Синтез химических веществ реферат

Обновлено: 28.06.2024

Функция "чтения" служит для ознакомления с работой. Разметка, таблицы и картинки документа могут отображаться неверно или не в полном объёме!

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра неорганической химии

СИНТЕЗ БРОМАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ВыполнилСтудент1 курса,822 группы.ЗемляковД.И.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА 3

1.Периодическая система и её закономерности как методологическая основа неорганического синтеза. 9

2.Термодинамический анализ реакций синтеза. 9

3.Кинетический анализ реакций синтеза. 11

3. Кинетика и механизм неорганических реакций. 16

4.Основные методы получения веществ металлов и неметаллов. 20

5.Синтез броматов РЗЭ. 22

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. 23

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 24

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НЕОРГАНИЧЕСКОГО СИНТЕЗА

Можно выделить три аспекта синтеза: получение известных веществ по известным методикам, получение известных веществ с определенной заданной морфологией (высокодисперсных порошков, монокристаллов, тонких пленок и др.) и получение новых, ранее неизвестных веществ. В учебном практикуме на начальном этапе реальна постановка задачи синтеза известных веществ по известным методикам, и лишь в самых общих чертах возможно ознакомление с проблемой направленного синтеза веществ.

Теоретические основы неорганического синтеза в данном пособии рассматриваются применительно к задачам учебного практикума на базе знаний, полученных студентами при изучении неорганической химии. Это определяет круг включенных в данную главу вопросов и уровень их изложения. Так, в ней рассматриваются методы синтеза, доступные для учебного практикума, и не рассматриваются методы, которые, будучи даже весьма перспективными, в практикуме трудно реализуются, например синтез при высоком давлении, плазмохимический синтез. В главе не приводятся термодинамическая и кинетическая характеристики используемых реакций, за исключением самых общих соображений об их термодинамической возможности и скорости.

Методы неорганического синтеза можно систематизировать, используя разные подходы: по классам синтезируемых соединений (синтез оксидов, гидроксидов, гидридов и т.д.), по типам химических реакций, используемых в синтезе (хлорирование, гидролиз, термолиз и др.), по агрегатному состоянию реагентов (синтез в газовой, твердой, жидкой фазе), по характеру используемой аппаратуры (синтез в вакууме, низкотемпературный синтез и т.д.), по количеству используемых реагентов (макро-, полумикро-, микросинтез). Однако ни одна из этих классификаций не охватывает все разнообразие методов. Например, оксиды металлов чаще всего получают при высокой температуре, а комплексные соединения - в водном растворе. Но эти соединения можно получить и при других условиях, используя самые разные реакции. Так, для получения оксидов металлов можно использовать реакции химического или электрохимического окисления металлов в водном или неводном растворе, окисления их низших оксидов при комнатной температуре и др. При этом синтез можно вести на воздухе и в вакууме, получать вещество в микро-или макроколичестве.

Применительно к задачам практикума по неорганической химии имеет смысл уяснить

Химический синтез.docx

Все окружающие нас тела – земля, люди, животные и растения – состоят из химических элементов. Соединяясь друг с другом в различных комбинациях, эти элементы дают большое число разнообразных химических

Путём органического синтеза из угля можно получить мыло и уксус, из дерева – шёлк и шерсть, из спирта – каучук.

В настоящее время мы широко пользуемся предметами, материал которых изготовляется с помощью органического синтеза. Это — платье, обувь, детали машин, игрушки, лекарства, краски, посуда, женские сумки, пяговицы и многое, многое другое.

Органический синтез – яркий пример великого значения науки, пример того, как человек, вооружённый знанием, подчиняет себе природу, заставляет её служить своим интересам.

Органическая химия как наука возникла более ста лет назад. Впервые начал говорить об органических веществах и органической химии шведский химик Берцелиус. Изучая вещества, содержащиеся в растительных и животных организмах, он убедился, что исследовать эти вещества значительно труднее, чем изучать вещества, получаемые из различных минералов и других неживых тел природы. Эти трудности и заставили Берцелиуса выделить изучение органических веществ в особую отрасль химии.

В раннем периоде развития химии синтез химический осуществлялся главным образом для неорганических соединений и носил случайный характер. Синтетическое получение сложных веществ стало возможным лишь после того, как были накоплены сведения об их составе и свойствах с развитием методов органического и физико-химического анализа.

Принципиальное значение имели первыесинтезы органических веществ.

Уже в 1824 году ученик Берцелиуса Вёлер впервые синтезировал, то есть получил искусственным путём, органическое вещество — щавелевую кислоту. Щавелевая кислота – вещество растительного происхождения. Она находится в больших количествах в водорослях, грибах, лишайниках, папоротниках. Она придаёт кислый вкус всем известному щавелю. Вёлер получил щавелевую кислоту, нагревая неорганический газ дициан с водой. Эта работа Вёлера долгое время оставалась незамеченной. Более того, сам Вёлер не сумел увидеть её принципиального значения. Четыре года спустя, в 1828 году, Вёлер сделал второе открытие. Он показал, что неорганическое вещество циановокислый аммоний легко можно превратить в продукт жизнедеятельности животного организма – мочевину.

Постепенно химики научились получать и более сложные органические вещества. Так, в 1854 году, когда было установлено, что жиры представляют собой соединения глицерина с различными органическими кислотами (молекулы которых обычно содержат 16—18 углеродных атомов), был получен искусственным путем жир.

Большим шагом вперед явилось введение в органический синтез порошкообразных катализаторов. За обширные исследования в этой области П. Сабатье получил в 1912 г. Нобелевскую премию по химии вместе с В. Гриньяром. Работы этих ученых имели особенно большое значение для прикладной химии и химической технологии.

В 20-е годы профессор Кильского университета Отто Дильс вместе со

своим сотрудником Куртом Альдером предложил новый метод химического

синтеза, который нашел такое же широкое применение, как и реактивы

Гриньяра. Реакция основывалась на свойствах так называемых диеновых со-

единений, имеющих двойные связи.

В 1928 г. О. Дильс и К. Альдер открыли и объяснили один из видов ре-

акции диеновых соединений с молекулами, имеющими обычные одинарные

связи. Подобные реакции наблюдались и раньше, однако не получили должного объяснения. Два немецких исследователя сразу же поняли, что вновь открытое взаимодействие позволяет создать новый метод синтеза. И действительно, методом диенового синтеза было получено большое количество соединений, синтез которых до этого был очень затруднен или даже казался невозможным.

Реакция Дильса — Альдера широко используется для синтеза циклических соединений с кольцевидной структурой. Так получают молекулы, служащие исходным сырьем для получения большого числа важных веществ – аналогов природных соединений. Наряду с этим указанная реакция служит ценным методом исследования строения сложных молекул.

Отто Дильс, ученик Э. Фишера, стал лауреатом Нобелевской премии по

химии в 1950 г. Вместе с ним был награжден и Курт Альдер. Носящая их имя реакция сегодня широко используется в синтетической химии.

Однако до 60-х годов прошлого столетия синтетические работы химиков носили в значительной степени случайный характер. В своих исследованиях химики-органики действовали неуверенно, на ощупь; в теоретических вопросах царил разброд.

Синтез сложных природных соединений позволяет также и разгадать их структуру. Особых успехов в этой области добился американский химик-органик, профессор Гарвардского университета Роберт Берне Вудворд

Герберт Браун, выпускник Чикагского университета, сначала занимался неорганической химией. Еще молодым исследователем он как-то получил в подарок книгу о соединениях бора. Эти вопросы очень его заинтересовали и в значительной степени определили его дальнейший путь. Еще в начале 40-х годов он получил реактивы, нашедшие широкое применение в органической химии.

В 1956 г. Браун открыл реакцию, в которой бор присоединялся к органическим молекулам двойной связью. Производные вещества могут вступать далее в различные реакции, при которых на место бора вводятся функциональные группы. Этот метод открывал возможность получения новых комбинаций атомов и радикалов, синтеза большого числа органических соединений, природных и лекарственных веществ. Были открыты также соединения, ранее вообще неизвестные.

Как и многие крупные ученые, Браун чрезвычайно плодотворно работает. Он автор 700 статей и 4 монографий, подготовил более 200 будущих научных работников. За большие достижения в исследовании органических соединений бора Герберт Браун был удостоен в 1979 г. Нобелевской премии по химии.

Другим лауреатом того же года стал химик из Гейдельбергского университета Георг Виттиг. Коллеги причисляют Виттига к создателям современного органического синтеза, в котором особенно широко используются элементоорганические соединения. В обычных органических молекулах главное место занимает углерод, наряду с ним встречаются водород, кислород и азот. К этим молекулам могут добавляться атомы металлов или других элементов.

Работа Виттига связана преимущественно с фосфорорганическими соединениями.

Виттиг сосредоточил внимание на реакции, исследованной Штаудингером еще в 1919 г. В этой реакции осуществляется взаимодействие полярных фосфорорганических соединений — так называемых илидов — с различными органическими молекулами. Для илидов характерно, что в них углерод, связываясь с фосфором или другим подобным элементом, приобретает отрицательный заряд. Это приводит к таким свойствам фосфорпроизводных, которые создают условия для необычной реакции.

Многие годы на эту реакцию никто не обращал внимания, и ее возможности оставались нераскрытыми. Она широко введена в химию в 1953 г. именно Виттигом и названа его именем. Использование фосфоилидов —10

один из основных методов современного органического синтеза. Реакция Виттига обеспечивает эффективный способ получения огромного множества

самых разнообразных соединений: с ее помощью можно синтезировать как

линейные структуры, подобные витамину А, так и сложные кольцевидные

Чисто лабораторное открытие Виттига благодаря работе химиков и технологов нашло широкое практическое применение. Сам Виттиг сегодня занимается другими исследованиями подобного рода, польза которых пока еще не очевидна, однако истинное их значение покажет лишь будущее. Присуждение Георгу Виттигу и Герберту Брауну Нобелевской премии является еще одним свидетельством большого значения синтетической химии — области науки, непосредственно связанной с повседневной жизнью человека.

После работ Ф. Сенгера начались попытки синтеза белковых молекул.

Это оказалось очень непросто. Необходимы были сотни реакций для получения белка всего в тысячных долях процента.

В 1961 г. Роберт Брюс Мэррифнлд из Рокфеллеровского университета

решил синтезировать пептидные цепи белков, используя автомат, работав-

В Советском Союзе М. М. Шемякин и Ю. А. Овчинников разработали

такой же метод синтеза на растворимом полимерном носителе. Он позволяет

получить более однородный и чистый пептид. Разработанная Р. Мэррифилдом методология твердофазного синтеза произвела подлинную революцию в химическом синтезе и оказала мощное воздействие на развитие различных областей биохимии, молекулярной биологии, биотехнологии и т. д.

По мнению многих авторитетных ученых, открытие Мэррифилда оказало большое влияние на сам образ мышления специалистов. За свое выдающееся достижение, открывающее новые горизонты в познании свойств вещества, Роберт Брюс Мэррифнлд был удостоен в 1984 г. Нобелевской премии по химии.

Количество продуктов современного органического синтеза исчисляется многими миллионами тонн. Поэтому, как правило, промышленный синтез пользуется дешёвым сырьём, которое можно иметь в неограниченном количестве.

Изучение вопросов проектирования и создания новых типов молекул в органической химии. Понятие и основные этапы развития органического синтеза. Реакции, которыми чаще всего пользуются химики-синтетики. Рассмотрение синтеза на примере получения аспирина.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	19.10.2013
Размер файла	106,4 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Муниципальное бюджетное образовательное учреждение

средняя общеобразовательная школа №18

Органический синтез

ученица 11 А класса

Хайбрахманова Алина Равильевна

Сивочалова Елена Ивановна

Содержание

1. Открытие органического синтеза

2.Развитие органического синтеза

3.Реакции органического синтеза

5. Планирование органического синтеза

Список использованной литературы

Введение

• выяснить каким образом происходит синтез веществ.

• рассмотреть этапы развития органического синтеза;

• изучить какими реакциями пользуются чаще всего химики-синтетики;

• рассмотреть синтез на примере получения аспирина;

• выявить перспективы развития органического синтеза.

Открытие органического синтеза

органический синтез химия молекула

По предложению шведского химика Й.Я. Берцелиуса , который экспериментально проверил и доказал достоверность закона постоянства состава вещества и закона кратных отношений применительно к оксидам и органическим соединениям ,с 1808 года науку , изучающую органические вещества стали называть органической химией.

Виталисты резонно утверждали , что фотосинтез невозможен вне зеленых растений 6 CO₂+6 H₂OC₆H₁₂O₆+6 O₂.

Невозможны, по утверждению виталистов и любые другие синтезы органических соединений вне живых организмов. Однако дальнейшее развитие химии и накопление новых научных фактов доказало, что виталисты глубоко заблуждались.

Развитие органического синтеза

Органический синтез начал развиваться после формулирования русским химиком Бутлеровым А. М. основ структурной теории строения веществ, которая позволила планомерно синтезировать молекулы заданного строения. Основы этой теории сформулированы таким образом:

Дальнейшее развитие органического синтеза происходит параллельно с развитием органической химии. Успехи теорий строения атомов и молекул, химической связи, квантовая химия, кинетика и др. способствовали развитию методов синтеза. С другой стороны, ряд сложных синтезов как известных в природе веществ (уксусная кислота, индиго, аспирин и др.), так и не имеющих своих аналогов (, многие элементоорганические соединения, синтетические антибиотики и др.), оказал влияние на смежные разделы науки (химия биологически активных веществ, фармакология , физика и химия твердого тела и др.), показав самостоятельность и высокую ценность этого направления органической химии.

Выход органического синтеза за рамки лабораторий произошёл после развития химической технологии и признания промышленной значимости продуктов: карбоновых кислот, полимеров, растворителей, красителей и др. -- веществ, объём производства которых характеризуется числами со многими нулями.

Реакции органического синтеза

К реакциям органического синтеза относят:

• Гидрирование-- присоединение водорода по кратной связи. Дегидрирование -- отщепление водорода с образованием кратной связи.

• Гидратация -- присоединение воды по кратной связи с образованием спирта.

• Дегидратация -- отщепление воды с образованием кратной связи.

• Алкилирование -- обмен водорода на углеводородный радикал.

• Ацилирование -- введение в молекулу остатка карбоновой кислоты (ацильной группы).

• Ацетилирование -- частный случай ацилирования, введение в молекулу остатка уксусной кислоты(ацетильной группы).

• Циклизация -- образование циклической структуры в молекуле.

• Галогенирование -- введение атома галогена в молекулу посредством обмена водорода на галоген или присоединения по кратной связи.

• Нитрование -- обмен водорода на группу NO₂.

• Этерификация -- взаимодействие органической кислоты со спиртом с получением сложных эфиров.

• Окисление -- в узком смысле - внедрение кислорода в молекулу, в широком - любое изменение в молекуле , приводящее к увеличению степени окисления углерода, например, дегидрирование, повышение кратности связи углерод-углерод.

• Сульфирование -- обмен водорода на сульфогруппу.

• Полимеризация -- процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путём многократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в растущей молекуле полимера.

Получение ацетилсалициловой кислоты

Ацетилсалициловая кислота- белое кристаллическое вещество, малорастворимое в воде, хорошо растворимо в спирте, в растворах щелочей. Это вещество получают взаимодействием салициловой кислоты с уксусным ангидридом:

Ацетилсалициловая кислота уже более 100 лет широко применяется как лекарственное средство - жаропонижающее, обезболивающее и противовоспалительное. Существует более 50 названий - торговых марок препаратов, основным действующим началом которых является это вещество. Это необычное лекарственное средство можно назвать рекордсменом среди лекарств. Ацетилсалициловая кислота - долгожитель в мире лекарств, в 1999 официально отметила свой столетний юбилей, и до сих пор это самое популярное лекарство в мире. Ежегодное потребление лекарственных препаратов содержащих ацетилсалициловую кислоту превышает 40 млрд. таблеток.

Еще одна особенность ацетилсалициловой кислоты - это первое синтетическое лекарственное вещество. Человек испокон веков использовал лечебные растения, затем научился выделять из экстрактов растений лекарственные вещества в чистом виде, но первым лекарством, полного аналога которому не существует в природе, стала ацетилсалициловая кислота.

В природе есть похожее вещество - салициловая кислота. Это соединение содержится в коре ивы, и его целебные свойства были известны с древности. Отвар коры ивы как жаропонижающее, обезболивающее и противовоспалительное средство рекомендовал применять еще Гиппократ. В 1828 немецкий химик Бюхнер из коры ивы выделил вещество, которое назвал салицин (от латинского названия ивы - Salix). Чуть позже из салицина была получена чистая салициловая кислота, и доказано, что она обладает лечебными свойствами. Салицин, выделенный из ивовой коры - отхода от производства корзин, использовали в качестве лекарственного средства, однако он производился в очень небольших количествах, и был дорог. В 1860 немецкий химик А.Кольбе разработал метод синтеза салициловой кислоты взаимодействием фенолята натрия с углекислым газом, и вскоре в Германии появился завод по производству этого вещества.

И салицин, и более дешевая синтетическая салициловая кислота использовались в медицинской практике, но широкого распространения как лекарственное средство для внутреннего применения салициловая кислота не получила. Из-за высокой кислотности она вызывает сильное раздражение слизистой рта, горла, желудка, а ее соли - салицилаты - обладают таким вкусом, что большинство пациентов от них тошнило.

Планирование синтеза органической молекулы

Любой органический синтез представляет собой определенную последовательность отдельных реакций, приводящих к заданной молекулярной структуре. Составление схемы того или иного синтеза является обычно результатом логического химического мышления. Однако существует много весьма сложных синтезов, планирование которых требует не только знаний, но и больших навыков.

При синтезе соединения В из соединения А используют ряд отдельных, логически оправданных стадий. Часто, когда схема синтеза составлена знающим и опытным синтетиком, работа идет настолько легко и быстро, что кажется, будто автор писал интуитивно, не задумываясь над поставленной задачей. Но такое впечатление ошибочно: умение быстро логически мыслить является результатом приобретенного опыта.

Синтез -- это конструирование молекулы, имеющей определенное строение. Иногда это конструирование представляет собой довольно простую операцию, например, если нужно лишь заменить одну функциональную группу на другую или когда требуется провести перегруппировку углеродного скелета простой молекулы.

Однако одновременное изменение и углеродного скелета, и функциональных групп может потребовать значительно больших усилий при планировании. К счастью, обычно имеется не один путь синтеза соединения В из соединения А. Фактически часто приходится решать, какой из двух или трех равно возможных путей лучше выбрать. В таких случаях необходимо рассмотреть следующие вопросы:

1.Насколько доступны исходные вещества?

2.Какой путь дает наибольший суммарный выход?

3.Какой путь связан с наименьшим числом отдельных стадий?

4.Какова стоимость исходных веществ и реагентов?

5.Какой из путей требует наименьших затрат времени и труда?

6.Кроме того, необходимо учитывать легкость очистки продуктов реакций, их устойчивость, безопасность проведения тех или иных операций, токсичность используемых реагентов и т. д.

План синтеза соединения можно представить схемой, иногда называемой деревом синтеза. Для его построения можно использовать два пути:

1.Синтетический, то есть соответствующий переходу от исходных соединений к целевой молекуле;

2. Ретросинтетический, направленный противоположно реальному синтезу от целевой молекулы к исходным веществам.

Обычно в реальном синтезе можно обнаружить элементы и того, и другого подхода.

Синтетический путь

Иллюстрацией синтетического пути может служить синтез циклооктатетраена C₈H₈ , осуществленный Вильштеттером в 1911 году в десять стадий по приведенной ниже схеме:

Поскольку в исходной молекуле уже существовал восьмичленный цикл, то необходимо было удалить мостик с атомом азота и ввести в цикл четыре двойные связи. Для этой цели были использованы следующие методы: гидрирование (1), дегидратация (2), образование четвертичных аммониевых солей и их расщепление, приводящее к расщеплению связи C-N или образованию С=С-связи (3-6, 9, 10), бромирование (7) и замещение брома на диметиламиногруппу (8).

Ретросинтетический путь

Ретросинтетический путь более перспективен, поскольку дает возможность прийти к нескольким исходным соединениям и тем самым увеличивает выбор путей синтеза. Построение дерева синтеза осуществляется по стадиям, называемым трансформациями. Трансформация - переход от соединения к ближайшему предшественнику, который используется в качестве исходного соединения в реальном синтетическом процессе.

На схеме синтеза витамина А двойными стрелками показаны трансформации, а цветом выделены изменяющиеся при этом связи. Фрагменты остова в целевой молекуле, которые создаются в результате синтеза и присутствуют в реагенте, носят название синтона. Реальный реагент, который содержит синтон, называется его синтетическим эквивалентом.

Сейчас число известных органических соединений близко к 10 миллионам и не ограничено число тех соединений, которые могут быть получены. В химических лабораториях каждый день синтезируются сотни новых веществ. Открываются новые реакции, разрабатываются новые способы получения органических веществ, внедряются новые методы стимулирования химических реакций и новые методы исследования химических соединений. Продуктами органического синтеза, осуществляемого в промышленных масштабах, являются пластмассы, химические волокна, красители, лекарственные препараты, сельскохозяйственные химикаты, моющие средства, душистые вещества и многие другие вещества и материалы, необходимые человеческому обществу. Современная органическая химия располагает огромным экспериментальным и теоретическим материалом, а уровень развития органического синтеза может служить мерилом научно-технического прогресса. Интенсивно развиваются как синтетическая, так и теоретическая органическая химия.

• органический синтез начал развиваться совсем недавно с 1824 года, но довольно бурно, только за последние 5 лет было синтезировано около 8 миллионов веществ;

• анализ литературы показал, что химики-синтетики из множества реакций в своих работах чаще всего используют реакции: 1)гидрирования; 2)дегидратации; 3)полимеризации;

• на примере синтеза аспирина, показана роль органического синтеза в медицине;

• с помощью органического синтеза, в будущем можно будет получить лекарства от болезней, которые сейчас неизлечимы.

Были выявлены новейшие тенденции развития органического синтеза.

Они обусловлены структурным моделированием, которое возможно на стыке биохимии, биофизики, математического моделирования и компьютерной химии. Это позволяет предсказать, смоделировать и синтезировать структуру молекулы с нужной целевой активностью.

Используемая литература

1. Габриелян, О.С. Органическая химия 10 класс. - М. Дрофа, 2009г

2. Костиков, Р.Р. Принципы органического синтеза - М.1989г

Подобные документы

Органический синтез как раздел химии, предмет и методы его изучения. Сущность процессов алкилирования и ацилирования, характерные реакции и принципы протекания. Описание реакций конденсации. Характеристика, значение реакций нитрования, галогенирования.

лекция [2,3 M], добавлен 28.12.2009

Реакции основного органического синтеза, превращения олефинов и ацетиленов. Природа химической связи в п-комплексах переходных металлов. Поляризация молекулы олефина в п-комплексе. Реакция с нуклеофильными реагентами. Реакции п-комплекса.

реферат [470,1 K], добавлен 26.01.2009

Окисление органических соединений и органический синтез. Превращение, протекающее с увеличением степени окисления атома. Соединения переходных металлов. Реакции окисления алкенов с сохранением углеродного скелета. Окисление циклических соединений.

лекция [2,2 M], добавлен 01.06.2012

Исследование методики синтеза ацетилсалициловой кислоты взаимодействием фенолята натрия с углекислым газом. Изучение строения, свойств, применения и лекарственного значения аспирина. Анализ влияния аспирина на процессы, протекающие в очаге воспаления.

лабораторная работа [89,9 K], добавлен 24.06.2013

Изучение стереохимических особенностей течения химических реакций К. Альдером. Осуществление синтеза аллилметилфенилкарбинола через магнийорганическое соединение А. Ерминингельдовичем. Открытия в области химии Ф. Арндта, А. Байера, Эжена Бамбергера.

Для производства многих тугоплавких и керамических материалов применяется технология порошковой металлургии, включающая операции прессования при высоком давлении и спекания полученной заготовки при относительно высокой температуре 1200 2000 °С. Однако эта технология довольно энергоемкая: создание высоких температур и давления требует больших энергозатрат. Гораздо проще и экономичнее предложенная… Читать ещё >

Синтез веществ основа современных технологий ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание

ВВЕДЕНИЕ
1. Синтез химических веществ
- 1. 1. Управление химическими процессами
- 1. 2. Синтез органических и неорганических соединений
- 6. 1. Синтез алмазов
В данной работе рассматриваются основные тенденции развития современной химии, ее приоритетные направления в конце двадцатого и начале двадцать первого веков. Работа состоит из нескольких подразделов, где анализируются более подробно некоторые аспекты развития химии в двадцать первом веке; в частности в данной части присутствуют такие подразделы, как плазмохимия, синтезы твердых веществ. Приводятся также области применения данных новых направлений.

Химия — наука социальная. Её высшая цель удовлетворять нужды каждого человека и всего общества. Многие надежды человечества обращены к химии. Молекулярная биология, генная инженерия и биотехнология, наука о материалах являются фундаментально химическими науками. Прогресс медицины и охраны здоровья — это проблемы химии болезней, лекарств, пищи; нейрофизиология и работа мозга — это, прежде всего нейрохимия, химия нейромедиаторов, химия памяти. Человечество ждёт от химии новых материалов с магическими свойствами, новых источников и аккумуляторов энергии, новых чистых и безопасных технологий, и т. д.

Актуальность темы состоит в том, что синтез новых химических соединений и разработка новых методов синтеза — это важная проблема химии, представляющая большой интерес и для физики, биологии, геологии, медицины, а также различных технических наук. К настоящему времени количество химических соединений, сведения о которых можно найти в научной литературе, превысило 10 млн. Синтезы новых соединений и поиски новых методов синтеза продолжаются.

Цель данной работы показать необходимость синтеза веществ для современных технологий.

1. СИНТЕЗ ХИМИЧЕСКИ ВЕЩЕСТВ Управление химическими процессами

Современное учение о химических процессах включает фундаментальные знания многих отраслей естествознания и прежде всего физики, химии, биологии и др. Стремление ученых создать лаборатории живого организма, где можно было бы воспроизводить химические процессы в биологических системах, свидетельствует о необходимости органической взаимосвязи разных естественно-научных отраслей.

Наш соотечественник, лауреат Нобелевской премии по химии 1956 г., выдающийся химик Н. Н. Семенов (18 961 986), создавший общую теорию цепных реакций и основавший химическую физику, считал себя физиком. Он полагал, что химический процесс нельзя рассматривать без восхождения от таких простых объектов познания, как электрон, нуклон, атом и молекула, к живой биологической системе, ибо любая клетка любого организма представляет собой, по существу, сложный химический реактор. В этой связи любой химический процесс это переходной мост между физическим и биохимическим объектами.

Одно из важнейших направлений учения о свойствах вещества создание методов управления химическими процессами. Успехи в развитии современной химии во многом определяются эффективностью управления химическими превращениями, повышению которой способствует внедрение новых экспериментальных методов с применением современных технических средств контроля и анализа сложных молекулярных структур. Химическое превращение начинается со смешивания реагентов и заканчивается образованием конечных продуктов. В большинстве случаев оно включает ряд промежуточных стадий, и для полного понимания механизма реакции нужны сведения о свойствах промежуточных веществ, образующихся на каждой стадии, протекающей, как правило, очень быстро. Если 20 30 лет назад технические средства эксперимента позволяли проследить за промежуточными молекулами со временем жизни около одной миллионной доли секунды, то современные лазерные источники излучения существенно расширили временной диапазон исследований от 10−6 до 10−15 с.

При взаимодействии двух химических соединений образование продуктов реакции определяется статистической вероятностью, зависящей от исходного энергетического состояния, возбуждения и взаимной ориентации молекул при столкновениях, в которых принимают участие молекулы реагирующих соединений. Современная вакуумная техника открывает новые возможности для взаимодействия реагирующих соединений при столкновении молекул. В глубоком вакууме, где длина свободного пробега молекул велика, столкновение молекул может происходить в сравнительно небольшом объеме, составляющем зону перекрытия двух молекулярных пучков реагирующих соединений, в которой возрастает вероятность участия каждой молекулы не более чем в одном столкновении, приводящем к реакции. Это означает, что появилась реальная возможность для изучения тонких процессов и управления химическими превращениями.

Определение характеристик атомных и молекулярных частиц (их структуры и состава) в аналитической химии называют качественным анализом, а измерение их относительного содержания количественным анализом. Новые методы качественного и количественного анализа основываются на последних достижениях различных отраслей естествознания и, в первую очередь, физики. Методы аналитической химии широко применяются в разных отраслях химии, в медицине, сельском хозяйстве, геологии, экологии и т. п.

Для количественного анализа исследуемые сложные смеси и соединения делятся на компоненты. Для этого применяется универсальный метод хроматография. Его сущность заключается в том, что различные вещества в жидкой или газообразной фазе обладают разной прочностью связи с поверхностью, с которой они находятся в контакте. С помощью хроматографии можно разделить и зафиксировать чрезвычайно малое количество вещества в смеси около 10~ 12 г. Кроме того, хроматография позволяет разделить многокомпонентные газообразные смеси, содержащие вещества разного изотопного состава.

Для анализа и идентификации структуры сложных молекул, объединяющих большое количество атомов с различными взаимными связями, широко применяются основанные на физических принципах экспериментальные методы ядерного магнитного резонанса, оптической спектроскопии, масс-спектроскопии, рентге-ноструктурного анализа, нейтронографии и т. п.

В управлении химическими процессами важную роль играют предварительые расчеты, позволяющие определить свойства синтезируемых молекул. Еще в первой половине XX в. с развитием квантовой теории появилась возможность рассчитывать взаимодействие электронов и атомных ядер при химических реакциях. Однако на практике такие расчеты долго оставались недостижимыми: уж слишком сложны уравнения квантовой механики для комплексных объектов молекул и даже атомов с множеством движущихся электронов. Решение подобной задачи стало возможным при учете электронной плотности, а не движения отдельных электронов в молекуле или атоме. Такой подход позволяет рассчитывать свойство и структуру даже весьма сложных молекул, например белковых. За решение данной задачи квантовой химии австрийский физик Вальтер Кон и английский математик и физик Джон Попл (оба ученых работают в США) удостоены в 1998 г. Нобелевской премии по химии.

Плазмохимические процессы протекают в слабоионизированной, или низкотемпературной плазме, при температуре от 1000 до 100 000С. Ионизированные и неионизированные частицы плазмы, находящиеся в возбужденном состоянии, в результате легко вступают в химическую реакцию. При этом скорость перераспределения химических связей между реагирующими частицами очень высока: длительность элементарных актов химических превращений не более 10−13с при незначительной обратимости реакции. Поэтому плазмохими-ческие процессы высокопроизводительны. Например, производительность метанового плазмохимического реактора плазмотрона сравнительно небольших размеров (длиной 65 см и диаметром 15 см) составляет 75 т ацетилена в сутки. По производительности он не уступает огромному заводу. В нем при температуре 3000 — 3500 °C за 0,0001с около 80% метана превращается в ацетилен. Коэффициент полезного потребления энергии 90 95%, а энергозатраты менее 3 кВт ч на 1 кг ацетилена. В то же время в традиционном паровом реакторе пиролиза метана энергозатраты вдвое больше.

В последнее время разработан эффективный способ связывания атмосферного азота посредством плазмохимического синтеза оксида азота, который гораздо экономичнее традиционного аммиачного способа. Создана плазмохимическая технология производства мелкодисперсных порошков основного сырья для порошковой металлургии. Разработаны плазмохимические методы синтеза карбидов, нитридов, карбонитридов таких металлов, как титан, цирконий, ванадий, ниобий и молибден, при сравнительно небольших энергозатратах 12 кВт ч на 1 кг готовой продукции.

В 70-х гг. XX в. созданы плазмохимические сталеплавильные печи, производящие высококачественный металл. Ионно-плазменная обработка рабочей поверхности инструментов позволяет повысить их износостойкость в несколько раз. В результате подобной обработки можно сформировать, например, пористый рельеф на ровной поверхности. Ионно-плазменное напыление в вакууме широко применяется для формирования элементов современных интегральных схем.

Методом плазменного напыления можно нанести пористое покрытие со сложной микроструктурой, способствующее срастанию эндопротеза с костной тканью. С помощью пористых покрытий можно увеличить эффективность катализатора, повысить коэффициент теплоотдачи и т. д.

Плазмохимия позволяет синтезировать металлобетон, в котором в качестве связующих материалов используют сталь, чугун и алюминий. Металлобетон образуется при сплавлении частиц горной породы с металлом и по прочности превосходит обычный бетон: на сжатие в 10 раз и на растяжение в 100 раз. В нашей стране разработан плазмохимический способ превращения угля в жидкое топливо без применения высоких давлений и выброса золы и серы. Кроме основного химического продукта синтез-газа, извлекаемого из органических соединений каменного или бурого угля, этот способ позволяет получить из неорганических включений угля ценные соединения: технический кремний, карбосилилиций, ферросилиций, адсорбенты для очистки воды и т. п. , которые при других способах переработки угля выбрасываются в виде зольных отходов.

4. САМОРАСПРОСТРАНЯЮЩИЙСЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЙ СИНТЕЗ

Для производства многих тугоплавких и керамических материалов применяется технология порошковой металлургии, включающая операции прессования при высоком давлении и спекания полученной заготовки при относительно высокой температуре 1200 2000 °С. Однако эта технология довольно энергоемкая: создание высоких температур и давления требует больших энергозатрат. Гораздо проще и экономичнее предложенная сравнительно недавно технология самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

В настоящее время в ИСМАН методом СВС синтезированы практически все известные высокотемпературные сверхпроводники на основе иттрия, других редкоземельных металлов, висмута и таллия. Наиболее подробно изучены механизм и закономерности СВС на примере получения иттрий-бариевой керамики состава Y123 по реакции:

ЗСu + 2ВаО2+½Y2O3+ (1,5-x)/2 О2=YВа2Сu3O7-x+ Q

Эта реакция стала удобной моделью для исследования закономерностей и механизма СВС ВТСП. Простейшую информацию можно получить, анализируя термограмму СВС-процесса, отражающую температурный профиль волны синтеза.

Полученная информация о механизме взаимодействия компонентов свидетельствует о том, что образование ВТСП в СВС является сложным процессом. Основное тепловыделение, обеспечивающее распространение волны синтеза и образование фазы (структуры) конечного целевого продукта, происходит неодновременно в пространственно разделенных зонах (8, "https://referat.bookap.info").

Эта важная черта СВС Y123 расширяет возможности метода для регулирования свойств конечного продукта при различных воздействиях на более длительную стадию вторичных процессов. В то же время наличие этой стадии приводит к эффектам саморегулирования состава и структуры конечного продукта и слабой зависимости их от параметров горения.

Уже сейчас СВС-технология. порошков Y123 получила практическое использование. Порошки Y123 хорошо зарекомендовали себя для получения: изделий (мишени для плазменного напыления) методом спекания; сложных композитов типа полимерВТСП; изделий (мишени и экраны) меодом взрывного компактирования и т. д. СВС-порошки и изделия из них соответствуют уровню лучших отечественных и зарубежных образцов. Очевидно, что методом СВС могут быть получены не только ВТСП на основе иттрия и других редкоземельных металлов, но и другие при соответствующем подборе состава шихты и условий синтеза.

Самораспространяющийся высокотемпературный синтез не требует трудоемких процессов и громоздких печей и отличается высокой технологичностью. Она легко поддается автоматизации. Промышленной установкой, производящей многотоннажную продукцию, может управлять всего лишь один оператор.

Для процессов СВС химическая природа реагентов непосредственного значения не имеет — важны лишь величина теплового эффекта реакции и законы тепловыделения и теплопередачи, агрегатное состояние реагентов и продуктов, кинетика фазовых и структурных превращений и другие макроскопические характеристики процесса.

Поэтому химия СВС-процессов разнообразна. Наибольшее распространение получили

Можно выделить три аспекта синтеза: получение известных веществ по известным методикам, получение известных веществ с определенной заданной морфологией (высокодисперсных порошков, монокристаллов, тонких пленок и др.) и получение новых, ранее неизвестных веществ. В учебном практикуме на начальном этапе реальна постановка задачи синтеза известных веществ по известным методикам, и лишь в самых общих чертах возможно ознакомление с проблемой направленного синтеза веществ.

Теоретические основы неорганического синтеза в данном пособии рассматриваются применительно к задачам учебного практикума на базе знаний, полученных студентами при изучении неорганической химии. Это определяет круг включенных в данную главу вопросов и уровень их изложения. Так, в ней рассматриваются методы синтеза, доступные для учебного практикума, и не рассматриваются методы, которые, будучи даже весьма перспективными, в практикуме трудно реализуются, например синтез при высоком давлении, плазмохимический синтез. В главе не приводятся термодинамическая и кинетическая характеристики используемых реакций, за исключением самых общих соображений об их термодинамической возможности и скорости.

Методы неорганического синтеза можно систематизировать, используя разные подходы: по классам синтезируемых соединений (синтез оксидов, гидроксидов, гидридов и т.д.), по типам химических реакций, используемых в синтезе (хлорирование, гидролиз, термолиз и др.), по агрегатному состоянию реагентов (синтез в газовой, твердой, жидкой фазе), по характеру используемой аппаратуры (синтез в вакууме, низкотемпературный синтез и т.д.), по количеству используемых реагентов (макро-, полумикро-, микросинтез). Однако ни одна из этих классификаций не охватывает все разнообразие методов. Например, оксиды металлов чаще всего получают при высокой температуре, а комплексные соединения – в водном растворе. Но эти соединения можно получить и при других условиях, используя самые разные реакции. Так, для получения оксидов металлов можно использовать реакции химического или электрохимического окисления металлов в водном или неводном растворе, окисления их низших оксидов при комнатной температуре и др. При этом синтез можно вести на воздухе и в вакууме, получать вещество в микро-или макроколичестве.

Применительно к задачам практикума по неорганической химии имеет смысл уяснить особенности методов синтеза неорганических соединений разных классов, т.к. это отвечает логике построения теоретического курса. Но согласно логике построения самого практикума, когда ставится задача не только ознакомиться с методами синтеза, но и освоить некоторый объем химического эксперимента, приобрести навыки и умения выполнения определенных химических операций, особый интерес представляет возможность уяснить особенности методов синтеза в разных условиях их проведения. Как обязательная предполагается характеристика особенностей используемых в синтезе химических реакций.

Методы ионного обмена в различных модификациях нашли в настоящее время широчайшее применение не только для аналитических целей, но и в препаративных работах неорганического синтеза. Несмотря на многообразие методов, с применением ионного обмена (распределительная хроматография, хроматография на бумаге, использование жидких ионообменников, тонкослойная хроматография и т. д.) ведущая роль по-прежнему остается за классическими методами ионного обмена.

Успешное решение любой конкретной задачи с применением метода ионного обмена зависит от правильного выбора сорбента и условий его использования. Для этого весьма существенно представлять себе структуру и свойства сорбента как:

химического соединения, так как ионообменная способность, механические и физико-химические свойства сорбентов тесно связаны с их структурой и условиями синтеза.

Ионитами называются органические или неорганические вещества, практически нерастворимые в воде или других растворителях, содержащие активные (ионогенные) группы с подвижными нонами и способные обменивать эти ионы на ионы других электролитов (поглощаемые ионы).

В зависимости от характера введения ионообменных групп все сорбенты делятся на три основных класса:

1. Сорбенты, содержащие в своей структуре кислотные группы, т. е. сорбенты, обладающие свойствами кислот и способные к обмену катионов (катиониты).

2. Сорбенты, содержащие в структуре основные группы, т. е: сорбенты, обладающие свойствами оснований и способные к обмену анионов (аниониты).

3. Амфотерные иониты, т. е. иониты, ионогенная группа которых может вести себя как кислотная или как основная, в зависимости от рН среды.

Существуют также смешанные иониты, т е. сорбенты,. в структуры которых одновременно входят как кислотные, так и основные группы.

Основные требования, предъявляемые к ионообменным смолам, следующие: высокая механическая прочность; химическая устойчивость; минимальная растворимость и небольшая набухаемость при контакте с раствором; высокая обменная способность (смола должна содержать достаточное количество пространственно доступных ионообменных групп); достаточная скорость обмена; желательная избирательность поглощения определенного типа ионов.

Катиониты могут содержать в своем составе различные кислотные группы: сульфогруппу, фосфорнокислые, карбоксильные, фенольные, мышьяково- и селеновокислые и др.

В состав анионитов в качестве функциональных групп могут входить первичные, вторичные и третичные аминогруппы, четвертичные аммониевые и пиридиновые основания.

В зависимости от величины константы диссоциации катионитов в Н+ -форме и анионитов в ОН- -форме все смолы делятся на сильно- и слабокислотные катиониты и соответственно сильно и слабоосновные аннониты.

При выборе сорбентов в первую очередь нужно учесть, с чем удобнее работать –с катионитом или анионитом. Многие задачи могут быть успешно решены и на том, и на другом типе сорбентов. Например, для разделения ионов металлов можно с успехом применить катиониты. Однако применение для этой же цели анионитов, основанное на разделении анионных комплексов этих металлов, часто бывает проще и быстрее.

Необходимо учитывать также избирательность поглощения сорбентами тех или иных ионов, которая обусловлена химической природой сорбента и определяется относительной прочностью связей обменивающихся ионов в фазе смолы. При этом энергия связи сорбируемого иона зависит не только от прочности связи этого иона с активной труппой сорбента, но и от прочности его связей с любыми другими, так называемыми неактивньгми, структурными группами ионита.

Сильные катиониты и аниониты, например, сульфокатиониты и аниониты типа четвертичных аммониевых оснований, не проявляют большой избирательности в отношении большинства ионов. Большая емкость смол такого типа, а также их способность функционировать в широком интервале рН могут быть использованы для концентрирования сильно разбавленных растворов, для обессоливания и в других случаях, когда необходимо полное извлечение всех катионов или анионов из раствора. Для выделения какого-либо одного элемента из смеси элементов бывает удобно подобрать такой сорбент, который избирательно поглощал бы ионы интересующего элемента.

В настоящее время известно большое количество селективных сорбентов. Синтез таких сорбентов сводится к задаче получения смолы с такой структурой, которая подобна структуре веществ, образующих прочные комплексы или нерастворимые соединения с данным ионом. Так была синтезирована смола (селективно сортирующая никель) путем введения в структуру смолы глиоксимовых группировок.

После выбора соответствующего сорбента необходимо определить область кислотности, в которой работает выбранный ионообменник, и его химическую устойчивость по отношению к тем рабочим средам и температурам, при которых должна проводиться очистка.

Процесс обмена ионов описывается уравнением изотермы, предложенным Б.П.Никольским:

где X1(2) и X2(2) -концентрации обменивающихся ионов в ионите (ммоль/г); X1(1)и X2(1) -концентрация обменивающихся ионов в равновесном растворе (ммоль/мл); γ1(2)и γ2(2) -коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе смолы; γ1(1) и γ2(1)- коэффициенты активности обменивающихся ионов в фазе раствора; Z1 и Z2 – заряды обменивающихся ионов; K -константа обмена.

Определение коэффициента активности в фазе смолы задача весьма сложная. Однако можно принять, что отношение коэффициентов активности ионов в поглощенном состоянии остается постоянным, и эту величину (можно ввести в константу. тогда, константа ионного обмена:

где a1(1) и а2(1) -активности обменивающихся ионов в равновесном растворе.

Если принять, что интересующий ион отмечен индексом 1, то для этого иона из уравнения никольскова имеем:

не -множитель, содержащий отношение коэффициентов активности обменивающихся ионов в растворе (в соответствующих степенях);

Отношение количества вещества, поглощенного одним грамом сухой смолы, к его концентрации в равновесном растворе называется коэффициентам распределения данного иона. На практике для характеристики поглощения часто определяют именно эту величину, а не константу обмена, которая требует учёта не всегда известных коэффициентов активности.

По определению коэффициент распределения (α)

где q1(2) и q1(1) -содержание исследуемого иона соответственно фазе смолы и в растворе при равновесии, выраженное в любых единицах; V-объем раствора; m-навеска ионнта.

Коэффициент распределения являетcя величиной постоянной не зависит от концентрации интересующего иона в определенном интервале концентраций. Последнее означает, что поглощение ионов элемента -примеси прямо пропорционально его концентрации в растворе, и, следовательно, при очень малых концентрациях изотерма сорбции линейна. Величина коэффициента распределения зависит от природы второго обменивающегося иона, присутствия в растворе других ионов, в том числе мплексообразователей, кислотности раствора, температуры и давления.

Отношение коэффициентов распределения двух различных ионов в одних и тех же условиях называется коэффициентом разделения этих ионов в данных условиях.

Очистку соединений с помощью ионного обмена можно осуществлять разными способами. Если вещества-примеси содержат ионы с величиной заряда, отличающейся от величины заряда очищаемого элемента, то отделение основывается на том, что многозарядные ионы из разбавленных и умеренно концентрированных растворов поглощаются намного сильнее, чем ионы с меньшей величиной заряда. Так, если на сульфокатионитетипа КУ -2 или дауэкс -50 поглотить смесь щелочных, щелочноземельных и редкоземельных элементов, то при элюировании разбавленными растворами хлорной или соляной кислоты в первую очередь будут вымываться ионы щелочных металлов.

В более сложных случаях, когда необходимо разделить элементы, коэффициенты разделения которых близки к единице, чаще всего используют метод комплексообразовательной хроматографии. В этом случае весьма существенными становятся данные о составе, условиях образования и константах устойчивости различных комплексов разделяемых элементов.

В первом варианте все разделяемые ионы сначала поглощаются смолой. Затем производят их (разделение, пропуская (через колонку со смолой раствор комплексообразоаателя., который раздвигает -первоначально образовавшиеся близко расположенные зоны и последовательно вымывает их. При этом подбирают условия, наиболее благоприятные для комплексообравования (рН, температура, концентрация, скорость.пропускания раствора и т. п.). Все ионы вымываются в строго определенном порядке, который задается соотношением прочности связи данного иона со смолой с прочностью образующихся в фильтрате комплексов. Первыми вымываются те ионы, которые образуют наиболее прочные комплексы и слабее всего удержшваютоя смолой.

Во втором варианте комплексообразователь, добавляют к раствору, содержащему смесь разделяемых элементов, и в этом растворе создают условия, благоприятствующие комплексообразованию. Затем производят сорбцию этой смеси комплексов на соответствующем ионите, например, на анионите, если были получены анионные комплексы. При этом лучше всего сорбируютоя наиболее прочные комплексы, которые имеют наибольшее сродство к смоле.

Чем больше различие констант устойчивости, использованных для разделения комплексов, тем полнее и эффективнее достигаемое разделение в обоих вариантах.

Знание констант устойчивости различного вида комплексов очень полезно также при выборе сорбентов, селективно поглощающих определенные ионы. Известно, что во многих случаях сорбированные ионы образуют комплексные соединения со структурными элементами смолы. Очевидно, что чем более

прочные комплексы образуются в фазе смолы, тем большей (избирательностью в отношении данного иона будет обладать смола. В литературе имеется немного работ, посвященных изучению прочности комплексов с функциональными группами :молы. Поэтому, на практике при выборе селективного сорбента пользуются данными об устойчивости аналогичных комплексов в растворах.

Комплексообразование в фазе смолы объясняет, например, высокую избирательность карбоксильных и фосфатных катионов в отношении некоторых катионов. Установлен следующий порядок селективности фосфорнокислых смол в отношении катионов: Th4+ >U 4+ >UO22+ Fe3+> редкоземельные элементы > Н+ > Сu2+ >Со2+ >Вa2+ >Na+.

Известно также, что многие ионы образуют весьма прочные хелатные комплексы. Оказалось, что смолы, синтезированные (а основе хелатообразующих соединений, обладают весьма высокой избирательностью

по отношению к катионам различных металлов. Поведение хелатных ионитов во многих отношениях сходно с поведением обычных хелатных соединений. В частноси, образование хелатов в фазе ионита сильно зависит от рН и поглощение увеличивается с ростом рН раствора.

Аниониты также обладают способностью координационно связывать некоторые катионы, имеющие ярко выраженную тенденцию к образованию анионных комплексов.

1.Периодическая система и её закономерности как методологическая основа неорганического синтеза.

Прежде всего, методологической основой неорганического синтеза являются периодический закон и периодическая система с ее закономерностями (правило об уменьшении стабильности высшей степени окисления с ростом атомного номера в главных подгруппах, диагональное сходство, близость атомных радиусов у атомов элементов пятого и шестого периода за счет f-сжатия, способность элементов к диспропорционированию, полимеризации, комплексообразованию и др.), теории кислотно -основных реакций, теории сольволиза и гидратации, учение о механизмах химических реакций (окислительно-восстановительных, радикальных, обмена лигандов и т.д.), теории химической связи, основные законы химии (при синтезах, например, закон эквивалентов дополняется положением о возможности для многоосновных кислот, многовалентных атомов элементов существования переменного значения кислотно -основного, окислительно-восстановительного эквивалентов).

2.Термодинамический анализ реакций синтеза.

Итак, при термодинамической оценке пригодности для синтеза какой-либо обратимой реакции

необходимо, чтобы было отрицательным изменение энергии Гиббса реакции

Если для некоторой реакции К >1, то реакцию можно считать практически необратимой. При значении К >1 ожидается достаточно большой выход продуктов, при К 0), в то время как энтальпия изменяется незначительно ( близко. к нулю). Поэтому с ростом температуры уменьшается и при некотором значении температуры становится меньше нуля.

Получение неметаллов электролизом растворов и расплавов солей и кислот.

Для данного и последующего параграфов при обсуждении возможности проведения синтеза необходимо руководствоваться значениями окислительных потенциалов химических реакций, приводящих к получению нужных неметаллов. Если при получении металлов путем применения окислительно восстановительных реакций были рассмотрены ряды восстановителей, то при получении неметаллов существенно знание рядов окислителей, могущих привести реакцию к желаемому результату.

Синтез неметаллов в окислительно -восстановительных средах.

Получение галогенидов (кроме фтора), водорода и кислорода в лабораторных условиях чаще осуществляется посредством окислительно -восстановительных реакций в водных растворах, ибо и галогены, и водород, и кислород могут быть получены не только путем анодного окисления, но и при воздействии других более слабых окислителей. Большинство реакций имеют больший окислительный потенциал, нежели реакция перехода молекулярного хлора в хлорид ион, не говоря уже об аналогичных реакциям для брома и йода.

5.Синтез броматов РЗЭ.

Броматы редкоземельных элементов получают при приливании раствора бромата бария к свежеприготовленному, охлажденному на льду, раствору сернокислой соли. Для ускорения взаимодействия сернокислой соли и бромата бария раствор нагревают. Так полученные броматы не свободны от основных сульфатов. Получение более чистых броматов происходит при сильном встряхивании безводных сульфатов при комнатной температуре с необходимым для растворения количеством воды и твердым броматом бария.

Лучшие результаты в сравнении с указанным выше способом дает перхлоратный метод, который заключается в следующим. Почти нейтральные растворы перхлоратов редко земельных элементов, содержащие до 20% окисей, обрабатывают порошкообразным KBrO3 , кипятят в течение часа и получившийся осадок KClO4 удаляют фильтрованием.

Еще один способ получение броматов РЗЭ, используя катиониты -органические вещества, например смолу, содержащие активную группу. В смолу добавляют насыщенный раствор бромата калия по каплям. В нем делают пробу на ион калия, это может быть реакция с тинитритан калия (желтый осадок). Эту реакцию проводят не на свету, чтобы не произошло разложение свежеприготовленного HBrO3. Далее полученную кислоту используют для реакции с порошкообразным оксидом редкоземельного элемента.

Пропускаем через ионообменную смолу бромат калия марки “хч” с небольшой скоростью, чтобы ионы Н+ смогли обмениваться с ионами K+. В результате ионного обмена происходит реакция, указанная ниже:

R-SO3H + KBr = R-SO3K + HBrO3

Читайте также:

Синтез химических веществ реферат

Похожие работы

Прикрепленные файлы: 1 файл

Химический синтез.docx

Подобные документы

Синтез веществ основа современных технологий ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Содержание