظریه به شرح زیر است:

• در مولکول های مواد آلی، اتم ها در یک دنباله کاملاً مشخص به یکدیگر متصل می شوند که به ظرفیت بستگی دارد.
• ساختار شیمیایی ترتیب مستقیمی است که بر اساس آن اتم های موجود در مولکول های آلی به هم متصل می شوند.
• ساختار شیمیایی وجود خواص یک ترکیب آلی را تعیین می کند.
• بسته به ساختار مولکول هایی با ترکیب کمی یکسان، ظهور خواص مختلف یک ماده امکان پذیر است.
• همه گروه های اتمی که در تشکیل یک ترکیب شیمیایی شرکت می کنند تأثیر متقابلی بر یکدیگر دارند.

تمام کلاس های ترکیبات آلی بر اساس اصول این نظریه ساخته شده اند. باتلروف A.M. با پی ریزی پایه ها توانست شیمی را به عنوان یک رشته علمی گسترش دهد. وی تصریح کرد: با توجه به اینکه کربن در مواد آلی ظرفیت 4 را نشان می دهد، تنوع این ترکیبات مشخص می شود. وجود بسیاری از گروه های اتمی فعال تعلق یک ماده به یک طبقه خاص را تعیین می کند. و به دلیل وجود گروه های اتمی خاص (رادیکال ها) است که خواص فیزیکی و شیمیایی ظاهر می شود.

هیدروکربن ها و مشتقات آنها

این ترکیبات آلی کربن و هیدروژن از نظر ترکیب ساده ترین در بین تمام مواد این گروه هستند. آنها توسط زیرگروهی از آلکان ها و سیکلوآلکان ها (هیدروکربن های اشباع شده)، آلکن ها، آلکادین ها و آلکاترین ها، آلکین ها (هیدروکربن های غیر اشباع)، و همچنین زیرگروهی از مواد معطر نشان داده می شوند. در آلکان ها، تمام اتم های کربن تنها با یک پیوند C-C به هم متصل می شوند، به همین دلیل است که نمی توان یک اتم H را در ترکیب هیدروکربن گنجاند.

در هیدروکربن های غیر اشباع، هیدروژن را می توان در محل پیوند دوگانه C = C گنجاند. همچنین پیوند C-C می تواند سه گانه (آلکین) باشد. این به این مواد اجازه می دهد تا وارد انواع واکنش های مرتبط با کاهش یا افزودن رادیکال ها شوند. تمام مواد دیگر برای راحتی مطالعه توانایی آنها برای ورود به واکنش ها به عنوان مشتقات یکی از کلاس های هیدروکربن ها در نظر گرفته می شوند.

الکل ها

الکل ها ترکیبات شیمیایی آلی پیچیده تر از هیدروکربن ها نامیده می شوند. آنها در نتیجه واکنش های آنزیمی در سلول های زنده سنتز می شوند. نمونه بارز آن، سنتز اتانول از گلوکز با تخمیر است.

در صنعت، الکل ها از مشتقات هالوژن هیدروکربن ها به دست می آیند. در نتیجه جایگزینی یک اتم هالوژن به جای یک گروه هیدروکسیل، الکل ها تشکیل می شوند. الکل های مونوهیدریک فقط دارای یک گروه هیدروکسیل هستند، الکل های چند هیدروکسی - دو یا بیشتر. نمونه ای از الکل دی هیدریک اتیلن گلیکول است. الکل پلی هیدریک گلیسیرین است. فرمول کلی الکل ها R-OH است (R یک زنجیره کربنی است).

آلدهیدها و کتون ها

پس از اینکه الکل ها وارد واکنش های ترکیبات آلی مرتبط با حذف هیدروژن از گروه الکل (هیدروکسیل) می شوند، یک پیوند دوگانه بین اکسیژن و کربن بسته می شود. اگر این واکنش در گروه الکل واقع در انتهای اتم کربن انجام شود، در نتیجه یک آلدهید تشکیل می شود. اگر اتم کربن با الکل در انتهای زنجیره کربن قرار نگیرد، نتیجه واکنش کم آبی تولید کتون است. فرمول کلی کتون ها R-CO-R، آلدئیدها R-COH (R یک رادیکال هیدروکربنی زنجیره است).

اترها (ساده و پیچیده)

ساختار شیمیایی ترکیبات آلی این کلاس پیچیده است. اترها به عنوان محصولات واکنش بین دو مولکول الکل در نظر گرفته می شوند. هنگامی که آب از آنها جدا می شود، ترکیب نمونه R-O-R تشکیل می شود. مکانیسم واکنش: حذف یک پروتون هیدروژن از یک الکل و یک گروه هیدروکسیل از الکل دیگر.

استرها محصولات واکنش بین الکل و کربوکسیلیک اسید آلی هستند. مکانیسم واکنش: حذف آب از گروه الکل و کربوکسیلیک هر دو مولکول. هیدروژن از اسید (در گروه هیدروکسیل) جدا می شود و خود گروه OH از الکل جدا می شود. ترکیب حاصل به صورت R-CO-O-R نشان داده می شود، جایی که راش R مخفف رادیکال ها - بقیه زنجیره کربن است.

اسیدهای کربوکسیلیک و آمین ها

کربوکسیلیک اسیدها مواد خاصی هستند که نقش مهمی در عملکرد سلول دارند. ساختار شیمیایی ترکیبات آلی به شرح زیر است: یک رادیکال هیدروکربنی (R) با یک گروه کربوکسیل متصل به آن (-COOH). گروه کربوکسیل را می توان فقط در اتم کربن شدید قرار داد، زیرا ظرفیت C در گروه (-COOH) 4 است.

آمین ها ترکیبات ساده تری هستند که از هیدروکربن ها به دست می آیند. در اینجا، در هر اتم کربن، یک رادیکال آمین (-NH2) قرار دارد. آمین های اولیه ای وجود دارد که در آنها یک گروه (-NH2) به یک کربن متصل است (فرمول عمومی R-NH2). آمین های ثانویه نیتروژن را با دو اتم کربن ترکیب می کنند (فرمول R-NH-R). در آمین های درجه سوم، نیتروژن به سه اتم کربن (R3N) متصل است، جایی که p یک رادیکال، یک زنجیره کربن است.

آمینو اسید

آمینو اسیدها ترکیبات پیچیده ای هستند که خواص آمین ها و اسیدهای با منشاء آلی را نشان می دهند. بسته به محل قرارگیری گروه آمین نسبت به گروه کربوکسیل، انواع مختلفی از آنها وجود دارد. مهمترین آنها اسیدهای آمینه آلفا هستند. در اینجا گروه آمین در اتم کربنی قرار دارد که کربوکسیل به آن متصل است. این به شما امکان می دهد یک پیوند پپتیدی ایجاد کنید و پروتئین ها را سنتز کنید.

کربوهیدرات ها و چربی ها

کربوهیدرات ها الکل های آلدهیدی یا کتالکل ها هستند. اینها ترکیباتی با ساختار خطی یا حلقوی و همچنین پلیمرها (نشاسته، سلولز و غیره) هستند. مهمترین نقش آنها در سلول ساختاری و انرژی است. چربی ها یا به عبارت بهتر لیپیدها عملکردهای مشابهی را انجام می دهند و فقط در سایر فرآیندهای بیوشیمیایی شرکت می کنند. از نظر ساختار شیمیایی، چربی یک استر از اسیدهای آلی و گلیسیرین است.

بلوک d شامل 32 عنصر از سیستم تناوبی است. d-Element ها در دوره های اصلی 4-7 گنجانده شده اند. اتم های گروه IIIB اولین الکترون را در اوربیتال d دارند. در گروه های بعدی B، سطح فرعی d تا 10 الکترون پر می شود (از این رو d-elements نامیده می شود). ساختار لایه‌های الکترونی بیرونی اتم‌های بلوک d با فرمول کلی (n-1) d a ns b، که در آن a = 1-10، b = 1-2 توصیف می‌شود.

یکی از ویژگی های عناصر این دوره ها افزایش نامتناسب آهسته شعاع اتمی با افزایش تعداد الکترون ها است. این تغییر نسبتاً آهسته در شعاع ها با فشرده سازی به اصطلاح لانتانید به دلیل نفوذ الکترون های ns به زیر لایه الکترون d توضیح داده می شود. در نتیجه تغییر جزئی در خواص اتمی و شیمیایی عناصر d با افزایش عدد اتمی ایجاد می شود. شباهت خواص شیمیایی در ویژگی مشخصه عناصر d برای تشکیل ترکیبات پیچیده با انواع لیگاندها آشکار می شود.

یکی از ویژگی های مهم عناصر d، ظرفیت متغیر و بر این اساس، انواع حالت های اکسیداسیون است. این ویژگی عمدتاً با ناقص بودن لایه الکترون d پیش بیرونی (به جز عناصر گروه های IB و IIB) مرتبط است. امکان وجود عناصر d در حالت های مختلف اکسیداسیون، طیف وسیعی از خواص اکسیداسیون و کاهش عناصر را تعیین می کند. در کمترین حالت های اکسیداسیون، عناصر d خواص فلزات را نشان می دهند. با افزایش عدد اتمی در گروه B، خواص فلزی به طور طبیعی کاهش می یابد.

در محلول‌ها، آنیون‌های حاوی اکسیژن عناصر d با بالاترین حالت اکسیداسیون، خاصیت اسیدی و اکسیدکننده دارند. اشکال کاتیونی حالت‌های اکسیداسیون پایین‌تر با خواص پایه و کاهنده مشخص می‌شوند.

عناصر d در حالت اکسیداسیون متوسط، خواص آمفوتریک را نشان می دهند. این الگوها را می توان با استفاده از مثال ترکیبات مولیبدن در نظر گرفت:

با تغییر در خواص، رنگ کمپلکس های مولیبدن در حالت های مختلف اکسیداسیون (VI - II) تغییر می کند:

در دوره با افزایش بار هسته ای، کاهش پایداری ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون بالاتر مشاهده می شود. به موازات آن، پتانسیل ردوکس این ترکیبات افزایش می یابد. بیشترین ظرفیت اکسیداسیون برای یون های فرات و یون های پرمنگنات مشاهده می شود. لازم به ذکر است که خواص اسیدی و غیرفلزی عناصر d با افزایش الکترونگاتیوی نسبی افزایش می یابد.

با افزایش پایداری ترکیبات هنگام حرکت از بالا به پایین در گروه های B، خواص اکسید کننده آنها به طور همزمان کاهش می یابد.

می توان فرض کرد که در سیر تکامل بیولوژیکی، ترکیباتی از عناصر در حالت های اکسیداسیون میانی انتخاب شدند که با خواص ردوکس خفیف مشخص می شوند. مزایای چنین انتخابی واضح است: آنها به جریان صاف واکنش های بیوشیمیایی کمک می کنند. کاهش پتانسیل RH پیش نیازهایی را برای "تنظیم" دقیق فرآیندهای بیولوژیکی ایجاد می کند که باعث افزایش انرژی می شود. عملکرد بدن انرژی کمتری دارد که به معنای صرفه جویی در مصرف مواد غذایی است.

از نقطه نظر تکامل، وجود عناصر d در کمترین حالت های اکسیداسیون برای ارگانیسم موجه می شود. مشخص شده است که یون‌های Mn 2+، Fe 2+، Co 2+ تحت شرایط فیزیولوژیکی عوامل احیاکننده قوی نیستند و یون‌های Cu 2+ و Fe 2+ عملاً خواص کاهشی در بدن از خود نشان نمی‌دهند. کاهش بیشتر در واکنش زمانی رخ می دهد که این یون ها با لیگاندهای بیورگانیک برهمکنش می کنند.

ممکن است به نظر برسد که نقش مهم کمپلکس‌های بیوآلی مولیبدن (V) و (VI) در موجودات مختلف با موارد فوق مغایر باشد. با این حال، این نیز با قاعده کلی موافق است. علیرغم بالاترین حالت اکسیداسیون، چنین ترکیباتی خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهند.

باید به توانایی کمپلکس‌کنندگی بالای عناصر d اشاره کرد که معمولاً بسیار بالاتر از عناصر s و p هستند. این در درجه اول به دلیل توانایی عناصر d است که هم دهنده و هم پذیرنده یک جفت الکترون هستند که یک ترکیب هماهنگی را تشکیل می دهند.

در مورد کمپلکس هیدروکسی کروم [Cr (OH) 6] یون 3 فلزی پذیرنده یک جفت الکترون است. هیبریداسیون اوربیتال های کروم 3d 2 4sp 3 وضعیت انرژی پایدارتری نسبت به زمانی که الکترون های کروم روی اوربیتال های گروه های هیدروکسی قرار دارند، فراهم می کند.

ترکیب [CrCl 4] 2- برعکس، در نتیجه این واقعیت است که الکترون‌های d تنها فلز، اوربیتال‌های آزاد لیگاندها را اشغال می‌کنند، زیرا در این حالت انرژی این اوربیتال‌ها برابر است. پایین تر

خواص کاتیون Cr 3+ تغییرپذیری اعداد هماهنگی عناصر d را نشان می دهد. بیشتر اوقات، اینها اعداد زوج از 4 تا 8 هستند و کمتر اعداد 10 و 12 هستند. لازم به ذکر است که تنها مجتمع های تک هسته ای وجود ندارند. تعداد زیادی از ترکیبات هماهنگ کننده دی، سه و چهار هسته ای عناصر d شناخته شده است.

یک مثال مجتمع کبالت دو هسته ای [Co 2 (NH 3) 10 (O 2)] (NO 3) 5 است که می تواند به عنوان مدلی برای یک حامل اکسیژن عمل کند.

بیش از 1/3 از تمام عناصر کمیاب در بدن عناصر d هستند. در موجودات به شکل ترکیبات پیچیده یا یون های هیدراته با میانگین زمان تبادل پوسته هیدراتاسیون از 1-10 تا 10-10 ثانیه وجود دارند. بنابراین، می توان استدلال کرد که یون های فلزی "آزاد" در بدن وجود ندارند: اینها یا هیدرات های آنها هستند یا محصولات هیدرولیز.

در واکنش های بیوشیمیایی، عناصر d اغلب خود را به عنوان فلزات کمپلکس نشان می دهند. در این مورد، لیگاندها مواد فعال بیولوژیکی هستند، به عنوان یک قاعده، ماهیت آلی یا آنیون های اسیدهای معدنی.

مولکول های پروتئین کمپلکس های بیوان آلی را با عناصر d - خوشه ها یا خوشه های زیستی تشکیل می دهند. یون فلزی (عامل کمپلکس‌کننده فلز) در داخل حفره خوشه‌ای قرار دارد و با اتم‌های الکترونگاتیو گروه‌های متصل‌کننده پروتئین تعامل دارد: هیدروکسیل (--OH)، سولفیدریل (--SH)، کربوکسیل (--COOH) و گروه‌های آمینه پروتئین ها (H 2 N - ). برای نفوذ یک یون فلزی به داخل حفره خوشه، لازم است که قطر یون متناسب با اندازه حفره باشد. بنابراین، طبیعت تشکیل خوشه های زیستی را با یون های عنصر d با اندازه های خاص تنظیم می کند.

معروف ترین متالوآنزیم ها: کربنیک انیدراز، گزانتین اکسیداز، سوکسینات دهیدروژناز، سیتوکروم ها، روبردوکسین. آنها خوشه های زیستی هستند که حفره های آنها مراکز اتصال بسترها با یون های فلزی را تشکیل می دهند.

بیوکلسترها (کمپلکس های پروتئینی) وظایف مختلفی را انجام می دهند.

مجتمع های انتقال پروتئین اکسیژن و عناصر ضروری را به اندام ها می رسانند. هماهنگی فلز از طریق اکسیژن گروه های کربوکسیل و نیتروژن گروه های آمینه پروتئین انجام می شود. این یک ترکیب کلات پایدار را تشکیل می دهد.

عناصر d (کبالت، نیکل، آهن) به عنوان فلز هماهنگ کننده عمل می کنند. نمونه ای از کمپلکس پروتئین حمل و نقل حاوی آهن، ترانسفرین است.

سایر خوشه های زیستی می توانند نقش انباشت کننده (انباشته) ایفا کنند - اینها پروتئین های حاوی آهن هستند: هموگلوبین، میوگلوبین، فریتین. آنها هنگام توصیف دارایی گروه VIII در نظر گرفته می شوند.

عناصر Zn، Fe، Co، Mo، Cu حیاتی هستند، آنها بخشی از متالوآنزیم ها هستند. آنها واکنش هایی را کاتالیز می کنند که می توان آنها را به سه گروه تقسیم کرد:

فعل و انفعالات اسید و باز یون روی، که بخشی از آنزیم کربنیک انیدراز است، که هیدراتاسیون برگشت پذیر CO 2 را در سیستم های زیستی کاتالیز می کند، شرکت می کند.

فعل و انفعالات ردوکس یون های Fe، Co، Cr، Mo درگیر هستند. آهن بخشی از سیتوکروم است، در طول فرآیند، انتقال الکترون رخ می دهد:

Fe 3+> Fe 2+ + e -

3. انتقال اکسیژن. Fe، Cu شرکت می کنند. آهن بخشی از هموگلوبین و مس بخشی از هموسیانین است. فرض بر این است که این عناصر با اکسیژن متصل می شوند، اما توسط آن اکسید نمی شوند.

ترکیبات عناصر d به طور انتخابی نور را در طول موج های مختلف جذب می کنند. این منجر به ظاهر شدن رنگ می شود. نظریه کوانتومی گزینش پذیری جذب را با شکافتن لایه های فرعی d یون های فلزی تحت تأثیر میدان لیگاند توضیح می دهد.

واکنش های رنگی زیر به عناصر d به خوبی شناخته شده است:

Мn 2+ + S 2- = МnSv (رسوب گوشتی)

Нg 2+ + 2I - = НgI 2 v (رسوب زرد یا قرمز)

К 2 Сr 2 О 7 + Н 2 SO 4 (مجموع) = К 2 SO 4 + Н 2 О + 2СrО 3 v

(کریستال های نارنجی رنگ)

از واکنش های فوق در شیمی تجزیه برای تعیین کیفی یون های مربوطه استفاده می شود. معادله واکنش با دی کرومات نشان می دهد که هنگام تهیه یک "مخلوط کروم" برای شستن ظروف شیمیایی چه اتفاقی می افتد. این مخلوط برای حذف رسوبات معدنی و آلی از سطح بطری های شیمیایی ضروری است. به عنوان مثال، چربی که همیشه پس از لمس انگشتان روی شیشه باقی می ماند.

توجه به این واقعیت ضروری است که عناصر d در بدن راه اندازی اکثر فرآیندهای بیوشیمیایی را فراهم می کند که فعالیت حیاتی طبیعی را تضمین می کند.

عناصر d انتقالی و اتصالات آنها به طور گسترده در عمل آزمایشگاهی، صنعت و فناوری استفاده می شود. آنها همچنین نقش مهمی در سیستم های بیولوژیکی دارند. در بخش و بخش قبل. 10.2 قبلاً ذکر شد که یون‌های عناصر d مانند آهن، کروم و منگنز نقش مهمی در تیتراسیون ردوکس و سایر روش‌های آزمایشگاهی دارند. در اینجا تنها به کاربردهای این فلزات در صنعت و فناوری و همچنین نقش آنها در فرآیندهای بیولوژیکی می پردازیم.

کاربردها به عنوان مصالح ساختمانی آلیاژهای آهن

برخی از عناصر d به طور گسترده برای ساخت مواد ساختاری، عمدتا به شکل آلیاژ استفاده می شود. آلیاژ مخلوط (یا محلول) یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است.

آلیاژهایی که جزء اصلی آنها آهن است، فولاد نامیده می شوند. قبلاً در بالا گفتیم که همه فولادها به دو نوع کربنی و آلیاژی تقسیم می شوند.

فولادهای کربنی از نظر محتوای کربن، این فولادها به نوبه خود به فولادهای کم کربن، متوسط ​​کربن و پرکربن تقسیم می شوند. سختی فولادهای کربنی با افزایش محتوای کربن افزایش می یابد. به عنوان مثال، فولاد کم کربن، انعطاف پذیر و چکش خوار است. زمانی استفاده می شود که تنش مکانیکی حیاتی نباشد. کاربردهای مختلف فولادهای کربنی در جدول نشان داده شده است. 14.10. فولادهای کربنی تا 90 درصد از کل تولید فولاد را تشکیل می دهند.

فولادهای آلیاژی چنین فولادهایی حاوی حداکثر 50 درصد ناخالصی از یک یا چند فلز، اغلب آلومینیوم، کروم، کبالت، مولیبدن، نیکل، تیتانیوم، تنگستن و وانادیم هستند.

فولادهای ضد زنگ حاوی کروم و نیکل به عنوان ناخالصی برای آهن هستند. این ناخالصی ها سختی فولاد را افزایش داده و آن را در برابر خوردگی مقاوم می کند. خاصیت اخیر به دلیل تشکیل یک لایه نازک از اکسید کروم (III) بر روی سطح فولاد است.

فولادهای ابزار به دو دسته فولادهای تنگستن و منگنزی تقسیم می شوند. افزودن این فلزات باعث افزایش سختی، استحکام و مقاومت در هنگام

جدول 14.10. فولادهای کربنی

دمای بالا (مقاومت در برابر حرارت) فولاد. چنین فولادهایی برای حفاری چاه ها، ساخت لبه های برش ابزارهای فلزکاری و آن دسته از قطعات ماشینی که تحت فشار مکانیکی بالایی قرار دارند استفاده می شود.

فولادهای سیلیکونی برای ساخت تجهیزات الکتریکی مختلف استفاده می شود: موتورها، ژنراتورهای برق و ترانسفورماتورها.

سایر آلیاژها

علاوه بر آلیاژهای آهن، آلیاژهایی بر پایه فلزات دیگر نیز وجود دارد.

آلیاژهای تیتانیوم تیتانیوم به راحتی با فلزاتی مانند قلع، آلومینیوم، نیکل و کبالت آلیاژ می شود. آلیاژهای تیتانیوم سبک وزن، مقاوم در برابر خوردگی و در دماهای بالا مقاوم هستند. آنها در ساخت هواپیما برای ساخت پره های توربین در موتورهای توربوجت استفاده می شوند. آنها همچنین در صنعت پزشکی برای ساخت دستگاه های الکترونیکی استفاده می شوند که در دیواره قفسه سینه بیمار برای عادی سازی ریتم های غیر طبیعی قلب کاشته می شوند.

آلیاژهای نیکل مونل یکی از مهم ترین آلیاژهای نیکل است. این آلیاژ حاوی 65 درصد نیکل، 32 درصد مس و مقادیر کمی آهن و منگنز است. برای ساخت لوله های کندانسور برای یخچال ها، شفت پروانه ها و همچنین در صنایع شیمیایی، غذایی و دارویی استفاده می شود. یکی دیگر از آلیاژهای مهم نیکل نیکروم است. این آلیاژ حاوی 60 درصد نیکل، 15 درصد کروم و 25 درصد آهن است. آلیاژی از آلومینیوم، کبالت و نیکل به نام آلنیکو برای ساخت آهنرباهای دائمی بسیار قوی استفاده می شود.

آلیاژهای مس. از مس برای ساخت انواع مختلفی از آلیاژها استفاده می شود. مهمترین آنها در جدول نشان داده شده است. 14.11.

جدول 14.11. آلیاژهای مس

کاتالیزورهای صنعتی

d-Element ها و ترکیبات آنها به طور گسترده ای به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شود. مثال‌های زیر فقط برای عناصر d اولین ردیف انتقال اعمال می‌شوند.

کلرید تیتانیوم این ترکیب به عنوان یک کاتالیزور برای پلیمریزاسیون آلکن ها طبق روش زیگلر استفاده می شود (به فصل 20 مراجعه کنید):

اکسید. این کاتالیزور در مرحله بعدی فرآیند تماس برای تولید اسید سولفوریک استفاده می شود (به فصل 7 مراجعه کنید):

آهن یا اکسید. این کاتالیزورها در فرآیند هابر برای سنتز آمونیاک استفاده می شوند (به فصل 7 مراجعه کنید):

نیکل. این کاتالیزور برای درمان روغن های گیاهی در طول هیدروژنه کردن، به عنوان مثال در تولید مارگارین استفاده می شود:

مس یا اکسید مس (II). این کاتالیزورها برای هیدروژن زدایی اتانول در فرآیند تولید اتانال (استالدهید) استفاده می شوند:

رودیوم (عنصر سری دوم انتقال) و پلاتین (عنصر سری سوم انتقال) نیز به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شوند. هر دو، به عنوان مثال، در فرآیند Ostwald برای تولید اسید نیتریک استفاده می شوند (به فصل 15 مراجعه کنید).

رنگدانه ها

قبلاً اشاره کردیم که یکی از مهمترین ویژگیهای متمایز کننده عناصر d توانایی آنها در تشکیل ترکیبات رنگی است. به عنوان مثال، رنگ بسیاری از سنگ های قیمتی به دلیل وجود مقادیر کمی ناخالصی های d-metal در آنها است (جدول 14.6 را ببینید). اکسیدهای عنصر D برای ساخت شیشه های رنگی استفاده می شود. به عنوان مثال، اکسید کبالت (II) رنگ آبی تیره را به شیشه می بخشد. انواع ترکیبات d-metal در صنایع مختلف به عنوان رنگدانه استفاده می شود.

اکسید تیتانیوم تولید جهانی اکسید تیتانیوم بیش از 2 میلیون تن در سال است. این ماده عمدتاً به عنوان رنگدانه سفید در صنعت رنگ و همچنین در صنایع کاغذ، پلاستیک و نساجی استفاده می شود.

ترکیبات کروم زاج کروم (دودکاهیدرات سولفات کروم دارای رنگ بنفش است. برای رنگرزی در صنعت نساجی استفاده می شود. اکسید کروم به عنوان رنگدانه سبز استفاده می شود. کرومات سرب (IV) برای تولید رنگدانه هایی مانند سبز کروم، زرد کروم و کروم قرمز استفاده می شود. .

هگزاسیانوفرات پتاسیم (III). از این ترکیب در رنگرزی، حکاکی و ساخت کاغذهای نقشه کشی استفاده می شود.

ترکیبات کبالت رنگدانه آبی کبالت از آلومینات کبالت تشکیل شده است. رنگدانه های بنفش و بنفش کبالت از رسوب نمک های کبالت با فسفات های قلیایی خاکی به دست می آیند.

سایر کاربردهای صنعتی

تا کنون، ما به کاربردهای عناصر β به عنوان آلیاژهای ساختاری، کاتالیزورهای صنعتی و رنگدانه ها نگاه کرده ایم. این عناصر همچنین کاربردهای بسیار دیگری نیز دارند.

کروم برای آبکاری کروم بر روی اجسام فولادی مانند قطعات خودرو استفاده می شود.

چدن. این یک آلیاژ نیست، بلکه یک آهن خام است. از آن برای ساخت انواع اقلام مانند تابه، روکش منهول و اجاق گاز استفاده می شود.

کبالت. ایزوتوپ به عنوان منبع پرتو گاما برای درمان سرطان استفاده می شود.

مس به طور گسترده در صنعت برق برای ساخت سیم، کابل و سایر رساناها استفاده می شود. همچنین برای ساخت لوله های مسی فاضلاب استفاده می شود.

عناصر d در سیستم های بیولوژیکی

عناصر d در بسیاری از سیستم های بیولوژیکی نقش مهمی دارند. به عنوان مثال، بدن یک بزرگسال حاوی حدود 4 گرم آهن است. حدود دو سوم این مقدار توسط هموگلوبین، رنگدانه قرمز خون، تشکیل می شود (شکل 14.11 را ببینید). آهن همچنین بخشی از پروتئین ماهیچه ای میوگلوبین است و همچنین در اندام هایی مانند کبد ذخیره می شود.

عناصری که در سیستم های بیولوژیکی در مقادیر بسیار کم یافت می شوند، عناصر کمیاب نامیده می شوند. جدول 14.12 جرم کانی های مختلف را نشان می دهد

جدول 14.12. میانگین محتوای کلان و ریز عناصر در بدن یک بزرگسال

منگنز یک عنصر ضروری در غذای طیور است.

بسیاری از d-metal ها مواد معدنی کمیاب هستند که برای رشد سالم محصولات حیاتی هستند.

عناصر و برخی از عناصر کمیاب در بدن یک بزرگسال. لازم به ذکر است که پنج مورد از این عناصر به تعداد d-metal های سری انتقالی اول تعلق دارند. این عناصر و سایر عناصر کمیاب d-metal عملکردهای مهمی را در سیستم های بیولوژیکی انجام می دهند.

کروم در جذب گلوکز در بدن انسان نقش دارد.

منگنز در آنزیم های مختلف یافت می شود. برای گیاهان ضروری است و جزء ضروری غذای پرندگان است، اگرچه برای گوسفند و گاو چندان مهم نیست. منگنز در بدن انسان نیز یافت می شود، اما هنوز مشخص نشده است که چقدر به آن نیاز داریم. مقدار زیادی منگنز در آن یافت می شود. مغزها، ادویه ها و غلات منابع خوبی از این عنصر هستند.

کبالت برای گوسفند، گاو و انسان ضروری است. برای مثال در ویتامین این ویتامین برای درمان کم خونی خطرناک استفاده می شود. همچنین برای تشکیل DNA و RNA ضروری است (به فصل 20 مراجعه کنید).

نیکل در بافت های بدن انسان یافت می شود، اما نقش آن هنوز مشخص نشده است.

مس جزء مهمی از تعدادی آنزیم است و برای سنتز هموگلوبین لازم است. گیاهان به آن نیاز دارند و گوسفند و گاو در جیره غذایی خود به کمبود مس حساس هستند. با کمبود مس در غذای گوسفند، بره ها با ناهنجاری های مادرزادی، به ویژه فلج اندام های عقبی ظاهر می شوند. در رژیم غذایی انسان، تنها غذایی که حاوی مقادیر قابل توجهی مس است جگر است. مقدار کمی مس در غذاهای دریایی، حبوبات، میوه های خشک و غلات یافت می شود.

روی بخشی از تعدادی آنزیم است. برای تولید انسولین ضروری است و بخشی جدایی ناپذیر از آنزیم انیدراز است که نقش مهمی در فرآیند تنفسی ایفا می کند.

بیماری های مرتبط با عدم استناد

در اوایل دهه 1960. دکتر AS Prasad در ایران و هند یک بیماری مرتبط با کمبود روی در مواد غذایی را کشف کرد که خود را با توقف رشد کودکان و کم خونی نشان می دهد. از آن زمان به بعد، کمبود روی در رژیم غذایی به عنوان یکی از دلایل اصلی توقف رشد در کودکان دارای سوءتغذیه شدید در نظر گرفته شده است. روی برای عملکرد لنفوسیت های T ضروری است که بدون آن سیستم ایمنی بدن انسان نمی تواند با عفونت ها مبارزه کند.

آماده سازی روی به مسمومیت شدید فلزات و همچنین برخی بیماری های ارثی مانند کم خونی داسی شکل کمک می کند. کم خونی داسی شکل یک نقص مادرزادی در گلبول های قرمز خون است که در جمعیت بومی آفریقا یافت می شود. در بیماران سلول داسی شکل، گلبول های قرمز شکل غیر طبیعی (داس شکل) دارند و بنابراین قادر به حمل اکسیژن نیستند. این به دلیل اشباع بیش از حد گلبول های قرمز با کلسیم است که توزیع بارها را در سطح سلول تغییر می دهد. افزودن روی به رژیم غذایی باعث می شود روی با کلسیم رقابت کند و از ناهنجاری شکل غشای سلولی کاسته شود.

آماده سازی روی همچنین به درمان بی اشتهایی (از دست دادن اشتها) ناشی از اختلالات سیستم عصبی کمک می کند.

پس بیایید دوباره این کار را انجام دهیم!

1. رایج ترین عنصر روی زمین آهن است و پس از آن تیتانیوم.

2. عناصر d به شکل ناخالصی های کمیاب در گیاهان، حیوانات و سنگ های قیمتی یافت می شوند.

3. برای تولید صنعتی آهن از دو سنگ هماتیت و مگنتیت استفاده می شود

4. آهن در کوره بلند با احیای سنگ آهن با مونوکسید کربن تولید می شود. برای حذف ناخالصی ها به صورت سرباره، سنگ آهک به سنگ معدن اضافه می شود.

5. فولادهای کربنی عمدتاً توسط فرآیند تبدیل کننده اکسیژن (فرایند لینز-دوناویتز) تولید می شوند.

6. برای تولید فولادهای آلیاژی با کیفیت بالا از کوره ذوب الکتریکی استفاده می شود.

7. تیتانیوم از سنگ معدن ایلمنیت با استفاده از فرآیند کرول به دست می آید. در این حالت ابتدا اکسید موجود در سنگ معدن تبدیل به

8. نیکل از سنگ معدن پنتلاندیت به دست می آید. سولفید نیکل موجود در آن ابتدا به اکسید تبدیل می شود و سپس با کربن (کک) به نیکل فلزی احیا می شود.

9. برای بدست آوردن مس از سنگ کالکوپیریت (پیریت مس) استفاده می شود. سولفید موجود در آن با حرارت دادن در شرایط دسترسی محدود به هوا کاهش می یابد.

10. آلیاژ مخلوط (یا محلول) یک فلز با یک یا چند عنصر دیگر است.

11. فولادها آلیاژهای آهن هستند که جزء اصلی آنهاست.

12. سختی فولادهای کربنی هر چه بیشتر باشد میزان کربن در آنها بیشتر می شود.

13. فولاد ضد زنگ، فولاد ابزار و فولاد سیلیکونی انواع فولاد آلیاژی هستند.

14. آلیاژهای تیتانیوم و نیکل به طور گسترده در فناوری استفاده می شود. از آلیاژهای مس برای ساخت سکه استفاده می شود.

15. اکسید کلرید و اکسید نیکل به عنوان کاتالیزور صنعتی استفاده می شود.

16. از اکسیدهای فلزات برای ساخت شیشه های رنگی استفاده می شود، از سایر ترکیبات فلزی به عنوان رنگدانه استفاده می شود.

17. d-فلزات نقش مهمی در سیستم های بیولوژیکی دارند. به عنوان مثال، هموگلوبین، که رنگدانه قرمز خون است، حاوی آهن است.

d-ELEMENTS و اتصالات آنها

1. مشخصات کلی عناصر d

بلوک d شامل 32 عنصر از سیستم تناوبی است. d-Element ها در دوره های اصلی 4-7 گنجانده شده اند. اتم های گروه IIIB اولین الکترون را در اوربیتال d دارند. در گروه های بعدی B، سطح فرعی d تا 10 الکترون پر می شود (از این رو d-elements نامیده می شود). ساختار لایه های الکترونی بیرونی اتم های بلوک d با فرمول کلی (n-1) d توصیف می شود. آ ns ب ، که در آن a = 1-10، b = 1-2.

یکی از ویژگی های عناصر این دوره ها افزایش نامتناسب آهسته شعاع اتمی با افزایش تعداد الکترون ها است. این تغییر نسبتاً آهسته در شعاع ها با فشرده سازی به اصطلاح لانتانید به دلیل نفوذ الکترون های ns به زیر لایه الکترون d توضیح داده می شود. در نتیجه تغییر جزئی در خواص اتمی و شیمیایی عناصر d با افزایش عدد اتمی ایجاد می شود. شباهت خواص شیمیایی در ویژگی مشخصه عناصر d برای تشکیل ترکیبات پیچیده با انواع لیگاندها آشکار می شود.

یکی از ویژگی های مهم عناصر d، ظرفیت متغیر و بر این اساس، انواع حالت های اکسیداسیون است. این ویژگی عمدتاً با ناقص بودن لایه الکترون d پیش بیرونی (به جز عناصر گروه های IB و IIB) مرتبط است. امکان وجود عناصر d در حالت های مختلف اکسیداسیون، طیف وسیعی از خواص اکسیداسیون و کاهش عناصر را تعیین می کند. در کمترین حالت های اکسیداسیون، عناصر d خواص فلزات را نشان می دهند. با افزایش عدد اتمی در گروه B، خواص فلزی به طور طبیعی کاهش می یابد.

در محلول‌ها، آنیون‌های حاوی اکسیژن عناصر d با بالاترین حالت اکسیداسیون، خاصیت اسیدی و اکسیدکننده دارند. اشکال کاتیونی حالت‌های اکسیداسیون پایین‌تر با خواص پایه و کاهنده مشخص می‌شوند.

عناصر d در حالت اکسیداسیون متوسط، خواص آمفوتریک را نشان می دهند. این الگوها را می توان با استفاده از مثال ترکیبات مولیبدن در نظر گرفت:

با تغییر در خواص، رنگ کمپلکس های مولیبدن در حالت های مختلف اکسیداسیون (VI - II) تغییر می کند:

در دوره با افزایش بار هسته ای، کاهش پایداری ترکیبات عناصر در حالت های اکسیداسیون بالاتر مشاهده می شود. به موازات آن، پتانسیل ردوکس این ترکیبات افزایش می یابد. بیشترین ظرفیت اکسیداسیون برای یون های فرات و یون های پرمنگنات مشاهده می شود. لازم به ذکر است که خواص اسیدی و غیرفلزی عناصر d با افزایش الکترونگاتیوی نسبی افزایش می یابد.

با افزایش پایداری ترکیبات هنگام حرکت از بالا به پایین در گروه های B، خواص اکسید کننده آنها به طور همزمان کاهش می یابد.

می توان فرض کرد که در سیر تکامل بیولوژیکی، ترکیباتی از عناصر در حالت های اکسیداسیون میانی انتخاب شدند که با خواص ردوکس خفیف مشخص می شوند. مزایای چنین انتخابی واضح است: آنها به جریان صاف واکنش های بیوشیمیایی کمک می کنند. کاهش پتانسیل RH پیش نیازهایی را برای "تنظیم" دقیق فرآیندهای بیولوژیکی ایجاد می کند که باعث افزایش انرژی می شود. عملکرد بدن انرژی کمتری دارد که به معنای صرفه جویی در مصرف مواد غذایی است.

از نقطه نظر تکامل، وجود عناصر d در کمترین حالت های اکسیداسیون برای ارگانیسم موجه می شود. مشخص است که یونهای Мn 2+، Fe 2+، شرکت 2+تحت شرایط فیزیولوژیکی عوامل کاهنده قوی نیست، و یون مس 2+و Fe 2+عملاً خواص ترمیمی در بدن نشان نمی دهند. کاهش بیشتر در واکنش زمانی رخ می دهد که این یون ها با لیگاندهای بیورگانیک برهمکنش می کنند.

ممکن است به نظر برسد که نقش مهم کمپلکس‌های بیوآلی مولیبدن (V) و (VI) در موجودات مختلف با موارد فوق مغایر باشد. با این حال، این نیز با قاعده کلی موافق است. علیرغم بالاترین حالت اکسیداسیون، چنین ترکیباتی خواص اکسید کننده ضعیفی از خود نشان می دهند.

باید به توانایی کمپلکس‌کنندگی بالای عناصر d اشاره کرد که معمولاً بسیار بالاتر از عناصر s و p هستند. این در درجه اول به دلیل توانایی عناصر d است که هم دهنده و هم پذیرنده یک جفت الکترون هستند که یک ترکیب هماهنگی را تشکیل می دهند.

در مورد کمپلکس هیدروکسی کروم [Cr (OH) 6]3-یک یون فلزی پذیرنده یک جفت الکترون است. هیبریداسیون 3 بعدی 24 sp 3-اوربیتال‌های کروم نسبت به زمانی که الکترون‌های کروم روی اوربیتال‌های گروه‌های هیدروکسی قرار دارند، حالت انرژی پایدارتری ارائه می‌کنند.

ترکیب [СrСl 4]2-برعکس، در نتیجه این واقعیت است که d-الکترون های فلزی اوربیتال های آزاد لیگاندها را اشغال می کنند، زیرا در این حالت انرژی این اوربیتال ها کمتر است.

خواص کاتیون کروم 3+عدم ثبات اعداد هماهنگی عناصر d را نشان می دهد. بیشتر اوقات، اینها اعداد زوج از 4 تا 8 هستند و کمتر اعداد 10 و 12 هستند. لازم به ذکر است که تنها مجتمع های تک هسته ای وجود ندارند. تعداد زیادی از ترکیبات هماهنگ کننده دی، سه و چهار هسته ای عناصر d شناخته شده است.

به عنوان مثال مجتمع کبالت دو هسته ای [Co 2(NN 3)10(O 2)] (خیر 3)5که می تواند الگویی برای حامل اکسیژن باشد.

بیش از 1/3 از تمام عناصر کمیاب در بدن عناصر d هستند. در موجودات به شکل ترکیبات پیچیده یا یون های هیدراته با میانگین زمان تبادل پوسته هیدراتاسیون 10 وجود دارند. -1به 10 -10با. بنابراین، می توان استدلال کرد که یون های فلزی "آزاد" در بدن وجود ندارند: اینها یا هیدرات های آنها هستند یا محصولات هیدرولیز.

در واکنش های بیوشیمیایی، عناصر d اغلب خود را به عنوان فلزات کمپلکس نشان می دهند. در این مورد، لیگاندها مواد فعال بیولوژیکی هستند، به عنوان یک قاعده، ماهیت آلی یا آنیون های اسیدهای معدنی.

مولکول های پروتئین کمپلکس های بیوان آلی را با عناصر d - خوشه ها یا خوشه های زیستی تشکیل می دهند. یون فلزی (عامل کمپلکس‌کننده فلز) در داخل حفره خوشه‌ای قرار دارد و با اتم‌های الکترونگاتیو گروه‌های اتصال پروتئینی: هیدروکسیل (-OH)، سولفیدریل (-SH)، کربوکسیل (-COOH) و گروه‌های آمینه پروتئین‌ها (H) در تعامل است. 2ن -). برای نفوذ یک یون فلزی به داخل حفره خوشه، لازم است که قطر یون متناسب با اندازه حفره باشد. بنابراین، طبیعت تشکیل خوشه های زیستی را با یون های عنصر d با اندازه های خاص تنظیم می کند.

معروف ترین متالوآنزیم ها: کربنیک انیدراز، گزانتین اکسیداز، سوکسینات دهیدروژناز، سیتوکروم ها، روبردوکسین. آنها خوشه های زیستی هستند که حفره های آنها مراکز اتصال بسترها با یون های فلزی را تشکیل می دهند.

بیوکلسترها (کمپلکس های پروتئینی) وظایف مختلفی را انجام می دهند.

مجتمع های انتقال پروتئین اکسیژن و عناصر ضروری را به اندام ها می رسانند. هماهنگی فلز از طریق اکسیژن گروه های کربوکسیل و نیتروژن گروه های آمینه پروتئین انجام می شود. این یک ترکیب کلات پایدار را تشکیل می دهد.

عناصر d (کبالت، نیکل، آهن) به عنوان فلز هماهنگ کننده عمل می کنند. نمونه ای از کمپلکس پروتئین حمل و نقل حاوی آهن، ترانسفرین است.

سایر خوشه های زیستی می توانند نقش انباشت کننده (انباشته) ایفا کنند - اینها پروتئین های حاوی آهن هستند: هموگلوبین، میوگلوبین، فریتین. آنها هنگام توصیف دارایی گروه VIII در نظر گرفته می شوند.

عناصر Zn، Fe، Co، Mo، Cu حیاتی هستند، آنها بخشی از متالوآنزیم ها هستند. آنها واکنش هایی را کاتالیز می کنند که می توان آنها را به سه گروه تقسیم کرد:

1. فعل و انفعالات اسید و باز یون روی، که بخشی از آنزیم کربنیک انیدراز است، که هیدراتاسیون برگشت پذیر CO را کاتالیز می کند. 2 در بیوسیستم ها
2. فعل و انفعالات ردوکس یون های Fe، Co، Cr، Mo درگیر هستند. آهن بخشی از سیتوکروم است، در طول فرآیند، انتقال الکترون رخ می دهد:

Fe 3+→ Fe 2++ e -

3.انتقال اکسیژن Fe، Cu شرکت می کنند. آهن بخشی از هموگلوبین و مس بخشی از هموسیانین است. فرض بر این است که این عناصر با اکسیژن متصل می شوند، اما توسط آن اکسید نمی شوند.

ترکیبات عناصر d به طور انتخابی نور را در طول موج های مختلف جذب می کنند. این منجر به ظاهر شدن رنگ می شود. نظریه کوانتومی گزینش پذیری جذب را با شکافتن لایه های فرعی d یون های فلزی تحت تأثیر میدان لیگاند توضیح می دهد.

واکنش های رنگی زیر به عناصر d به خوبی شناخته شده است:

منگنز 2++ اس 2-= МnS ↓ (رسوب گوشتی)

HG 2++ 2I -= HgI 2↓ (رسوب زرد یا قرمز)

به 2Cr 2O 7+ اچ 2بنابراین 4(conc.) = K 2بنابراین 4+ اچ 2О + 2СrО 3↓

(کریستال های نارنجی رنگ)

از واکنش های فوق در شیمی تجزیه برای تعیین کیفی یون های مربوطه استفاده می شود. معادله واکنش با دی کرومات نشان می دهد که هنگام تهیه یک "مخلوط کروم" برای شستن ظروف شیمیایی چه اتفاقی می افتد. این مخلوط برای حذف رسوبات معدنی و آلی از سطح بطری های شیمیایی ضروری است. به عنوان مثال، چربی که همیشه پس از لمس انگشتان روی شیشه باقی می ماند.

توجه به این واقعیت ضروری است که عناصر d در بدن راه اندازی اکثر فرآیندهای بیوشیمیایی را فراهم می کند که فعالیت حیاتی طبیعی را تضمین می کند.

مشخصات کلی عناصر d گروه VIB

گروه VIB از عناصر (فلزات واسطه) - کروم، مولیبدن و تنگستن تشکیل شده است. این فلزات کمیاب در طبیعت به مقدار کم یافت می شوند. با این حال، به دلیل تعدادی از خواص شیمیایی و فیزیکی مفید، آنها نه تنها در مهندسی مکانیک و فناوری شیمیایی، بلکه در عمل پزشکی نیز به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرند (آلیاژ Cr-Co-Mo در جراحی و دندانپزشکی استفاده می شود، مولیبدن و آلیاژهای آن به عنوان قطعاتی از لوله های اشعه ایکس ساخته شده از تنگستن، آندهای لوله های اشعه ایکس، آلیاژهای تنگستن تولید می کند - اساس صفحه نمایش برای محافظت در برابر γ -اشعه).

پیکربندی الکترون های ظرفیتی Cr و Mo - (n-1) d 5ns 1، W - 5d 46 ثانیه 2... مجموع الکترون های ظرفیت کروم، مولیبدن، تنگستن 6 است که موقعیت آنها را در گروه VIB مشخص می کند. در کروم و مو، آخرین لایه الکترونی توسط 13 الکترون، در W - 12 اشغال شده است. مانند اکثر عناصر d، این لایه ناپایدار است. بنابراین ظرفیت کروم، مولیبدن و تنگستن ثابت نیست. به همین دلیل، ترکیبات فلزات گروه VIB با مجموعه ای از حالت های اکسیداسیون از +2 تا +6 مشخص می شود.

در گروه عناصر d، یک تمایل کلی آشکار می شود: با افزایش شماره سریال، پایداری ترکیبات با بالاترین حالت اکسیداسیون افزایش می یابد. قوی ترین عامل اکسید کننده در حالت E 6+کروم است. "مرز" مو 6+خواص اکسید کننده ضعیفی را نشان می دهد. یون مولیبدن nat MoO 42-فقط به Mo بازیابی شد 6O 17("مولیبدن آبی")، که در آن برخی از اتم های مولیبدن حالت اکسیداسیون 5+ دارند. این واکنش در شیمی تجزیه برای تعیین فتومتریک استفاده می شود.

در پایین ترین حالت های ظرفیت، به دنبال همین تمایل، Cg خواص کاهشی قوی تری از خود نشان می دهد. 2+... یون های مو 2+و W 2+افزایش انرژی یونیزاسیون منجر به کاهش خواص احیایی و فلزی می شود.

ترکیبات پیچیده این گروه از عناصر اغلب دارای عدد هماهنگی 6 و هیبریداسیون از نوع sp هستند. 3د 2، که در فضا توسط یک هشت وجهی توصیف می شود.

از ویژگی های بارز ترکیبات این گروه، تمایل به پلیمریزاسیون (تراکم) اشکال اکسیژن عناصر گروه VI است. این ویژگی هنگام حرکت از بالا به پایین در گروه افزایش می یابد. در این حالت ترکیباتی از نوع M تشکیل می شود 6O 2412-متشکل از MoO octahedra 4و WO 4... این هشت وجهی بلورهای پلیمری را تشکیل می دهند. در اکسید کروم (VI)، توانایی پلیمریزاسیون آشکار می شود، اما ضعیف است. بنابراین اکسیدهای مولیبدن و تنگستن دارای درجه پلیمریزاسیون بالاتری هستند.

با توجه به ساختار لایه الکترونی اتم‌ها با اوربیتال d پر نشده، ترکیب خواص فیزیکی و شیمیایی و تمایل به تشکیل یون‌های الکترومثبت و ترکیبات هماهنگی، عناصر گروه VI متعلق به فلزات واسطه هستند.

خواص شیمیایی ترکیبات کروم اکثر ترکیبات کروم دارای رنگ های روشن در طیف گسترده ای از رنگ ها هستند. این نام از یونانی گرفته شده است. chromos - رنگ، رنگ.

ترکیبات کروم سه ظرفیتی (برخلاف ترکیبات مولیبدن و برای تنگستن، حالت اکسیداسیون +3 معمولاً مشخص نیست) از نظر شیمیایی بی اثر هستند.

در طبیعت، کروم به صورت سه ظرفیتی (اسپینل - اکسید دوگانه MnCrO) یافت می شود 4- مگنوکرومیت) و حالت شش ظرفیتی (РbСrO 4- کروکویت). اکسیدهایی با ویژگی های بازی، آمفوتریک و اسیدی تشکیل می دهد.

اکسید کروم (II) CrO - کریستال هایی با رنگ قرمز (قرمز قهوه ای) یا پودر پیروفوریک سیاه، نامحلول در آب. مربوط به هیدروکسید کروم (OH) است 2... رنگ هیدروکسید زرد (تر) یا قهوه ای است. هنگامی که در هوا کلسینه می شود، به کروم تبدیل می شود 2O 3(رنگ سبز):

کروم (OH) 2+ 0.5O 2= کر 2O 3+ 2 ساعت 2O

کاتیون کروم 2+- بی رنگ، املاح بی آب آن سفید و املاح آب آبی است. نمک های کروم دو ظرفیتی عوامل کاهش دهنده قوی هستند. محلول آبی کلرید کروم (II) در تجزیه گاز برای جذب کمی اکسیژن استفاده می شود:

2СrСl 2+ 2HgO + 3H 2O + 0.5O 2= 2НgСl 2+ 2Сr (OH) 3↓

(رسوب سبز کثیف)

هیدروکسید کروم (III) خاصیت آمفوتریک دارد. به راحتی به حالت کلوئیدی می رود. با حل شدن در اسیدها و قلیاها، کمپلکس های آبی یا هیدروکسی را تشکیل می دهد:

کروم (OH) 3+ 3 ساعت 3O += [Cr (H 2O) 6]3+(محلول آبی-بنفش)

کروم (OH) 3+ 3OH -= [Cr (OH) 6]3-(محلول سبز زمرد)

ترکیبات کروم سه ظرفیتی و همچنین دو ظرفیتی، خواص کاهشی از خود نشان می دهند:

Cr 2(بنابراین 4) h + KClO 3+ 10KON = 2K 2CrO 4 + 3K 2بنابراین 4 + KCl + 5H 2O

ترکیبات کروم (VI) معمولاً کمپلکس های کروم حاوی اکسیژن هستند. اکسید کروم شش ظرفیتی مربوط به اسیدهای کرومیک است.

اسیدهای کرومیک زمانی تشکیل می شوند که CrO در آب حل شود 3... اینها محلولهای بسیار سمی رنگهای زرد، نارنجی و قرمز با خاصیت اکسید کننده هستند. CrO 3اسیدهای پلی کرومیک با ترکیب H را تشکیل می دهد 2Cr n O (3n + 1) : nCrO 3+ اچ 2O → H 2Cr n O (3n + 1) ... چندین ترکیب از این قبیل می تواند وجود داشته باشد: H 2CrO 4، اچ 2Cr 2O 7، اچ 2

ترکیبات طبیعی، مصنوعی و مصنوعی با وزن مولکولی بالا
ترکیبات با وزن مولکولی بالا ترکیباتی با وزن مولکولی بالا هستند که در ده ها، صدها هزار و میلیون ها واحد بیان می شوند. نام دیگر آنها که امروزه بسیار مورد استفاده قرار می گیرد، اگرچه دقت کمتری دارد، پلیمر است.
بنابراین به مولکول های ترکیبات با وزن مولکولی بالا که بسیار بزرگتر از مولکول های مواد با وزن مولکولی پایین هستند، ماکرومولکول می گویند. آنها حاوی تعداد زیادی، اغلب از گروه های یکسانی از اتم ها هستند که پیوندهای ابتدایی نامیده می شوند. پیوندها به ترتیب خاصی توسط پیوندهای کووالانسی به یکدیگر متصل می شوند. تعداد واحدهای یک ماکرومولکول را درجه پلیمریزاسیون می گویند. به عنوان مثال، در ترکیبات طبیعی با مولکولی بالا، پیوندهای اولیه عبارتند از: در سلولز و نشاسته - باقی مانده گلوکز C6H10O6 (C6H10Ov) یا سلولز (که در آن n درجه پلیمریزاسیون است، در اینجا به 10-20 هزار در سلولز می رسد، و خط تیره ها پیوندهای متصل کننده پیوندها را در ماکرومولکول نشان می دهد، در لاستیک طبیعی یا طبیعی اینها باقیمانده های ایزوپرن هستند (—CH — C = CH — CH2—) i، که در آن n = 2000-5000، لاستیک طبیعی CH3 و غیره.
برخی از ترکیبات مولکولی بالا در ماکرومولکول ها حاوی واحدهای ابتدایی با ترکیب یا ساختار متفاوت هستند. به عنوان مثال، پروتئین ها دارای بقایای اسیدهای آمینه مختلف هستند.
تفاوت مشخصه بین ترکیبات با وزن مولکولی بالا و مواد با وزن مولکولی پایین این است که برای هر یک از ترکیبات با وزن مولکولی بالا، ماکرومولکول ها یکسان نیستند، زیرا دارای تعداد متفاوتی از واحدهای ابتدایی هستند. در نتیجه، پلیمرها پیچیده‌ترین مخلوط‌های به اصطلاح پلیمرهمولوگ هستند که از نظر میزان درجه پلیمریزاسیون با یکدیگر متفاوت هستند، اما به دلیل شباهت ساختار، از نظر خواص مشابه هستند. بنابراین وزن مولکولی تعیین شده برای پلیمرها تنها وزن مولکولی متوسط ​​برای همه پلیمرهای همولوگ است.
از زمان های قدیم، مردم برای نیازهای خود از ترکیبات طبیعی با مولکولی بالا موجود در محصولات مختلف استفاده می کردند. پروتئین ها و نشاسته موجود در مواد غذایی اساس تغذیه انسان و حیوانات اهلی را تشکیل می دادند. از سلولز پنبه و کتان، پروتئین ها - فیبروئین ابریشم و کراتین پشم - برای ساخت پارچه ها و کلاژن پوست برای ساخت کفش استفاده می شد. خانه ها، پل ها و غیره از چوب ساخته شده اند که از سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است.در اواسط قرن نوزدهم. تولید بارانی و کفش لاستیکی از لاستیک طبیعی آغاز شد. در پایان قرن نوزدهم. پردازش پلیمرهای طبیعی - و در فرآیند پردازش کل ساختار ماکرومولکول به طور کلی کمی تغییر می کند و تنها تبدیل برخی از گروه های عاملی رخ می دهد - آنها شروع به بدست آوردن ترکیبات مصنوعی با مولکولی بالا می کنند. چنین پردازشی عمدتاً سلولز را به استرهای آن تبدیل کرد: به تری نیتروسلولز برای تولید پودر بدون دود. دینتروسلولز برای تولید پلاستیک - سلولوئید و غیره. استات سلولز برای تولید ابریشم استات، پلاستیک؛ به دست آوردن زانتات و بازسازی سلولز از آن زمینه ساز تولید الیاف ویسکوز است. صنعت الیاف مصنوعی و پلاستیک در حال ایجاد است.
در دهه 10 قرن XX. برای اولین بار تولید ترکیبات مصنوعی با مولکولی بالا - رزین های فنل فرمالدئید مصنوعی برای ساخت پلاستیک وجود دارد. ترکیبات مصنوعی با وزن مولکولی بالا، بر خلاف ترکیبات مصنوعی، نه با پردازش مواد طبیعی، بلکه از طریق سنتز از ترکیبات با وزن مولکولی کم، که در آن یک ماکرومولکول از صدها یا هزاران مولکول دومی ناشی می شود، به دست می آیند. بعداً، در دهه 30، تحت رهبری SV Lebedev، اولین تولید در مقیاس بزرگ لاستیک مصنوعی ایجاد شد، و در دهه 40 - تولید الیاف مصنوعی: ابتدا - نایلون، سپس - نایلون و غیره. در سال های اخیر، تعداد زیادی از رزین های مصنوعی مختلف - برای ساخت پلاستیک و الیاف مصنوعی - و لاستیک های مصنوعی. در حال حاضر، تولید جهانی ترکیبات مصنوعی و مصنوعی با مولکولی بالا توسعه زیادی یافته است و سرعت رشد آن چندین برابر بیشتر از تولید فلزات غیرآهنی (به جز A1) و فلزات آهنی و همچنین محصولات پلیمری طبیعی است.
در سال 1959، محصولات مصنوعی و مصنوعی 44 درصد از تولید جهانی لاستیک و 19.5 درصد الیاف را تشکیل می دادند. افزایش قابل توجه در تولید پلیمرهای مصنوعی با خواص ارزشمند آنها و افزایش سریع مرتبط با آن در زمینه کاربرد آنها توضیح داده شده است که در زیر با جزئیات بیشتر مورد بحث قرار خواهد گرفت.