K химия: Amazon.it: Медицинская химия: Иллюстрации к современным технологиям разработки лекарств: Illjustracii k sovremennym tehnologiyam razrabotki lekarstv – Балакин, Константин Валерьевич, Штырлин, Юрий Григорьевич

Содержание

Микроэлементы. Общая информация

Химические элементы в свободном состоянии и в виде множества химических соединений входят в состав всех клеток и тканей человеческого организма. Они являются строительным материалом, важнейшими катализаторами различных биохимических реакций, непременными и незаменимыми участниками процессов роста и развития организма, обмена веществ, адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Физиологическое действие различных элементов зависит от их дозы. Поэтому токсичные элементы (мышьяк, ртуть, сурьма, кадмий и др.) при низких концентрациях могут действовать на организм как лекарство (оказывая тем самым саногенетическое воздействие), тогда как натрий, калий, кальций, железо, магний и ряд других элементов в высоких концентрациях могут обладать выраженным токсическим эффектом.

Для осуществления жизненно важных функций у каждого элемента существует оптимальный диапазон концентраций. При дефиците или избыточном накоплении элементов в организме могут происходить серьезные изменения, обуславливающие нарушение активности прямо или косвенно зависящих от них ферментов.

В организме химические элементы находятся преимущественно в виде соединений, избыточное образование или распад которых может приводить к нарушению так называемого металло-лигандного гомеостаза, а в дальнейшем и к развитию патологических изменений. Элементы – металлы и лиганды (например, глутаминовая, аспарагиновая, липоевая, аскорбиновая кислоты) могут выступать в качестве активаторов или ингибиторов различных ферментов, что обусловливает их существенную роль в развитии и терапии различных заболеваний.

Для систематизации сведений о содержании и физиологической роли химических элементов в организме в последние десятилетия был предложен ряд классификаций. Не рассматривая их подробно, остановимся лишь на некоторых принципиальных моментах.

Один из принципов классификации – разделение химических элементов на группы, в зависимости от уровня их содержания в организме человека.

Первую группу такой классификации составляют «макроэлементы», концентрация которых в организме превышает 0,01%. К ним относятся O, C, H, N, Ca, P, K, Na, S, Cl, Mg. В абсолютных значениях (из расчета на среднюю массу тела человека в 70 кг), величины содержания этих элементов колеблются в пределах от сорока с лиш ним кг (кислород) до нескольких г (магний). Некоторые элементы этой группы называют «органогенами» (O, H, С, N, P, S) в связи с их ведущей ролью в формировании структуры тканей и органов.

Вторую группу составляют «микроэлементы» (концентрация от 0,00001% до 0,01%). В эту группу входят: Fe, Zn, F, Sr, Mo, Cu, Br, Si, Cs, I, Mn, Al, Pb, Cd, B, Rb. Эти элементы содержатся в организме в концентрациях от сотен мг до нескольких г. Однако, несмотря на малое содержание, микроэлементы не случайные ингредиенты биосубстратов живого организма, а компоненты сложной физиологической системы, участвующей в регулировании жизненных функций организма на всех этапах его развития.

В третью группу включены «ультрамикроэлементы», концентрация которых ниже 0,000001%. Это Se, Co, V, Cr, As, Ni, Li, Ba, Ti, Ag, Sn, Be, Ga, Ge, Hg, Sc, Zr, Bi, Sb, U, Th, Rh. Содержание этих элементов в теле человека измеряется в мг и мкг. На данный момент установлено важнейшее значение для организма многих элементов из этой группы, таких как, селен, кобальт, хром и др.

В основе другой классификации лежат представления о физиологической роли химических элементов в организме. Согласно такой классификации макроэлементы, составляющие основную массу клеток и тканей, являются “структурными” элементами. К “эссенциальным” (жизненно-необходимым) микроэлементам относят Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Se, Mn, к “условно-эссенциальным” – As, B, Br, F, Li, Ni, Si, V. Жизненная необходимость или эссенциальность (от англ. essential – “необходимый”), является важнейшим для жизнедеятельности живых организмов свойством химических элементов. Химический элемент считается эссенциальным, если при его отсутствии или недостаточном поступлении в организм нарушается нормальная жизнедеятельность, прекращается развитие, становится невозможной репродукция. Восполнение недостающего количества такого элемента устраняет клинические проявления его дефицита и возвращает организму жизнеспособность.

К “токсичным” элементам отнесены Al, Cd, Pb, Hg, Be, Ba, Bi, Tl, к “потенциально-токсичным” – Ag, Au, In, Ge, Rb, Ti, Te, U, W, Sn, Zr и др. Результатом воздействия этих элементов на организм является развитие синдромов интоксикаций (токсикопатий).

Оценка элементного статуса человека является основным вопросом определения влияния на здоровье человека дефицита, избытка или нарушения тканевого перераспределения макро- и микроэлементов. Определение элементного состава биосред используется:

  • при мониторинге состояния здоровья, оценке уровня работоспособности и эффективности лечения;
  • при формировании групп риска по гипо- и гиперэлементозам;
  • при подборе рациональной диеты как здоровому, так и больному человеку;
  • в скрининг-диагностических исследованиях больших групп населения;
  • при картировании территорий по нозологическим и системным формам патологии у детей и других возрастных групп населения;
  • при оценке взаимозависимости многосторонних связей цепи “человек–среда обитания”;
  • при составлении карт экологического природного и техногенного неблагополучия регионов;
  • при изучении воздействия на организм вредных привычек;
  • экспертно-криминалистических исследованиях (идентификация личности в судебной медицине, метод выбора в подтверждение исследований по молекуле ДНК и генному коду).

Методы определения микроэлементов в биосубстратах Масс-спектрометрия с индуктивно связанной аргоновой плазмой (ИСП-МС), атомно-абсорбционная спектрофотометрия с электротермической атомизацией (ААС-ЭТА).

Условия взятия и хранения материала для исследования

Взятие и подготовка крови для получения плазмы и сыворотки проводится по общепринятым методикам. Если при заборе проб используют перчатки, то они должны быть не опудренные и не содержать латекса (напр., нитриловые). Кровь может быть получена из локтевой вены или из пальцев рук (капиллярная). Объем отобранной крови должен составлять не менее 1 мл. Образцы сыворотки или плазмы крови хранятся в обычном холодильнике до 3–5 сут (от 0 до 4 °С) либо замораживаются (до -18 °С), либо лиофилизуются, или высушиваются в сушильном шкафу (для длительного хранения). Для длительного хранения образцы помещаются в одноразовые полипропиленовые пробирки с герметичными крышками.

Взятие биологических образцов крови и мочи проводят в соответствии с МУК 4.1.1482-08, МУК 4.1.1483-08.

Химические свойства металлов — с чем реагируют? Свойства и таблица

Общие химические свойства металлов

Взаимодействие с неметаллами

Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:

  • оксид образует только литий

    4Li + O2 = 2Li2O

  • натрий образует пероксид

    2Na + O2 = Na2O2

  • калий, рубидий и цезий — надпероксид

    K + O2 = KO2

Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:

2Mg + O2 = 2MgO

2Al + O2

= Al2O3

2Zn + O2 = 2ZnO (при нагревании)

4Cr + 3O2 = 2Cr2O3

Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:

4Fe + 3O2 (воздух) + 6H2O(влага) = 4Fe(OH)3

С галогенами металлы образуют галогениды:

2Na + Cl2 = 2NaCl

Mg + Cl2 = MgCl2

2Al + 3Br2 = 2AlBr3

Zn + Cl2 =ZnCl2

2Cr + 3Cl

2 = 2CrCl3

Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):

Cu + Cl2 = CuCl2

Cu + Br2 = CuBr2

При взаимодействии с водородом образуются гидриды:

2Na + H2 = 2NaH

Ca + H2 +СaH2

Zn + H2 =ZnH2

Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):

2K + S = K2S

Сa + S = CaS

2Al + 3S = Al2S3

2Cr + 3S = Cr2S3

Cu +S = CuS

Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):

3K + P = K

3P

3Mg + 2P = Mg3P2

3Zn + 2P = Zn3P2

Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).

Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:

2Li + 2C = Li2C2

Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:

Ca + 2C = CaC2

С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:

6Li + N2 = 2Li3N

3Mg + N2 = Mg3N2

2Al + N2 = 2AlN

2Cr + N2 = 2CrN

Взаимодействие с водой

Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется h3. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:

2Li + 2H2O = 2LiOH + H2

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.

Cr + H2O = Cr2O3 + H2

Zn + H2O = ZnO + H2

Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.

Взаимодействие с кислотами

Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.

2Na + 2HCl = 2NaCl + H2

При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.

Металлы IА группы:

2K + H2SO4 (раствор) = K2SO4 + H2

8K + 5H2SO4 (конц) = 4K2SO4 + H2S + 4H2O

8Na + 10HNO3 (раствор) = 8NaNO3 + NH4NO3 + 3H2O

3Na + 4HNO3 (конц) = 3NaNO3 + NO + 2H2О

Металлы IIА группы

Mg + H2SO4 (раствор) = MgSO4 + H2

4Mg + 5H2SO4 (конц) = 4MgSO4 + H2S + 4H2O

Mg+ 4HNO3 (конц) = Mg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

4Mg + 10HNO3 (раствор) = 4Mg(NO3)2 + 2N2O + 5H2O

Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.

Взаимодействие с солями

Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.

Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.

Взаимодействие с аммиаком

Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:

2Li + 2NH3 = 2LiNH2 + H2

Взаимодействие с органическими веществами

Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:

2Na + 2C2H5OH = 2C2H5ONa + H2

2K + 2C6H5OH = 2C6H5OK + H2

Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.

Взаимодействие металлов с оксидами

Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.

8Al + 3Fe3O4 = 4Al2O3 + 9Fe (алюмотермия)

3Са + Cr2O3 = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)

Вопросы для самоконтроля

  1. С чем реагируют неактивные металлы?

  2. С чем связаны восстановительные свойства металлов?

  3. Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?

  4. Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:

    Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + Nh5NO3 + Н2O

  5. Как металлы реагируют с кислотами?

Подведем итоги

От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).

Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.

Таблица «Химические свойства металлов»

Калий, натрий, хлор в сыворотке

Натрий, калий и хлор являются основными электролитами организма.

Электролиты – это минеральные соединения, которые способны проводить электрический заряд. Находясь в тканях и крови в виде растворов солей, они помогают перемещению питательных веществ в клетки и выводу продуктов обмена веществ из клеток, поддерживают в них водный баланс и необходимый уровень кислотности.

Синонимы русские

Электролиты в сыворотке.

Синонимы английские

Electrolyte Panel, Sodium, Potassium, Chloride, CMP, BMP.

Метод исследования

Ионселективные электроды.

Единицы измерения

Ммоль/л (миллимоль на литр).

Какой биоматериал можно использовать для исследования?

Венозную кровь.

Как правильно подготовиться к исследованию?

  • Исключить из рациона алкоголь в течение 24 часов до исследования.
  • Не принимать пищу в течение 12 часов перед анализом.
  • Не курить в течение 30 минут до исследования.

Общая информация об исследовании

Электролиты – это минеральные соединения, обладающие электрическим зарядом. Они находятся в тканях организма и в крови в виде растворов солей. Электролиты способствуют продвижению в клетки организма питательных веществ и выводу из них продуктов обмена, поддержанию водного баланса клеток и стабилизации кислотности (рН).

Основные электролиты в организме человека: натрий (Na+), калий (K+) и хлор (Cl-).

Большая часть натрия содержится в межклеточных жидкостях. Калий находится главным образом внутри клеток, однако небольшое, но жизненно важное его количество есть в плазме, жидкой части крови.

Контроль за уровнем калия очень важен. Даже его незначительные изменения могут повлиять на сердечный ритм и на способность сердца к сокращениям. Хлориды мигрируют через мембрану то внутрь, то наружу клетки и тем самым поддерживают ее электронейтральность. Уровень хлоридов обычно соответствует уровню натрия.

Натрий, калий и хлориды поступают в организм вместе с едой, тогда как почки участвуют в выводе их из организма. Баланс этих химических элементов является важным показателем здоровья человека, в частности того, как функционируют почки и сердце.

Совместное измерение уровней натрия, калия и хлоридов позволяет определить анионовое “окно” – разницу в содержании анионов и катионов в крови. Его аномальная величина не является специфичным показателем, однако предполагает присутствие в организме токсических веществ (оксалатов, гликолатов, аспирина) или вероятность метаболических отклонений, вызванных голоданием или сахарным диабетом.

Поскольку электролитный и кислотно-щелочной дисбалансы сопутствуют широкому спектру острых и хронических заболеваний, анализ на электролиты может быть назначен как уже госпитализированным пациентам, так и только что обратившимся в отделения экстренной медицинской помощи.

Для чего используется исследование?

  • Как составная часть общего медицинского осмотра или в качестве самостоятельного исследования при тесте на метаболиты.
  • Для скрининга электролитов и исследования кислотно-щелочного дисбаланса.
  • Для контроля за эффективностью лечения дисбаланса, влияющего на функционирование определенных органов.

Когда назначается исследование?

  • При диагностике заболевания с такими симптомами, как отек, тошнота, слабость, помутнение сознания, сердечная аритмия.
  • При обследовании пациентов, страдающих острыми и хроническими болезнями.
  • При необходимости контроля за эффективностью лечения гипертонии, сердечной недостаточности, болезней печени и почек.
  • При низком уровне одного из электролитов, например натрия или калия, в дальнейшем назначают повторный тест для наблюдения за динамикой дисбаланса до тех пор, пока не восстановится нормальный уровень этого электролита.

Что означают результаты?

Референсные значения

Электролит

Референсные значения

Калий

3,5 – 5,1 ммоль/л

Натрий

136 – 145 ммоль/л

Хлор

98 – 107 ммоль/л

Уровни калия, натрия и хлора зависят от их потребления с пищей, от содержания воды в организме и количества электролитов, выводимого почками. Кроме того, на него влияют натрийуретические белки, способствующие выведению натрия почками, а также гормон альдостерон, который поддерживает на постоянном уровне концентрацию натрия и увеличивает потерю организмом калия.

Среди всех электролитов наиболее важными показателями для человека являются уровни калия и натрия. При нарушении функционирования почек организм иногда может удерживать избыточное количество жидкости для разбавления натрия и хлоридов таким образом, что их концентрация падает ниже нормы.

При сильной потере жидкости концентрация калия, натрия и хлоридов может резко возрастать. Некоторые формы сердечных заболеваний, проблемы с мышцами, нервной системой и сахарный диабет также приводят к отклонениям от нормы уровня одного или нескольких электролитов.

Для определения причины электролитного нарушения и назначения правильного лечения важно выяснить, баланс какого именно электролита нарушен. Если такие отклонения не лечить, пациенту грозят головокружения, судороги, нерегулярное сердцебиение и даже смерть.

Что может влиять на результат?

  • В зависимости от того, баланс какого электролита нарушен, а также от продолжительности этого нарушения, лечение будет заключаться в изменении диеты – переходе на более низкое потребление соли, в увеличении количества выпиваемой жидкости для разбавления концентрации электролитов или в принятии диуретиков. После начала лечения иногда требуется регулярное проведение анализа, чтобы выяснить, насколько успешно идет терапия, и убедиться, что нет рецидива дисбаланса.
  • Некоторые химические соединения и лекарства, такие как анаболические стероиды, кортикостероиды, слабительные средства, лекарства от кашля и оральные контрацептивы, способны вызывать повышение уровня натрия. Другие же, например диуретики, карбамазепин и трициклические антидепрессанты, иногда приводят к его понижению.
  • Вещества, которые влияют на уровень натрия в крови, также изменяют и уровень хлоридов.
  • Проглатывание большого количества пищевой соды или очень большой дозы антацидов тоже может вызвать уменьшение количества хлоридов.

Mathway | Популярные задачи

1 Найти число нейтронов H
2 Найти массу одного моля H_2O
3 Баланс H_2(SO_4)+K(OH)→K_2(SO_4)+H(OH)
4 Найти массу одного моля H
5 Найти число нейтронов Fe
6 Найти число нейтронов Tc
7 Найти конфигурацию электронов H
8 Найти число нейтронов Ca
9 Баланс CH_4+O_2→H_2O+CO_2
10 Найти число нейтронов C
11 Найти число протонов H
12 Найти число нейтронов O
13 Найти массу одного моля CO_2
14 Баланс C_8H_18+O_2→CO_2+H_2O
15 Найти атомную массу H
16 Определить, растворима ли смесь в воде H_2O
17 Найти конфигурацию электронов Na
18 Найти массу одного атома H
19 Найти число нейтронов Nb
20 Найти число нейтронов Au
21 Найти число нейтронов Mn
22 Найти число нейтронов Ru
23 Найти конфигурацию электронов O
24 Найти массовую долю H_2O
25 Определить, растворима ли смесь в воде NaCl
26 Найти эмпирическую/простейшую формулу H_2O
27 Найти степень окисления H_2O
28 Найти конфигурацию электронов K
29 Найти конфигурацию электронов Mg
30 Найти конфигурацию электронов Ca
31 Найти число нейтронов Rh
32 Найти число нейтронов Na
33 Найти число нейтронов Pt
34 Найти число нейтронов Be Be
35 Найти число нейтронов Cr
36 Найти массу одного моля H_2SO_4
37 Найти массу одного моля HCl
38 Найти массу одного моля Fe
39 Найти массу одного моля C
40 Найти число нейтронов Cu
41 Найти число нейтронов S
42 Найти степень окисления H
43 Баланс CH_4+O_2→CO_2+H_2O
44 Найти атомную массу O
45 Найти атомное число H
46 Найти число нейтронов Mo
47 Найти число нейтронов Os
48 Найти массу одного моля NaOH
49 Найти массу одного моля O
50 Найти конфигурацию электронов Fe
51 Найти конфигурацию электронов C
52 Найти массовую долю NaCl
53 Найти массу одного моля K
54 Найти массу одного атома Na
55 Найти число нейтронов N
56 Найти число нейтронов Li
57 Найти число нейтронов V
58 Найти число протонов N
59 Упростить H^2O
60 Упростить h*2o
61 Определить, растворима ли смесь в воде H
62 Найти плотность при стандартной температуре и давлении H_2O
63 Найти степень окисления NaCl
64 Найти атомную массу He He
65 Найти атомную массу Mg
66 Найти число электронов H
67 Найти число электронов O
68 Найти число электронов S
69 Найти число нейтронов Pd
70 Найти число нейтронов Hg
71 Найти число нейтронов B
72 Найти массу одного атома Li
73 Найти эмпирическую формулу H=12% , C=54% , N=20 , ,
74 Найти число протонов Be Be
75 Найти массу одного моля Na
76 Найти конфигурацию электронов Co
77 Найти конфигурацию электронов S
78 Баланс C_2H_6+O_2→CO_2+H_2O
79 Баланс H_2+O_2→H_2O
80 Найти конфигурацию электронов P
81 Найти конфигурацию электронов Pb
82 Найти конфигурацию электронов Al
83 Найти конфигурацию электронов Ar
84 Найти массу одного моля O_2
85 Найти массу одного моля H_2
86 Найти число нейтронов K
87 Найти число нейтронов P
88 Найти число нейтронов Mg
89 Найти число нейтронов W
90 Найти массу одного атома C
91 Упростить na+cl
92 Определить, растворима ли смесь в воде H_2SO_4
93 Найти плотность при стандартной температуре и давлении NaCl
94 Найти степень окисления C_6H_12O_6
95 Найти степень окисления Na
96 Определить, растворима ли смесь в воде C_6H_12O_6
97 Найти атомную массу Cl
98 Найти атомную массу Fe
99 Найти эмпирическую/простейшую формулу CO_2
100 Найти число нейтронов Mt

Химия – наука о любви — фанфик по фэндому «EXO

Набросок из нескольких строк, еще не ставший полноценным произведением
Например, «тут будет первая часть» или «я пока не написала, я с телефона».

Мнения о событиях или описания своей жизни, похожие на записи в личном дневнике
Не путать с «Мэри Сью» — они мало кому нравятся, но не нарушают правил.

Конкурс, мероприятие, флешмоб, объявление, обращение к читателям
Все это автору следовало бы оставить для других мест.

Подборка цитат, изречений, анекдотов, постов, логов, переводы песен
Текст состоит из скопированных кусков и не является фанфиком или статьей.
Если текст содержит исследование, основанное на цитатах, то он не нарушает правил.

Текст не на русском языке
Вставки на иностранном языке допустимы.

Нарушение в сносках работы
Cодержание сноски нарушает правила ресурса.

Список признаков или причин, плюсы и минусы, анкета персонажей
Перечисление чего-либо не является полноценным фанфиком, ориджиналом или статьей.

Часть работы со ссылкой на продолжение на другом сайте
Пример: Вот первая глава, остальное читайте по ссылке…

Работа затрагивает недавние мировые трагедии или политические конфликты
Неважно, с какой именно целью написана работа – не стоит использовать недавние события-трагедии для создания своих работ

Анализы в KDL.

Натрий, калий, хлор (Na/K/Cl)

Натрий, калий и хлор – это минеральные вещества, способные проводить электрический заряд. Они называются электролитами и делятся на катионы (носители положительного заряда) и анионы (носители отрицательного заряда). К катионам относятся калий и натрий, к анионам – хлор и его соединения. В организме электролиты содержатся в виде растворов солей в тканях и межклеточной жидкости. Некоторое их количество циркулирует в крови. Эти вещества способствуют обменным процессам организма, играют роль в поддержании водного баланса и уровня pH (кислотно-щелочной баланс).

Калий жизненно важен для клеточного метаболизма – он помогает транспортировать питательные вещества внутрь клетки и выводить из нее отходы, передает нервно-мышечные импульсы и участвует в работе сердечной мышцы. Он присутствует во всех жидкостях организма, но большая часть калия находится в клетках. Лишь небольшое его количество присутствует в крови.

Обычно калий поступает с пищей в достаточном количестве и выводится почками. Уровень калия жестко регулируется организмом при помощи гормона альдостерона, поскольку даже незначительные колебания содержания калия могут иметь значительные последствия для здоровья – такие, как шок, дыхательная и сердечная недостаточность, аритмия и остановка сердца. При электролитном дисбалансе возникает смещение pH организма в кислую (ацидоз) или щелочную (алкалоз) сторону, что приводит к угрожающим для жизни последствиям и требует незамедлительного лечения.

Натрий в основном содержится в жидкостях организма, и обеспечивает такие функции, как поддержание внеклеточного осмотического давления, проведение нервно-мышечных импульсов и участие в клеточном обмене. Значительное количество натрия циркулирует в крови. Как и калий, он поступает в организм с пищей из большинства продуктов, а также из поваренной соли. Организм регулирует уровень натрия в определенном диапазоне, а излишки выводит с помощью почек. Гормоны, такие как альдостерон и натрийуретический пептид, могут замедлить или ускорить выведение натрия с мочой.

Избыток уровня натрия, в том числе в результате его чрезмерного потребления (злоупотребление солью и солеными продуктами) приводит к повышению артериального давления, обезвоживанию, повышенной нагрузке на почки, сухости глаз и кожных покровов. При недостатке натрия вода задерживается в организме за счет действия гормона вазопрессина, что приводит к отекам, в особенности нижних конечностей, застойным явлениям и сердечной недостаточности.

Хлор – отрицательно заряженный ион, который совместно с калием и натрием помогает регулировать количество жидкости в организме и поддерживать кислотно-щелочной баланс. Он присутствует во всех жидкостях организма, но больше всего хлора содержится в крови и внеклеточной жидкости. Обычно концентрация хлора отражает уровень натрия и изменяется прямо пропорционально его изменениям. Однако при нарушениях pH уровень хлоридов в крови может изменяться независимо от уровня натрия, поскольку хлор действует как буфер. Таким образом он помогает поддерживать нейтральный pH в клетках, перемещаясь внутрь клеток или наружу по необходимости. Хлор поступает в организм с пищей и поваренной солью, его избыток выводится с мочой.

В каких случаях обычно назначают исследование?

  • Как часть биохимического комплекса общего медицинского обследования;
  • При диагностике дисбаланса pH (ацидоз, алкалоз) и для контроля эффективности его лечения;
  • При таких жалобах, как аритмия, слабость, тошнота, отеки, помутнение сознания;
  • Для контроля за эффективностью лечения заболеваний печени, почек, сердечной недостаточности;
  • При обследовании пациентов с острыми и хроническими заболеваниями.

Что именно определяется в процессе анализа?

Происходит измерение концентрации электролитов в образце сыворотки крови пациента с помощью ионселективного метода.

Что означают результаты теста?

Концентрация электролитов в крови зависит от их поступления с пищей, содержания воды в организме и работы почек. Кроме того, влияние оказывают гормоны, такие как альдостерон (усиливает выведение калия и поддерживает уровень натрия) и натрийуретический пептид (ускоряет выведение натрия с мочой).

При нарушениях работы почек организм удерживает воду для разбавления натрия и хлора, что приводит к падению их концентрации ниже нормы. При обезвоживании концентрация электролитов наоборот может возрастать. Влияют на уровень калия, натрия и хлора сердечно-сосудистые и мышечные заболевания, сахарный диабет и патологии нервной системы.

Любые отклонения уровня электролитов от нормы, особенно калия, очень опасны для жизни и здоровья пациента, и могут быстро привести к серьезным нарушениям в работе сердца и даже к смерти. Поэтому в случае выявления отклонений необходимо как можно быстрее госпитализировать и обследовать пациента.

Сроки выполнения теста.

Обычно результат анализа можно получить на следующий день после взятия крови.

Как подготовиться к анализу?

Следует придерживаться общих правил подготовки к взятию крови из вены. С подробной информацией можно ознакомиться в соответствующем разделе статьи.

МО РФ пригласило ООН и ОБСЕ к участию в гумоперации в Мариуполе | Новости | Известия

Минобороны России официально обратилось к ряду международный организаций с приглашением принять участие в сопровождении гуманитарной операции в Мариуполе. Об этом сообщил в воскресенье, 20 марта, начальник Национального центра управления обороной РФ генерал-полковник Михаил Мизинцев.

«Направляем официальное обращение в ООН, ОБСЕ, Международный комитет Красного Креста и другие международные организации, представителей которых приглашаем для сопровождения практических мероприятий этой гуманитарной операции, как называется, непосредственно на земле, то есть в городе Мариуполе, при этом обязательно в составе гуманитарных колонн как российской, так и украинской сторон», — говорится в сообщении Минобороны.

Ранее в воскресенье сообщалось, что «Общероссийский народный фронт» вместе с волонтерами и корпусом спасателей доставил жителям Мариуполя гумпомощь.

В этот же день волонтеры объединенного штаба #МыВместе в Ростовской области при поддержке «Народного фронта», Всероссийского студенческого корпуса спасателей и МЧС России доставили жителям Мариуполя 100 т гуманитарной помощи. В состав гуманитарного груза вошли свыше 1500 продуктовых наборов и более 200 наборов специально для детей, предметы первой необходимости, бытовая химия.

17 марта в отчете МЧС РФ было указано, что с начала гуманитарной операции жителям Украины и Донбасса было доставлено более 2 тыс. т помощи. При этом на пунктах пропуска в Ростовской области продолжают работать два городка жизнеобеспечения МЧС РФ, куда обратилось уже более 6 тыс. человек.

В середине февраля из-за обострения ситуации в Донбассе в результате обстрелов со стороны украинских военных Донецкая и Луганская народные республики объявили об эвакуации мирного населения в РФ и попросили о признании независимости.

21 февраля президент России Владимир Путин подписал соответствующий указ. 24 февраля Россия начала спецоперацию по защите мирного населения Донбасса. Как уточнял пресс-секретарь президента РФ Дмитрий Песков, спецоперация преследует две цели — демилитаризации и денацификации Украины. По его словам, оба эти аспекта представляют угрозу для российского государства и народа.

Больше актуальных видео и подробностей о ситуации в Донбассе смотрите на телеканале «Известия».

15.2: Константа равновесия (К)

Цели обучения

  • Знать связь между константой равновесия и константами скоростей прямой и обратной реакций.
  • Написать константу равновесия любой реакции.

Поскольку состояние равновесия достигается, когда скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции, при данном наборе условий должна существовать связь между составом системы в состоянии равновесия и кинетикой реакции (представленной константами скорости).2}{[\ce{N2O4}]} \label{Eq4}\]

Отношение констант скоростей дает нам новую константу, константу равновесия (\(К\)), которая определяется следующим образом:

\[K=\dfrac{k_f}{k_r} \label{Eq5}\]

Таким образом, существует фундаментальная связь между химической кинетикой и химическим равновесием: при данном наборе условий состав равновесной смеси определяется величинами констант скоростей прямой и обратной реакций.

Константа равновесия равна константе скорости прямой реакции, деленной на константу скорости обратной реакции.{-3}\) при 25°С, что соответствует соотношению констант скоростей прямой и обратной реакций. То есть при данной температуре константа равновесия реакции всегда имеет одно и то же значение, даже если конкретные концентрации реагентов и продуктов меняются в зависимости от их начальных концентраций.

Таблица \(\PageIndex{1}\): Начальная и равновесная концентрации для смесей \(\ce{NO2}:\ce{N2O4}\) при 25°C
  Исходные концентрации Концентрации в равновесии  
Эксперимент [\(\ce{N2O4}\)] (М) [\(\ce{NO2}\)] (М) [\(\ce{N2O4}\)] (М) [\(\ce{NO2}\)] (М) \(К = [\ce{NO2}]^2/[\ce{N2O4}]\)
1 0. {-3}\)

Разработка постоянного выражения равновесия

В 1864 году норвежские химики Като Гульдберг (1836–1902) и Петер Вааге (1833–1900) тщательно измерили составы многих реакционных систем, находящихся в равновесии. Они обнаружили, что для любой обратимой реакции общего вида

\[aA+bB \rightleftharpoons cC+dD \label{Eq6}\]

, где A и B — реагенты, C и D — продукты, a, b, c и d — стехиометрические коэффициенты в уравновешенном химическом уравнении реакции, отношение произведения к равновесным концентрациям продуктов (повышенное к их коэффициентам в сбалансированном химическом уравнении) к произведению равновесных концентраций реагентов (возведенных к их коэффициентам в сбалансированном химическом уравнении) всегда является константой при данном наборе условий.б} \метка{Eq7}\]

где \(К\) – константа равновесия реакции. Уравнение \(\ref{Eq6}\) называется уравнением равновесия, а правая часть уравнения \(\ref{Eq7}\) называется выражением константы равновесия. Соотношение, показанное в уравнении \(\ref{Eq7}\), верно для любой пары противоположных реакций, независимо от механизма реакции или количества стадий в механизме.

Константа равновесия может изменяться в широком диапазоне значений. Значения \(K\), показанные в таблице \(\PageIndex{2}\), например, различаются на 60 порядков.{-3}\) указывают на то, что отношение продуктов к реагентам в равновесии очень мало. То есть реагенты не склонны легко образовывать продукты, и равновесие лежит слева, как написано, благоприятствуя образованию реагентов.

Таблица \(\PageIndex{2}\): константы равновесия для выбранных реакций*
Реакция Температура (К) Константа равновесия (K)
*Константы равновесия зависят от температуры.{-13}\)

Эффективные и истинные концентрации

Вы также заметите в таблице \(\PageIndex{2}\), что константы равновесия не имеют единиц, хотя уравнение \(\ref{Eq7}\) предполагает, что единицы концентрации могут не всегда сокращаться, поскольку показатели степени могут различаться . На самом деле, константы равновесия рассчитываются с использованием «эффективных концентраций» или активностей реагентов и продуктов, которые представляют собой отношения измеренных концентраций к стандартному состоянию 1 М. Как показано в уравнении \(\ref{Eq8}\), единицы концентрации сокращаются, что также делает \(K\) безразмерным:

\[ \dfrac{[A]_{измеренный}}{[A]_{стандартный\; состояние}} = \dfrac{\cancel{M}}{\cancel{M}} = \dfrac{\cancel{\frac{mol}{L}}}{\cancel{\frac{mol}{L}} } \label{Eq8}\]

Поскольку константы равновесия рассчитываются с использованием «эффективных концентраций» относительно стандартного состояния 1 M, значения K не имеют единиц измерения.

Многие реакции имеют константы равновесия от 1000 до 0.{-3}\)), ни очень большой, ни очень маленький. В равновесии эти системы, как правило, содержат значительные количества как продуктов, так и реагентов, что указывает на отсутствие сильной тенденции к образованию ни продуктов из реагентов, ни реагентов из продуктов. 2}{[H_2][D_2]} \номер\]

, где \(K\) варьируется от 1.9 и 4 в широком диапазоне температур (100–1000 К). Таким образом, равновесная смесь \(H_2\), \(D_2\) и \(HD\) содержит значительные концентрации как продукта, так и реагентов.

Рисунок \(\PageIndex{3}\) обобщает взаимосвязь между величиной K и относительными концентрациями реагентов и продуктов в равновесии для общей реакции, записанной как реагенты \(\rightleftharpoons\) products. Поскольку существует прямая зависимость между кинетикой реакции и равновесными концентрациями продуктов и реагентов (уравнения \(\ref{Eq8}\) и \(\ref{Eq7}\)), когда \(k_f \gg k_r \), \(К\) — большое число, и преобладают концентрации продуктов при равновесии.Это соответствует практически необратимой реакции. Наоборот, когда \(k_f \ll k_r\), \(K\) является очень маленьким числом, и реакция почти не дает продуктов, как написано. Системы, для которых \(k_f ≈ k_r\) имеют значительные концентрации как реагентов, так и продуктов в равновесии.

Рисунок \(\PageIndex{3}\): Связь между составом смеси в равновесии и величиной константы равновесия. Чем больше K, тем дальше вправо протекает реакция до достижения равновесия и тем больше отношение продуктов к реагентам при равновесии.

Большое значение константы равновесия \(К\) означает, что при равновесии преобладают продукты; малое значение означает, что при равновесии преобладают реагенты.

Пример \(\PageIndex{1}\): постоянные выражения равновесия

Напишите выражение константы равновесия для каждой реакции.

  • \(\ce{N2(g) + 3h3(g) <=> 2Nh4(g)}\)
  • \(\ce{CO(г) + 1/2 O2(г) <=> CO2(г)}\)
  • \(\ce{2CO2(г) <=> 2CO(г) + O2(г)}\)

Дано : сбалансированные химические уравнения

Запрашиваемый : выражения констант равновесия

Стратегия :

См. уравнение \(\ref{Eq7}\).Поместите арифметическое произведение концентраций продуктов (доведенных до их стехиометрических коэффициентов) в числитель, а произведение концентраций реагентов (доведенных до их стехиометрических коэффициентов) в знаменатель. 3} \nonumber \]

Единственным продуктом является двуокись углерода, коэффициент которой равен 1.3\) и

  • \(K_{327°C} = 4,1\).
    1. При какой температуре вы ожидаете найти наибольшую пропорцию \(H_2\) и \(N_2\) в равновесной смеси?
    2. Предполагая, что скорости реакции достаточно высоки, чтобы быстро достичь равновесия, при какой температуре вы сконструируете коммерческий реактор, чтобы он работал для максимального выхода аммиака?
    Ответить на

    327°C, где \(K\) наименьшее

    Ответ б

    25°С

    Вариации формы выражения константы равновесия

    Поскольку в химической реакции к равновесию можно подойти с любого направления, выражение константы равновесия и, следовательно, величина константы равновесия зависят от формы, в которой записывается химическая реакция.{-48}\). Как следует из очень малой константы равновесия, и, к счастью для жизни, какой мы ее знаем, действительно требуется значительное количество энергии для диссоциации воды на \(\ce{h3}\) и \(\ce{O2}\).

    Константа равновесия реакции, записанная в обратном порядке, равна , обратному значению константы равновесия реакции, записанной изначально.

    Запись уравнения в разных, но химически эквивалентных формах также приводит к тому, что и выражение константы равновесия, и величина константы равновесия различаются.{й}\) власть.

     

    Видео, в котором обсуждаются отношения, связанные с константами равновесия: https://youtu.be/2vZDpXX1zr0

    Пример \(\PageIndex{3}\): процесс Хабера

    При 745 К К составляет 0,118 для следующей реакции:

    \[\ce{N2(g) + 3h3(g) <=> 2Nh4(g)} \nonumber\]

    Какова константа равновесия для каждой родственной реакции при 745 К?

    1. \(\ce{2Nh4(g) <=> N2(g) + 3h3(g)}\)
    2. \(\ce{1/2 N2(g) + 3/2 h3(g) <=> Nh4(g)}\)

    Дано : сбалансированное уравнение равновесия, \(K\) при данной температуре и уравнения связанных реакций

    Запрашиваемый : значения \(K\) для родственных реакций

    Стратегия :

    Напишите выражение константы равновесия для данной реакции и для каждой родственной реакции. {-3}\)

    Постоянные выражения равновесия для систем, содержащих газы

    Для реакций, в которых участвуют вещества в растворе, концентрации, используемые в расчетах равновесия, обычно выражаются в молях/литр. Однако для газов концентрации обычно выражаются в парциальных давлениях, а не в молярности, где стандартное состояние составляет 1 атм давления. Символ \(K_p\) используется для обозначения констант равновесия, рассчитанных по парциальным давлениям.2}{P_{N_2O_4}} \label{Eq17}\]

    Подобно \(K\), \(K_p\) является безразмерной величиной, потому что величина, которая фактически используется для ее расчета, представляет собой «эффективное давление», отношение измеренного давления к стандартному состоянию в 1 бар (примерно 1 бар). атм), что производит безразмерное количество. «Эффективное давление» называется летучестью, а активность — эффективной концентрацией.

    Поскольку парциальные давления обычно выражаются в атмосферах или миллиметрах ртутного столба, молярная концентрация газа и его парциальное давление не имеют одинакового числового значения. {Δn} \label{Eq18}\]

    где \(K\) – константа равновесия, выраженная в единицах концентрации, а \(Δn\) – разность между числами молей газообразных продуктов и газообразных реагентов (\(n_p – n_r\)). Температура выражается как абсолютная температура в Кельвинах. Согласно уравнению \(\ref{Eq18}\), \(K_p = K\) только в том случае, если моли газообразных продуктов и газообразных реагентов одинаковы (т.е. \(Δn = 0\)). На разложение \(N_2O_4\) приходится 2 моль газообразного продукта и 1 моль газообразного реагента, поэтому \(Δn = 1\).1 = КРТ\]

    Пример \(\PageIndex{4}\): процесс Хабера (снова)

    Константа равновесия реакции азота и водорода с образованием аммиака равна 0,118 при 745 К. Сбалансированное уравнение равновесия выглядит следующим образом:

    \[\ce{N2(g) + 3h3(g) <=>  2Nh4(g)} \nonumber\]

    Чему равно \(K_p\) для этой реакции при той же температуре?

    Дано : уравнение равновесия, константа равновесия и температура

    Запрошенный : \(K_p\)

    Стратегия :

    Используйте коэффициенты сбалансированного химического уравнения для расчета \(Δn\). 3\)

    Видео с обсуждением преобразования Kc в Kp: https://youtu.be/_2WVnlqXrV4

    Постоянные выражения равновесия для сумм реакций

    Химикам часто требуется знать константу равновесия реакции, которая ранее не изучалась. В таких случаях искомую реакцию часто можно записать в виде суммы других реакций, для которых известны константы равновесия. Константу равновесия для неизвестной реакции затем можно рассчитать из табличных значений для других реакций.

    Чтобы проиллюстрировать эту процедуру, давайте рассмотрим реакцию \(\ce{N2}\) с \(\ce{O2}\) с образованием \(\ce{NO2}\). Эта реакция является важным источником \(\ce{NO2}\), который придает городскому смогу его типичный коричневый цвет. Реакция обычно протекает в две отдельные стадии. В первой реакции (этап 1) \(\ce{N2}\) реагирует с \(\ce{O2}\) при высоких температурах внутри двигателя внутреннего сгорания с образованием \(\ce{NO}\). Высвобожденный \(\ce{NO}\) затем реагирует с дополнительным \(\ce{O2}\) с образованием \(\ce{NO2}\) (шаг 2). {-15}\]

    Константа равновесия реакции, представляющей собой сумму двух или более реакций, равна произведению констант равновесия отдельных реакций. Напротив, вспомните, что согласно закону Гесса \(ΔH\) для суммы двух или более реакций представляет собой сумму значений ΔH для отдельных реакций.

    Чтобы определить \(К\) для реакции, представляющей собой сумму двух или более реакций, сложите реакции, но умножьте константы равновесия.

    Пример \(\PageIndex{6}\)

    Следующие реакции протекают при 1200°C:

    1. \(CO_{(г)}+3H_{2(г)} \rightleftharpoons CH_{4(г)}+H_2O_{(г)} \;\;\;K_1=9.4\)

    Рассчитайте константу равновесия для следующей реакции при той же температуре.

    1. \(CO_{(г)}+2H_2S_{(г)} \rightleftharpoons CS_{2(г)}+H_2O_{(г)}+H_{2(г)}\;\;\; K_3=? \)

    Дано : два сбалансированных уравнения равновесия, значения \(K\) и уравнение равновесия для общей реакции

    Запрашиваемый : константа равновесия для общей реакции

    Стратегия :

    Расположите уравнения так, чтобы их сумма давала общее уравнение. Если нужно было обратить уравнение, инвертируйте значение \(K\) для этого уравнения. Рассчитайте \(K\) для общего уравнения, умножив константы равновесия для отдельных уравнений.

    Решение :

    Ключом к решению этой проблемы является признание того, что реакция 3 является суммой реакций 1 и 2:

    \[CO_{(g)}+ \cancel{3H_{2(g)}} \rightleftharpoons \cancel{CH_{4(g)}} + H_2O_{(g)} \nonumber\]

    \[\cancel{CH_{4(g)}} +2H_2S_{(g)} \rightleftharpoons CS_{2(g)} + \cancel{3H_{2(g)}} + H_{2(g)} \номер\]

    \[CO_{(g)} + 3H_{2(g)} \rightleftharpoons CS_{2(g)}+H_2O_{(g)}+H_{2(g)} \nonumber\]

    Значения для \(K_1\) и \(K_2\) даны, так что вычислить \(K_3\) просто:

    \[К_3 = К_1К_2 = (9.3 \номер\]

    Упражнение \(\PageIndex{6}\)

    На первом из двух этапов промышленного синтеза серной кислоты элементарная сера реагирует с кислородом с образованием диоксида серы. На втором этапе диоксид серы реагирует с дополнительным кислородом с образованием триоксида серы. Показана реакция для каждой стадии, а также значение соответствующей константы равновесия при 25°C. Рассчитайте константу равновесия всей реакции при той же температуре.

    1. \(\frac{1}{8}S_{8(s)}+O_{2(g)} \rightleftharpoons SO_{2(g)}\;\;\; K_1=4.{66}\)

      Резюме

      Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций при равновесии есть константа равновесия (\(К\)), безразмерная величина. Таким образом, состав равновесной смеси определяется величинами констант прямой и обратной скорости при равновесии. При заданном наборе условий реакция всегда будет иметь одно и то же \(К\). Для системы, находящейся в равновесии, закон действующих масс связывает \(К\) с отношением равновесных концентраций продуктов к концентрациям реагентов, возведенным в их соответствующие степени, чтобы соответствовать коэффициентам в уравнении равновесия.Отношение называется постоянным выражением равновесия. Когда реакцию записывают в обратном направлении, \(K\) и выражение для константы равновесия меняются местами. Для газов выражение константы равновесия можно записать как отношение парциальных давлений продуктов к парциальным давлениям реагентов, каждое из которых возведено в степень, соответствующую его коэффициенту в химическом уравнении. Константа равновесия, рассчитанная по парциальным давлениям (\(K_p\)) связана с \(K\) постоянной идеального газа (\(R\)), температурой (\(T\)) и изменением количество молей газа в ходе реакции.Равновесная система, содержащая продукты и реагенты в одной фазе, представляет собой гомогенное равновесие; система, в которой реагенты, продукты или и то, и другое находятся более чем в одной фазе, является гетерогенным равновесием. Когда реакцию можно выразить как сумму двух или более реакций, ее константа равновесия равна произведению констант равновесия для отдельных реакций.

      • Закон действующих масс описывает систему в равновесии с точки зрения концентраций продуктов и реагентов.{Δn} \]

      К. Джозеф Хо :: Кафедра химии и химической биологии

      Образование:

      • Бакалавр наук в области химического машиностроения (президентская награда, 1983 г. ) Факультет химической инженерии
        , Тайваньский национальный технологический университет, Тайбэй, Тайвань, Республика Китая.
      • Магистр наук (1989 г.) Факультет химии и геологии Миннесотского государственного университета, Манкато, Миннесота,
        , специальность биохимия, специализация энзимология, тема диссертации: «Новый анализ 1-аминоциклопропан-1-
        карбоксилатсинтазы».Руководитель диссертации: доктор Джим Райф.
      • Кандидат наук (1993) Химический факультет Университета Нью-Мексико, Альбукерке, Нью-Мексико, специальность (биофизическая) химия
        , Название диссертации: Теория и применение обратных задач рассеяния света с использованием измерений матрицы Мюллера
        , руководитель диссертации: доктор Фриц Аллен


      Исследования

      Занимался научной работой по созданию виртуальной лаборатории аналитической химии, экспериментам старшего уровня по конформационным изменениям белков с использованием спектроскопических и хроматографических методов, редизайну курса с использованием подходов активного обучения, разработке концепции химии инвентаризация, лабораторное обучение на основе проблем, калиброванная коллегиальная проверка (CPR) в лабораторном обучении, POGIL в лабораторном обучении, а также профессиональное развитие и обучение ТА с использованием LESSON STUDY.
      Мои текущие направления исследований сосредоточены на подготовке первокурсников и старшеклассников к химии в колледже с использованием адаптивных онлайн-систем, исследовательского опыта на основе курса, лабораторного обучения по планированию экспериментов в учебной программе по химии, разработке концепций химических лабораторий, развитие практики LESSON STUDY с использованием онлайн-платформ и в качестве учебного инструмента в учебной программе для выпускников, создание концептуальной основы для разработки эффективной активной среды обучения.

      Преподаваемые курсы


      •    Общая химия I (CHEM 121) и II (CHEM 122) для научных специальностей
      •    Лаборатория общей химии I (CHEM 123L) и II (CHEM 124L)
      •    Общая химия для медицинских работников (CHEM 111)
      • Интегрированная органическая и биохимия (CHEM 212)
      • Количественный анализ (CHEM 253L)
      • Лаборатория органической химии I (CHEM 303L) и II (304L)
      • Физическая химия для наук о жизни (CHEM 315)
      • Лаборатория химии и физики CHEM 411L)
      • Инструментальный анализ (CHEM 453L)

      Калий — информация об элементе, свойства и применение

      Стенограмма:

      Химия в ее стихии: калий

      (Промо)

      Вы слушаете Химию в ее стихии, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

      (Конец рекламного ролика)

      Крис Смит

      Здравствуйте, на этой неделе рассказ о первом выделенном щелочном металле, почему это вообще щелочной металл и почему его символ начинается с буквы K. Вот Питер Уотерс.

      Peter Wothers

      Калий – единственный элемент, названный в честь кухонной утвари. Он был назван в 1807 году Гемфри Дэви в честь соединения, из которого он выделил металл, поташ или гидроксид калия.

      Выписка из 1730-х годов голландского химика Германа Бурхаве описывает, как поташ получил свое название:

      «Потас или калийная зола ежегодно привозится торговыми судами в большом количестве из Керланда (ныне часть Латвии и Литвы), Россия. , и Польша.Он готовится там из древесины зеленой пихты, сосны, дуба и тому подобного, из которых они делают большие кучи в соответствующих траншеях и сжигают их, пока они не превратятся в пепел… Затем этот пепел растворяется в кипящей воде, и когда жидкость наверху, содержащая соль, очищается, т. е.е. освобожденный от примесей, стоя в покое, он выливается чистым. Затем ее немедленно помещают в большие медные горшки и кипятят там в течение трех дней, благодаря чему они получают соль, которую они называют Потас (что означает Горшечная зола), поскольку она приготовлена ​​таким образом в горшках. .

      Еще раньше, в 16-м веке, Конрад Геснер говорит нам, что «Из хербы, называемой Кали, самка certayne приготавливает Соль». широко известный как солянка:

      Kali имеет два локтя высоты, не имеет колючек или шипов, иногда бывает очень красным, соленым на вкус, с определенным неблагодарным запахом, найденным и собранным в соленых местах: из которых , Соль Щелочи можно купить”

      Его метод производства этой Соли Щелочи очень похож на описанный Бурхаавом, причем оба процесса фактически дают нечистую смесь того, что мы сейчас называем карбонатом калия и натрия; метод древесной золы, дающий больше карбоната калия, поташа, соленых трав, дающих больше карбоната натрия, соды. Однако именно траве кали мы обязаны словом, которое описывает и то, и другое — ал-кали или щелочь; префикс «al» просто является определенным арабским артиклем «the».

      Неочищенный калий можно сделать более едким или «чистым» путем обработки его раствора известковой водой, гидроксидом кальция. Растворы карбоната калия и гидроксида кальция реагируют с небольшой заменой химических партнеров: нерастворимый карбонат кальция или мел выпадают в осадок, оставляя раствор гидроксида калия. Именно из этого чистого гидроксида Дэви впервые выделил металлический калий.Для этого он использовал относительно новую силу электричества.

      После безуспешной попытки провести электролиз водных растворов поташа, в ходе которого ему удалось только разделить воду, он решил, что ему нужно покончить с водой и попытаться провести электролиз расплавленного гидроксида калия. Он сделал это шестого октября 1807 года, используя большой Вольтов котел, который он построил в Королевском институте в Лондоне. Его младший двоюродный брат, Эдмунд Дэви, помогал Хамфри в то время, и он рассказывает, как, когда Хамфри впервые увидел, что «мельчайшие шарики калия прорываются сквозь корку поташа и загораются, входя в атмосферу, он не мог сдержать свою радость». .

      Дэви имел полное право быть в восторге от этого удивительного нового металла: он выглядел точно так же, как другие яркие, блестящие металлы, но его плотность была меньше плотности воды. Это означало, что металл будет плавать на воде — по крайней мере, если он не взорвется, как только соприкоснется с водой. Калий настолько реакционноспособен, что может даже прожечь дыру во льду. Это был первый выделенный щелочной металл, но Дэви продолжил выделение натрия, кальция, магния и бария.

      В то время как Дэви назвал свой новый металл калием в честь поташа, Берцелиус, шведский химик, который изобрел международную систему химических символов, используемую в настоящее время химиками всего мира, предпочел название калий для металла, лучше отражающее его истинное происхождение, как он думал. . Следовательно, из-за маленькой соленой травы мы теперь получаем символ К для элемента калий-пепел-ий, калий.

      Крис Смит

      Кембриджский химик Питер Уотерс. В следующий раз красиво, но смертельно — вот название игры.

      Bea Perks

      Мышьяк получил свое название от персидского слова, обозначающего желтый пигмент, теперь известный как аурипигмент. Для проницательных лексикографов очевидно, что рассматриваемое персидское слово зарних было впоследствии заимствовано греками для их слова арсеникон, что означает мужской или могущественный. Сообщается, что на передней части пигмента обои Наполеона незадолго до его смерти содержали так называемую зелень Шееле, которая выделяла пары мышьяка, когда становилась влажной.

      Крис Смит

      Так сильно или нет, но лизать обои в квартирах Наполеона определенно нельзя.Это Беа Перкс, которая будет с нами в следующий раз, чтобы рассказать нам смертельную историю о мышьяке, я надеюсь, вы сможете присоединиться к нам. Я Крис Смит, спасибо за внимание и до свидания.

      (Акция)

      (Конец акции)

      Химическое равновесие

      Показания для этого раздела

      Петруччи: Глава 15


      • Часто (в наших стехиометрических расчетах) мы считаем, что реакции идут до конца, i. е. , что один или несколько реагенты полностью израсходованы.
      • Это предположение не всегда верно и в действительности никогда не 100% правда.
      • В этом мире нет ничего стопроцентного. Не существует «чистого» вещества, нет «полной» реакции в закрытом контейнере, но мы часто можем сделать такое предположение практически без дополнительных неопределенность.
      • Любая химическая система в закрытом контейнере всегда достичь состояния равновесия .Иногда это равновесие состояние может быть таким, что в контейнере почти нет продуктов или почти нет реагентов, но это все еще равновесие.
      • В открытой системе некоторые реакции могут завершиться, если устроен так, что продукт покидает систему как есть произведено. Например, жидкая реакционная смесь, в которой один из продукция представляет собой газ. Если контейнер открыт, а газ дали сдуть, обратной реакции быть не может поскольку этот конкретный компонент исчезнет.

      Мы будем исследовать более общие случаи, когда имеет место равновесие. Равновесия могут возникать в твердом, жидком или газообразном состоянии. Начнем с газовой фазы равновесия как простой тип реакции, но общие принципы, которые мы исследуем здесь будет продолжаться и в других фазах.

      Рассмотрим химическую систему в газовой фазе, представленную следующим химическим уравнение:

      2 НЕТ 2 (ж) N 2 О 4 (ж)

      Реактивы красновато-коричневые, продукты бесцветные.И температура, и давление влияет на это равновесие. Более высокое давление (за счет сжатия контейнера содержащий реакционную смесь) будет способствовать получению продукта (бесцветный) за счет количества реагента (окрашенный) следовательно, можно наблюдать изменение равновесия при сжатии реакционного сосуда или расширенный (как в поршне, движущемся вверх и вниз в стеклянном цилиндре.)

      Определение: Равновесие:
      Применительно к химической реакционной системе: Состояние реакционной смеси при котором скорость прямой реакции равна скорости обратной реакции.

      Обратите внимание, что нет ссылок на количества реагентов, необходимых для достичь этого состояния. Это означает, что некоторые равновесные системы могут иметь в основном реагенты, другие, в основном продукты и в редких случаях такое же количество реагенты и продукты. Не сумма является решающим фактором. Как правило, чем больше количество реагента или продукта, тем быстрее будет скорость, с которой происходит прямая или обратная реакция. То Зависимость между количеством вещества и скоростью реакции приведена в раздел о кинетике далее в этих примечаниях. Достаточно сказать, что в большинстве случаев, если концентрация реагентов повышается, увеличивается и скорость превращения этих реагентов в продукты.

      Давайте рассмотрим простой пример:


      Равновесие между реагентом А и продуктом В: А Б

      Если изначально В нет, то и обратной реакции быть не может. То Кинетическая молекулярная теория говорит нам, что скорость реакции в некоторой степени зависит от частота столкновений и что частота столкновений молекул A с друг друга зависит от того, сколько молекул находится в контейнере. Это кажется придавать смысл. Следовательно, по мере уменьшения количества А по сравнению с начальным ситуации (израсходованной в прямой реакции) прямая скорость упадет. Точно так же, когда количество B увеличивается из-за прямой реакции, тогда обратная ставка будет увеличиваться с нуля. в конце концов, будет достигнута точка, где прямая и обратная скорости равны. В этот момент и до некоторых на систему действует напряжение, реагенты А образуются и расходуются при одинаковые ставки, как и продукты B.Таким образом, хотя реакция продолжается не ослабевает, мы не видим общих изменений в количестве ни A, ни B.

      Рис. 1: показывает измеряемые физические параметры системы по мере ее приближения к равновесие, начиная с условий только реагентов и нет продуктов.

      Верхний график представляет собой сравнение величин скоростей прямого и обратные реакции в системе по мере ее приближения к равновесию. На старте реакции идет только прямая реакция, так как нет продуктов еще реагировать. С течением времени величина форвардного курса уменьшается а скорость обратной увеличивается. В конце концов (только через бесконечное время) две величины равны, и химическая система достигла равновесия. Обратите внимание, что здесь я использовал величины. Это связано с тем, что по определению форвардный курс должен быть отрицательным значением обратного курса в состоянии равновесия. Для В иллюстративных целях я показываю здесь только величину ставок.

      Нижний график показывает количество Реагентов и Продуктов одного и того же системы по мере ее приближения к равновесию.Изначально есть только реагенты но с течением времени образуются продукты и расходуются реагенты. Согласно этому графику, когда достигается равновесие, количество реагенты и продукты больше не меняются, но не обязательно равны каждому разное.


      Наверх

      Нам нужен способ описать условия, при которых система будет равновесие. Существует множество комбинаций различных концентраций продукты и реагенты, которые будут возможны при каких условиях равновесия так что это не конкретный набор чисел, которые мы ищем. {(l+m)-(j+k)},\]

      в расчете на отдельные единицы давления кПа.

      Для реакции, в которой существует особое условие l+m = j+k . Неважно, какие единицы измерения мы используем (давление или концентрация), поскольку единицы измерения будут все отменяется для однофазной реакции. Для систем, где все блоки отменяем, видим, что К c = K p = K независимо от того, какие единицы измерения мы используем.

      Не все реакционные системы являются однофазными. Например, реакции с участием давления паров некоторых химических веществ и концентраций жидкости в реакционной смеси др.Такие константы равновесия протекают в двухфазных реакциях. Для такого примера мы не можем вычислить либо K c , либо K p , так как единицы не все давление или вся концентрация. Более общая форма – это константа термодинамического равновесия, K . Нам нужно лучшее описание способности химических веществ привлекать себя в реакции, чем концентрация или давление. Это больше общая мера называется активностью химического вещества.

      Виды деятельности

      True Константы термодинамического равновесия рассчитываются с использованием деятельность компонентов реакции. Мы будем использовать упрощенное определение, называемое относительная активность вещества, которая связана с некоторой стандартной мерой (концентрация, давление и т. д.) этого вещества через

      Относительная активность  (a)        =         мера/стандартная мера.

      Например, если используются концентрации, единицами измерения будут моль/л.То Стандартная концентрация водного раствора составляет 1 M . Таким образом, вещество А с концентрация [A] (в M ) будет иметь относительную активность a A = [А] / 1 М (обратите внимание, что в этом случае единицы были просто аннулированы этим процессом) . Аналогично, если парциальное давление газообразного вещества А равно p A тогда относительная активность равна a A = p A / p A где p A = 100 кПа. к}\]

      Поскольку отдельные виды деятельности безразмерны, то и K постоянный. Это та константа K , которая нам нужна. термодинамические уравнения, такие как мы увидим в термодинамике раздел позже. Как правило, это хорошая привычка, чтобы начать использовать этот тип K постоянный исключительно.

      Вернуться к началу

      Пример: процесс Хабера

      . Рассмотрим процесс превращение водорода и азота в аммиак.3 \times a_{\mathrm{N}_2}}\]

      При комнатной температуре скорость этой реакции очень мала. Это будет казаться случайному наблюдателю, что никакой реакции не происходит. На более высоких температурах реакции ускоряются и равновесие достигается быстрее.

      Пример: При 127°С были получены 3 следующих набора равновесных концентраций. измеряется для конкретной реакционной смеси. Что такое равновесие постоянная К?

      P NH 3 3 = 103 KPA
      P N 2 = 2830 KPA
      P H 2 = 10. 3 кПа

      Константа термодинамического равновесия, определенная выше, использует виды деятельности. Нам нужно преобразовать измеренное давление в деятельность. Мы делаем это путем деления на стандартное давление газа. В единицах кПа стандартное давление 100 кПа. поэтому мы можем таким образом написать:

      A NH 3 9 = 103 KPA / 100 KPA = 1.03
      A N 2 = 2830 KPA / 100 KPA = 28,3
      A H 2 = 10.{1/2}}{1,03}=\frac{1}{5,86} = 0,171\] \[K”=\frac{1}{K’}\]

      Таким образом, нам нужно позаботиться о том, чтобы связать конкретную константу равновесия значение с правильным связанным выражением равновесия. То Однако константы равновесия различных форм одного и того же уравнения равны связанные,  Например, если мы удвоим коэффициенты сбалансированного химическое уравнение, мы удваиваем показатели активности, т.е. , мы возводим в квадрат активности, и, следовательно, мы возводим в квадрат константу равновесия; если мы уменьшаем вдвое коэффициенты, затем уменьшаем вдвое показатели степени (квадратный корень) и т. д. Если мы перевернем уравнение, мы возьмем обратную величину константы K (умножить показатели на -1).

      Вернуться к началу

      В прошлой лекции я упомянул, что некоторые равновесия могут включать материалы в разные фазы. Мы обсудим здесь, как обращаться с некоторыми из этих случаев.

      Рассмотрим случай разложения карбоната кальция на известь и углерод. диоксид:

      CaCO 3 (с) CaO(т) + CO 2 (г)

      Выражение константы равновесия:

      \[K=\frac{a_{CaO}\times a_{CO_2}}{a_{CaCO_3}}\]

      Однако концентрации твердых веществ карбоната кальция и извести не влияют на равновесие.Активность чистого твердого тела (или жидкости) всегда близки к единице, поэтому их можно исключить из уравнения с никаких изменений в результате.

      К = a СО 2 .

      Ваш собственный опыт также может подсказать вам это. Вы когда-нибудь добавляли сахар в напиток (скажем, coolaid), чтобы подсластить его. Если вы похожи на большинство людей, было время, когда нравилось только сладкое (детство).В этом случае, вы добавили столько сахара, сколько могли, прежде чем ваша мать или отец съели обратно в дозатор сахара, и всегда оставался немного сахара нерастворенный на дне стакана. Неважно, сколько сахара вы добавили, только определенное его количество действительно растворилось. Хотя это скорее физический процесс, чем химический процесс, идея та же. Количество сахар в растворе (концентрация) не зависел от добавления большего количества твердого сахара, его активность равна просто 1, поэтому на значение K это не влияет.

      Другой пример с твердыми телами и газами:

      НХ 4 ГС ( с ) NH 3 (г) + H 2 S (г)

      дает нам

      \[K = \ frac {a _ {\ mathrm {NH} _3} \ times a _ {\ mathrm {H} _2 \ mathrm {S}}} {a _ {\ mathrm {NH} _4 \ mathrm {HS}}} \ ]

      Мы можем упростить это выражение, поскольку активность чистого NH 4 HS твердый 1. +}} {a _ {\ mathrm {HF}}} \]

      Обратите внимание, что мы не учитывали активность растворителя, т.к. вода, т.р.o_{\mathrm{вода}})$ будет ~1.

      Вернуться к началу

      Константы равновесия можно свести в таблицу и использовать по мере необходимости.

      Мы можем, например, решить, будет ли конкретная реакционная система реагировать почти полностью (очень большое K) или почти совсем не завершено (очень маленькое K) или где то посередине. Чем больше значение К, тем больше будет реакция. перейти вправо (больше продуктов). Чем меньше значение К, тем больше реакция найдет равновесие слева (больше реагентов).мы рассмотрим эту концепцию далее в последующих лекциях.

      Коэффициент реакции

      В условиях, когда система не находится в равновесии или мы не уверены, система находится в равновесии, мы не можем использовать измеренные действия для определения константа равновесия. Мы все еще можем использовать тот же формализм для вычисления параметр, называемый коэффициентом реакции, Q . Коэффициент реакции — это параметр, который говорит нам о мгновенном состояния системы независимо от того, находится ли она в равновесии или нет.Под особых условиях, когда система находится в равновесии, то наш новый параметр, Q = К .

      Для химической системы, независимо от того, находится она в равновесии или нет, мы можем рассчитать величина, определяемая законом действующих масс. Только если система находится в равновесии, это значение будет константой равновесия. В общем случае мы называем это значение коэффициент реакции Q . Снова принимая равновесие Габера, мы можем записать коэффициент реакции системы в любой момент времени.3 \times a_{\mathrm{N}_2}}\]

      В этом случае мы не обязательно используем равновесные концентрации и следовательно, мы рассчитали не константу равновесия K , а реакцию частное Q . Теперь мы можем сравнить два значения следующим образом:

      Q < K : Это означает, что реакция не в равновесии и что реакция должна протекать до право (сделать больше продуктов), чтобы добраться до равновесия.

      Q = K : на данный момент количество продуктов и реагентов как раз подходит для удовлетворения равновесия условия.

      Q > K : подразумевает, что их слишком много продукты. Реакция пойдет влево влево производить больше реагента (и снижать количество продукта) до Q = К .

      ПРИМЕЧАНИЕ: если вы не используете относительную активность для расчета Q и K , вы должны сравнить Q c с K c , Q p с K p и т.д. .


      Пример

      Рассмотрим равновесие Габера при 500С. К = 3,5 10 -7 . Предсказывать в какую сторону сместится равновесие в каждом из следующих случаев.

        р НХ 3 р В 2 р Н 2
      а. 4,16 кПа 8,3 кПа 403,5 кПа
      б. 0,83 кПа 1470 кПа 6,20 кПа
      г. 0,416 кПа 416 кПа 2,08 ?10 4 кПа

       

      Раствор

      а.{-3}\]

      Так как Q < K реакция пойдет на прямо до равновесия.

      Расчет равновесных давлений и концентраций:

      Обычно нас просят найти равновесные концентрации (или давления) заданные начальные значения. Основной метод решения этих проблем всегда тоже самое. Я попытаюсь познакомить вас с соответствующими шагами. Заметьте, однако что точное выполнение шагов может варьироваться от проблемы к проблеме. В в целом этот метод называется методом таблицы ICE, где инициалы I,C,E обозначают Initial, Change и Equilibrium соответственно. Точка этого метода заключается в определении равновесных значений или выражений, которые мы можем затем подставить в выражение константы равновесия.

      1. Определите сбалансированное химическое уравнение для рассматриваемого равновесия. Убедитесь, что вы использовали правильную формулу (например, константа K представить уравнение, где есть один моль продуктов и т.д. …)
      2. Устанавливать условия (количество присутствующих реагентов и продуктов) нельзя. учитывая сам процесс равновесия, т.е. , представь себе можно искусственно отключить равновесную реакцию, пока вы не будете готовы.
      3. Теперь включите равновесие. количество x будет реагировать с использованием реагентов и производящие продукты. В одних задачах х задано, в других должно быть определенный.
      4. Выполните вычисления, чтобы найти неизвестное, подставив в выражение константы равновесия для сбалансированной химической реакции, которую вы написали на шаге 1.

      Я проиллюстрирую эти шаги решением следующей задачи.

      Реакция образования газообразного фтористого водорода из водорода и фтор имеет константу равновесия K 1,15 10 2 . 200,0 кПа каждого соединения в день добавляют в колбу на 1,5 л. Рассчитать равновесие парциальные давления всех видов.

      Для этого мы используем метод, называемый расчетом таблицы ICE. В этого метода, мы табулируем процесс вычислений таким образом, что столбцы соответствуют каждому из видов в сбалансированной химической реакции, а строки соответствуют шагам расчетов.Это: (I) начальный действия, (C) изменения в этих действиях, которые необходимы для достижения равновесие и, наконец, (Е) равновесная деятельность.

       

        Сбалансированное химическое уравнение
        H 2 (2)   +   F 2 (g) 2 ВЧ (г)
      Начальная относительная активность (I). 2.000       2.000   2.000
      Никаких других подготовительных расчетов не требуется. Мы можно позволить реакции протекать до равновесия.
      Пусть x будет общее количество реакции, выраженное как относительная активность. То индивидуальные изменения можно определить из стехиометрии следующим образом. Обратите внимание, что реагенты израсходованы, поэтому изменение отрицательное.
      Изменение для достижения равновесия (C) -х -х        +2x
      Равновесная деятельность (I + C = E) 2.2} = \frac{(2.000+2x)}{(2.000-x)}=10,7\]

      После некоторых вычислений получаем х = 1,528. Таким образом теперь можно рассчитать равновесные относительные активности:

      a Н 2 = a F 2 = 2,000 – 1,528 = 0,472
      и ВЧ   = 2. 000 + 21.528 = 5,056

      Теперь переведите относительную активность обратно в давление, умножив на стандартное давление.

      р Н 2 = р F 2 = 0,742 100 кПа = 47,2 кПа
      p HF   = 5.056 100 кПа = 505,6 кПа

      сокращаются в выражении для константы равновесия и, следовательно, K c = K p = K. Таким образом, мы могли бы использовать парциальные давления или концентрации непосредственно в выражении равновесия, чтобы прийти к одному и тому же числовой ответ. Как правило, вам следует использовать действия, если вы не видите явные единицы по константе равновесия.

      Мы можем сделать проверку, пересчитав K из этих расчетных давлений. чтобы убедиться, что определено правильное значение (оно есть).

      Этот пример было просто решить только потому, что мы случайно выбрали начальный количеств реагентов, что позволило упростить выражение с помощью квадратный корень из всего уравнения. Во многих случаях эти расчеты требуют использование формулы квадрата для получения решения.

      Системы с малыми константами K

      В некоторых случаях мы можем воспользоваться определенными условиями, чтобы сделать некоторые предположения об ответе, что, в свою очередь, облегчит вычисление отвечать.Мы всегда должны проверять любые предположения, которые мы делаем, расчетами. Я буду проиллюстрируйте это следующим примером

      Газообразный NOCl разлагается не полностью с образованием газов NO и Cl 2 .

      Первоначально учитывая, что 1,0 моль NOCl вводят в емкость объемом 2,0 л при 300 K без присутствия NO или Cl 2 , каковы равновесные давления?

      \[PV=nRT\]

      \[P=\frac{nRT}{V}\]

      \[P=\frac{10\times 8.3\; \mathrm{кПа}\]

      Обратите внимание, что я быстро вытащил на вас здесь. Вы всегда должны переводить все свои единицы в СИ, чтобы гарантировать что вы получите правильный числовой ответ в конце. я не конвертировал L к m 3 . Почему это сработало?
      Преобразование м в единицы СИ 3 1000 л (также известный как kL) = 1 м 3 . Этот тысячный коэффициент есть в ответе, потому что я конвертирую единицу Па в значении R к кПа в ответ.Это быстрый способ всегда поступают при использовании закона идеального газа. Если вы используете объем в литрах тогда вы должны использовать давление в килоПаскалях. Иначе вы, Паскали и кубических метров, так как они являются истинными единицами СИ. Это работает, потому что PV должно быть постоянным, поэтому, используя единичный анализ, kL  Pa = L  kPa.

      a NOCl = 1,210 3 /100 = 12

      Сбалансированное химическое уравнение:

        2 NOCl (г) 2 НЕТ (г) + Класс 2 (г)
      Начальная деятельность 12   0 0
      Изменить -2 x   +2 x
      Равновесная активность 12-2 x   2 x х

      и поэтому мы можем подставить эти равновесные действия в равновесные выражение:

      \[К=4. 2}\]

      Поскольку значение K как минимум на два порядка меньше, чем деятельности 12, мы можем попробовать следующее предположение.

      Мы предполагаем, что степень реакции мала (поскольку К мало), и, следовательно, х маленький. Предположим, на самом деле, что x настолько мало, что знаменатель (12-2 x ) можно аппроксимировать формулой (12). (или по-другому: предположим, что 2 x << 0.{-3}\]

      Теперь проверим справедливость нашего предположения.

      наше предположение было 12 – 2 x   ≈  0,012
      результаты показывают 12 – 20,00113 = 11 ,98   ≈  12 (нижний индекс означает незначащую цифру)

      0,01198 отличается от 0,012 на 0,17%. Произвольное отсечение для этих типов расчетов составляет около 5%, так что это хорошее предположение.

      Теперь мы можем рассчитать равновесную активность.

      91 558 = 0.0023 100 = 0,23 кПа
      a NOCl = 12 – 2x ≈ 12 (округлить до двух знаков. инжир)
      и НЕТ = 2x = 0,0023
      a Класс 2 =   х  =  0,0011.
         
      р NOCl = 12 100 = 1200 кПа
      р НЕТ
      р Класс 2 = 0,0011 100 = 0,11 кПа

      Опять же, мы можем проверить правильность нашей работы, заменив эти в выражение равновесия, чтобы увидеть, получим ли мы правильное значение для K (мы делаем, в пределах примерно 5%).

      Этот метод предположения о том, что произошла реакция (маленький x ) из-за небольшого значения K решить проблему немного проще. Это действителен большую часть времени, если константа K составляет не менее двух порядков величины меньше, чем деятельности. Вы можете видеть, что в этом случае мы были на грани. Наши ответы были точными примерно до 2 сиг. инжир Если бы нам нужно было больше точности на наши числовые ответы, мы не могли сделать предположение.

      Системы с большими константами K

      Когда константа K велика, мы можем упростить расчеты, добавив один дополнительный шаг перед использованием ледяного стола.Так как K велико, почти 100% реакция протекает до достижения равновесия. В этом случае количество реакции (выполненной обычным способом) было бы почти точно таким же, как количества (предельного) реагента, и наши расчеты были бы очень трудными. Если мы сначала притворимся, что реакция завершается, а затем позволим ей обратимся к равновесию, мы получим результаты, с которыми легче работать.

       

      Рассмотрим реакцию горения 100 кПа метана в избытке кислорода. (80 кПа) для производства окиси углерода и газообразного водорода.

      CH 4 (ж) + 1/2 O 2 (ж) $\rightarrow$ CO (г) + 2 H 2 (ж) К = 1,410 15

      Сначала сделаем это обычным способом.

      3 )
    2. Фристад, Г.К.; Цзян, Т .; Мэтиес, А.К. «Повышенная реакционная способность в радикальных циклизациях гидразонов с использованием связанной кремнием 1-бромвиниловой группы». Тетраэдр 2007 , 63 , 3964-3972.

    3. Фристад, Г.К.; Цзян, Т .; Мэтиес, А. К. «Альдегид-селективное окисление Ваккера на пути переноса виниловой группы с помощью тиила на даунозамин». Органические письма 2007 , 9 , 777-780.

    4. Фристад, Г.К.; Мэтиес, А.К. «Последние разработки в области асимметричного каталитического присоединения к связям C = N». Тетраэдр 2007 , 63 , 2541-2569.

    5. Фристад, Г.К.; Цинь, Дж.; Су, Ю .; Мари, Дж. К. Mn-опосредованное связывание алкилйодидов и хиральных N -ацилгидразонов: оптимизация, область применения и доказательства радикального механизма. Журнал органической химии   2006 , 71 , 7016-7027.

    6. Дин, Х.; Фристад, Г.К. «Реакции Штрекера хиральных N-ацилгидразонов». Гетероциклы 2006 , 70 , 185-199.

    7. Фристад, Г.К.; Корапала, К.С.; Дин, Х. «Двойная активация при добавлении асимметричного аллилсилана к хиральным N-ацилгидразонам: разработка метода, механистические исследования и разработка гомоаллильных аминовых аддуктов». Журнал органической химии 2006 , 71 , 281-289.

    8. Дин, Х.; Фристад, Г.К. «Асимметричное добавление аллильных нуклеофилов к иминосоединениям». Синтез 2005 , 2815-2829.

    9. Фристад, Г.К.; Драгичи, К.; Сукри, М .; Цинь, Дж. «Подход радикального добавления к синтезу асимметричных аминов: разработка, реализация и сравнение новых хиральных N-ацилгидразонов». Журнал органической химии 2005 , 70 , 6330-6338.

    10. Friestad, GK «Хиральные N-ацилгидразоны: универсальные иминоакцепторы для синтеза асимметричных аминов». Европейский журнал органической химии 2005 , 3157-3172.

    11. Фристад, Г. К.; Фиорони, Г. М. «Галоацетальные радикальные циклизации альфа- и бета-гидроксигидразонов». Органические письма 2005 , 7 , 2393-2396.

    12. Фристад, Г.К.; Дево, AM; Мари, Дж.C. Стереоселективное Mn-опосредованное связывание функционализированных йодидов и гидразонов: синтетический вход в гамма-аминокислоты тубулизина. Органические письма 2004 , 6 , 3249-3252.

    13. Дин, Х.; Фристад, Г.К. «Добавление аллилтриметоксисилана к N-ацилгидразонам: два каталитических метода с использованием CuCl и фторида». Синтез 2004 , 2216-2221.

    14. Фристад, Г.К.; Массари, С.Э. «Подход с использованием кремниевых тросов для добавления функционализированных радикалов к хиральным альфа-гидроксигидразонам: диастереоселективное добавление гидроксиметильных и виниловых синтонов». Журнал органической химии 2004 , 69 , 863-875.

    15. Дин, Х.; Фристад, Г.К. Расщепление трифторацетил-активированной азот-азотной связи гидразинов йодидом самария (II). Органические письма 2004 , 6 , 637-640.

    16. Фристад, Г.К.; Шен, Ю .; Рагглз, Э.Л. Энантиоселективное радикальное присоединение к N -ацилгидразонам, опосредованное хиральными кислотами Льюиса. Angewandte Chemie International Edition 2003 , 42 , 5061-5063.

    17. Фристад, Г.К.; Цзян, Т .; Фиорони, Г. М. «Тандемное тиильное радикальное добавление и циклизация хиральных гидразонов с использованием связанного кремнием алкина». Тетраэдр: Асимметрия 2003 , 14 , 2853-2856.

    18. Цинь, Дж.; Фристад, Г.К. «Стереоконтроль при добавлении гидрида к хиральным N-ацилгидразонам, полученным из кетона». Тетраэдр 2003 , 59 , 6393-6402.

    19. Шен Ю.; Фристад, Г. К. «Сравнение реагентов электрофильного аминирования для N-аминирования 2-оксазолидинонов и применения для синтеза хиральных гидразонов». Журнал органической химии 2002 , 67 , 6236-6239.

    20. Фристад, Г.К.; Цинь, Дж. Межмолекулярное алкилрадикальное присоединение к хиральным N -ацилгидразонам, опосредованное карбонилом марганца. Журнал Американского химического общества   2001 , 123 , 9922-9923.

    21. Фристад, Г.К.; Ding, H. Асимметричные аллилсилановые добавки к Enantiopure N -Ацилгидразоны с двойной активацией фторидом и In(OTf) 3 . Angewandte Chemie International Edition 2001 , 40 , 4491-4493.

    22. Friestad, G.K. «Добавление углерод-центрированных радикалов к иминам и родственным соединениям» Tetrahedron 2001 , 57 , 5461-5496.

    23. Фристад, Г. К.; Массари, С.Э. «Диастереоселективное виниловое присоединение к хиральным гидразонам посредством тандемного тиильного радикального присоединения и связанной с кремнием циклизации». Органические письма 2000 , 2 , 4237-4240.

    24. Фристад, Г.К.; Цинь, Дж. Высокостереоселективное межмолекулярное радикальное присоединение к гидразонам альдегидов из хирального 3-амино-2-оксазолидинона. Журнал Американского химического общества 2000 , 122 , 8329-8330.

    25. Фристад, Г.К. «Подход с использованием кремниевых тросов для диастереоконтроля при радикальном добавлении к хиральным гидразонам». Органические письма 1999 , 1 , 1499-1501.

    26. Масару К. Куно // Люди // Факультет химии и биохимии // Университет Нотр-Дам

      Биография

      2016-настоящее время
      Профессор Университета Нотр-Дам
      2018-настоящее время
      Профессор кафедры физики Университета Нотр-Дам
      2009-2016
      Адъюнкт-профессор Университета Нотр-Дам
      2003-2009
      Доцент, Университет Нотр-Дам
      2001-2003
      Научный сотрудник, Исследовательская лаборатория ВМС США
      1998-2001
      Постдокторант, JILA/Университет Колорадо
      1998
      Тел. D. в физической химии, Массачусетский технологический институт
      1993
      Б.А. по химии, Вашингтонский университет в Сент-Луисе

      Избранные награды

      2006
      Товарищество стипендиатов учителей Коттрелла
      2005
      Награда NSF за карьеру
      1998
      Постдокторская стипендия Национального исследовательского совета

      Научные интересы

      Одномолекулярная абсорбционная и эмиссионная микроскопия наноразмерных материалов.Перемежаемость флуоресценции коллоидных полупроводниковых квантовых точек. Синтез и определение характеристик коллоидных полупроводниковых квантовых точек и нанопроволок. Применение низкоразмерных материалов для решений в области возобновляемых источников энергии.

      Последние публикации

      • Дюбоз, Дж. Т., Мэтью, П. С., Чо, Дж., Куно, М., Камат, П. В. «Модуляция фотоиндуцированного выброса йода в смешанных галогенидных перовскитах с электрохимическим смещением» 2021 Journal of Physical Chemistry Letters , 12, стр. 2615-2621. DOI: 10.1021/acs.jpclett.1c00367.
      • Камат, П.В., Куно, М. «Миграция ионов галогенидов в нанокристаллах и наноструктурах перовскита» 2021 Accounts of Chemical Research , 54 (3), стр. 520-531. DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00749.
      • Куно, М. «Пролить больше света на фотоиндуцированную сегрегацию» 2021 Nature Materials , 20 (1), стр. 6-7. DOI: 10.1038/s41563-020-00830-2.
      • Бреннан М.С., Форде А., Жуковский М., Баублис А.Дж., Морозов Ю.В., Чжан С., Чжан З., Килин Д.С., Куно М. «Универсальные зависящие от размера стоксовы сдвиги в нанокристаллах перовскита галогенида свинца» 2020 Journal of Physical Chemistry Letters , 11 (13), стр. 4937-4944. DOI: 10.1021/acs.jpclett.0c01407.
      • Маттиотти, Ф., Куно, М., Боргонови, Ф., Янко, Б., Селардо, Г.Л. «Тепловая декогеренция сверхизлучения в сверхрешетках нанокристаллов галогенида свинца и перовскита» 2020 Nano Letters , 20 (10), стр. 7382 -7388. DOI: 10.1021/acs.

        Оставить комментарий

        Ваш адрес email не будет опубликован.

          CH 4 (г)   + 1/2 O 2       $\rightarrow$ СО(и) + 2 Н 2 (г)
      я  (давление) 100 кПа 80 кПа 0 0
        (деятельность) 1.00 0.80 0 0
                 
      C   -x -1/2x +x +2x
                 
      E   1. {1/2}}\]

      Таким образом, х = 0,9999999999999984.

      Так как только два знака. фиги действительны, нам пришлось бы округлить до 1,0 и от что мы должны были бы предположить, что все CH 4 были израсходованы (1 –  x = 0). Но мы знаем, что существует измеримая константа K, поэтому должно быть измеримое количество CH 4 в состоянии равновесия.

      Попробуем еще раз, сначала проведем предельный расчет реагента (в серый) посмотреть какой реагент израсходован, сколько другого осталось и сколько производится каждый продукт.В этом случае расчет предельных реагентов показало бы, что весь метан израсходован. Мы можем быстро разобраться в количество израсходованного кислорода и продуктов, созданных с использованием стехиометрии. Как только расчет предельных реагентов выполнен, мы можем составить таблицу ICE.

          CH 4 (г)   + 1/2 O 2 $\rightarrow$ CO(-и)   + 2 Н 2 (г)
         (давления)   100 кПа 80 кПа 0 0
        100% реакция Изменение   -100кПа -(100/2) кПа +100 кПа +1002 кПа
        (После лимитирующего реагента вычисл. )   0 30 кПа 100 кПа 200 кПа
                 
      я (преобразование в действия)   0 0,30 1,00 2,00
                 
      С   +1/2x -2x
                 
      Е   х 0.2}{х\раз\sqrt{0,30}}\]

      Здесь мы предполагаем, что 90 500 x 90 501 мало. В другими словами, мы предполагаем, что
      1,00–90 500 x 90 501 = 1,00 
      и
      2,00–2 90 500 x 90 501 = 2,00 
      и
      0,30 + 1/2 90 500 x 90 501 = 0,30.
      Таким образом, мы смогли упростить выражение.

      Получаем х = 1,610 -14 . Значение x как минимум на 13 порядков меньше, чем константы; очевидно, наше предположение о x является маленьким.

      Теперь мы умножаем на 100 кПа, чтобы преобразовать значения равновесной активности в давление, так что теперь мы можем сообщать количество (давление) всех химических веществ.

      p (CH 4 ) = 100 кПа 1,610 -14 = 1,610 -12 кПа.
      p (O 2 ) = 30 кПа
      p (CO 2 ) = 100 кПа
      p (H 2 ) знак равно 200 кПа.

      Вернуться к началу

      Химическая система, находящаяся в равновесии, имеет множество факторов, влияющих на положение то равновесие. Количество каждого из компонентов, температура, давление (особенно в газофазных реакциях), наличие радиации, и т.д. . Мы должны быть в состоянии проанализировать эти условия и определить, является ли одно из них изменило то, какое влияние это окажет на положение равновесия.

      Во всем этом путеводной звездой является Принцип Ле Штелье (LP).Это штаты:

      Если к системе, находящейся в равновесии, приложено изменение (напряжение), система настроить, чтобы попытаться уменьшить изменение .

      Рассмотрим снова процесс Габера для получения NH 3 . Опыт показывает, что давление и температура влияют на равновесие. Более высокое давление дает большее количество NH 3 и более высокие температуры. дают меньшие количества NH 3 при равновесии.глядя только на эти данные, можно подумать, что высокое давление, низкая температура – хороший набор условий для получения высоких выходов аммиака. К сожалению, при низких температурах скорость реакции медленнее. Должен быть достигнут баланс между термодинамическими требования к высокому выходу и кинетические требования для достижения результаты быстро.

      Кинетику мы рассмотрим позже. Мы сосредоточимся на термодинамических свойствах смеси в качестве примера.

      Эффект изменения концентрации

      Рассмотрим процесс Габера (3 H 2 + N 2 2 NH 3 ) в равновесии со следующими концентрациями:

      2 ] = 0,399 М , [H 2 ] = 1,197 M ,       [NH 3 ] = 0,202 М .

      Какой эффект произведет добавление N 2 в систему таким образом, что ее концентрация повышается (мгновенно) на 1.000 М .

      Из LP мы можем догадаться, что если добавление N 2 является изменением, то равновесие сместится, чтобы попытаться израсходовать часть дополнительных N 2 . То равновесие сместится вправо. Расчет Q подтвердит это количественно.

      Теперь мы можем рассчитать константу равновесия из равновесия концентрации. В данном случае мы просто делаем сравнение K с Q , поэтому мы просто проведем расчеты, используя концентрацию значения, а не пытаться преобразовать в действия. {-2}\]

      Очевидно, что Q c < K c и, следовательно, равновесие сместится вправо, чтобы произвести больше продукции (увеличив Q , пока оно снова не станет равным K ). Это как раз то, что предсказал LP качественно.

      Влияние изменения давления

      Есть три способа повлиять на изменение давления газовой реакции смесь.

      1. Добавление или удаление газообразного реагента или продукта.
      2. Добавить инертный газ (не участвует в реакции).
      3. Изменить объем контейнера.

      Первый вариант мы уже рассматривали выше.

      Второй не повлияет на реакцию в газовой фазе (согласно предположения, сделанные при выводе закона идеального газа). Поскольку парциальные давления (или концентрации) отдельных газовых компонентов реакции не изменяются, инертный газ не изменит равновесия.

      При изменении объема контейнера отдельные значения давления изменятся (и их концентрации тоже). отзыв n i /V = P i /RT . Если n i постоянна, то при изменении объема V концентрация ( n i /V ) изменится, и так будет P i .

      Качественно мы можем использовать ЛП для предсказания влияния на равновесие, если мы слово исходное определение слегка.

      Если изменение давления применяется к газовой системе в равновесии система будет приспосабливаться, чтобы попытаться уменьшить изменение давления .

      Снова рассмотрим процесс Габера (3 H 2 + N 2 2NH 3 ). Мы видим, что в со стороны реагента и два моля молекул газа со стороны продукта (все они газы).Таким образом, если равновесие сместится вправо, давление упадет и если он сместится вправо, давление возрастет.

      Теперь рассмотрим систему, находящуюся в равновесии (при некотором равновесном давлении = сумме все парциальные давления). Если мы сожмем сосуд так, чтобы увеличить давления (каждого парциального давления) мы изменим равновесие. LP предсказывает что равновесие сместится вправо, чтобы уменьшить дополнительное давление. То новое равновесие будет достигнуто при наличии большего количества продуктов, чем раньше.


      Упражнение:

      Что произойдет со следующими реакциями, если давление увеличить (на уменьшение громкости).

      1. P 4 (с) + 6 Cl 2 (г) 4 PCl 3 ( л ) [ответ1]
      2. PCl 3 (г) + Cl 2 (г) PCl 5 (г) [ответ2]
      3. PCl 3 (г) + 3 NH 3 (г) P(NH 2 ) 3 (г) + 3 HCl (г) [ответ3]

      Влияние изменения температуры

      Обсуждаемые до сих пор изменения изменили положение равновесия, но не повлияло на саму константу равновесия.Изменения температуры будут почти всегда вызывают изменение константы равновесия. Думать об этом используя ЛП, нужно помнить, что все реакции связаны с разрывом связей (поглощение энергии) и/или образование новых (выделение энергии). Это чрезвычайно редко можно найти химическую реакцию, в которой поглощаемая энергия точно равна выделяемой энергии. В общем можно предположить, что есть всегда некоторое чистое изменение энергии, связанное с химической реакцией.Мы должны рассматривайте это чистое изменение как реагент или продукт для использования LP.

      Снова рассмотрим процесс Габера, но на этот раз обратите внимание, что энергия высвобождается в процессе (экзотермический).

      3 H 2 (г) + N 2 (г) 2 NH 3 (г) + энергия.

      Теперь с помощью LP легко предсказать, что если температура (кинетическая энергия) системы увеличивается, равновесие сместится влево, чтобы попытаться использовать до избыточной энергии.Поскольку больше ничего не изменилось, новое равновесие положение будет иметь другую константу равновесия, чем старая. Поскольку в новом равновесии продуктов меньше, чем в старом, новая константа K будет равна меньше, чем старый (с ростом T K падает).

      Температура (К) К
      500 90
      600 3
      700 0.3
      800 0,04

       Реакция, которая потребляет энергию (эндотермическая), будет иметь противоположное эффект.

      энергия + CaCO 3 (с) CaO(т) + CO 2 (г)

      Если система изначально при температуре T 1 с константа равновесия ( К 1 ) нагревается до Тл 2 добавляя энергию, реакция сдвинется вправо (чтобы израсходовать часть дополнительной энергии), установив новое равновесие с новым K 2 > К 1 .

      Мы можем представить эту температурную зависимость K с помощью уравнения Вант Уравнение Хоффа. Далее в этом курсе будет дан строгий вывод этого уравнения.

      \[ln\left(\frac{K_2}{K_1}\right)=\frac{-\Delta H}{R}\left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\ правильно)\]


      Пример:

      Константа равновесия процесса Габера

      3/2 Н 2 + 1/2 Н 2 NH 3

      — это 668 при 300 К и 6.04 при 400 К. Что в среднем энтальпия реакции процесса в этом интервале температур?

      \[ln\left(\frac{668}{6.04}\right)=\frac{-\Delta H}{8.3145}\left(\frac{1}{300}-\frac{1}{400}\ правильно)\]

      Г В = -47 кДж/моль.

      Подыскивая значение D H при 298,15 К, находим -46,11 кДж/моль, допустимо близко к нашему расчетному среднему значению.

      Вернуться к началу

      До этого момента мы всегда использовали приближения идеального газа, когда обсуждение констант равновесия и т. {набл.})} \]

      Поскольку наблюдаемое давление отклоняется от идеального давления заметно при высоком давлении это расчетное значение будет в некоторой ошибке, и ошибка будет увеличиваться по мере увеличения давления.См. таблицу ниже для набора давлений и наблюдаемых констант равновесия, чтобы проиллюстрировать эта точка.

      Общее давление (атм) К р обс (атм -2 )
      10 4.410 -5
      50 4.610 -5
      100 5.210 -5
      300 7.710 -5
      600 1. 710 -4
      1000 5.310 -4

      Мы можем исправить эту ошибку, используя более полное определение для виды деятельности. Это не будет обсуждаться здесь, на первом курсе химии. Ты увидит обсуждения на эту тему, если вы сдаете курс физической химии в старших классах курсы позже в вашей карьере.

      Вернуться к началу


      Майкл Дж. Момбуркетт.

      Авторское право © 1998
      Отредактировано: 15 января 2018 г. 90 980

      Константы равновесия K и температурная химия. Учебное пособие

      Ключевые понятия

      • K — это символ константы равновесия химической реакции. 1

        Для общей реакции:

        реагентов ⇋ продуктов     ΔH = ? кДж моль -1

        K c можно представить как:

        К с = [продукты]
        [реактивы]
      • Значение константы равновесия K для данной реакции зависит от температуры.
      • Если ΔH положительный, реакция эндотермическая, то:
        (а) К увеличивается с повышением температуры

        (b) K уменьшается с понижением температуры

      • Если ΔH отрицательно, реакция экзотермическая, тогда:
        (а) K уменьшается с повышением температуры

        (б) К увеличивается с понижением температуры

      Пожалуйста, не блокируйте рекламу на этом сайте.
      Нет рекламы = нет денег для нас = нет бесплатных вещей для вас!

      Введение

      Представьте себе реакцию, в которой газообразные реагенты А (г) и В (г) реагируют в герметичном сосуде с образованием газообразных продуктов С (г) при постоянной температуре.
      Результатом является равновесная реакция, которую можно представить следующим химическим уравнением:

      реагенты товаров
      А (ж) + В (ж) С (г)

      Выражение действующих масс для этой реакции:

      Q =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]

      В равновесии значение массового выражения является константой, т. е.

      Q = константа

      , и эта константа известна как константа равновесия и обозначается символом K, поэтому в состоянии равновесия:
      Q =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]
      = константа = К

      При постоянной температуре равновесные концентрации А (г) , В (г) и С (г) не меняются, поскольку скорость прямой реакции такая же, как и скорость обратной. реакция.

      Влияние нагрева на значение константы равновесия, K

      Что произойдет, если мы нагреем реакционную смесь после того, как она достигнет равновесия?

      Помните, что сами химические реакции либо поглощают энергию (эндотермические реакции), либо выделяют энергию (экзотермические реакции).

      Если наша реакция эндотермическая, она поглощает энергию, поэтому энергию (энтальпию, ΔH) можно рассматривать как реагент в уравнении химического равновесия:

      реагенты товаров
      А (г) + В (г) + ΔH С (г)

      Когда равновесная смесь нагревается, по принципу Ле Шателье положение равновесия сместится вправо, чтобы поглотить часть дополнительного тепла.

      Это означает, что, когда реакционная смесь снова достигнет равновесия, концентрация каждого реагента уменьшится на величину x , а концентрация продукта увеличится на величину x .

      Мы можем обобщить эти изменения в концентрации каждого вида в R.I.C.E. (или I.C.E.), как показано ниже:

        реагентов товаров
      R действие: А (г) + В (г) + ΔН С (г)
      I начальная концентрация:
      (до нагревания)
      (г) ]   (г) ]     (г) ]
      C изменение концентрации:
      (нагрев до новой температуры)
      х   х     + х
      E равновесная концентрация:
      (при новой более высокой температуре)
      (г) ] – x   (ж) ] – х     (г) ] + х

      Сравним относительные значения константы равновесия до и после нагрева реакционной смеси:

        Перед нагревом После нагрева
      Константы равновесия:
      К =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]
      К’ =     [C (g) ] + x    
      ([A (g) ] – x )([B (g) 7

      6 ] – 1

      Мы видим, что K’ будет больше, чем K, потому что:

      • значение числителя увеличилось (с [C (g) ] до [C (g) ] + x )
      • , а значение знаменателя уменьшилось (от [A (g) ][B (g) ] до {([A (g) ] – x )([B (g) ] – х )}
      • и большее число, разделенное на меньшее число, дает большее число

      Если реакция эндотермическая, значение константы равновесия увеличивается при нагревании реакционной смеси.

      Эндотермическая реакция: повышение температуры увеличивает значение K

      Сравните, что происходит со значением константы равновесия при нагревании экзотермической реакции.

      Экзотермическая реакция высвобождает энергию, поэтому энергию (энтальпию, ΔH) можно рассматривать как произведение уравнения химического равновесия:

      реагенты товаров
      А (ж) + В (ж) С (г) + ΔH

      Когда равновесная смесь нагревается, в соответствии с принципом Ле Шателье положение равновесия сместится влево, чтобы поглотить часть дополнительного тепла.

      Это означает, что когда реакционная смесь снова достигнет равновесия, концентрация каждого реагента увеличится на величину x , а концентрация продукта уменьшится на величину x .
      Мы можем представить эти изменения в R.I. C.E. Таблица, как показано ниже:

        реагенты товаров
      R действие: А (г) + В (г) С (г) + ΔН
      I начальная концентрация:
      (до нагревания)
      (г) ]   (г) ]   (г) ]  
      C изменение концентрации:
      (нагрев до новой температуры)
      + х   + х   х  
      E равновесная концентрация:
      (при новой более высокой температуре)
      (г) ] + х   (г) ] + х   [C (г) ] – x  

      Сравним относительные значения константы равновесия до и после нагрева реакционной смеси:

        Перед нагревом После нагрева
      Константы равновесия:
      К =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]
      К’ =     [C (g) ] – x    
      ([A (g) ] + x )([B (g) 7

      6 ] + 0 1)

      Мы видим, что K’ будет меньшим числом, чем K, потому что:

      • значение числителя уменьшилось с [C (g) ] до ([C (g) ] – x )
      • , а значение знаменателя увеличилось с [A (g) ][B (g) ] до {([A (g) ] + x )([B (g) ] + x )}
      • и меньшее число, разделенное на большее число, дает меньшее число

      Если реакция экзотермическая, значение константы равновесия уменьшается при нагревании реакционной смеси.

      Экзотермическая реакция: повышение температуры снижает значение K

      Влияние охлаждения на значение константы равновесия, K

      Если наша реакция эндотермическая, она поглощает энергию, поэтому энергию (энтальпию, ΔH) можно рассматривать как реагент в уравнении химического равновесия:

      реагенты товаров
      А (г) + В (г) + ΔH С (г)

      Когда равновесная смесь охлаждается, то есть отводится тепло, по принципу Ле Шателье положение равновесия сместится влево, что приведет к дополнительному выделению тепла.

      Это означает, что когда реакционная смесь снова достигнет равновесия, концентрация каждого реагента увеличится на величину x , а концентрация продукта уменьшится на величину x .

      Мы можем обобщить эти изменения в концентрации каждого вида в R. I.C.E. (или I.C.E.), как показано ниже:

        реагентов товаров
      R действие: А (г) + В (г) + ΔН С (г)
      I начальная концентрация:
      (до охлаждения)
      (г) ]   (г) ]     (г) ]
      C изменение концентрации:
      (охлажденное до новой температуры)
      + х   + х     х
      E равновесная концентрация:
      (при новой более низкой температуре)
      (г) ] + х   (г) ] + х     [C (г) ] – x

      Сравним относительные значения константы равновесия до и после охлаждения реакционной смеси:

        Перед охлаждением После охлаждения
      Константы равновесия:
      К =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]
      К’ =     [C (g) ] – x    
      ([A (g) ] + x )([B (g) 7

      6 ] + 0 1)

      Мы видим, что K’ будет меньшим числом, чем K, потому что:

      • значение числителя уменьшилось с [C (g) ] до ([C (g) ] – x )
      • , а значение знаменателя увеличилось с [A (g) ][B (g) ] до {([A (g) ] + x )([B (g) ] + x )}
      • и меньшее число, разделенное на большее число, дает меньшее число

      Если реакция эндотермическая, значение константы равновесия уменьшается при охлаждении реакционной смеси.

      Эндотермическая реакция: при понижении температуры снижается значение K

      Если наша реакция экзотермическая, она высвобождает энергию, поэтому энергию (энтальпию, ΔH) можно рассматривать как произведение в уравнении химического равновесия:

      реагенты товаров
      А (ж) + В (ж) С (г) + ΔH

      Когда равновесная смесь охлаждается, то есть отводится тепло, по принципу Ле Шателье положение равновесия сместится вправо, что приведет к дополнительному выделению тепла.

      Это означает, что, когда реакционная смесь снова достигнет равновесия, концентрация каждого реагента уменьшится на величину x , а концентрация продукта увеличится на величину x .

      Мы можем обобщить эти изменения в концентрации каждого вида в R.I.C.E. (или I.C.E.), как показано ниже:

        реагенты товаров
      R действие: А (г) + В (г) С (г) + ΔН
      I начальная концентрация:
      (до охлаждения)
      (г) ]   (г) ]   (г) ]  
      C изменение концентрации:
      (охлажденное до новой температуры)
      х   х   + х  
      E равновесная концентрация:
      (при новой более низкой температуре)
      (г) ] – x   (ж) ] – х   (г) ] + х  

      Сравним относительные значения константы равновесия до и после охлаждения реакционной смеси:

        Перед охлаждением После охлаждения
      Константы равновесия:
      К =     [C (g) ]    
      [A (g) ][B (g) ]
      К’ =     [C (g) ] + x    
      ([A (g) ] – x )([B (g) 7

      6 ] – 1

      Мы видим, что K’ будет больше, чем K, потому что:

      • значение числителя увеличилось (с [C (g) ] до [C (g) ] + x )
      • и значение знаменателя уменьшилось (от [A (g) ][B (g)] до {[A (g)] – x }{[B (g) ] – x })
      • и большее число, разделенное на меньшее число, дает большее число

      Если реакция экзотермическая, значение константы равновесия увеличивается при охлаждении реакционной смеси.

      Экзотермическая реакция: при понижении температуры значение K увеличивается

      Рабочий пример: прогнозирование значения константы равновесия K при другой температуре

      Вопрос: Разложение N 2 O 4(g) с образованием NO 2(g) представляет собой эндотермическую химическую реакцию, которая может быть представлена ​​следующим химическим уравнением:

      Н 2 О 4(г) ⇋ 2НО 2(г)

      При 25°C значение константы равновесия K c равно 4.7 × 10 -3 .

      Предскажите, будет ли константа равновесия этой реакции при 100°C больше, меньше или равна 4,7 × 10 -3 .

      Решение: (на основе подхода StoPGoPS к решению проблем)

      СТОП СТОП! Сформулируйте вопрос.
        Какой вопрос просит вас сделать?

      Для 100 o C решить, следует ли

              K c > 4. 7 × 10 -3

          или K c < 4,7 × 10 -3

          или K c = 4,7 × 10

      -4

      6
      ПАУЗА ПАУЗА для подготовки плана игры
       
      1. Какие данные вам предоставили?

        Реакция называется эндотермической, поэтому:

        N 2 O 4(г) + ΔH ⇋ 2NO 2(г)

        При 25°С К с = 4.7 × 10 -3

      2. Какая связь между тем, что вам дали, и тем, что вам нужно найти?

        Эндотермическая реакция: K увеличивается с повышением температуры.

      GO GO с планом игры
        Определение относительного значения для K c при 100 o C

      Температура повысилась: 100°C выше температуры 25°C

      Следовательно, K c для этой эндотермической реакции будет увеличиваться.

      K c при 100°C будет больше, чем K c при 25°C

      При 100°C, K c > 4,7 × 10 -3

      ПАУЗА ПАУЗА для обдумывания правдоподобия
        Ваш ответ правдоподобен?
        реагенты товаров К с
      R действие: Н 2 О 4(г) + ΔН 2НО 2(г)  
      I начальная концентрация:
      (до нагревания)
      2 О 4(г) ]     [№ 2(г) ]
      C изменение концентрации:
      (нагрев до новой температуры)
      х     + 2x  
      E равновесная концентрация:
      (при новой более высокой температуре)
      [N 2 O 4(g) ] – x     [№ 2(г) ] + 2x
      К’ = ([№ 2 ]+ 2x ) 2
      ([N 2 O 4 ]- x

      )

      K’ будет больше, чем K, потому что:

      • значение числителя увеличилось с [NO 2 ] 2 до ([NO 2 ]+ 2x ) 2
      • , а значение знаменателя уменьшилось с [N 2 O 4 ] до ([N 2 O 4 ]- x )
      • и большее число, разделенное на меньшее число, даст большее число

      K’ будет больше 4. 7 × 10 -3 , поэтому наш ответ правдоподобен.

      СТОП СТОП! Сформулируйте решение
        Укажите свое решение проблемы.

      Значение константы равновесия будет больше 4,7 × 10 -3 при 100°C.

      Рабочий пример: использование значений констант равновесия при различных температурах для прогнозирования относительного значения ΔH

      Вопрос: Рассмотрим синтез I 3 (водн.) из реагентов I 2 (водн.) и I (водн.) , как показано следующим химическим уравнением:

      I 2(водн.) + I (водн.) ⇋ I 3 (водн.)

      Реакцию проводили при различных температурах, и для каждой температуры рассчитывали константу равновесия K c , как показано в таблице ниже:

      Температура
      / °C
      К с
      0 1360
      25 723
      50 370
      100 190

      Является ли эта реакция экзотермической или эндотермической?

      Решение: (на основе подхода StoPGoPS к решению проблем)

      СТОП СТОП! Сформулируйте вопрос.
        Какой вопрос просит вас сделать?

      Укажите, является ли реакция либо
      (а) экзотермический
          или
       (b) эндотермический

      ПАУЗА ПАУЗА для подготовки плана игры
       
      1. Какие данные вам предоставили?

        Реакция: I 2(водн.) + I (водн.) ⇋ I 3 (водн.)

        Вариант K c с температурой
        Температура
        / или C
        К с
        0 1360
        25 723
        50 370
        100 190
      2. Какая связь между тем, что вам дали, и тем, что вам нужно найти?

        Эндотермическая реакция: K c увеличивается с повышением температуры

        Экзотермическая реакция: K c уменьшается при повышении температуры

      GO GO с планом игры
        Определите, является ли реакция экзотермической или эндотермической

      Из данных таблицы при повышении температуры от 0°С до 100°С значение К с уменьшается с 1360 до 190.

      При повышении температуры K c уменьшается.

      Эта реакция экзотермическая.

      ПАУЗА ПАУЗА для обдумывания правдоподобия
        Ваш ответ правдоподобен?

      Предположим, что реакция экзотермическая, и предскажите влияние повышения температуры на значение K c

        реагенты товаров К с
      R действие: I 2(водн.) + I (водный) I 3 (водный) + ΔН  
      I начальная концентрация:
      (до нагревания)
      [I 2(водн.) ]   [I (водный) ]   [I 3 (водный) ]  
      К =     [I 3 (водн. ) ]    
      [I 2 (водн.) ][I

      9 (водн.) 9 946 ]
      C изменение концентрации:
      (нагрев до новой температуры)
      + х   + х   х    
      E равновесная концентрация:
      (при новой более высокой температуре)
      [I 2(водн.) ] + x   [I (водный) ] + x   [I 3 (водный) ] – x  
      К’ = ([I 3 (AQ) ] – x ) x )
      {([I 2 (AQ) ] + x ) ([I (AQ) ] + x )}

      Мы видим, что K’ будет меньшим числом, чем K, потому что:

      • значение числителя уменьшилось с [I 3 (водн. ) ] до [I 3 (водн.) ] – x x
      • , а значение знаменателя увеличилось с [I 2(водн.) ][I (водн.) ] до ([I 2(водн.) ] + x )([I (водный) ] + x )
      • и меньшее число, разделенное на большее число, дает меньшее число

      Для экзотермической реакции значение константы равновесия уменьшается при повышении температуры, что мы и видели в данных вопроса, поэтому мы уверены, что ответ правильный.

      СТОП СТОП! Сформулируйте решение
        Укажите свое решение проблемы.

      I 2(водн.) + I (водн.) ⇋ I 3 (водн.) является экзотермической реакцией.


      1. Хотя это обсуждение будет касаться K c , та же логика может быть применена к K P , по этой причине мы использовали K , а не K c для обобщений относительно степени реакции и величины константы равновесия. .

      Грегори К. Фристад | кафедра химии | Колледж свободных искусств и наук

    27. Ли, М.; Банерджи, К.; Фристад, Г.К. «Диастереоконтроль радикального добавления к бета-бензилоксигидразонам: пересмотренный подход к тубувалину и синтезу бензилового эфира O-бензилтубулизина V».” J. Org. хим. 2021 , 86 , 15139-15152. DOI 10.1021/acs.joc.1c01798

    28. Каллен, С. Т. Дж.; Фристад, Г.К. «Синтез хиральных аминов путем образования связи C – C с фотоокислительно-восстановительным катализом». Синтез 2021 , 53 , 2319-2341. PDF: doi.org/10.1055/a-1396-8343

    29. Ли, М.; Гофф, Л.; Фристад, Г.К. «Ароматические N-гетероциклы в Mn-опосредованном радикальном присоединении к N -ацилгидразонам. Буквы тетраэдра 2020 , 61 , 152058. PDF: doi.org/10.1016/j.tetlet.2020.152058

    30. Фридрих; Р. М.; Фристад, Г.К. «Вдохновение тетрафибрицином и родственными поликетидами: новые методы и стратегии синтеза 1,5-полиола». Отчеты о натуральных продуктах 2020 , 37 , PDF: doi.org/10.1039/C9NP00070D

    31. Каллен, С. Т. Дж.; Friestad, GK «Присоединение алкильных радикалов к алифатическим и ароматическим N-ацилгидразонам с использованием органического фотоокислительно-восстановительного катализатора. Organic Letters 2019 , 21 , 8290-8294. PDF: doi 10.1021/acs.orglett.9b03053.

    32. Фридрих, Р. М.; Белл, JQ; Гарсия, А .; Шен, З .; Фристад, Г.К. «Единая стратегия для 1,5,9- и 1,5,7-триолов посредством синтеза 1,5-полиола с кодированием конфигурации: получение и связывание фрагментов тетрафибрицина C15–C25 и C26–C40». Журнал органической химии 2018 , 83 , 13650-13669. (Избранная статья)  PDF: doi.org/10.1021/acs.joc.8b02034

    33. Фридрих, Р. М.; Шринилаям, Г.; Хакбарт, Дж.; Фристад, Г.К. «Единая стратегия для 1,5,9- и 1,5,7-триолов с помощью синтеза 1,5-полиола с кодировкой конфигурации: энантиоселективное получение гамма-сульфонил-альфа-силилоксиальдегидов и итеративное связывание Джулии-Коциенского». Журнал органической химии 2018 , 83 , 13636-13649. (Избранная статья) PDF: doi.org/10.1021/acs.joc.8b02033

    34. Ибрагим, С.РС.; Банерджи, К.; Слейтер, К.А.; Фристад, Г.К. «Путь окисления Тамао-Флеминга до дипептидов, несущих N, O-ацетальную функциональность». Буквы тетраэдра 2017 , 58 , 4864-4866. PDF: doi.org/10.1016/j.tetlet.2017.11.036

    35. Фридрих, Р. М.; Фристад, Г.К. «Доступ к антисин-1,5,7-триолу путем синтеза 1,5-полиола с кодированием конфигурации: фрагмент тетрафибрицина C15–C25». Европейский журнал органической химии 2017 , 1961-1964.PDF: doi.org/10.1002/ejoc.201700373

    36. Фристад; Г. К.; Банерджи, К.; Мари, Ж.-К.; Мали, Ю.; Яо, Л. «Стереоселективный доступ к тубуфенилаланину и тубувалину: улучшенные Mn-опосредованные радикальные добавки и сборка аналога тетрапептида тубулизина» Journal of Antibiotics 2016 , 69 , 294-298. PDF: doi.org/10.1038/ja.2016.7

    37. Слейтер, К. А.; Фристад, Г.К. «Mn-опосредованные радикально-ионные аннеляции хиральных N-ацилгидразонов». Журнал органической химии 2015 , 80 , 6432-6440. PDF: doi.org/10.1021/acs.joc.5b00863

    38. Friestad, GK «Контроль асимметрии в подходе радикального добавления к хиральному синтезу амина» в разделе Topics In Current Chemistry: Stereoselective Formation of Amines ; Ли, В .; Чжан, X., ред.; Springer-Verlag: Берлин, 2014, том. 343, стр. 1-32.

    39. Сюй, Х.; Фристад, Г.К.; Яо, Л. «Последние достижения в синтезе тубулизинов» мини-обзоров по медицинской химии 2013 , 13 , 1572-1578.PDF: doi.org/10.2174/138955751131399

    40. Фристад, Г.К.; Шринилаям, Г.; Каннистра, JC; Сломински, Л. М. «Получение эпоксидов сложных эфиров енола и их раскрытие цикла до альфа-силилоксиальдегидов». Буквы тетраэдра 2012 , 53 , 5064-5067. PDF: doi.org/10.1016/j.tetlet.2012.06.142

    41. Фристад, Г.К.; Джи, А .; Балтрусайтис, Дж.; Корапала, К.С.; Цинь, Дж. Объем стереоселективного Mn-опосредованного радикального присоединения к хиральным гидразонам и применение в формальном синтезе хинина. Журнал органической химии 2012 , 77 , 3159-3180. PDF: doi.org/10.1021/jo2026349

    42. Friestad, GK «Асимметричное радикальное добавление к хиральным гидразонам». В темах современной химии: радикалы в синтезе III ; Ганзауэр А.; Генрих, М., ред., Springer-Verlag: Berlin, 2012, vol. 320, стр. 61-92

    43. Friestad, GK «Радикальные реакции, опосредованные органическим марганцем». В Химия марганцевоорганических соединений ; Марек, И.; Раппопорт, З., ред.; Wiley: Чичестер, Соединенное Королевство, 2011 г., стр. 559–584. [PDF]

    44. Фристад, Г.К.; Джи, А .; Корапала, К.С.; Цинь, Дж. «Межмолекулярное радикальное добавление к N-ацилгидразонам как стратегия стереоконтроля для синтеза алкалоидов: формальный синтез хинина». Органическая и биомолекулярная химия 2011 , 4039-4043. [PDF]

    45. Фристад, Г.К.; Сринилаям, Г. «1,5-полиолы: сложные мотивы для конфигурационного назначения и синтеза».” Чистая и прикладная химия 2011 , 83 , 461-478. [PDF]

    46. Фристад, Г.К.; Сринилаям, Г. Универсальная стратегия кодирования конфигурации для быстрого синтеза стереоизомеров 1,5-полиола. Органические письма 2010 , 12 , 5016-5019.

    47. Фристад, Г.К.; Lee, HJ «Транс-2,5-дизамещенные тетрагидрофураны посредством добавления углеродных нуклеофилов к напряженному бициклическому ацеталю 2,7-диоксабицикло[2.2.1] гептан».

    48. Фристад, Г.К.; Банерджи, К. «Синтез гамма-аминоэфиров посредством Mn-опосредованного радикального присоединения к хиральным гамма-гидразоноэфирам». Органические письма 2009 , 11 , 1095-1098.

    49. Фристад, Г. К.; Ву, Ю. «Межмолекулярное невосстановительное алкилирование енамидов посредством радикально-полярного кроссовера». Органические письма 2009 , 11 , 819-822.

    50. Friestad, GK «Реакция ацеталей с металлоорганическими реагентами». в Science of Synthesis, Vol. 40а: Соединения с одной насыщенной связью углерод-гетероатом: амины и соли аммония , Enders, D.; Шауманн, Э., ред.; Тиме: Штутгарт, Германия, 2009 г., стр. 91-110.

    51. Friestad, GK «Добавление карбанионов к азометинам». в Science of Synthesis, Vol. 40a: Соединения с одной насыщенной связью углерод-гетероатом: амины и соли аммония , Enders, D.; Шауманн, Э., ред.; Тиме: Штутгарт, Германия, 2009 г., стр. 305-342.

    52. Фристад, Г.К.; Цзян, Т .; Фиорони, Г. М. «Стереоконтроль в радикальных эквивалентах Манниха для синтеза аминосахаров: галоацеталь и 2-(фенилтио) винилсвязанные радикальные добавки к альфа-гидроксигидразонам». Тетраэдр 2008 , 64 , 11549-11557.

    53. Фристад, Г.К.; Джи, А. Mn-опосредованное связывание алкилйодидов и кетиминов: путь радикального добавления к альфа, альфа-дизамещенным альфа-аминоэфирам. Органические письма , 2008 , 10 , 2311-2313.

    54. Корапала, К. С.; Цинь, Дж .; Фристад, Г.К. «Исследования синтеза хинина: радикально-ионное аннелирование посредством Mn-опосредованного добавления к хиральным N-ацилгидразонам» Organic Letters 2007 , 9 , 4246-4249.

    55. Фристад, Г.К.; Мэтиес, А.К. «Влияние замещения альфа-алкокси и конформационных ограничений на 6-экзорадикальные циклизации гидразонов посредством обратимых тиильных и станнильных добавок».” Тетраэдр 2007 , 63 , 9373-9381. (Исправление: Тетраэдр 2007 , 90 90,