Ответы на экзаменационные вопросы по химии. Версия №2

кислот и щелочей, имеет протяженность одну единицу рН с каждой стороны. Вне этого интервала буферная емкость быстро падает до 0.

Интервал рН = рК ± 1 называется зоной буферного действия. Таким образом, на основе кислоты, имеющей определенное значение рК, можно приготовить буферные растворы, поддерживающие значение рН в диапазоне от рК – 1 до рК + 1. Где рК = –lgК

ВОПРОС 73

Кровь играет определяющую роль в поддержании кислотно-щелочного равновесия, изменение которого может привести к развитию патологических состояний или гибели организма. Поэтому в организме существуют специальные системы, которые препятствуют

изменению pHкрови и других биологических жидкостей при образовании кислых и щелочных продуктов или при большом поступлении воды. Такую роль выполняют отдельные физиологические системы (дыхательная, выделительная), а также буферные системы. Последние очень быстро (в течение нескольких секунд) реагируют на изменение концентрации Н+ и ОН- в водных средах и являются срочными регуляторами кислотно-основного состояния в тканях организма.

Буферные системы – это смесь слабой кислоты и её растворимой соли, двух солей или белков, которые способны препятствовать изменению рН водных сред. Действие буферных систем направлено на связывание избытка Н+ или ОН- в среде и поддержание постоянства рН среды. При действии буферной системы образуются слабодиссоциируемые вещества или вода. К основным буферным системам крови относятся бикарбонатная, белковая (гемоглобиновая) и фосфатная.

Бикарбонатная буферная система - мощная и самая управляемая система крови и внеклеточной жидкости. Бикарбонатная система представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из молекулы угольной кислоты Н2СО3, выполняющую роль донора протона, и бикарбонат-иона НСО3-, выполняющего роль акцептора протона:

СО2 + Н2О ↔ Н2СО3 ↔ Н+ + НСО3-

Бикарбонатная буферная система функционирует как эффективный регулятор в области рН = 7,4. Механизм действия этой системы заключается в том, что при выделении в кровь относительно больших количеств кислых продуктов протоны Н+ взаимодействуют с ионами бикарбоната НСО3- , что приводит к образованию слабодиссоциируемой Н2СО3.

Фосфатная буферная система представляет собой сопряжённую кислотно-основную пару, состоящую из иона Н2РО4- (донор протонов, выполняет роль кислоты) и иона НРО42- (акцептор протонов, выполняет роль соли). Фосфатная буферная система составляет лишь 1% от буерной ёмкости крови. В других тканях эта система является одной из основных. В крови максимальная ёмкость фосфатного буфера проявляется вблизи значения 7,2. Органические фосфаты также обладают буферными свойствами, но мощность их слабее, чем неорганического фосфатного буфера.

Белковая буферная система имеет меньшее значение для поддержания кислотно-основного равновесия в плазме крови, чем другие буферные системы. Белки образуют буферную систему благодаря наличию кислотно-основных групп в молекуле белков: белок-Н+ (кислота, донор протонов) и белок (сопряжённое основание, акцептор протонов). Белковая буферная система плазмы крови эффективна в области значений рН 7,2-7,4.

Гемоглобиновая буферная система – самая мощная буферная система крови, на её долю приходится 75% от всей буферной. Участие гемоглобина в регуляции рН крови связано с его ролью в транспорте кислорода и углекислого газа. При насыщении кислородом гемоглобин становится более сильной кислотой (ННbО2). Гемоглобин, отдавая кислород, превращается в очень слабую органическую кислоту (ННb).Это обеспечивает поддержание рН крови в пределах физиологически допустимых величин, несмотря на поступление в венозную кровь большого количества СО2 и других продуктов обмена кислотного характера. Гемоглобин (ННb), попадая в капилляры лёгких, превращается в оксигемоглобин (ННbО2), что приводит к некоторому подкислению крови, вытеснению части Н2СО3 из бикарбонатов и понижению щелочного резерва крови.

Механизм сопряженного действия

Защита от кислоты: при добавлении сильной кислоты (Н+) в работу вступает оснóвный компонент буфера, связывая протоны водорода в слабую кислоту – компонент буфера. Поэтому рН среды практически не меняется. Защита от кислоты будет продолжаться до тех пор, пока в буфере есть оснóвный компонент. Другими словами, буфер обладает определенной емкостью по кислоте.

Защита от щелочи: при добавлении щелочи (ОН−) в работу вступает кислотный компонент буфера, и, отдавая свои Н+ на ОН−, связывает их в воду, что не может повлиять на рН среды. В то же время кислотный компонент буфера превращается в сопряженное основание – компонент буфера. Поэтому рН среды практически не меняется. Защита от щелочи будет продолжаться до тех пор, пока в буфере есть кислотный компонент. Другими словами, буфер обладает определенной емкостью по основанию.

ВОПРОС 74 Комплексные соединения – это частицы, образованные двумя или большим числом более

простых частиц (ионов, молекул), способных к самостоятельному существованию в растворе. Молекулы комплексных соединений состоят, как правило, из внешней и внутренней сфер. Диссоциация по внешней сфере протекает в большинстве случаев полностью, например:

Ag(NH3)2Cl -> Ag(NH3)2+ + Cl-

Внутренняя сфера комплексного иона или молекулы состоит из одного или нескольких центральных атомов или ионов (комплексообразователей), вокруг которых координируются ионы или молекулы (лиганды). Координационное число показывает, сколько лигандов

непосредственно связано с комплексообразователем. Диссоциация комплексных соединений по внутренней сфере идет ступенчато, каждая стадия характеризуется своей ступенчатой константой, процесс диссоциации внутренней сферы комплексной частицы обратим.

По составу и строению комплексные соединения можно разделить на несколько типов, среди которых наиболее часто встречаются следующие:

1)ацидокомплексы – соединения, в которых роль лигандов выполняют кислотные остатки, например: K4[Fe(CN)6], Na3[Co(NO2)6], Na3[FeF6];

2)гидроксокомплексы – соединения, в которых роль лигандов принадлежит ионам гидроксила, например: Na3[Al(OH)6], Na2[Zn(OH)4];

3)аммиакаты – комплексные соединения, в состав которых входят молекулы аммиака, например: [Ag(NH3)2]Cl, [Cu(NH3)4](OH)2;

4)аквакомплексы – соединения, содержащие во внутренней сфере молекулы воды, например: [Al(H2O)6]Cl3, [Co(H2O)6]Cl3;

5)внутрикомплексные соединения, например:

В роли лигандов (L) могут выступать как отрицательно заряженные ионы (анионы), так и электронейтральные молекулы, содержащие в своем составе один или несколько атомов, у которых на внешнем электронном слое имеются неподеленные электронные пары. За счет их лиганд может быть донором электронной пары.

Благодаря своему строению, лиганд способен образовывать с комплексообразователем химическую связь по донорно-акцепторному механизму. В комплексных соединениях такая связь называется иначе координационной.

Наличие хотя бы одной или нескольких координационных связей является характерной особенностью комплексов.

Количество химических связей, которые один лиганд образует (или может образовать) с комплексообразователем (либо число атомов, выделяемых лигандом для их образования), называется иначе дентатностью лиганда (от лат. dentalus – имеющий зубы).

Лиганды, образующие с к омплексообразователем только одну связь,

называются монодентат ными, например:OH–,CN–,Cl–,H2O,NH3,CO . Существуют лиганды, способные образовывать с комплексообразователем 2 и более связ и. Такие лиганды называются, соответственнно,би-(илиди-) иполидентатными.

75. Классификация комплексных соединений: по заряду иона, природе лиганда, структуре комплекса. Природа химической связи, пространственное строение, изомерия и номенклатура комплексных соединений.

Природа химической связи в комплексных соединениях.

Частицы внешней сферы удерживаются в молекуле комплексного соединения за счет сил электростатического взаимодействия.

Теория валентных связей:

Лиганд (донор) располагает свою электронную пару на пустой гибридной орбитали иона-комплексообразователя (акцептора) и образуется двухэлектронная ковалентная связь по донорно-акцепторному механизму.

ион-комплексообразователь под действием электрического поля лиганда переходит в возбужденное состояние, после чего происходит гибридизация его атомных орбиталей.

От типа гибридизации иона-комплексообразователя зависит его число связей с лигандами и их расположение в пространстве.

Называют тип гибридизации по обозначению и числу орбиталей, которые смешиваются.

Изомерия комплексных соединений.

Изомерией называют такое явление, когда вещества, имеющие одинаковый состав и молекулярную массу, обладают различным строением и, следовательно, различными свойствами.

Номенклатура комплексных соединений.

Первым всегда называется анион в именительном падеже, затем – катион – в родительном падеже (справа-налево).

Лиганды называют в направлении к комплексообразователю:

Первыми называют отрицательные ионы, прибавляя окончание «о» к их латинскому названию.

Затем – молекулы воды, обозначая словом «аква»

Последними называют молекулы аммиака, обозначая словом «аммин» или его производные (метиламин).

При наличии нескольких одинаковых лигандов их количество указывается греческими числительными: 2-ди, 4-тетра, 6-гекса.

Последним называют комплексообразователь и отмечают его степени окисления (в скобках, римскими цифрами), если она переменная.

Название комплексного иона зависит от его заряда. Если комплексный ион является.

Катионом, то дается русское название комплесообразователю и указывается его степени окисления, если она переменная.

Анионом, то дается название комплексообразователю в латинской транскрипции и добавляется окончание «ат» с указанием его степени окисления.

Нейтральным,то указывается русское название комплексообразователя в именительном падеже без указания его степени окисления.

76.Равновесия в водных растворах координационных соединений. Константа нестойкости комплекса. Способы изменения состава комплекса. Хелатотерапия.

Чем меньше константа нестойкости, тем устойчивее комплексный ион.

Величина, обратная константе нестойкости, называется константой устойчивости комплексного иона.

Комплексный ион тем прочнее, чем меньше величина константы нестойкости и чем больше величина константа устойчивости.

Обе константы являются индивидуальными характеристиками комплексных ионов и приведены в справочниках.

Конкурирующие лигандообменные процессы.