Это хлорофилл. С его помощью растительность обретает соответствующий цвет. Еще в школе учат детей, что это вещество занимает важную роль в процессе фотосинтеза. Таким образом, растения не смогут существовать без него.
Но в последнее время считается, что этот пигмент можно использовать для здоровья человека. Существует информация, что продается в аптеке, приобретение его не составляет большого труда. Считается, что он сможет помочь в лечении многих болезней. Но обладает ли на самом деле это вещество целительными свойствами?
Уже говорилось, что хлорофилл - зеленый пигмент растения, придающий ему соответствующую окраску. Это важный элемент в жизнедеятельности растительности, требующийся для фотосинтеза. Хлорофилл имеет особый химический состав: атом магния окружают атомы азота, водорода, углерода и кислорода.
Почти сотню лет назад Ханс Фишер сделал удивительное открытие. Он заметил, что имеют сходство химические структуры хлорофилла и гемоглобина. Отличие состоит в том, что вместо магния гемоглобин содержит железо. Из-за этого пигмент хлорофилл начали называть кровью растений. Многих ученых заинтересовало это вещество, они начали его исследовать. Некоторым захотелось использовать его в медицине.
Зеленый пигмент растения на сегодня применяют в качестве пищевой добавки. Она больше известна как Е-140. С ее помощью заменяют красители, которые используют для Производным хлорофилла является тринатриевая соль. Ее используют в промышленности пищевых продуктов в качестве красителя, названа она Е-141.
Не могли ученые на то, что структура гемоглобина так похожа на хлорофилл. Из-за этого его применяют не только для пищевых добавок. На сегодняшний день выпускается экстракт зеленого пигмента. Его называют жидкий хлорофилл и применяют в медицине в качестве целительного средства. Но полезен ли он на самом деле?
На сегодня привлекает интерес к себе жидкий хлорофилл. Растение содержит зеленый пигмент, который используется для этой биологической добавки. Средство привлекло людей, желающих поправить здоровье. Производитель, который его выпускает, считает, что препарат благотворно влияет на организм, так как строение пигмента очень схоже с гемоглобином.
Покупателям рассказывается информация, что жидкий хлорофилл имеет такие свойства:
Эта пищевая добавка представлена как происхождения, который способен оказать чрезвычайное лечебное воздействие. С его помощью можно лечить болезни, а также заниматься профилактикой. Но что думают об этом специалисты?
Мнения врачей разделились:
Однозначного мнения не существует. Из-за этого каждый человек самостоятельно решает, нужно ли ему это средство. Но, кроме этого, зеленый пигмент растения нужен для очищения воздуха, что важно для жизни человека.
Одно точно известно, что помочь насытить воздух кислородом может хлорофилл. Фотосинтез - сложный процесс, где участвуют растения, энергия солнца. Происходит химическая реакция, с помощью которой из углекислого газа появляется кислород. Только этот процесс жизнедеятельности всего на планете использует энергию солнца.
Улавливают солнечный свет фотоавтотрофы. Такой процесс происходит в растениях, в некоторых водорослях и одноклеточных. Несмотря на то что фотосинтез осуществляют низшие жизненные сущности, половина работы выпадает на растения.
Наземные представители растительности получают воду через корни, которая необходима для данного процесса. На поверхности листьев есть небольшие отверстия, через которых поступает углекислота. В процессе всего этого освобождается кислород. Без хлорофилла этот процесс невозможен, так как именно этот зеленый пигмент растения поглощает солнечную энергию.
Хотя существует и бесхлорофилльный фотосинтез. Он был замечен у солелюбивых бактерий, вмещающих светочувствительный фиолетовый пигмент. Последний способен поглощать свет. Но это единичный случай. В основном участие принимает хлорофилл.
Зеленый пигмент начали плотно изучать в науке. Было доказано, что жидкий хлорофилл способствует регенерации клеток. Но сделать мощный антибиотик все-таки не удалось, поэтому отдавалось предпочтение таблеткам.
Но большого прогресса достигли исследования в стоматологии. Заинтересовавшись целебными свойствами хлорофилла, его изучали, заметили положительное влияние на ротовую полость. Роберт Нар изобрел программу, с помощью которой можно было бороться с кариесом. Была выпущена зубная паста, в составе которой был хлорофилл. Как известно, этот зеленый пигмент активно участвует в фотосинтезе, с помощью которого производится кислород. А это мощный агент, устраняющий бактерии, в том числе и те, которые провоцируют кариес. Из-за этого паста заслужила признание, так как показала отличный результат.
Также были положительными исследования, с помощью которых выявилось, что пигмент борется с панкреатитом, если принимать его внутрь.
Итак, хлорофилл играет важную роль в жизни не только растений, а и всех людей. С его помощью происходит фотосинтез, выделяется кислород, необходимый человеку. Также жидкий хлорофилл начали применять в медицине. Многие исследования показали высокий результат.
Важнейшую роль в процессе фотосинтеза играют зеленые пигменты - хлорофиллы. Французские ученые П.Ж. Пелетье и Ж. Кавенту (1818) выделили из листьев зеленое вещество и назвали его хлорофиллом (от греч. «хлорос» - зеленый и «филлон» - лист). В настоящее время известно около десяти хлорофиллов. Они отличаются по химическому строению, окраске, распространению среди живых организмов. У всех высших растений содержатся хлорофиллы а и b. Хлорофилл с обнаружен в диатомовых водорослях, хлорофилл d - в красных водорослях. Кроме того, известны четыре бактериохлорофилла (a, b, c и d), содержащиеся в клетках фотосинтезирующих бактерий. В клетках зеленых бактерий имеются бактериохлорофиллы с и d, в клетках пурпурных бактерий - бактериохлорофиллы а и b.
Основными пигментами , без которых фотосинтез не идет, являются хлорофилл а для зеленых растений и бактериохлорофиллы для бактерий . Впервые точное представление о пигментах зеленого листа высших растений было получено благодаря работам крупнейшего русского ботаника М.С. Цвета (1872-1919). Он разработал новый хроматографический метод разделения веществ и выделил пигменты листа в чистом виде. Хроматографический метод разделения веществ основан на их различной способности к адсорбции. Метод этот получил широкое применение. М.С. Цвет пропускал вытяжку из листа через стеклянную трубку, заполненную порошком - мелом или сахарозой (хроматографическую колонку). Отдельные компоненты смеси пигментов различались по степени адсорбируемости и передвигались с разной скоростью, в результате чего они концентрировались в разных зонах колонки. Разделяя колонку на отдельные части (зоны) и используя соответствующую систему растворителей, можно было выделить каждый пигмент. Оказалось, что листья высших растений содержат хлорофилл а и хлорофилл b, а также каротиноиды (каротин, ксантофилл и др.). Хлорофиллы, так же как и каротиноиды, нерастворимы в воде, но хорошо растворимы в органических растворителях. Хлорофиллы а и b различаются по цвету: хлорофилл а имеет сине-зеленый оттенок, а хлорофилл - желто-зеленый. Содержание хлорофилла а в листе примерно в три раза больше по сравнению с хлорофиллом b.
По химическому строению хлорофиллы - сложные эфиры дикарбоновой органической кислоты - хлорофиллина и двух остатков спиртов - фитола и метилового. Эмпирическая формула - C55H7205N4Mg. Хлорофиллин представляет собой азотсодержащее металлорганическое соединение, относящееся к магнийпорфиринам.
В хлорофилле водород карбоксильных групп замещен остатками двух спирит - метилового СН3ОН и фитола С20Н39ОН, поэтому хлорофилл является сложным эфиром.
Хлорофилл b отличается от хлорофилла а тем, что содержит на два атома водорода меньше и на один атом кислорода больше (вместо группы СН3 группа СНО). В связи с этим молекулярная масса хлорофилла а - 893 и хлорофилла b - 907. В центре молекулы хлорофилла расположен атом магния, который соединен четырьмя атомами азота пиррольных группировок. В пиррольных группировках хлорофилла имеется система чередующихся двойных и простых связей. Это N есть хромофорная группа хлорофилла , обусловливающая поглощение определённых лучей солнечного спектра и его окраску. Диаметр порфиринового ядра составляет 10 нм, а длина фитольного остатка - 2 нм. Расстояние между атомами азота пиррольных группировок в ядре хлорофилл составляет 0,25 нм. Интересно, что диаметр атома магния равен 0,24 нм. Таким образом, магний почти полностью заполняет пространство между атомами азота пиррольных группировок. Это придает ядру молекулы хлорофилла дополнительную прочность.
Одной из специфических черт строения хлорофилла является наличие в его молекуле помимо четырех гетероциклов еще одной циклической группировки из пяти углеродных атомов - циклопентанона. В циклопентановом кольце содержится кетогруппа, обладающая большой реакционной способностью . Есть данные, что в результате процесса энолизации по месту этой кетогруппы к молекуле хлорофилла присоединяется вода. Молекула хлорофилла полярна, ее порфириновое ядро обладает гидрофильными свойствами, а фитольный конец - гидрофобными. Это свойство молекулы хлорофилла обусловливает определенное расположение ее в мембранах хлоропластов. Порфириновая часть молекулы связана с белком, а фитольная цепь погружена в липидный слой.
Извлеченный из листа хлорофилл легко реагирует как с кислотами, так и со щелочами. При взаимодействии со щелочью происходит омыление хлорофилла, в результате чего образуются два спирта и щелочная соль кислоты хлорофиллина.
В интактном живом листе от хлорофилла может отщепляться фитол под воздействием фермента хлорофиллазы. При взаимодействии со слабой кислотой извлеченный хлорофилл теряет зеленый цвет, образуется соединение феофитин, у которого атом магния в центре молекулы замещен на два атома водорода.
Хлорофилл в живой интактной клетке обладает способностью к обратимому фотоокислению и фотовосстановлению . Азот пиррольных ядер может окисляться (отдавать электрон) или восстанавливаться (присоединять электрон).
Исследования показали, что свойства хлорофилла, находящегося в листе и извлеченного из листа, различны, так как в листе он находится в комплексном соединении с белком. Это доказывается следующими данными:
Между тем в листе хлорофилл достаточно устойчив ко всем перечисленным факторам. Для гемоглобина характерно постоянное соотношение - на 1 молекулу белка приходится 4 молекулы гемина. Между тем соотношение между хлорофиллом и белком различно и претерпевает изменения в зависимости от типа растений, фазы их развития, условий среды (от 3 до 10 молекул хлорофилла на 1 молекулу белка). Связь между молекулами белка и хлорофиллом осуществляется путем нестойких комплексов, образующихся при взаимодействии кислотных групп белковых молекул и азота пиррольных колец. Чем выше содержание дикарбоновых аминокислот в белке, тем лучше идет их комплексирование с хлорофиллом (Т.Н. Годнев).
Важным свойством молекул хлорофилла является их способность к взаимодействию друг с другом. Переход из мономерной в агрегированную форму возник в результате взаимодействия двух и более молекул при их близком расположении друг к другу. В процессе образования хлорофилла его состояние в живой клетке закономерно меняется. В настоящее время показано, что хлорофилл в мембранах пластид находится в виде пигментлипопротеидных комплексов с различной степенью агрегации.
Почему трава, а также листья на деревьях и кустах зеленые? Виной всему хлорофилл. Можно взять прочную веревку знаний и завязать с ним крепкое знакомство.
Проведем небольшой экскурс в сравнительно недалекое прошлое. Жозеф Бьенеме Каванту и Пьер Жозеф Пеллетье - вот кому нужно пожать руку. Мужи науки постарались отделить зеленый пигмент из листьев разных растений. Старания увенчались успехом в 1817 году.
Пигмент наименовали хлорофилл. От греческого chloros - зеленый, и phyllon - лист. Независимо от вышесказанного, в начале 20 века Михаил Цвет и Рихард Вильштеттер пришли к выводу: оказывается, в хлорофилл входит несколько компонентов.
Засучив рукава, Вильштеттер принялся за работу. Очистка и кристаллизация выявили два компонента. Назвали их просто, альфа и бета (а и b). За труды в поле исследования данного вещества в 1915 году ему торжественно вручили премию Нобеля.
В 1940 Ханс Фишер предложил всему миру окончательную структуру хлорофилла «а». Король синтеза Роберт Бернс Вудворд и несколько ученых из Америки получили в 1960 году ненатуральный хлорофилл. Так и приоткрылась завеса тайны - появление хлорофилла.
Формула хлорофилла, определенная из опытных показателей, выглядит так: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. В конструкцию входит органическая (хлорофиллин), а также спирты метиловый и фитол. Хлорофиллин - это металлорганическое соединение, имеющее прямое отношение к магнийпорфиринам и содержащее азот.
MgN 4 OH 30 C 32
Хлорофилл значится сложным эфиром из-за того, что оставшиеся части метилового спирта CH 3 OH и фитола C 20 H 39 OH заместили водород карбоксильных группировок.
Выше размещена структурная формула хлорофилла альфа. Разглядев ее внимательно, можно увидеть, что у бета-хлорофилла на один атом кислорода больше, но на два атома водорода меньше (группа CHO вместо CH 3). Отсюда молекулярная масса альфа-хлорофилла ниже, чем у бета.
В середине частицы интересующего нас вещества обосновался магний. Он соединяется с 4 атомами азота пиррольных формирований. Систему элементарных и сменяющихся двойных связей можно наблюдать в пиррольных связках.
Хромофорное формирование, удачно вписываемое в состав хлорофилла - это и есть N. Оно делает возможным впитывание отдельных лучей солнечного спектра и его цвет, независимо от того, что горит, как пламя, а вечером похоже на тлеющие угли.
Перейдем к размерам. Порфириновое ядро в диаметре 10 нм, фитольный фрагмент оказался длинной в 2 нм. В ядре хлорофилл составляет 0,25 нм, меж микрочастицами пиррольных группок азота.
Хотелось бы отметить, что атом магния, который входит в состав хлорофилла, в диаметре всего 0,24 нм и практически полностью заполняет свободное место между атомами пиррольных группировок азота, что помогает ядру молекулы быть более крепким.
Можно прийти к выводу: из двух составляющих под нехитрым названием альфа и бета и состоит хлорофилл (a и b).
Относительная - 893,52. Создают в отделенном пребывании микрокристаллы черного цвета с голубым отливом. При температуре 117-120 градусов Цельсия они расплавляются и перевоплощаются в жидкость.
В этаноле такие же хлороформы, в ацетоне, а еще бензолах растворяются охотно. Результаты принимают сине-зеленую окраску и имеют отличительную особенность - насыщенная красная флуоресценция. Плохо растворяются в петролейном эфире. В воде не распускаются вовсе.
Формула хлорофилла альфа: C 55 H 72 O 5 N 4 Mg. Вещество по своей химической конструкции относят к хлоринам. В кольце к пропионовой кислоте, а именно к ее остатку, прикреплен фитол.
Кое-какие растительные организмы, вместо хлорофилла a, образуют его аналог. Здесь этильную группу (-CH 2 -CH 3) во II пиррольном кольце сменила винильная (-CH=CH 2). Такая молекула заключает в себе первую винильную группу в кольце один, вторую в кольце два.
Формула хлорофилла-бета имеет следующий вид: C 55 H 70 O 6 N 4 Mg. Молекулярный вес вещества составляет 903. У атома углерода C 3 в пиррольном кольце два, обнаруживается немного спирта, лишенного водорода -H-C=O, который обладает желтым цветом. Это и есть отличие от хлорофилла a.
Смеем заметить, что в специальных постоянных частях клетки, жизненно важных для ее дальнейшего существования пластидах-хлоропластах, пребывают несколько типов хлорофиллов.
У криптомонад, динофлагеллятов, а также у бациллариофициевых и бурых водорослей найден хлорофилл с. Классический порфирин - вот чем отличается этот пигмент.
У водорослей красной окраски хлорофилл d. Некоторые сомневаются в его существовании. Полагается, что он является только продуктом вырождения хлорофилла a. На данный момент можно уверенно сказать, что хлорофилл с литерой d - это основной краситель кое-каких фотосинтезирующих прокариотов.
После продолжительных исследований возникло доказательство, что в особенностях хлорофилла, пребывающего в растении и добытого из него, замечена несхожесть. Хлорофилл в растениях соединен с белком. Об этом свидетельствуют следующие наблюдения:
Зато хлорофилл в растениях устойчив ко всему вышеперечисленному.
В растениях хлорофилла содержится 1% от сухого вещества. Найти можно в особых органеллах клетки - пластидах, что показывает неравномерное распределение его в растении. Пластиды клеток, окрашенные в зеленый цвет и имеющие в себе хлорофилл, имеют название хлоропласты.
Количество H 2 O в хлоропластах колеблется от 58 до 75%, содержимое сухого вещества состоит из белков, липидов, хлорофилла и каротиноидов.
Удивительное сходство обнаружили ученые в устройстве молекул хлорофилла и гемоглобина - главного дыхательного компонента человеческой крови. Отличие состоит в том, что в клешневидном соединении посередине в пигменте растительного происхождения размещен магний, а в гемоглобине - железо.
В ходе фотосинтеза растительность планеты поглощает углекислый газ, выделяет кислород. Вот еще одна замечательная функция хлорофилла. По деятельности его можно сравнить с гемоглобином, но объем воздействия на человеческий организм несколько больше.
Хлорофилл - это растительный пигмент, чувствительный к свету и покрытый зеленым цветом. Далее идет фотосинтез, при котором его микрочастицы преобразовывают энергию солнца, поглощаемую клетками растений, в химическую энергию.
Можно прийти к следующим умозаключениям, что фотосинтез - это процесс преобразования энергии солнца. Если доверять современным сведениям, замечено, что протекание синтеза органических веществ из газа углекислого и воды с использованием световой энергии разложено на три этапа.
Данная фаза вершится в процессе фотохимического распада воды, при содействии хлорофилла. Отмечается выделение молекулярного кислорода.
Здесь наблюдается несколько окислительно-восстановительных реакций. В них берут активное содействие цитохромы и иные переносчики электронов. Реакция происходит за счет световой энергии, переносимой электронами от воды на NADPH и образующей ATP. Тут запасается световая энергия.
Уже образовавшиеся NADPH и ATP пускаются в ход для преобразования углекислого газа в углевод. Поглощенная энергия света участвует в реакциях 1 и 2 этапов. Реакции последнего, третьего, происходят без участия света и называются темновыми.
Фотосинтез - это единственный биологический процесс, проходящий с возрастанием свободной энергии. Прямо или косвенно обеспечивает доступной химической предприимчивостью обитающих на земле двуногих, крылатых, бескрылых, четвероногих и прочие организмы.
Молекулы гемоглобина и хлорофилла имеют сложную, но в то же время схожую атомарную структуру. Общим в их строении является профин - кольцо из маленьких колечек. Различие замечено в отросточках, присоединённых к профину, и в атомах, расположенных внутри: атом железа (Fe) у гемоглобина, у хлорофилла магний (Mg).
Хлорофилл и гемоглобин по строению похожи, но формируют разные белковые структуры. Вокруг атома магния сформирован хлорофилл, вокруг железа - гемоглобин. Если взять молекулу жидкого хлорофилла и отсоединить фитольный хвост (20 углеродную цепь), поменять атом магния на железо, то зеленый цвет пигмента станет красным. В итоге - готовая молекула гемоглобина.
Усваивается хлорофилл легко и быстро, благодаря именно такому сходству. Хорошо поддерживает организм при кислородном голодании. Насыщает кровь нужными микроэлементами, отсюда она лучше транспортирует важнейшие для жизни вещества к клеткам. Происходит своевременный выброс отработанных материалов, токсинов, отходов, возникающих в результате естественного обмена веществ. Имеет воздействие на спящие лейкоциты, пробуждая их.
Описываемый герой без страха и упрека защищает, укрепляет мембраны клетки, помогает восстановиться соединительной ткани. К заслугам хлорофилла можно отнести быстрое заживление язв, разных ран и эрозий. Улучшает иммунную работу, выделена способность купировать патологические нарушения молекул ДНК.
Положительная тенденция при лечении инфекционных и простудных заболеваний. Это не весь список добрых дел рассмотренного вещества.
Основным пигментом зеленых растений является молекула хлорофилла, участвующая в процессе поглощения света. Высшие растения содержат две формы хлорофилла: хлорофилл а и хлорофилл b. Структура хлорофилла а (рис. 40) установлена Вилыптеттером и Фишером и подтверждена в 1960 г. Вудвордом, осуществившим полный синтез хлорофилла а.
В основе молекулы хлорофилла лежит плоское порфириновое кольцо, в центре которого находится ион атома магния, координационно соединенный с атомами азота порфиринового кольца.
Плоская структура порфиринового кольца обусловлена сопряженными двойными и простыми связями -электронов между атомами углерода и азота. Эти электроны «делокализованы», т. е. равномерно распределены вдоль «периферии» порфиринового кольца (выделенная точками область на рис. 40). Изменение состояния движения -электронов в кольце требует сравнительно небольшой энергии. Поэтому спектр поглощения света молекулой хлорофилла лежит в красной области. Дипольный электрический момент перехода в возбужденное состояние находится в плоскости порфиринового кольца.
Кроме порфиринового кольца молекула хлорофилла имеет длинную гидрофобную цепь - «хвост», в состав которого входят 20 углеродных атомов. Эта боковая цепь представляет собой остаток спирта фитола. Хлорофилл b отличается от хлорофилла а тем, что в последнем группа - заменена группой - СНО. Таким образом, хлорофилл b содержит на один атом кислорода больше и на два атома водорода меньше, чем хлорофилл а.
Спектры поглощения обеих форм хлорофилла приведены на рис. 41. Максимумы полос поглощения хлорофилла а лежат в областях длин волн К да 700 нм (красная) и К да 440 нм (фиолетовая), максимумы полос поглощения хлорофилла b - в областях длин волн 660 и 460 нм.
Максимальная интенсивность солнечного света, достигающего земной поверхности, приходится на сине-зеленую и зеленую области длин волн (450-550 нм). Оказывается, что именно в этих областях поглощение света молекулами хлорофилла минимально.
Хлорофилл а найден у всех зеленых растений и водорослей. Хлорофилл b отсутствует у многих водорослей. Эти водоросли иногда содержат другие разновидности хлорофилла: с и d. Фотосинтезирующие бактерии, не выделяющие кислород, хлорофилла а не содержат. В их состав обычно входит особый тип хлорофилла- бактериохлорофилл.
Как указывалось выше, кроме молекул хлорофилла многие фотосинтезирующие клетки содержат также пигментные молекулы,
Рис. 40. Структурные формулы хлорофилла а и хлорофилла b.
поглощающие свет в других областях спектра и придающие организмам различную окраску. Эти молекулы расширяют спектральную область света, используемую при фотосинтезе. Кроме того, каротиноиды предохраняют хлорофилл от необратимого фотоокисления кислородом.
Структурные формулы одного из каротинов и фикоцианобилина указаны на рис. 42. Каротины имеют длинные полиизопреновые цепи сопряженных двойных и одиночных связей. На каждом конце молекулы находятся циклогексановые кольца. Фикоциашшы, входящие в состав синезеленых водорослей, содержат четыре пи-рольных кольца. Они могут образовывать комплексы со специфическими белками.
На рис. 43 представлена схема первых энергетических уровней молекулы хлорофилла а. В основном состоянии молекула имеет нулевой спин. Все возбужденные состояния с нулевым спином называются синглетными (S). У молекулы возможны также возбужденные состояния со спином единица (в единицах h). Они называются триплетными (Т). Время жизни первого синглетного состояния . Время жизни нулевого триплетного состояния .
Рис. 41. Спектры поглощения света хлорофиллом а (1) и хлорофиллом b (2).
Под действием света в молекуле осуществляются только переходы в синглетные возбужденные состояния. Если молекулы хлорофилла при поглощении света переходят в возбужденные состояния с энергиями, превышающими энергию первого возбужденного состояния то вследствие безыэлучательных процессов за время 10-12 - 10-13 с они переходят в первое синглетное нозбужденное состояние отдавая избыток энергии растворителю.
Из синглегного состояния за время происходит переход в основное состояние с излучением света ( нм). Это явление называется флуоресценцией. Имеется также небольшая вероятность безызлучательного перехода молекулы из нозбужденного состояния в триплетное возбужденное состояние Из-за слабого взаимодействия спина с электромагнитной волной время жизни триплетного состояния по отношению к излучению света X я» 930 нм при переходе в основное синглетное состояние сравнительно велико . Большая длительность премени жизни триплетного состояния обусловлена маловероятным процессом изменения спина молекулы от единицы до нуля.
Растворы, содержащие молекулы пигментов только одного типа (хлорофилл b, хлорофилл а, каротиноиды и др.), при низких температурах имеют характерные спектры флуоресценции, соответствующие квантовым переходам -электронов из нижайших синлетных возбужденных состояний в основное синглетное состояние молекулы. Наряду с основным излучением наблюдается слабое, медленно спадающее и более длинноволновое излучение, соответствующее переходам с нижайших триплетных состояний этих молекул в основное синглетное состояние.
В связи с тем что электронные переходы в пигментных молекулах сопровождаются изменением многих низкочастотных колебательных состояний молекул и окружающей среды, их полосы поглощения и люминесценции имеют значительную ширину.
При исследовании флуоресценции пигментов, входящих в состав
Рис. 42. Структурные формулы фотосинтезирующих пигментов: а - бета-каратин; б - фикоцианобилин.
хлоропластов, наблюдается только флуоресценция хлорофилла а. Более коротковолновая флуоресценция хлорофилла 6 и других пигментных молекул не обнаруживается даже в том случае, когда хлоропласт освещается светом с длиной волны, совпадающей с длиной волны спектра поглощения соответствующего пигмента.
Таким образом, основная масса пигментных молекул выполняет роль светособирающих систем (антенн). Пигментные молекулы в хлоропластах образуют ансамбли упорядоченно расположенных молекул .
Отмеченные выше свойства флуоресценции хлоропластов указывают, что в таких ансамблях происходит сравнительно быстрая (10-11 - 10-12 с) миграция энергии синглетного возбуждения по молекулам пигмента к молекулам хлорофилла а.
Квантовая теория систем слабо взаимодействующих одинаковых молекул показывает , что вследствие резонансного взаимодействия между возбужденной и невозбужденной молекулами в системе возникают коллективные бестоковые возбужденные состояния - экситоны, переносящие возбуждение от одних мест системы к другим. Резонансное взаимодействие с увеличением расстояния убывает сравнительно медленно (как ) и может проявляться даже на расстояниях порядка 50 А.
Когда экситон, перемещаясь по системе пигментных молекул, достигает молекулы хлорофилла а, имеющей более низкий уровень возбуждения, он переводит ее в возбужденное состояние,
Рис. 43. Схема синглетных (S t) и триплетных (71,) энергетических уровней молекулы хлорофилла а.
Прямые отрепки соответствуют поглощению, волнистые стрелки - флуоресценции; цифры указывают длины волн в нанометрах.
отдавая избыток энергии тепловому резервуару. Такая небольшая потеря энергии исключает обратный переход энергии возбуждения с молекул хлорофилла а к пигментным светособирающим молекулам.
Молекула хлорофилла а, получившая энергию от светособирающих молекул, отдает ее в виде излучения света - флуоресценции. Это явление хорошо изучено при исследовании люминесценции молекулярных кристаллов, содержащих примесные молекулы с энергией возбуждения более низкой, чем энергия возбуждения молекул основного вещества, и называется сенсибилизированной люминесценцией.
Некоторое время считали, что молекулами, воспринимающими энергию возбуждения от светособирающих молекул, являются особые молекулы хлорофилла а. Теперь установлено (см. п. 17.2), что эту роль выполняют в хлоропластах и хроматофорах особые фотосинтезирующие реакционные центры, в состав которых входит несколько молекул хлорофилла. Эти молекулы в реакционном центре образуют своеобразный комплекс, выступающий как единое целое со своим спектром возбужденных состояний. При этом энергия нижайшего из них меньше энергии отдельной молекулы хлорофилла. Установлено, что число реакционных центров в мембране значительно меньше числа светособирающих молекул (1/400).
Фотосинтезирующие реакционные центры (ловушки экситонов) входят в состав фотосинтезирующих систем (ФС), в которых осуществляются световые реакции фотосинтеза. Фотосинтезирующие системы наряду с реакционными центрами, воспринимающими энергию света, содержат ряд других молекул - ферменты, белки, липиды, липопротеиды, которые участвуют в организации фотосинтезирующей системы и в выполнении ею световой части биохимических реакций. Фотосинтезирующие системы сравнительно жестко вмонтированы в мембраны тилакоидов.
С точки зрения исследования первичных процессов фотосинтеза на молекулярном уровне особый интерес представляет изучение организации пигментных слоев и структуры фотосинтезирующих систем, в частности изучение реакционных центров, входящих в их состав.
Длительном контакте с железом в присутствии влаги. Получающийся при этом газ, названный «дефлогистированным селитряным воздухом», уже не изменял своей окраски при смешивании с обычным воздухом (в отличие от исходного «селитряного воздуха»), а свеча горела в нем также ярко, как и в обычном «дефлогистированном воздухе» горящая лучина способствует превращению «дефлогистированного селитряного воздуха» в обычный «флогистированный воздух». 1) Приведите формулы и современные названия всех шести видов воздуха, описанных Дж. Пристли. 2) Приведите по одному уравнению реакций получения каждого из них. 54. Норвежская селитра, используемая в качестве удобрения, содержит 11,86 % азота. 1) Установите ее формулу. 2) Почему эта селитра называется норвежской, ведь в Норвегии (в отличие от Чили) нет селитряных залежей? 3) Какое отношение к норвежской селитре имеют Вольта и Биркеленд? 55. Во второй половине XIX века русский химик Н.Н. Бекетов предложил способ получения металлического рубидия. Для этого он нагревал в железном цилиндре, снабженном трубкой-холодильником и приемником, смесь гидроксида рубидия и порошкообразного алюминия. Из записей Н.Н. Бекетова: «Рубидий гонится постепенно, стекая, как ртуть, и сохраняя свой металлический блеск вследствие того, что снаряд во время операции наполнен водородом». 1) Напишите уравнение реакции, осуществленной Н.Н. Бекетовым. 2) В знакомом вам ряду напряжений металлов рубидий стоит намного левее алюминия. Как можно объяснить протекание этой реакции? 3) Можно ли применить этот процесс для получения металлического лития? 56. Йод был открыт в 1811 г. французским химиком Бернаром Куртуа. Рассказывают, что однажды в лаборатории кошка, которая всегда спокойно сидела на плече Куртуа, внезапно спрыгнула на стол, где стояли колбы с реактивами. Они разбились, и в воздух поднялись клубы фиолетового «дыма» - пары йода. Йодид натрия, полученный из водорослей, взаимодействуя с серной кислотой, дает йод I2; одновременно образуется «сернистый газ» – диоксид серы SO2. Рассчитайте суммарный объем газов (при н.у.), выделившихся в результате взаимодействия 15 г NaI с избытком серной кислоты, а также относительную плотность (по воздуху) D образовавшейся газовой смеси, если степень превращения реагента α составляет 90 %. 22 Примеры заданий теоретического тура для 10 класса Задача 1. На чашках весов уравновешены химические стаканы с 0,1 г металлического алюминия в каждом. Как изменится равновесие весов, если в один стакан прилить 5%-ный раствор соляной кислоты массой 10 г, в другой – 5%-ный раствор гидроксида натрия массой 10 г. Решение: Металлический алюминий реагирует с соляной кислотой и гидроксидом натрия согласно уравнениям: 2Al + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2 2Al + 2 NaOH + 6 H2O → 2 Na + 3 H2 При одной и той же массе прореагировавшего алюминия в обоих случаях выделяется одинаковое количество водорода. Следовательно, если алюминий растворится полностью, то равновесие весов не изменится. В случае неполного растворения алюминия перевесит та чашка весов, где меньшая доля алюминия вступит в реакцию. В 5%-ных растворах массой 10 г содержится по 0,5 г (10⋅0,05) соляной кислоты и гидроксида натрия. M(Al)=27г/моль M(HCl)= 36,5 г/моль M(NaOH)= 40 г/моль Найдем, сколько потребуется соляной кислоты и гидроксида натрия для растворения алюминия массой 0,1 г. Al массой 27⋅ 2 г вступает в реакцию с HСl массой (36,5⋅ 6) г Al массой 0,1 г вступает в реакцию с HCl массой х г х=0,406 г HCl Al массой 27⋅ 2 г вступает в реакцию с NaOH массой (40⋅ 2) г Al массой 0,1 г вступает в реакцию с NaOH массой y г y=0,148 NaOH Оба вещества HCl и NaOH взяты в избытке, поэтому в обоих стаканах произойдет полное растворение алюминия и равновесие весов не нарушится. Задача 2. Вычислите относительную плотность по азоту смеси газов, состоящей из бутана C4H10, если в этой смеси на три атома углерода приходится один атом кислорода. Решение: Формула для определения средней молярной массы смеси ν1 М1 + … + νn Mn M(ср.) = m(cм.)/ ν(cм.) = ν1 + … + νn M(C4H10) = 58г/моль М(СО2) = 44 г/моль M(N2) =28 г/моль 23 Запишем количество атомов углерода, приняв, что смесь содержит один моль атомов кислорода: ν(O) = 1 моль ν (С) = 3 моль Вычислим количество углекислого газа, учитывая, что углекислый газ содержит один моль атомов кислорода: ν(СО2) = ν (О) / 2 = 1 моль/ 2 = 0,5 моль ν1 (С) = ν(СО2) = 0,5 моль Вычислим количество атомов углерода в бутане: ν2 (С) = 3 моль – 0,5 моль – 2,5 моль ν (С4Н10) = ν(С) / 4 = 2,5 моль / 4 = 0,625 моль Вычислим среднюю молярную массу смеси бутана и углекислого газа: 0,625 моль ⋅58 г/моль + 0,5 моль ⋅44 г/моль М(ср.) = = 51,78 г/моль (0,625 + 0,5) моль Вычислим относительную плотность смеси газов по азоту: DN (см.) = 51,78 / 28 = 1,85 Задача 3. Хлорофилл является важным пигментом, обусловливающим зеленый цвет листьев растений. При сжигании 89,2 мг хлорофилла в избытке кислорода получаются только следующие четыре вещества: 242 мг газа, которым обычно газируют напитки; 64,8 мг жидкости, составляющей основу этих напитков; 5,6 мг газа, которого больше всего в земной атмосфере и 4,00 мг белого порошка, который является оксидом легкого широко используемого металла, составляющего приблизительно 2,3 % земной коры. 1) О каких веществах идет речь? 2) Рассчитайте формулу хлорофилла, учитывая, что его молекула содержит только один атом металла. 3) Напишите уравнение реакции горения хлорофилла. 4) Содержит ли хлорофилл хлор? Откуда взялось название «хлорофилл»? 5) Приведите пример природного вещества, содержащего фрагмент структуры сходного строения. Решение: 1. Напитки газируют углекислым газом, сами напитки состоят большей частью из воды, самый распространенный газ в земной атмосфере – азот, а порошок является оксидом магния. 2. Рассчитываем соотношение элементов в молекуле: n(CO2) = 242/44 = 5,5 ммоль, m (C)= 5,5⋅ 12 = 66 мг n(H2O)= 64?8/18 = 3,6 ммоль, m(H) = 3,6⋅ 2=7,2 мг n(N2) = 5,60/28 = 0,2 ммоль n(MgO) = 40/4,00 = 0,1 ммоль, m(Mg) = 0,1⋅ 24=2,4 мг m(O2) = 89,2 – 66 – 7,2 – 5,6 – 2,4 = 8 мг, n(O) = 8/16 = 0,5 ммоль. 24 Соотношение С:Н:N:О:Mg = 5,5:7,2:0,4:0,5:0,1 =55:72:4:5:1, откуда формула хлорофилла: C55H72N4O5Mg 3. C55H72N4O5Mg + 71 O2 = 55 CO2 + 36 H2O + 2 N2 + MgO 4. Греческое слово «хлорос» означает «зеленый». Отсюда название и хлора и хлорофилла. 5. Самые известные – краситель крови гем (гемоглобин) и производные гема и хлорофилла. Задача 4. Основатель всесоюзных и всероссийских химических олимпиад школьников профессор Московского государственного университета Альфред Феликсович Платэ рассказывал, что в годы Великой Отечественной войны ему было поручено срочно исследовать содержимое двухлитровой тонкостенной металлической ампулы, находившейся в пилотской кабине сбитого вражеского истребителя. По результатам анализа эта жидкость содержала 22 % углерода, 4,6 % водорода и 73,4 % брома (по массе). Результаты анализа ввергли инженеров и военных специалистов в недоумение. Выскажите ваши соображения о том, с какой целью эта тонкостенная ампула с необычным содержимым была закреплена в пилотской кабине. Решение: Соотношение между числом атомов элементов в изученной жидкости: С: H: Br = (22/12) : 4,6: (73,4/80) = 1,83: 4,6: 0,92 = 2: 5: 1. Формула исследуемой жидкости – C2H5Br. Естественно, что обнаружение значительного количества этого вещества и к тому же в необычной упаковке вызвало недоумение, пока одному из химиков- экспериментаторов не пришла в голову очень простая мысль: этилбромид кипит при температуре +38°С и помещен в пилотскую кабину в качестве потенциального противопожарного средства! При пожаре ампула лопается, и пары этилбромида, которые почти в 4 раза тяжелее воздуха, на некоторое время изолируют очаг пожара, прекращая распространение огня. Задача 5. Рассмотрите цепочку превращений: 1. А = Б + В 2. Б + C2H5Cl = Г 3. Г + C2H5Cl = Д + А 4. Б + TiCl4 = А + Е 5. Б + C4H8Cl2 = А + Ж 6. Б + N2O4 = И + NO Расшифруйте вещества А – И, если известно, что вещество А придает горький вкус морской воде, Б, В и Е являются простыми веществами, реакции 1 и 4 проходят при высокой температуре, реакция 1 идет под действием электрического тока, реакцию 2 проводят в диэтиловом эфире. 1) Напишите уравнения реакций 1 – 6. 2) Что может представлять собой вещество Ж и назовите его. 25 Решение: Горький вкус морской воде придают соединения магния. Поскольку при электролизе расплава вещества А получаются два простых вещества, то очевидно, что это галогенид магния, а именно его хлорид, как это следует из реакции 4. При взаимодействии с хлорэтаном идет реакция присоединения. Поскольку галогены с предельными углеводородами могут вступать в реакции замещения, то Б – это магний. Поскольку в реакции образуется только одно вещество, то вещество Г – продукт присоединения магния, магний-органическое вещество, реактив Гриньяра. А – MgCl2 Б – Mg В – Cl2 Г – C2H5MgCl Д – C4H10 Е – Ti Ж – C4H8 И – Mg(NO3)2 MgCl2 = Mg + Cl2 Mg + C2H5Cl = C2H5MgCl C2H5MgCl + C2H5Cl = C4H10 + MgCl2 2 Mg + TiCl2 = 2 MgCl2 +Ti C4H8Cl2 + Mg = C4H8 + MgCl2 Mg + 2 N2O4 = Mg(NO3)2 + 2 NO В зависимости от взаимного расположения атомов хлора в молекуле C4H8Cl2 могут получаться различные продукты. В случае, если атомы хлора расположены у одного атома углерода, может в заметных количествах образовываться октен. Если атомы хлора расположены у двух соседних атомов углерода, получаются непредельные углеводороды CH2=CH-CH2-CH3 (бутен-1) или CH3-CH=CH-CH3 (бутен-2). Когда атомы хлора находятся через два атома углерода, могут получаться циклические углеводороды (циклобутан) в незначительных количествах. Задания для самостоятельного решения 1. К 130 мл смеси азота, водорода и метана добавили кислород объемом 200 мл и смесь подожгли. После окончания горения и конденсации паров воды общий объем составил 144 мл при тех же условиях, а после пропускания продуктов сгорания через избыток раствора щелочи объем уменьшился на 72 мл. Найдите исходные объемы азота, водорода и метана. 2. Определите строение и назовите соединение бензольного ряда состава С9Н8, если известно, что оно обесцвечивает бромную воду, вступает в реакцию Кучерова, реагирует с амидом натрия. При окислении перманганатом калия исходное соединение дает бензойную кислоту. 3. Вы, конечно, знаете общие формулы членов гомологических рядов – метана, этена, этина. Попытайтесь вывести общую формулу членов любых 26 гомологических рядов (необязательно углеводородов), если известна формула первого члена этого ряда. 4. При сжигании некоторого газообразного углеводорода в хлоре расходуется трехкратный объем хлора. А при сжигании этого же углеводорода в кислороде расход окислителя по массе уменьшается в 1,48 раза. Какой это углеводород? 5. Теплоты сгорания метана и водорода равны соответственно 890 и 284 кДж/моль. При сгорании 6,72 л водородо-метановой смеси (н.у.) выделилось 148 кДж. Какой объем кислорода при этом израсходовался? 6. Легкокипящий углеводород, существующий в виде двух геометрических изомеров, имеет плотность паров 2,93 г/л при давлении 1215,6 ГПа и температуре 67о С. Установите его строение и приведите структурные формулы всех изомерных ему ациклических углеводородов. 7. В результате сложной химической реакции образуется смесь бромбензола C6H5Br и йодбензола C6H5I. Чтобы изучить механизм реакции, химику необходимо точно знать процентное содержание обоих соединений в полученной смеси. Смесь подвергается поэлементному анализу. Однако элементный анализ на Br и I отдельно не всегда возможен. Определите процентное содержание C6H5Br и C6H5I в смеси, если известно, что в ней углерода a %, а сумма (Br и I) составляет 1%. 8. Пары этилового спирта разложили над нагретым оксидом алюминия. Образовавшийся газ пропускали через 250 мл 0,4 М раствора брома до тех пор, пока окраска брома полностью не исчезла. Какой объем газа (н.у.) прореагировал с бромной водой? Какое количество продукта при этом получилось? 9. Омыление сложных эфиров ускоряется при действии щелочей. Для гидролиза некоторых эфиров обычно берут 6%-ный раствор гидроксида натрия (плотность 1,0 г/см3) из расчета 150 мл раствора щелочи на 1 г эфира. Сколько 40%-ной (плотность 1,4 г/см3) надо взять, чтобы прогидролизовать 6 г эфира? 10. Соединение содержит водород, массовая доля – 6,33; углерод, массовая доля – 15,19; кислород, массовая доля - 60,76, и еще один элемент, число атомов которого в молекуле равно числу атомов углерода. Определите, что это за соединение, к какому классу оно относится и как ведет себя при нагревании. 11. Предсказанный на основании теории строения и полученный А.М. Бутлеровым углеводород А пропустили над алюмо-хромовым катализатором дегидрирования при 450о С, при этом получилось два горючих газа: более летучий Б и менее летучий В. Газ В пропустили через водный раствор серной кислоты с массовой долей 64%. Происходит катализируемая кислотой димеризация вещества В, подчиняющаяся правилу Марковникова. В результате этой реакции образуется смесь двух изомерных жидких продуктов Г и Д с относительной молекулярной массой примерно вдвое большей, чем у исходного А. Продукты Г и Д после отделения от раствора кислоты и высушивания подвергли обработке горючим газом Б в 27 присутствии катализатора – скелетного никеля. Из Г и Д образовалось одно и тоже вещество Е, находящее применение как эталон автомобильного горючего с октановым числом 100. Дайте названия веществам А, Б, В, Г, Д и Е. Напишите схемы происходящих реакций. 12. Некоторое количество углеводорода состава СnH2n-2 дает с избытком хлора 21,0 г тетрахлорида. То же количество углеводорода с избытком брома дает 38,8 г тетрабромида. Выведите молекулярную формулу этого углеводорода и напишите его возможные структурные формулы. 13. При полном гидролизе смеси карбидов кальция и алюминия образуется смесь газов, которая в 1,6 раз легче кислорода. Определите массовые доли карбидов в исходной смеси. 14. При гидрировании ацетилена объемом 672 мл (н.у.) получили смесь этана и этилена, которая обесцвечивает раствор брома в тетрахлориде углерода массой 40 г, массовая доля брома в котором составляет 4%. Определите количество этана и этилена в смеси и их мольные доли. 15. Через последовательно соединенные электролизеры с инертными электродами, содержащие: первый – раствор хлорида бария, второй – раствор сульфита калия с одинаковыми количествами веществ, пропускают электрический ток. Электролиз прекратили, когда проба раствора из первого электролизера после подкисления ее избытком азотной кислоты перестала давать осадок с раствором нитрата серебра, а на аноде этого электролизера выделилось 1,12 л газа. Полученные в результате электролиза растворы смешали. Определите состав и массу выпавшего осадка. 16. При сгорании 1 моль метана выделяется 802 кДж тепла. Какой объем метана нужно сжечь (при н.у.), чтобы нагреть кусок меди массой 100 г от 20 до 50оС? Удельная теплоемкость меди 0,38 кДж/кг оС. 17. Жидкость А реагирует с фенолом в присутствии NaОН по схеме А + 2 С6Н5ОН, образуя ароматическое вещество Б (температура кипения меньше, чем у фенола), не дающее окрашивания с FeCl3; образуется также сульфат натрия. Сульфат натрия и метанол образуются и при нагревании А с водным NaОН. На основании данных условия задачи установите структуру вещества А; ответ обоснуйте. 18. Некоторый альдегид Б является следующим за альдегидом А в гомологическом ряду альдегидов. 19 г альдегида Б прибавили к 100 г водного раствора альдегида А с массовой долей последнего 23%. Добавление аммиачного раствора AgNO3 к 2 г раствора альдегидов вызывает выделение 4,35 г серебра. 19. Газы, образовавшиеся при полном сгорании ацетилена и пропена объемом 1,12 л (н.у.), пропущены через раствор гидроксида калия объемом 0,3 л, молярная концентрация которого равна 0,5 моль/л. Полученный при этом раствор может поглотить еще 0,448 л диоксида углерода. Определите состав исходной смеси в процентах по объему. 20. Для проведения некоторых химических реакций в лаборатории необходимо иметь «абсолютный спирт», практически не содержащий воды. 28 Как можно его приготовить из обычного спирта – ректификата, содержащего около 4% влаги? 21. 30 мл пропан-бутановой смеси смешали в эвдиометре с 200 мл кислорода и взорвали. До взрыва реакционная смесь имела температуру 127о С и нормальное давление. После приведения условий к исходным объем газов в эвдиометре составил 270 мл. Какой состав в объемных процентах имеет пропан-бутановая смесь? 22. Прокалили 17,5 г нитрата неизвестного металла в атмосфере инертного газа. Летучие продукты собрали и охладили. При этом образовалось 13,5 г 70%-го раствора азотной кислоты. Установите формулу нитрата. 23. Смесь, состоящую из метана и кислорода, взорвали. После приведения к первоначальным (комнатным) условиям оказалось, что плотность увеличилась в полтора раза (по сравнению с плотностью исходной смеси). Пропускание продуктов через избыток раствора Ca(OH)2 дает 13 мл непоглотившегося газа. Рассчитайте: а) состав смесей до и после взрыва (по объему); б) объем исходной смеси. Приведите уравнения реакций. 24. В избытке кислорода сожгли 1,00 г 10%-ного раствора неизвестного вещества в ледяной уксусной кислоте, причем израсходовали 672 мл кислорода (н.у.). При этом образовались только вода (0,569 мл) и углекислый газ (708 мл при н.у.). Раствор какого вещества сожгли? С какими из предложенных веществ оно способно реагировать: KOH, HI, CH3 – CH = CH – CH3? Напишите уравнения реакций. 25. На нейтрализацию 4,36 г смеси муравьиной, уксусной и щавелевой кислот расходуется 45 см3 2 н раствора щелочи. При полном окислении такой же навески образуется 2464 см3 углекислого газа (н.у.). В каком молярном отношении смешаны кислоты? 26. Объем углекислого газа, образовавшегося в результате сжигания углеводорода с относительной плотностью по водороду менее 25, составляет 4/7 суммы объемов прореагировавших углеводорода и кислорода. Какова формула углеводорода? 27. Через горячий 10%-ный раствор муравьиной кислоты массой 75 г пропускали газообразный хлор до тех пор, пока массовые доли обеих кислот в растворе не стали равными. Определите массу образовавшихся кислот. 28. В XVI в. немецкий химик Андреас Либавий нагреванием серебристой жидкости с порошком HgCl2 и последующей конденсацией выделяющихся паров получил тяжелую (ρ=2,23 г/см3) прозрачную жидкость, которую назвал «спирт сулемы». При действии сероводорода на «спирт сулемы» образуются золотисто-желтые пластинки, называемые «сусальным золотом», причем 1 объем «спирта сулемы» может прореагировать с 383 объемами сероводорода (н.у.). Если же подействовать на «спирт сулемы» 29 водным раствором аммиака, то образуется белый осадок гидроксосоединения, обладающего амфотерными свойствами. 1) Что представляют собой исходная серебристая жидкость, которую использовал Либавий, «спирт сулемы», а также «сусальное золото»? 2) Можно ли отнести «спирт сулемы» к полярным растворителям? Почему? 3) Напишите уравнения всех упомянутых в условии химических реакций. 29. На Международном конгрессе химиков в 1860 году было принято следующее определение: «Молекула – это наименьшее количество вещества, участвующее в реакции». В настоящее время удается получить молекулярный хлорид натрия – в виде отдельных молекул, изолированных в твердом аргоне при температуре около 10 К (-263°С). 1) Как может отличаться химическая активность молекулярного и кристаллического хлорида натрия в реакциях без участия растворителей (при одинаковых условиях)? 2) Каковы возможные причины такого отличия? 30. Х.А. Армстронг, автор статьи «Химия», помещенной в девятом издании «Британской энциклопедии» (1878), писал, что Менделеев предложил для атомного веса урана значение 240 вместо старого значения 120, установленного Берцелиусом. При этом Армстронг отдавал предпочтение третьему значению, равному 180. Как теперь известно, прав был Менделеев. Истинная формула урановой смолки – U3O8. Какую формулу могли бы написать для этого минерала Берцелиус и Армстронг? 31. А.Е. Фаворский в 1887 г. провел следующие исследования: а) при взаимодействии 2,2–дихлорбутана с порошкообразным КОН образовался углеводород состава С4Н6, который при обработке аммиачным раствором оксида серебра дал серебряное производное; б) при обработке 2,2–дихлорбутана спиртовым раствором щелочи образовался углеводород того же состава, но не вступающий в реакцию с аммиачным раствором оксида серебра. Дайте объяснения этим явлениям. 32. Первая мировая война. На Западном фронте в Бельгии, вдоль реки Ипр, все атаки германской армии отражались хорошо организованной обороной англо-французских войск. 22 апреля 1915 г. в 17 часов со стороны немецких позиций между пунктами Биксшуте и Лангемарк над поверхностью земли появилась полоса белесовато-зеленого тумана, который через 5-8 мин продвинулся на тысячу метров и бесшумной гигантской волной накрыл позиции французских войск. В результате газовой атаки было отравлено 15 тыс. человек, из которых свыше 5 тыс. умерли на поле боя, а половина оставшихся в живых стали инвалидами. Эта атака, показавшая эффективность нового вида оружия, вошла в историю как «черный день у Ипра» и считается началом химической войны. 1) Напишите структурную (графическую) формулу вещества, примененного в этой газовой атаке. Если какие-либо атомы имеют неподеленные электронные пары, отметьте их. 30 2) Приведите название описанного вещества по систематической номенклатуре. Укажите другие его названия (тривиальные и пр.). 3) Напишите уравнения реакции, по которой к настоящему времени произведено основное количество этого вещества. Укажите условия проведения технологического процесса синтеза. 4) Составьте уравнения реакций взаимодействия этого вещества с водой, с водным раствором гидроксида натрия. 5) Предложите два доступных в полевых условиях способа дегазации этого вещества, приняв во внимание, что разведение открытого огня не может оказать защитного действия. 33. Элементы с порядковыми номерами 110-112 были открыты в 1994- 1996 годах на ускорителе тяжелых ионов в г. Дармштадте (Германия) в количестве одного, трех и одного атомов соответственно. Новые элементы образовались при бомбардировке ионами свинцовой и висмутовой мишеней в результате следующих реакций: 34. ??? + 208Pb → 269110Uun + n, 35. ??? + 209Bi → 272111Uuu + n, 36. ??? + 208Pb → 277112Uub + n. Составьте полные уравнения ядерных реакций, заменив знаки вопроса соответствующими числами или символами химических элементов. Объясните, что означают трехбуквенные символы новых элементов. 34. В органической химии многие реакции носят имена ученых, их открывших. Напишите уравнения следующих реакций с указанием условий их проведения (по одному конкретному примеру для каждой реакции): 1) восстановление по Зинину; 2) гидратация по Кучерову; 3) окисление по Прилежаеву; 4) нитрование по Коновалову; 5) окисление по Байеру-Вагнеру- Виллигеру; 6) галогенирование по Геллю-Фольгарду-Зелинскому. Примеры заданий теоретического тура для 11 класса Задача 1. При взаимодействии определенного количества некоторого металла с 20 %-ным раствором серной кислоты объемом 214, 91 мл (ρ= 1,14 г/мл) образовался 22,53 %-ный раствор сульфата. Металл и серная кислота взяты в стехиометрических соотношениях. Это же количество металла полностью взаимодействует с раствором гидроксида натрия массой 80 г. вычислите массовую долю образовавшегося при этом вещества. Определите, какой взят металл. Решение: Найдем массу раствора и содержание в нем серной кислоты: m(раствора) = V⋅ρ = 214,91 мл 1,14 г/мл = 245 г, m(H2SO4) = m(раствора) ⋅W (H2SO4) = 245 г ⋅0,2 = 49 г. Найдем химическое количество серной кислоты: N(H2SO4) = m/M = 49г /98 г/моль = 0,5 моль В этом количестве кислоты содержится водород массой 1 г (49⋅ 2: 98). Пусть масса металла х г. Тогда масса конечного раствора равна: 31
