= с / ( ж - пара) 4 . (2.1)
На рис. 2.3 представлена схема изменения межфазного поверхностного натяжения вблизи границ ы раздела фаз «жидкость – пар» (– фаза пара,– фаза жидкости). На рисунке видно, что в пределах некоторой толщиныhповерхностного слоя происходит монотонное увеличение поверхностного натяжения, по мере приближения к границе раздела фаз, достигая максимума непосредственно на границе раздела.
Поверхностное натяжение (,) численно равно работе по образованию единичной поверхности и имеет размерность Дж/м 2 (СИ) или эрг/см 2 (CГС). Кроме того, оно характеризует некомпенсированность межмолекулярных сил по мере перехода из одного (обычно жидкого) в другое (газообразное) состояние.
Эта некомпенсированность межмолекулярных взаимодействий вызвана появлением границы раздела фаз, вблизи которой нарушается упорядоченность жидкой структуры вещества.
Поверхностное натяжение , как видно из его размерности, интенсивное свойство, которое может быть использовано для изучения макроскопических свойств вещества. Переход к определению микроскопических свойств можно осуществить следующим образом.
Рис. 2.3. Изменение межфазного поверхностного натяжения вблизи границы раздела фаз (h - толщина поверхностного слоя)
При низких температурах, далеких от критической температуры, пара можно пренебречь.
Тогда = с / 4 . (2.2)
Помножим это выражение на М 4 , где М – молекулярная масса жидкости:
М 4 = с / 4 М 4 (2.3)
и
М
С / М 4 = сonst. (2.4)
где с / , М 4 – постоянные.
С 1/4
ледовательно, и
Р = сonst. (2.5)
В
М
1
/
4
[P] o k = = 1 / 4 V o k (моль) . (2.6)
Выражение (2.6) передает физический смысл парахора: он представляет собой молярный объем жидкости при такой температуре, когда поверхностное натяжение равно 1.
Парахор (Р) в СИ имеет размерность Дж 1/4 м 5/2 /моль.
Поскольку объемы – величины аддитивные, возникает возможность суммирования величин парахоров отдельных фрагментов молекул.
Значение парахора не зависит от температуры и давления и определяется исключительно структурой молекул.
Парахор является приближенно аддитивным свойством, т. е.
[Р] о k = [P] e a e + [P] m b m , (2.7)
где a e – число атомов вида «e» в молекуле;
Р е – атомный парахор вида «е»;
b m – число структурных элементов вида «m» в молекуле;
P m – составляющая (инкремент) парахора для структурных элементов
Исследования с помощью парахора проводят в такой последовательности:
измеряют поверхностное натяжение и плотность о k и рассчитывают опытное значение парахора;
задаются гипотезой о строении молекулы, находят значения (в справочниках) Р е и P m для отдельных атомов и структурных элементов (циклов, двойных и обычных связей и т. д.). Вычисляют значение парахора как приближенное аддитивное свойство;
3) сравнивают опытное и расчетное значение парахора. Если они несовпадают, то исходная гипотеза неверна. Тогда задаются новой гипотезой и производят сопоставление опытных и расчетных значений до близкого совпадения.
Пример: бензол С 6 Н 6
Если формула верна, то парахор бензола состоит из парахоров:
6С = 6 ·16·10 -7 = 96 ·10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1
6Н = 6 ·27,56 ·10 -7 = 165,36 ·10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1
3 двойных связи = 3 · 33,78 ·10 -7 = 101,34 · 10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1
6-членное кольцо Р e = 1,42 ·10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1
В сумме: 364,12·10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1
Для бензола опытное значение парахора [Р] о равно 360·10 -7 Дж 1/4 м 5/2 моль -1 , что можно считать хорошим совпадением с теоретическим.
Мольная рефракция. Это понятие связано с поляризуемостью молекул. При прохождении света через вещество возникает переменное электрическое поле высокой частоты (порядка 10 15 Гц). Энергия такого поля невелика, поэтому поляризации подвергается лишь электроны, но не атомы ( эл >> ат). Электронная поляризация, возникающая в этом случае за счет смещения электронов, называется молярной рефракцией R.
Молярная рефракция может быть определена на основании измерения показателя преломления видимого света (n) по уравнению Лорентца:
(n 2 - 1) M k
(n 2 + 2) o k
(n 2 - 1)
R o K = = = V o k , мол, (2.8)
где R o K - молярная рефракция, м 3 /моль.
Закон преломления:
Sin 1
Показатель преломленияn среды представляет собой отношение скорости света:
n 21 = , (2.10)
где V 1 и V 2 – скорости света в первой и второй средах.
Если первая среда вакуум то,
n 21 = , (2.11)
где с – скорость света в вакууме, n 2 1.
Более удобно измерять показатель преломления по отношению к воздуху, тогда вводится переводной коэффициент 1,00029.
С вакуум = 1,00029С воздуха. (2.12)
Как было показано ранее, величина электронной поляризуемости имеет порядок 1Å 3 = 10 -30 м 3 и характеризует объем электронного облака молекулы:
эл r 3 . (2.13)
R o K = V молекулы N А = 4/3 r 3 N А = 4/3 эл N А. (2.14)
Из этого соотношения виден физический смысл молярной рефракции: она близка к собственному объему молекул одного моля вещества.
Поскольку объем обладает свойством аддитивности, следовательно:
R o K = R e a e + R m b m , (2.15)
где R e – атомная рефракция;
R m – составляющая рефракции структурных элементов;
a – число атомов;
b m – число структурных элементов.
R o K = R e a e + R циклов b циклов + R кр. связей b кр. связей. (2.16)
Мольная рефракция не зависит от температуры и агрегатного состояния вещества. Последовательность операций при исследовании строения молекул та же, что и в методе по парахору.
Пример: этилен
Неправильный расчет :
R (C 2 H 4) (расчетное) = 2 R C + 4 R H < R (C 2 H 4) (опытное) на величину двойной связи. Разница равна R (двойной связи).
R (C 2 H 4) (расчетное) – R (C 2 H 4) (опытное) = R двойной связи
Правильно :
R (C 2 H 4) (расчетное) = 2 R C + 4 R H + R двойной связи
При работе с растворами удобно пользоваться понятием удельная рефракция r o k .
Удельная рефракция – величина, отнесенная к 1 грамму вещества, а молярная – к 1 молю.
О
(n
2
- 1)
(n 2
+ 2) o k (n
2
- 1)
r o k = = V o k уд. , (2.17)
где V o k уд. – удельный объем компонента k.
2.4. МЕТОДЫ IIГРУППЫ
2.4.1. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИПОЛЬНЫХ МОМЕНТОВ
О
Рис.2.7
Поляризация диэлектрика во внешнем
электрическом поле
P (V)
– вектор
плотности поляризации (электрический
момент единицы объема диэлектрика)
В
P (V) = o E , (2.18)
где Е – напряженность электрического поля, В/м. Заряд в 1 Кл создает в
0 – электрическая постоянная – она имеет размерность электрической
емкости, поделённой на длину [Ф/м];
– не зависящая от Е величина, называемая диэлектрической воспри-
имчивостью диэлектрика (безразмерная величина),
= ( – 1) / 4 . (2.19)
Уравнение (2.19) вытекает из теории Максвелла (где – диэлектрическая проницаемость, величина показывающая во сколько раз ослабляется поле в диэлектрике по сравнению с вакуумом).
,
(2.20)
где E х – напряженность внешнего поля.
Явление поляризуемости наблюдается из-за индуцированности дипольных моментов и из-за ориентации диполей (дипольных моментов) (рис. 2.5).
P (V)
х
=
+
, (2.21)
где 
эл. инд
х
= инд
0
E х, лок;
эл.
ор. х = ор.
0
E х, лок;
инд и ор – коэффициенты поляризуемости;
Е х,лок – напряженность локализованного электрического поля вследствие возникновения локализованных зарядов.
P (V)
х
=
(v)
0
E х, лок
( инд
+ ор)
. (2.22)
индуцирование диполей ( инд.) ориентация жестких диполей ( ор)
Рис. 2.5. Механизмы поляризации в постоянном электрическом поле
Для газов и неполярных жидкостей известно уравнение Лоренца:
Е х, лок = Е х + 4/3 P (V) х 1/ 0 . (2.23)
Это выражение для напряженности локализованного поля.
Подставим в это уравнение – P V(х) из уравнения (2.20):
P V (х)
=
(v)
0
E х /3
(
+ 2) ( инд
+ ор)
. (2.25)
Совместное решение уравнений (2.20) и (2.25) дает:
(v)
0
E х /3
(
+ 2)
( инд
+ ор)
= (
– 1) 0
E х
/ 4
,
(2.26)
- 1
4/3
(v)
( инд
+ ор).
(2.27)
О
M k
бозначим инд + ор = .Умножим обе стороны уравнения (2.27) на (2.28)
- 1
M k
M k
4/3 N (v) ( инд + ор) . (2.29)
Напомним, что = V 0 k , моль.
Т
-
1
V 0 k ,
моль = 4/3
(v)
( инд
+ ор)
,
(2.30)
где N (v) = N A . (2.31)
В итоге получаем уравнение Клаузиуса – Мосотти:
V 0 k ,
моль = 4/3
N A
.
(2.32)
Введем понятие – мольная поляризация 0 k , т. е. поляризация, отнесенная к 1 молю вещества (скалярное интенсивное свойство). Тогда:
- 1
- 1
0 k = V 0 k , моль = (2.33)
0 k = 4/3 N A . (2.34)
С помощью уравнений связи (2.32) - (2.34) можно, измерив диэлектрическую проницаемость вещества (диэлектрика) и, зная молекулярную массу и плотность, вычислить молярную поляризуемость 0 k , а затем и поляризуемость .
О
-
1
риентационная поляризация. Из уравнения Клаузиуса-Мосотти (2.32) следует, что:
= V 0 k ,моль
.
(2.35)
В уравнении (2.35) поляризуемость включает в себя как ориентационную, так и индукционную (деформационную) поляризации. В свою очередь индукционная поляризуемость может сопровождаться как смещением электронов, так и деформацией атомов в молекуле вещества. Таким образом, можно записать
= инд.ат + инд.эл + ор. (2.36)
Эти рассуждения распространяются и на молярную поляризуемость:
0 k = 0 k , инд. эл. + 0 k , инд. ат. + 0 k ор. (2.37)
Ориентационной поляризации подвержены полярные молекулы. В постоянном, т. е. статическом электрическом поле (создаваемом, например, с помощью конденсатора с плоскопараллельными пластинами), полярные молекулы ориентируются в соответствии с направлением поля. Ориентационная поляризация зависит от температуры: с повышением температуры усиливается тепловое хаотическое движение молекул, которое препятствует их ориентации, т. е. уменьшает ориентационную поляризацию. Величина ориентационной поляризации зависит и от дипольного момента молекулы: чем он больше, тем больше значение 0 k ор.
Например у аммиака при Т = 292 К 0 ор = 57,57·10 -30 м 3 , а при Т = 466 К 0 ор = 39,59·10 -30 м 3 .
Если поляризация с температурой не изменяется, то это значит, что данное вещество состоит из неполярных молекул. В этом случае нет жестких диполей, т. е. индукционная поляризация от температуры не зависит.
З
2
ор = , (2.38)
где – дипольный момент;
k – константа Больцмана.
В
2
0 k = 0 k инд + 4/3 N А, (2.39)
4 N А 2
0 k = 0 k инд + . (2.40)
Уравнение (2.40) – основа для определения дипольных моментов. Это уравнение строго справедливо для газо- и парообразного состояния веществ. Это и понятно, поскольку молекулы газа находятся друг от друга на больших расстояниях и почти не оказывают влияние друг на друга, особенно, если концентрация молекул газа невелика (при малых давлениях). В жидкостях диполи могут вращаться, но их вращение осложненяется за счет межмолекулярных диполь-дипольных и индукционных взаимодействий, поэтому уравнение (2.40) для жидкого состояния веществ не является строгим.
С
2
помощью зависимости молярной поляризации газов от температуры по уравнению (2.40) можно определять величину дипольных моментов молекул. Перепишем уравнение (2.40) в виде:
о,газ к = 4/3 N А инд + 4/9 N a . (2.41)
Легко видеть, что уравнение зависимости о,газ к = f(1/Т) представляет собой уравнение прямой линии, если учесть, что инд не зависит от температуры.
Первое слагаемое обозначим через b, а коэффициент перед вторым через a, тогда
2
4/3 N a инд = b , (2.42)4/9 N a = a , (2.43)
о, газ к = b + a . (2.44)
Опытным путем при различных температурах находят о,газ к и строят графики.
Рис. 2.6 Зависимости 0 k от Т и от 1/Т
4 N А 2
По определению tg = a = . (2.45)
Из соотношения (2.45) следует, что
=
0,0127
·10 -18
эл.ст.ед.
· см,
=
0,0127·
Д
(дебай) . (2.46)
Последовательность расчета дипольных моментов :
1) измеряют диэлектрическую проницаемость и плотность о,газа к при нескольких температурах Т и рассчитывают молярную поляризацию газа для каждой из температур;
2) строят график зависимости о,газа к,ор = f(1/Т), рассчитывают коэффициенты a и b;
3) вычисляют дипольный момент, используя значения a.
Индукционная (деформационная) поляризация. Изменения в состоянии молекулы вызываются не только постоянными, но и переменными электрическими полями. При наложении таких полей удается избежать ориентационную поляризации, выделив индукционную.
инд = ат + эл, (2.47)
Здесь эл >> ат, поскольку легкие электроны смещаются легче, чем атомы.
При оптических частотах изменение электромагнитного поля происходит настолько быстро, что у молекулы, обладающей дипольным моментом, не хватает времени, чтобы изменить свою ориентацию в поле. Особый интерес представляет поведение молекул в поле высокой частоты, когда имеет место лишь один вид поляризации – электронная ( эл).
о к ат << о к эл, (2.48)
о к ат 0,03 – 0,05 о к эл,
о к эл = R . (2.49)
Уравнение (2.49) справедливо для поля высокой частоты. Физический смысл этого уравнения состоит в том, что такое поле возникает при прохождении через вещество видимого света. Как было показано ранее, электронная поляризация, наблюдаемая в этом случае, называется рефракцией. Отсюда – равенство молярной поляризации и молярной рефракции.
Следует упомянуть еще об одном соотношении – соотношении Максвелла для этих условий:
= n 2 . (2.50)
Исходя из соотношений (2.49) и (2.50), можно перейти от уравнения Клаузиуса – Мосотти
куравнению Лорентца:
И
2
о к = о к эл + 4/9 N a ,
2
о к = R + 4/9 N a ,
=√ 9kТ( о к – R)/(4 N a).
Подставив все постоянные величины, получим уравнения (2.51а) и (2.51б), где дипольный момент в (2.51а) имеет размерность эл.ст.ед.см, а в (2.51б) выражен в дебаях:
= 0,0127 10 -18 ( о к – R)Т, (2.51а)
= 0,0127 ( о к – R)Т. (2.51б)
Дипольные моменты можно определять также и по зависимости мольной поляризации раствора полярного вещества в неполярном растворителе от состава раствора.
Дипольный момент растворенного вещества в неполярном растворителе может быть определен с помощью диэлектрической постоянной и измерения плотности разбавленных растворов (рис. 2.10).
Пусть имеются образцы растворов. Условимся, что неполярный растворитель имеет индекс – 1, полярное вещество – 2, тогда
( 12 – 1) (N 1 M 1 + N 2 M 2)
( 12 + 2) 12
12 = , (2.52)
12 = (N 2) (2.53)
где 12 – диэлектрическая постоянная раствора;
12 – плотность раствора;
N 1 и N 2 – мольные доли соответственно растворителя с молекулярной массой М 1 и растворенного вещества с молекулярной массой М 2 .
Сняв экспериментальную зависимость, выраженную уравнением (2.53), можно построить график, как на рис 2.10.
Рис. 2.7 Зависимость мольной поляризации раствора от мольной доли растворенного вещества
На рис. 2.10 изображена экспериментальная кривая (1), содержащая информацию о дипольном моменте растворенного вещества.
Найдем уравнение кривой и оценим вклады в значения со стороны растворителя и растворенного вещества.
12 = 1 N 1 + 2 N 2 (2.54)
где 1 и 2 – парциальные мольные поляризации компонентов раствора. 12 – эффективная поляризация.
При этом: 1 о 1 , 2 о 2 , так как существуют межмолекулярные силы взаимодействия типа:1 – 2, 2 – 2, 1 – 1.
1 = 1 (Т, Р, N 2) (2.55)
2 = 2 (Т, Р, N 2) (2.56)
1 2 = 1 (1 – N 2) + 2 N 2 (2.57)
1 2 = 1 + ( 2 – 1) N 2 (2.58)
Уравнение (2.58) – уравнение кривой 1.
Рассмотрим, как это уравнение будет действовать в области разбавленных растворов.
Если N 2 0, то 1 о 1 , то это состояние отвечает бесконечно разбавленному раствору. Молекулы растворенного вещества предельно сольватированы и не взаимодействуют друг с другом (т. е. отсутствуют взаимодействия типа 2 – 2). Остаются два типа взаимодействия (1 – 2 и 1 – 1).
Кривая вырождается в прямую линию, а уравнение (2.58) описывает касательную, проведенную к опытной кривой в точке N 2 = 0 (рис. 2.10).
Тогда уравнение (2.58) можно записать в виде:
разб = 1 о + ( 2 - 1 о)N 2 , (2.59)
разб = b + a N 2 . (2.60)
Уравнение (2.60) – прямой линии, где a – угловой коэффициент; a = tg .
tg = 2 - 1 о, (2.61)
2 = 1 о + tg , (2.62)
Из уравнения (2.62) можно найти мольную поляризацию растворенного вещества в бесконечно разбавленном растворе. Его состояние похоже на состояние газа, т.е. расстояния между молекулами растворенного вещества велики и практически отсутствуют взаимодействия между ними. Поэтому к 2 , найденному из уравнения (2.62), применимо уравнение Дебая (уравнение ориентационной поляризации), а по этой величине можно рассчитать дипольный момент молекул.
Для расчета дипольных моментов применяют следующую последовательность:
приготавливают образцы растворов полярного вещества в неполярном растворителе;
измеряют диэлектрическую проницаемость и плотность растворов и рассчитывают их мольную поляризацию по уравнению (2.52);
находят зависимость 12 от N 2 и строят ее графически;
графически экстраполируют зависимость (кривую) в точку N 2 = 0 ( 1 = 1 о). С помощью уравнения (2.62) рассчитывают 2 для бесконечно разбавленного раствора полярного вещества в полярном растворителе.
Первый способ:
при нескольких температурах проводят измерения и рассчитывают поляризацию 2 при этих температурах;
строят графическую зависимость 2 от 1/Т ( 2 = b + a 1/T) и определяют угловой коэффициент наклона прямой по уравнению:
t
2
N
a
2
рассчитывают дипольный момент (в дебаях) из уравнения:
= 0,0127 a .
Второй способ:
определяют показатель преломления (n) и плотность образца () растворенного вещества в чистом виде и рассчитывают мольную рефракцию:
R
n
2
- 1
рассчитывают дипольный момент вещества (в дебаях):
= 0,0127 ( 2 о – R 2) T.
Определение дипольного момента позволяет сделать заключения о характере химической связи (ионная, полярная, ковалентная) и о геометрической структуре молекулы.
При рассмотрении сложных молекул каждой связи целесообразно приписывать определенное значение i , учитывая при этом не только его величину но и знак (в зависимости от направления смещения электронов)., т. е. рассматривая дипольный момент, приходящийся на связь, как вектор.
Дипольный момент многоатомной молекулы можно считать равным векторной сумме дипольных моментов всех связей:
=
.
(2.63)
Векторное сложение дипольных моментов связей показано на рисунке 2.11 (во всех случаях принято, что вектор направлен от + к –).
HCN SO 2
Рис. 2.11 Определение строения вещества с помощью векторого сложения
Для определения строения вещества вычисляют (по правилу сложения векторов) для различных моделей. Правильной оказывается та из них, для которой вычисленные значения наиболее близко к опытному.
Примеры
Из двух мыслимых вариантов (а) и (б) строения молекулы аммиака выбираем (б), поскольку измерения показывают, что молекула полярна (рис. 2.12):
(б) = 1,48
Рис. 2.12 Модели строения молекулы аммиака
2) синтезировали хлорнитробензол (рис. 2.13). Дипольный момент составил 4,35D. Какой это хлорнитробензол (орто-, мета- или пара-)?
Вывод: синтезировано орто-соединение.
2.4.2. МОЛЕКУЛЯРНАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ (СПЕКТРОХИМИЯ)
Спектром называется распределение энергии электромагнитного излучения по длинам волн или частотам.
Молекулярная спектроскопия изучает спектральный состав излучения, получающегося в результате поглощения, испускания или рассеяния света веществом. Слова «свет», «световой» и т. п. условно используется для обозначения электромагнитного излучения не только в видимой, но и в других областях спектра, применяемых в молекулярной спектроскопии.
Абсорбционная спектроскопия основана на способности вещества к избирательному поглощению. Чтобы определить, какие именно кванты поглощаются веществом и какова величина поглощения, через вещество пропускают электромагнитное излучение источника, имеющего непрерывный спектр испускания, а затем прошедший поток раскладывают в спектральном приборе по длинам волн и исследуют его спектральный состав. Подобным же образом изучают рассеянное веществом излучение.
Эмиссионная спектроскопия , нашедшая широкое применение в атомной спектроскопии, для изучения молекул используется реже. Для получения спектров испускания необходимо перевести достаточное число молекул в возбужденное состояние, сообщив веществу избыточную энергию извне. Нередко для этого применяют пламя горелки, дуговой или искровой разряд и т. д.
Термином спектроскопия обозначают обычно такой раздел современной науки, в котором спектральные измерения проводят с целью решения различных химических и физико-химических задач. Возможности спектрохимии чрезвычайно широки. Укажем лишь небольшую часть из огромного круга задач, решать которые позволяют методы спектрохимии.
1. Определение молекулярных постоянных, позволяющих описать систему энергетических состояний молекулы. Эти данные используют для расчета термодинамических функций веществ и констант равновесия химических реакций.
2. Определение строения молекулы или ее составных частей. Определение в молекуле функциональных групп. Установление геометрической конфигурации молекул, их симметрии. Определение внутримолекулярных расстояний и углов между связями. Количественная оценка упругих сил, действующих между атомами в молекуле, определение частот внутримолекулярных колебаний, энергии химической связи (диссоциации). Установление структуры координационных соединений – определение числа и способов связывания лигандов.
3. Исследование межмолекулярных взаимодействий. Изучение водородной и донорно-акцепторной связи, явлений гидратации и сольватации, взаимодействия между ионами в растворе.
4. Исследование химических равновесий и кинетики химических реакций.
5. Аналитическое приложение. Качественный и количественный анализ молекулярного состава природных и синтетических веществ, многокомпонентных смесей. Идентификация индивидуального соединения; определение его молекулярной массы; контроль степени очистки.
Рентгеноструктурный анализ: 1) По дифракционным картинам, получаемым при прохождении через кристалл рентгеновского пучка, определяют межатомные расстояния и устанавливают структуру кристалла; 2) Широко применяется для определения структуры молекул белков и нуклеиновых кислот; 3) Длины и углы связей, точно установленные для малых молекул, используются как стандартные значения в предположении, что они сохраняются такими же и в более сложных полимерных структурах; 4) Одним из этапов определения структуры белков и нуклеиновых кислот является построение молекулярных моделей полимеров, согласующихся с рентгеновскими данными и сохраняющих стандартные значения длин связей и валентных углов
Ядерный магнитный резонанс: 1) В основе – поглощение электромагнитных волн в радиочастотном диапазоне ядрами атомов , обладающими магнитным моментом; 2) Поглощение кванта энергии происходит, когда ядра находятся в сильном магнитном поле ЯМР-спектрометра; 3) Различные по химическому окружению ядра поглощают энергию в несколько отличающемся по напряжению магнитном поле (или, при постоянном напряжении, несколько отличающиеся по частоте радиочастотные колебания ); 4) В результате получается спектр ЯМР вещества, в котором магнитно несимметричные ядра характеризуются определенными сигналами – «химическими сдвигами» по отношению к какому-либо стандарту; 5) Спектры ЯМР дают возможность определить число атомов данного элемента в соединении и число и характер других атомов, окружающих данный
Электронный парамагнитный резонанс (ЭПР): 1) Используется резонансное поглощение излучения электронами
Электронная микроскопия: 1) Используют электронный микроскоп, увеличивающий объекты в миллионы раз; 2) Первые электронные микроскопы появились в 1939 г.; 3) Обладая разрешением ~0,4 нм, электронный микроскоп позволяет «увидеть» молекулы белков и нуклеиновых кислот, а также детали строения клеточных органелл; 4) В 1950 г. были сконструированы микротомы и ножи , позволяющие делать ультратонкие (20–200 нм) срезы тканей, предварительно залитых в пластмассу
Методы выделения и очистки белков: После того, как выбран источник выделения белка, следующим шагом является экстракция его из ткани. Если экстракт, содержащий значительную часть исследуемого белка, получен, из него удалены частицы и небелковый материал, можно приступать к очистке белка. Концентрирование . Его можно проводить путем осаждения белка с последующим растворением осадка в меньшем объеме. Обычно при этом используют сульфат аммония или ацетон. Концентрация белка в исходном растворе должна быть не меньше 1 мг/мл. Тепловая денатурация . На начальном этапе очистки для разделения белков иногда используют тепловую обработку. Она эффективна, если белок относительно устойчив в условиях нагревания, в то время как сопутствующие белки денатурируют. При этом варьируют рН раствора, продолжительность обработки и температуру. Для выбора оптимальных условий предварительно проводят серию небольших опытов. После проведения первых этапов очистки белки далеки от гомогенного состояния. В полученной смеси белки отличаются друг от друга растворимостью, молекулярной массой, величиной суммарного заряда молекулы, относительной стабильностью и т.д.Осаждение белков органическими растворителями. Это один из старых методов. Он играет важную роль при очистке белков в промышленных масштабах. Чаще всего используют такие растворители как этанол и ацетон, реже – изопропанол, метанол, диоксан. Основной механизм процесса: по мере возрастания концентрации органического растворителя снижается способность воды к сольватации заряженных гидрофильных молекул фермента. Происходит снижение растворимости белков до уровня, при котором начинается агрегация и осаждение. Важным параметром, влияющим на осаждение, является размер молекулы белка. Чем больше молекула, тем ниже концентрация органического растворителя, вызывающая осаждение белка. Гельфильтрация С помощью метода гельфильтрации можно быстро разделить макромолекулы в соответствии с их размерами. Носителем для хроматографии является гель, который состоит из поперечно-сшитой трехмерной молекулярной сетки, сформированной в виде шариков (гранул) для удобства наполнения колонок. Так сефадексы - это поперечно-сшитые декстраны (α-1→6-глюканы микробиального происхождения) с заданными размерами пор. Сшиты цепи декстрана трехуглеродными мостиками с помощью эпихлоргидрина. Чем больше поперечных сшивок, тем меньше размеры отверстий. Полученный таким образом гель играет роль молекулярного сита. При пропускании раствора смеси веществ через колонку, наполненную набухшими гранулами сефадекса, крупные частицы, размер которых превышает размер пор сефадекса, будут двигаться быстро. Мелкие молекулы, например, соли, будут двигаться медленно, поскольку в процессе движения они проникают внутрь гранул. Электрофорез
Физический принцип метода электрофореза заключается в следующем. Молекула белка в растворе при любом рН, отличающемся от её изоэлектрической точки, имеет некий средний заряд. Это приводит к тому, что белок движется в электрическом поле. Движущая сила определяется величиной напряженности электрического поля Е умноженной на суммарный заряд частицы z . Этой силе противостоят силы вязкости среды, пропорциональные коэффициенту вязкости η , радиусу частицы r (стоксовскому радиусу) и скорости v .; Е ·z = 6πηrv.
Определение молекулярной массы белка. Масс-спектрометрия (масс-спектроскопия, масс-спектрография, масс-спектральный анализ, масс-спектрометрический анализ) - метод исследования вещества путём определения отношения массы к заряду. Белки способны приобретать множественные положительные и отрицательные заряды. Атомы химических элементов имеют специфическую массу. Таким образом, точное определение массы анализируемой молекулы, позволяет определить её элементный состав (см.: элементный анализ). Масс-спектрометрия также позволяет получить важную информацию об изотопном составе анализируемых молекул.
Методы выделения и очистки ферментов Выделение ферментов из биологического материала – единственный реальный способ получения ферментов. Источники фермента: ткани; бактерии, выращенные на среде, содержащей соответствующий субстрат; клеточные структуры (митохондрии и др.). Необходимо сначала выделить нужные объекты из биологического материала.
Методы выделения ферментов: 1)Экстракция (перевод в раствор): буферным раствором (предупреждает подкисление); высушивание ацетоном; обработка материала смесью бутанола с водой; экстракция различными органическими растворителями, водными растворами детергентов; обработка материала перхлоратами, гидролитическими ферментами (липазами, нуклеазами, протеолитическими ферментами)
Бутанол разрушает липопротеиновый комплекс, а фермент переходит в водную фазу.
Обработка детергентом приводит к истинному растворению фермента.
Фракционирование. Факторы, влияющие на результаты: рН, концентрация электролитов. Необходимопостоянно измерять активность фермента.
· фракционное осаждение при изменении рН
· фракционная денатурация нагреванием
· фракционное осаждение органическими растворителями
· фракционирование солями – высаливание
фракционная адсорбция (А. Я. Данилевский ): адсорбент вносят в раствор фермента, затем каждую порцию отделяют центрифугированием
§ если фермент адсорбируется, то его отделяют, затем элюируют с адсорбента
§ если фермент не адсорбируется, то обработку адсорбентом используют для отделения балластных веществ
ферментный раствор пропускают через колонку с адсорбентом и собирают фракции
Ферменты адсорбируются избирательно:колоночная хроматография;электрофорез; кристаллизация – получение высокоочищенных ферментов.
Клетка как минимальная единица жизни .
Современная клеточная теория включает следующие основные положения: Клетка - основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого. Кл всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятел. и обмену веществ. Размножение клеток происходит путем их деления, т.е. каждая новая клетка. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемой ими функции и образуют ткани; из тканей состоят органы. Кл – это элементарная живая система, способная к самообновлению, саморегуляции и самопроизведению.
Строение клетки. размеры прокариотических клеток составляют в среднем 0,5-5 мкм, размеры эукариотических - в среднем от 10 до 50 мкм.
Различают два типа клеточной организации: прокариотический и эукариотический. Клетки прокариотического типа устроены сравнительно просто. В них нет морфологически обособленного ядра, единственная хромосома образована кольцевидной ДНК и находится в цитоплазме. В цитоплазме имеются многочисленные мелкие рибосомы; микротрубочки отсутствуют, поэтому цитоплазма неподвижна, а реснички и жгутики имеют особую структуру. К прокариотам относят бактерии. Большинство современных живых организмов относится к одному из трех царств –растений, грибов или животных, объединяемых в надцарство эукариот. Организмы делят на одноклеточные и многоклеточные. Одноклеточные организмы состоят из одной единственной клетки, выполняющей все функции. Одноклеточными являются все прокариоты.
Эукариоты - организмы, обладающие, в отличие от прокариот, оформленным клеточным ядром, отграниченным от цитоплазмы ядерной оболочкой. Генетический материал заключён в нескольких линейных двухцепочечных молекулах ДНК (в зависимости от вида организмов их число на ядро может колебаться от двух до нескольких сотен), прикреплённых изнутри к мембране клеточного ядра и образующих у подавляющего большинства комплекс с белками-гистонами, называемый хроматином. В клетках эукариот имеется система внутренних мембран, образующих, помимо ядра, ряд других органоидов (эндоплазматическая сеть, Аппарат Гольджи и др.). Кроме того, у подавляющего большинства имеются постоянные внутриклеточные симбионты прокариоты - митохондрии, а у водорослей и растений - также и пластиды.
Биологические мембраны, их свойства и функции Одной из основных особенностей всех эукариотических клеток является изобилие и сложность строения внутренних мембран. Мембраны отграничивают цитоплазму от окружающей среды, а также формируют оболочки ядер, митохондрий и пластид. Они образуют лабиринт эндр-плазматического ретикулума и уплощенных пузырьков в виде стопки, составляющих комплекс Гольджи. Мембраны образуют лизосомы, крупные и мелкие вакуоли растительных и грибных клеток, пульсирующие вакуоли простейших. Все эти структуры представляют собой компартменты (отсеки), предназначенные для тех или иных специализированных процессов и циклов. Следовательно, без мембран существование клетки невозможно. Плазматическая мембрана, или плазмалемма, - наиболее постоянная, основная, универсальная для всех клеток мембрана. Она представляет собой тончайшую (около 10 нм) пленку, покрывающую всю клетку. Плазмалемма состоит из молекул белков и фосфолипидов. Молекулы фосфолипидов расположены в два ряда - гидрофобными концами внутрь, гидрофильными головками к внутренней и внешней водной среде. В отдельных местах бислой (двойной слой) фосфолипидов насквозь пронизан белковыми молекулами (интегральные белки). Внутри таких белковых молекул имеются каналы - поры, через которые проходят водорастворимые вещества. Другие белковые молекулы пронизывают бислой липидов наполовину с одной или с другой стороны (полуинтегральные белки). На поверхности мембран эукариотических клеток имеются периферические белки. Молекулы липидов и белков удерживаются благодаря гидрофильно-гидрофобным взаимодействиям. Свойства и функции мембран . Все клеточные мембраны представляют собой подвижные текучие структуры, поскольку молекулы липидов и белков не связаны между собой ковалентными связями и способны достаточно быстро перемещаться в плоскости мембраны. Благодаря этому мембраны могут изменять свою конфигурацию, т. е. обладают текучестью. Мембраны - структуры очень динамичные. Они быстро восстанавливаются после повреждения, а также растягиваются и сжимаются при клеточных движениях. Мембраны разных типов клеток существенно различаются как по химическому составу, так и по относительному содержанию в них белков, гликопротеинов, липидов, а следовательно, и по характеру имеющихся в них рецепторов. Каждый тип клеток поэтому характеризуется индивидуальностью, которая определяется в основном гликопротеинами. Разветвленные цепи гликопротеинов, выступающие из клеточной мембраны, участвуют в распознавании факторов внешней среды, а также во взаимном узнавании родственных клеток. Например, яйцеклетка и сперматозоид узнают друг друга по гликопротеинам клеточной поверхности, которые подходят друг к другу как отдельные элементы цельной структуры. Такое взаимное узнавание - необходимый этап, предшествующий оплодотворению. С распознаванием связана и регуляция транспорта молекул и ионов через мембрану, а также иммунологический ответ, в котором гликопротеины играют роль антигенов. Сахара, таким образом, могут функционировать как информационные молекулы (подобно белкам и нуклеиновым кислотам). В мембранах содержатся также специфические рецепторы, переносчики электронов, преобразователи энергии, ферментные белки. Белки участвуют в обеспечении транспорта определенных молекул внутрь клетки или из нее, осуществляют структурную связь цитоскелета с клеточными мембранами или же служат в качестве рецепторов для получения и преобразования химических сигналов из окружающей среды. избирательная проницаемость. Это значит, что молекулы и ионы проходят через нее с различной скоростью, и чем больше размер молекул, тем меньше скорость прохождения их через мембрану. Это свойство определяет плазматическую мембрану как осмотический барьер. Максимальной проникающей способностью обладает вода и растворенные в ней газы; значительно медленнее проходят сквозь мембрану ионы. Диффузия воды через мембрану называется осмосом. Существует несколько механизмов транспорта веществ через мембрану.
Диффузия -проникновение веществ через мембрану по градиенту концентрации {из области, где их концентрация выше, в область, где их концентрация ниже). При облегченной диффузии специальные мембранные белки-переносчики избирательно связываются с тем или иным ионом или молекулой и переносят их через мембрану по градиенту концентрации.
Активный транспорт сопряжен с затратами энергии и служит для переноса веществ против их градиента концентрации. Он осуществляется специальными белками-переносчиками, образующими так называемые ионные насосы. Наиболее изученным является Na - / К - -насос в клетках животных, активно выкачивающих ионы Na + наружу, поглощая при этом ионы К - . Благодаря этому в клетке поддерживается большая концентрация К - и меньшая Na + по сравнению с окружающей средой. На этот процесс затрачивается энергия АТФ. В результате активного транспорта с помощью мембранного насоса в клетке происходит также регуляция концентрации Mg 2- и Са 2+ .
При эндоцитозе {эндо... - внутрь) определенный участок плазмалеммы захватывает и как бы обволакивает внеклеточный материал, заключая его в мембранную вакуоль, возникшую вследствие впя-чивания мембраны. В дальнейшем такая вакуоль соединяется с лизосомой, ферменты которой расщепляют макромолекулы до мономеров.
Процесс, обратный эндоцитозу, - экзоцитоз (экзо... - наружу). Благодаря ему клетка выводит внутриклеточные продукты или непереваренные остатки, заключенные в вакуоли или пузырьки. Пузырек подходит к цитоплазматической мембране, сливается с ней, а его содержимое выделяется в окружающую среду. Гак выводятся пищеварительные ферменты, гормоны, гемицел-люлоза и др.
Таким образом, биологические мембраны как основные структурные элементы клетки служат не просто физическими границами, а представляют собой динамичные функциональные поверхности. На мембранах органелл осуществляются многочисленные биохимические процессы, такие как активное поглощение веществ, преобразование энергии, синтез АТФ и др.
Функции биологических мембран следующие: Отграничивают содержимое клетки от внешней среды и содержимое органелл от цитоплазмы. Обеспечивают транспорт веществ в клетку и из нее, из цитоплазмы в органеллы и наоборот.Выполняют роль рецепторов (получение и преобразование сит-налов из окружающей среды, узнавание веществ клеток и т. д.). Являются катализаторами (обеспечение примембранных химических процессов). Участвуют в преобразовании энергии.
«Повсюду, где мы встречаем жизнь, мы находим, что она связана с каким-либо белковым телом, и повсюду, где мы встречаем какое-либо белковое тело, которое находится в процессе разложения, мы без исключения встречаем явление жизни»
Белки– высокомолекулярные азотосодержащие органические соединения, характеризующиеся строго определенным элементарным составом и распадающиеся до аминокислот при гидролизе.
Особенности, отличающие их от других органических соединений
1. Неисчерпаемое многообразие структуры и вместе с тем ее высокая видовая уникальность
2. Огромный диапазон физических и химических превращений
3. Способность в ответ на внешнее воздействие обратимо и вполне закономерно изменять конфигурацию молекулы
4. Склонность к образованию надмолекулярных структур, комплексов с другими химическими соединениями
Полипептидная теория строения белка
только Э. Фишер (1902) сформулировал полипептидную теорию строения . Согласно этой теории, белки представляют собой сложные полипептиды, в которых отдельные аминокислоты связаны друг с другом пептидными связями, возникающими при взаимодействии α-карбоксильных СООН- и α-NН 2 -групп аминокислот. На примере взаимодействия аланина и глицина образование пептидной связи и дипептида (с выделением молекулы воды) можно представить следующим уравнением:
Наименование пептидов складывается из названия первой N-концевой аминокислоты со свободной NH 2 -группой (с окончанием -ил, типичным для ацилов), названий последующих аминокислот (также с окончаниями -ил) и полного названия С-концевой аминокислоты со свободной СООН-группой. Например, пентапептид из 5 аминокислот может быть обозначен полным наименованием: глицил-аланил-серил-цистеинил-аланин, или сокращенно Гли–Ала–Сер–Цис–Ала.
экспериментальные доказательства полипептидной теории строения белка .
1. В природных белках сравнительно мало титруемых свободных СООН- и NH 2 -групп, поскольку абсолютное их большинство находится в связанном состоянии, участвуя в образовании пептидных связей; титрованию доступны в основном свободные СООН- и NН 2 -группы у N- и С-концевых аминокислот пептида.
2. В процессе кислотного или щелочного гидролиза белка образуются стехиометрические количества титруемых СООН- и NH 2 -групп, что свидетельствует о распаде определенного числа пептидных связей.
3. Под действием протеолитических ферментов (протеиназ) белки расщепляются на строго определенные фрагменты, называемые пептидами, с концевыми аминокислотами, соответствующими избирательности действия протеиназ. Структура некоторых таких фрагментов неполного гидролиза доказана последующим химическим их синтезом.
4. Биуретовую реакцию (сине-фиолетовое окрашивание в присутствии раствора сульфата меди в щелочной среде) дают как биурет, содержащий пептидную связь, так и белки, что также является доказательством наличия в белках аналогичных связей.
5. Анализ рентгенограмм кристаллов белков подтверждает полипептидную структуру белков. Таким образом, рентгеноструктурный анализ при разрешении 0,15–0,2 нм позволяет не только вычислить межатомные расстояния и размеры валентных углов между атомами С, Н, О и N, но и «увидеть» картину общего расположения аминокислотных остатков в полипептидной цепи и пространственную ее ориентацию (конформацию).
6. Существенным подтверждением полипептидной теории строения белка является возможность синтеза чисто химическими методами полипептидов и белков с уже известным строением: инсулина – 51 аминокислотный остаток, лизоцима – 129 аминокислотных остатков, рибонуклеазы – 124 аминокислотных остатка. Синтезированные белки обладали аналогичными природным белкам физико-химическими свойствами и биологической активностью.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УТВЕРЖДАЮ Декан химического факультета Ю.Г. Слижов «___» ___________
О.К. Базыль
ФИЗИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ В ХИМИИ
Учебное пособие
УДК 543.42 ББК 22.344а73 П 25
Базыль О.К.
П 25 Физические методы исследования в химии: учеб. пособие. –Томск: Томский государственный университет, 2013. – 88 с.
Дается краткое описание теоретических основ ряда физических методов исследования вещества. Цель данного руководства – знакомство с областями и возможностями применения оптических (колебательной, вращательной, электронной спектроскопии и фотофизики молекул), резонансных (ЭПР и ЯМР) методов и методов измерения дипольных моментов.
Для студентов химического факультета, изучающих курс «Строение вещества».
Рецензент –
канд. хим. наук, проф. кафедры физической и коллоидной химии Т.С. Минакова
УДК 543.42 ББК 22.344а73
Базыль О.К., 2013Томский государственный университет, 2013
ПРЕДИСЛОВИЕ.......................................................................................................................... |
|
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. Электрический дипольный момент, его природа |
|
и методы определения......................................................................................................... |
|
Глава 1. Теоретические основы метода................................................................................... |
|
1.1. Природа дипольного момента........................................................................................ |
|
1.2. Диполь в статическом электрическом поле. Поляризуемость молекулы.................. |
|
1.3. Диэлектрик в статическом электрическом поле. Поляризация диэлектрика.......... |
|
1.4. Уравнения Дебая и Клаузиуса–Моссотти................................................................... |
|
1.5. Поляризация диэлектрика при высоких частотах электромагнитного поля. |
|
Молярная рефракция..................................................................................................... |
|
Глава 2. Методы измерения дипольного момента и использование его в химии........ |
|
2.1. Первый метод Дебая...................................................................................................... |
|
2.2. Определение дипольного момента с помощью эффекта Штарка............................. |
|
2.3. Метод электрического резонанса................................................................................. |
|
2.4. Использование данных по дипольным моментам в химии...................................... |
|
РАЗДЕЛ ВТОРОЙ. Оптические спектральные методы.................................................... |
|
Глава 3. Теоретические основы спектральных методов................................................... |
|
3.1. Постулаты Бора.............................................................................................................. |
|
3.2. Разделение энергии молекул на части и основные типы спектров.......................... |
|
Глава 4. Вращательные спектры двухатомных молекул.................................................. |
|
4.1. Энергия вращательных стационарных уровней......................................................... |
|
4.1.1. Сферических волчок........................................................................................... |
|
4.1.2. Симметричный волчок........................................................................................ |
|
4.2.3. Линейная молекула............................................................................................. |
|
4.2. Правила отбора и вращательный спектр поглощения............................................... |
|
4.3. Определение геометрических параметров молекул из вращательных спектров.... |
|
Глава 5. Колебания молекул. |
|
Определение структуры и свойств двухатомных молекул........................................ |
|
5.1. Теоретические основы метода ИК-спектроскопии.................................................... |
|
5.2. Колебательный спектр гармонического осциллятора............................................... |
|
5.3. Колебательный спектр ангармонического осциллятора........................................... |
|
Глава 6. Колебательные спектры многоатомных молекул.............................................. |
|
6.1. Классификация нормальных колебаний....................................................................... |
|
6.2. Групповые и характеристические частоты................................................................. |
|
6.3. Применение ИК спектроскопии................................................................................... |
|
Контрольные вопросы.............................................................................................................. |
|
Задания........................................................................................................................................ |
|
Глава 7 . Электронные спектры поглощения и излучения молекул. |
|
Внутримолекулярные фотофизические процессы....................................................... |
7.1. Электронные состояния и спектры двухатомных молекул...................................... |
|
7.2. Принцип Франка-Кондона для внутримолекулярных процессов............................ |
|
7.3. Электронные спектры поглощения многоатомных молекул. |
|
Закон Ламберта – Бера.................................................................................................. |
|
7.4. Классификация электронных переходов.................................................................... |
|
7.5. Процессы дезактивации поглощенной энергии. |
|
Диаграмма энергетических уровней............................................................................ |
|
7.6. Флуоресценция и ее законы......................................................................................... |
|
7.7. Применение электронных спектров............................................................................ |
|
Контрольные вопросы............................................................................................................. |
|
Задания........................................................................................................................................ |
|
РАЗДЕЛ ТРЕТИЙ. Резонансные методы исследования.................................................... |
|
Глава 8. Спектроскопия электронного парамагнитного резонанса................................ |
|
8.1. Теоретические основы метода. Эффект Зеемана....................................................... |
|
8.2. Условие простого резонанса. g - Фактор................................................................... |
|
8.3. Электрон - ядерное взаимодействие............................................................................ |
|
8.4. Сверхтонкая структура спектров ЭПР........................................................................ |
|
8.5. Применение спектров ЭПР в химии............................................................................ |
|
Контрольные вопросы.............................................................................................................. |
|
Задания........................................................................................................................................ |
|
Глава 9. Спектроскопия ядерного магнитного резонанса................................................ |
|
9.1. Магнитный момент ядра и его взаимодействие с магнитным полем. |
|
Условие простого ядерного резонанса........................................................................ |
|
9.2. Химический сдвиг сигнала ЯМР................................................................................. |
|
9.3. Спин-спиновое взаимодействие и мультиплетность сигналов ЯМР....................... |
|
9.4. Применение спектров ЯМР в химии........................................................................... |
|
Контрольные вопросы............................................................................................................. |
|
Задания........................................................................................................................................ |
|
ПЛАНЫ СЕМИНАРСКИХ ЗАНЯТИЙ................................................................................. |
|
ЛИТЕРАТУРА............................................................................................................................ |
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время очевидно, что развитие химии невозможно без широкого использования физических методов исследования строения и свойств вещества. Арсенал современных физических методов в химии настолько обширен, а применение их настолько разнообразно, что требует систематического изучения теоретических принципов, лежащих в основе того или иного метода для грамотного понимания возможностей метода, практического применения и трактовки результатов измерений.
Измеряемые характеристики вещества в одних случаях необходимы для устанавливания закономерностей, связывающих физические и химические свойства вещества с химическим строением отдельных молекул, а в других - для оптимизации технологических процессов. Кроме определения основных характеристик и свойств молекул некоторые из физических методов исследования позволяют изучать кинетические равновесия и механизмы химических реакций.
Наряду с совершенствованием оборудования и приборов, применяемых при исследовании, важной тенденцией современного использования физических методов является их комплексное использование, особенно в целях идентификации вещества и установления его химического строения. Наиболее широко в этих целях применяются оптические и резонансные спектральные методы (ИК-, УФ-, ЯМР- (ПМР-) спектры) и массспектроскопия. В настоящее время для полного и достоверного решения задачи требуются данные возможно большего числа методов.
Учебный план раздела "Физические методы исследования в химии" курса "Строение вещества" включает в себя лекции, семинарские и лабораторные занятия. Настоящее учебное пособие составлено в помощь студентам при подготовке к семинарским занятиям. В силу ограниченного числа часов, отведенных планом на семинарские занятия, на них рассматриваются только методы оптической и резонансной спектроскопии, а также методы измерения дипольного момента молекул. Именно эти методы рассмотрены в пособии. В пособии изложены теоретические основы каждого из методов без загромождения математическими выкладками и сложными формулами, что важно для первого знакомства студентов с предметом, определены области их применения и возможности.
Пособие состоит из трех разделов, содержащих 9 глав, каждая из которых посвящена одному методу. В пределах главы коротко изложена теория, на которой базируется метод, область применения данного метода, его
достоинства и недостатки. Следующие за теорией контрольные вопросы рассчитаны на проверку понимания студентом изучаемого материала, задания – на попытку применения знания каждого из рассматриваемых методов. По каждому методу приведен план семинарского занятия.
На лабораторных занятиях студенты занимаются расшифровкой ИК-, ПМРспектров многоатомных молекул и масс-спектрограмм. В лекционном курсе по разделу "Физические методы исследования в химии" рассматриваются все наиболее часто используемые в настоящее время в химии физические методы, их современная техническая база. Таким образом, данный курс охватывает знакомство со всеми наиболее часто используемыми в настоящее время физическими методами исследования вещества.
РАЗДЕЛ ПЕРВЫЙ. Электрический дипольный момент, его природа и методы измерения
ГЛАВА 1. Теоретические основы метода
1.1. Природа дипольного момента
В общем случае под электрическим диполем понимают любую систему, состоящую из равных по величине и противоположных по знаку электрических зарядов q i , расположенных на расстоянии l i :
Радиус - вектор l i , направлен от центра тяжести отрицательного электронного заряда к центру тяжести положительного ядерного заряда (рис.1.1). Из выражения (1.1) следует, что дипольный момент является величиной векторной. Различный характер распределения электронной плотности в молекулах делит их на два основных класса - полярные и неполярные. Полярные молеку-
лы обладают дипольным |
|||||||
моментом, неполярные - |
|||||||
нет. Понятие полярности |
|||||||
неполярности) |
|||||||
Рис. 1.1. Центры тяжести положительного (OQ+ ) и отрицательного |
быть отнесено |
||||||
каждой из химических |
|||||||
(CQ - ) зарядов и направление дипольного момента в двухатомной |
|||||||
молекуле. |
связей, образующих мо- |
||||||
Т а б л и ц а 1.1
Зависимость полярности молекулы АВX
от геометрического расположения атомов для общего случая полярной связи А-В
Тип молекулы |
Геометрия |
Наличие дипольно- |
||
го момента |
||||
АВ2 |
линейная |
СО2 , СS2 |
||
АВ2 |
H2 O, SO2 |
|||
АВ3 |
BF3 , SO3 |
|||
АВ3 |
пирамидальная |
NH3 , PF3 |
Если в молекуле несколько полярных связей, при определении дипольного момента молекулы дипольные моменты этих связей суммируются по закону суммирования векторов, поэтому величина дипольного
момента молекулы определяется не только величиной связевых дипольных моментов, но и их расположением в пространстве относительно друг друга. То есть, в сходных молекулах величина дипольного момента характеризует геометрию молекул (таблица 1.1).
Причинами возникновения дипольного момента молекул являются: 1) Смещение центра тяжести зарядов электронов, образующих хими-
ческую связь в сторону более электроотрицательных атомов связи. В симметричных двухатомных молекулах в отсутствии внешнего электри-
электронное |
||||
симметрично относительно ядер. Сле- |
||||
довательно, центр тяжести положитель- |
||||
ных зарядов ядер и отрицательных |
||||
Рис. 1.2. Схема возникновения |
зарядов связывающих электронов каждого |
|||
гомополярного диполя в моле- |
из атомов связи совпадают и дипольный |
|||
момент равен нулю. |
||||
2) Появление |
гомополярного |
|||
По причине различий в размерах атомных орбиталей, образующих химическую связь, область перекрывания орбиталей, т.е. область более вероятного нахождения связывающих электронов (отрицательного заряда), оказывается смещенной относительно центра положительных зарядов ядер атомов, образующих химическую связь. Эта ситуация приводит к возникновению гомополярного диполя химической связи (рис. 1.2).
3) Ассиметрия несвязывающей электронной пары. Возникновение диполя из-за наличия в молекуле неподе-
ленной пары электронов удобно рас- |
|||||
смотреть на примере молекул NH3 (а) и |
|||||
NF3 (в) |
(рис.1.3). Сравнение электроот- |
||||
рицательностей атомов Н (2.1), N (3.0) и |
|||||
Рис. 1.3. Сложение векторов свя- |
F (4.0) показывает, что несмотря на бли- |
||||
зевых дипольных моментов с ди- |
|||||
зость дипольных моментов связей N-H и |
|||||
польным моментом неподеленной |
|||||
N-F, дипольные |
связей N-H |
||||
суммарный |
дипольный |
||||
момент, направление которого совпадает с направлением дипольного момента неподеленной пары электронов азота. В случае молекулы NF3 суммарный связевый момент направлен против дипольного момента неподеленной пары азота. В результате дипольный момент аммиака больше дипольного момента NF3 .
Все изложенное выше касается дипольного момента молекулы вне электрического поля.
1.2. Диполь в статическом электрическом поле. Поляризуемость молекулы
Во внешнем электрическом поле заряды, образующие молекулу (электроны больше, ядра меньше), испытывают смещение в разных направлениях. В результате этого в постоянном электрическом поле центры тяжести положительных и отрицательных зарядов даже в неполярных молекулах перестают совпадать и молекула приобретает дипольный момент под действием поля называемый наведенным или индуцированным дипольным моментом.
Свойство молекулы приобретать дипольный момент под действием электрического поля называется поляризуемостью. Величина индуцированного дипольного момента молекулы зависит от величины напряженности электрического поля и от свойств самой молекулы
µ ≈ ε0 αЕ , (1.2) где ε0 - диэлектрическая проницаемость вакуума, α - поляризуемость мо-
лекулы, Е - напряженность внешнего электрического поля.
В зависимости от типа смещения заряда поляризуемость можно разделить на следующие составляющие.
1). Электронная поляризуемость - αэл . Возникает при упругом смещении электронных орбит относительно ядер в молекуле. Данный тип поляризуемости является безинерционным: αэл исчезает со снятием напряженности внешнего электрического поля.
2). Ядерная поляризуемость - αяд. . Возникает при смещении ядер в молекуле относительно друг друга. Ядерная поляризуемость также практически безинерционна, но по величине много меньше электронной:
α яд.<< α эл.
Вместе эта два типа поляризуемости называют деформационной поляризуемостью:
α деф.= α яд.+ α эл.
Оба типа поляризуемости присутствуют в полярных и неполярных молекулах, для неполярных молекул полная поляризуемость равна деформационной.
Во внешнем электрическом поле в полярных молекулах, т.е молекулах имеющих собственный дипольный момент, помимо деформационной поляризуемости возникает ориентационный дипольный момент благодаря стремлению собственного дипольного момента молекулы ориентироваться по направлению внешнего электрического поля и, соответственно, ориентационная поляризуемость αор. . Таким образом, полная поляризуемость полярных молекул равна:
Рис. 1.4. Электростатическое поле, наведенное полем плоского конденсатора в диэлектрике
α = αдеф. + αор. = αяд. + αэл. + αор. .
Поскольку тепловое движение разрушает ориентацию собственных дипольных моментов молекул в постоянном электрическом поле, ориентационная поляризуемость обладает инерцией, т.е. αор. , как и полная поляризуемость полярных молекул, при снятии напряженности внешнего электрического поля снижается с некоторой задержкой.
1.3. Диэлектрик в постоянном электрическом поле. Поляризация диэлектрика
Вещества, состоящие из полярных и неполярных молекул, в основном являются диэлектриками. Если диэлектрик поместить в электрическое поле конденсатора, произойдет поляризация диэлектрика, которая изменит напряженность электрического поля конденсатора. В плоском конденсаторе с площадью пластин А, расстоянием между ними d и плотностью заряда на пластине конденсатора σ напряженность электрического поля равна Е.
На поверхности диэлектрика, находящегося в электрическом поле конденсатора, возникают наведенные заряды плотности Р, дипольный момент созданный ими равен: µ = Р×А×d, а средний дипольный момент единицы объема диэлектрика, заполняющего все пространство конденса-
тора, равен:
µср = µ/V=(Р×А×d)/V=P, здесь V- объем диэлектрика в конденсаторе.
Из полученного выражения можно заключить, что поляризация диэлектрика есть средний дипольный момент единицы объема диэлектрика.
Заметим, что напряженность электрического поля, созданного наведенными зарядами поверхности конденсатора, направлена против напряженности поля самого конден-
сатора и уменьшает его (рис. 1.4).
Поскольку поляризация диэлектрика - результат сложения собственных и наведенных дипольных моментов его молекул, можно говорить о деформационной и ориентационной составляющих поляризации всего диэлектрика, если отнести величину наведенного дипольного момента к единице объема.
Для изучения обмена веществ в организме и отдельных органах существует разнообразные методы. Одним из старинных является метод балансовых опытов , заключающийся в том, что изучают количество поступивших органических веществ и количество образовавшихся конечных продуктов.
Для изучения обмена веществ в отдельных органах применяют метод изолированных органов . Органы, способные сохранять в течение некоторого времени свою жизненную активность и могут использовать для своей деятельности питательные вещества, пропускающие через кровь.
Для изучения обмена веществ в отдельных органах - метод ангеостомии. Разработал Лондон. На кровеносные сосуды накладывают специальные трубочки, которые позволяют получить притекающую кровь к какому-либо органу. По изменению химического состава крови судят о процессе обмена веществ.
В настоящее время широко используется метод меченых атомов – основанный на использовании соединений, в молекулы которых включены атомы тяжелых и радиоактивных изотопов биоэлементов. Вводят в организм соединения, меченные такими изотопами, используют радиометрические методы анализа можно проследить за судьбой элементов или соединений в организме и о его участии в метаболических процессах.
59 вопрос Обмен белков. Классификация их (два вида) и характеристика. Значение для организма. Биологическая ценность белков. Азотистый баланс. Роль печени в белковом обмене. Особенности белкового обмена у жвачных. Регуляция белкового обмена
Обмен белков ФУНКЦИИ БЕЛКОВ
Пластическая функция белков состоит в обеспечении роста и развития организма за счет процессов биосинтеза.
Ферментативная активность белков регулирует скорость протекания биохимических реакций.
Защитная функция белков состоит в образовании иммунных белков - антител. Белки способны связывать токсины и яды а также обеспечивать свертываемость крови (гемостаз).
Транспортная функция заключается в переносе кислорода и двуокиси углерода эритроцитным белком гемоглобином , а также в связывании и переносе некоторых ионов (железо, медь, водород), лекарственных веществ, токсинов.
Энергетическая роль белков обусловлена их способностью освобождать при окислении энергию.
Белковый обмен проходит четыре основных этапа:
Расщепление белка в ЖКТ и всасывание в виде аминокислот;
Центральное звено обмена – синтез из аминокислот собственных белков организма и расщепление белка в клетках;
Межуточные превращения аминокислот в клетках;
Образование и выведение конечных продуктов белкового обмена.
Азотистый баланс
Косвенным показателем активности обмена белков служит так называемый азотистый баланс - разность между количеством азота, поступившего с пищей, и количеством азота, выделяемого из организма в виде конечных метаболитов.
Азотистое равновесие - количество поступившего азота равно количеству выделенного (отмечают у взрослого здорового животного в нормальных условиях кормления и содержания)
Положительный азотистый баланс превышает выделенное.
Отрицательный азотистый баланс - состояние, при котором количество поступившего азота меньше выделенного.
При расчетах азотистого баланса исходят из того факта, что в белке содержится около 16% азота, то есть каждые 16 г азота соответствуют 100 г белка (100:16=6,25).
Белковый минимум
Наименьшее количество вводимого с пищей белка, способствующее поддержанию азотистого равновесия.
МРС, свиньи – 1г/кг живой массы
Лошади – 0,7-0,8 (1,2-1,42)
Коровы – 0,6-0,7 (1)
Человек – 1,5-1,7 (белковый оптимум).
Вне зависимости от видоспецифичности все многообразные белковые структуры содержат в своем составе всего 20 аминокислот . Для нормального метаболизма имеет значение не только количество получаемого белка, но и его качественный состав, а именно соотношение заменимых и незаменимых аминокислот .
Незаменимых аминокислот для моногастричных животных, птиц и человека 10: дизин, триптофан, гистидин, фенилаланин, лейцин, изолейцин, метионин, валин, треонин, аргинин.
Биологическая ценность белков
У жвачных и некоторых других видов животных есть свои особенности в обмене белка: микрофлора преджелудков способна синтезировать все незаменимые аминокислоты и, следовательно, могут обходиться кормом без незаменимых аминокислот.
Белки в которых нет хотя бы одной незаменимой аминокислоты или если они содержатся в недостаточных количествах называются неполноценными (растительные белки ).
Обмен аминокислот
Основное место обмена аминокислот – печень:
дезаминирование – отщепление аминогруппы (в виде аммиака) с образованием жирных кислот, оксикислот, кетокислот;
трансаминирование – перенос аминогрупп из аминокислот в кетокислоты с образованием другой аминокислоты и кетокислоты без промежуточного образования аммиака;
декарбоксилирование – отщепление карбоксильной группы в виде углекислоты с образованием биогенных аминов.
Регуляция белкового обмена
Глюкокортикоиды - ускоряют распад белков и аминокислот, в результате чего усиливается выделение азота из организма.
Механизм действия СТГ состоит в ускорении утилизации аминокислот клетками. Соответственно, при акромегалии и гипофизарном гигантизме наблюдается положительный азотистый баланс, при гипофизэктомии и гипофизарном нанизме – отрицательный.
Тироксин : при гиперфункции щитовидной железы повышается обмен белков
Гипофункция сопровождается замедлением обмена веществ, останавливается рост и развитие организма.
В печени происходит не только синтез белка, но и обеззараживание продуктов их гниения. В почках совершается дезаминирование продуктов азотистого обмена.
Мы рассмотрели так подробно вопрос о формировании понятий о химических явлениях потому, что это, как мы указали выше, ключ к успешному формированию понятий о веществах и химических элементах. В ряду химических понятий - химическая реакция, вещество, химический элемент - каждое предыдущее составляет основу для формирования последующего. Поэтому все условия, определяющие успех формирования понятий о химических реакциях, сохраняют свою силу и при формировании понятий о веществах и химических элементах. Вместе с тем при формировании этих понятий огромное значение приобретает ряд новых обстоятельств. Сначала мы рассмотрим эти обстоятельства применительно к формированию понятий о веществах, а потом о химических элементах.
Среди условий, определяющих успех формирования понятий о веществах, одним из решающих является правильный подход к изучению их. Этот подход не остается неизменным: он все более расширяется и углубляется по мере овладения теоретическими знаниями и обобщениями.
В VII и VIII классах большинство веществ изучается по следующему плану: химический состав, физические свойства (агрегатное состояние, цвет, запах, вкус, удельный вес и др.), отношение вещества к воде, химические свойства (отношение к простым веществам, к окислам, основаниям, кислотам и солям, к нагреванию, к электрическому току), физиологическое действие (в отдельных случаях), сходство по свойствам с другими веществами и отличие от них, применение веществ в промышленности, в сельском хозяйстве, в быту, нахождение в природе и способы получения.
Конкретность образующихся при этом понятий о веществах зависит главным образом от того, какие химические свойства (химические реакции веществ) изучаются. Изучение химических свойств металлов ограничивается рассмотрением отношения их к кислороду и к кислотам; изучение неметаллов - отношением их к кислороду (для углерода, серы и фосфора). Окислы металлов рассматриваются в отношении к водороду, окиси углерода, к кислотам и щелочам; основания - в отношении к кислотам, кислотным окислам и солям; кислоты - в отношении к металлам, окислам металлов, основаниям и солям. Отбор только этих химических реакций для характеристики химических свойств металлов и неметаллов, окислов, оснований, кислот и солей обусловливается тем, что это доступные пониманию и жизненно важные реакции. Истолкование сущности химических реакций производится с точки зрения атомно-молекулярного учения. Этим определяется глубина изучения их.
Важным моментом, характеризующим химическую природу веществ, является получение их. Однако в VII-VIII классах изучается получение немногих веществ: кислорода, водорода, углекислого газа, окиси углерода - и изучаются общие способы получения кислот, щелочей и солей. Это сделано потому, что получение многих веществ (например, серной и азотной кислот и т. д.) при отведенном для химии в восьмилетней школе времени и установленном объеме учебного материала является весьма сложным и недоступным. Ознакомление с получением веществ- задача IX-XI классов. В курсе химии для восьмилетней школы упор сделан на ознакомление учащихся с химическим составом, физическими и химическими свойствами и применением веществ.
Как ни узок круг знаний, приобретаемых в VII-VIII классах, он все же создает основу для предвидения свойств веществ. Так, опираясь на знания, приобретаемые в VII-VIII классах, учащиеся могут предсказывать:
а) химический состав окислов металлов, оснований и солей (соляной, серной, азотной кислот), весовой состав этих соединений, весовое содержание определенного элемента в определенном количестве вещества;
б) химические реакции окислов, кислот, оснований и солей и весовые отношения, в которых реагируют эти вещества;
в) получение кислот, солей и оснований, опирающееся на взаимодействие их между собой, а также получение солей при взаимодействии кислот с металлами и основными окислами и получение окислов прямым и косвенным способами.
Разумеется, эти предвосхищения должны подтверждаться эмпирическими данными, добытыми экспериментальным путем или сообщенными учителем. Развитие творческого подхода в изучении веществ составляет одну из важных задач преподавания химии. Поэтому прогноз химического состава и химических свойств веществ должен найти себе место как при изучении новых веществ, так и при решении различных количественных задач, например: «Какой качественный и количественный состав должен иметь азотнокислый кальций», «Какими тремя способами можно получить сернокислую медь», «Какие химические свойства имеет фосфорная кислота. Напишите уравнения реакций. Вычислите весовые отношения, в которых взаимодействуют и получаются вещества».
Свойства изученных веществ обязательно сравниваются между собой. Нахождение сходства и отличия в свойствах веществ имеет большое значение как подготовка к последующему усвоению периодического закона.
В IX-X классах в связи с расширением круга знаний, на основе которых изучаются вещества, подход, метод изучения их значительно расширяется и углубляется. Огромную роль здесь играют следующие обстоятельства: а) ознакомление учащихся с понятиями грамм-атом и грамм-молекула, грамм-молекулярный объем и расширение на этой основе стехиометрических расчетов; б) изучение производственных способов получения веществ; в) ознакомление учащихся с естественными группами химических элементов, закономерностями изменения свойств простых веществ, а также форм и свойств соединений, образуемых этими элементами.
До изучения периодической системы химических элементов учащиеся могут предсказывать химический состав, способы по лучения и химические свойства многих веществ из числа изучаемых в IX классе, опираясь на знание общих химических свойств окислов, кислот, оснований и солей и общих способов их получения. В этом заключается творческий подход к изучению веществ. Усилению этого подхода содействует изучение научных принципов химического производства, а также решение количественных и качественных задач, в особенности экспериментальных задач различных типов и видов: получение и распознавание веществ, разделение смесей, объяснение химических реакций, предвидение характерных свойств веществ и т. д.
После изучения периодической системы Д. И. Менделеева и потом теории строения атомов и ионной теории происходит резкое углубление творческого подхода к изучению веществ Теперь вещества изучаются с точки зрения общей связи химических элементов, выраженной в периодическом законе, а их химические свойства - с электронно-ионной точки зрения. Учащиеся могут предугадывать свойства простых веществ, а также формы и свойства их соединений, более глубоко понимать характер химической связи элементов в соединениях, а также химические свойства и получение веществ.
В этих классах следует показать учащимся, что противоречивая природа атомов (они состоят из ядра, имеющего положи тельный заряд, и электронов, несущих отрицательные электрические заряды), а также периодическое изменение строения их обусловливает особенности свойств веществ и их превращений
Представляется возможным также показать скачкообразное образование веществ нового качества путем прибавления или убавления атомов в молекулах, а также наличие в химических реакциях и веществах противоположных тенденций. На примере кислорода и озона, сернистого газа и серного ангидрида, сернистой и серной кислот, закиси, окиси и двуокиси азота и других веществ учитель разъясняет, что накопление атомов в молекулах обязательно ведет к образованию качественно новых веществ.
Кислоты и основания, окислители и восстановители, основные, кислотные и амфотерные окислы и другие вещества являются хорошими примерами, иллюстрирующими наличие в веществах противоположных тенденций.
Систематическое наблюдение учащимися изменения качества веществ в связи с изменением числа атомов в молекулах, постоянный показ противоположных тенденций в веществах и их химических свойствах способствует накоплению фактов, необходимых для формирования диалектико-материалистического мировоззрения.
В XI классе при изучении органической химии подход к изучению веществ все более расширяется и углубляется. Знакомство со структурной теорией открывает возможность изучать структуру вещества, а знакомство с органическими соединениями - не только отношение изучаемых веществ к неорганическим, но также и к органическим соединениям. Возникает возможность определять структуру веществ исходя из их химических свойств, предсказывать химические свойства исходя из строения веществ, и прослеживать их генетическую связь, опираясь на знание химических свойств и строения.
Так постепенно все новые и новые знания входят в состав творческого метода овладения химической наукой.
Сказанное выше о постепенном расширении и углублении подхода к изучению веществ может быть представлено в виде таблицы (табл. 11).
Нетрудно обнаружить, что здесь в химических терминах и суждениях выражен и в посильной мере применяется диалектико-материалистический подход к изучению вещества: конкретное рассмотрение вещества, ознакомление с составными частями его и связями этих частей между собой, изучение главных существенных и закономерных связей и отношений данного вещества к другим веществам и к физическим факторам (химические свойства), ознакомление с переходом вещества в качественно новые вещества при химических реакциях, рассмотрение способов получения и практического применения вещества, показ исторического характера химических знаний, их постепенного расширения и углубления, разъяснение роли практики как определителя знаний человека и критерия истины.
Таблица 11
Постепенное изменение подхода к изучению веществ
| 1. Физические свойства (физическое состояние, цвет, запах, вкус, удельный вес, молекулярный вес и др.) | То же и, кроме того, вес грамм- атома, грамм- молекулы, грамм- молекулярный объем | То же и, кроме того, вес 1 л газа при нормальных условиях |
|
| 2. Химический состав. Первые попытки экспериментального доказательства химического состава; предвидение состава некоторых веществ (например, окислов металлов, солей, оснований); исходя из валентности элементов и остатков (водного и кислотных) | То же и, кроме того, предвидение состава окислов, оснований и солей, исходя из валентности элементов и остатков (водного и кислотных). Расширение экспериментального доказательства состава веществ, опираясь на отдельные характерные реакции их | То же и, кроме того, предвидение форм соединений исходя из положения элемента в периодической системе. Разъяснение характера химической связи элементов в соединении исходя из строения атомов и свойств элементов | То же и, кроме того, изучение структуры веществ и предвидение ее исходя из валентности элементов и химических свойств веществ |
| 3. Химические свойства: отношение к воде, к кислороду, водороду, углю, металлам, к окислам металлов, основаниям, кислотам, к нагреванию и электрическому току; объяснение этих свойств с точки зрения атомномолекулярной теории; первые попытки предвидения химических свойств металлов, кислот и других веществ | То же и, кроме того, отношение к солям и кислотным окислам- расширение предвидения химических свойств веществ, опираясь на знание общих химических свойств оснований, кислот и солей; прослеживание генетических связей неорганических веществ | То же и, кроме того, предвидение свойств простых веществ и химических соединений элементов исходя из положения их в периодической системе, объяснение химических свойств веществ с электронноионной точки зрения; изменение свойств веществ в связи с прибавлением и убавлением атомов в молекулах; противоречивый характер свойств веществ в связи с противоречивым характером строения составляющих их элементов; изменение свойств веществ под воздействием среды | То же и, кроме того, отношение вешеств к органическим соединениям, объяснение химических свойств вешеств с точки зрения структурной теории и предвидение свойств веществ исходя из их строения; прослеживание генетических связей органических веществ |
| 4. Физиологическое действие | |||
| 5. Сходство данного вещества с другими веществами и отличие его от этих веществ. Г Отнесение веществ к известным учащимся классам | То же и, кроме того, изомерия и гомология |
||
| 6. Нахождение веществ в природе и посильное объяснение форм нахождения исходя из химических свойств веществ | |||
| 7. Применение веществ в промышленности, в сельском хозяйстве, и быту. Народнохозяйственное значение их. | |||
| 8. Получение веществ, объяснение реакций получения веществ с точки зрения атомномолекулярной теории; предвидение способов получения некоторых веществ (например, окислов и солей) | То же и, кроме того, предвидение способов получения отдельных окислов, кислот, оснований и солей исходя из знания общих способов получения их; прослеживание генетических связей неорганических веществ | То же и, кроме того, получение некоторых веществ на производстве; предвидение способов получения аналогов и их соединений исходя из знания способов получения простых и сложных веществ одного из элементов данной естественной группы периодической системы, а также химических свойств этого элемента; объяснение реакций получения веществ с электронно-ионной точки зрения | То же и, кроме того, предвидение способов получения органических веществ на основании их общих свойств и генетических связей; прослеживание генетических связей органических веществ |
| 9. История открытия и исследования веществ; роль производственной практики в этом деле; приоритет русских ученых в открытии и исследовании веществ | |||
Уже в VII классе при изучении кислорода следует познакомить учащихся с подходом химии к изучению веществ, показав, что этот подход является одновременно и планом изучения. Тут же полезно записать его в тетради и вывесить в виде таблицы в кабинете.
Загрузка...