Чем отличаются химические явления от физических
А когда их 6, 8 или больше, то появляются такие дроби, как 1. Тема и номер урока в теме Физические и химические явления. Мне захотелось…….
Газообразный кислород бесцветный, а жидкий — голубой Знание физических свойств помогает «узнавать» немало веществ. Например, медь — единственный металл красного цвета. Соленый вкус имеет только поваренная соль. Иод — почти черное твердое вещество, которое при нагревании превращается в фиолетовый пар.
В большинстве случаев для определения вещества нужно рассматривать несколько его свойств. В качестве примера охарактеризуем физические свойства воды:.
При описании физических свойств твердых веществ принято описывать структуру вещества. Если рассмотреть образец поваренной соли под увеличительным стеклом, можно заметить, что соль состоит из множества мельчайших кристаллов. В соляных месторождениях можно встретить и весьма крупные кристаллы. Кристаллы — твердые тела, имеющие форму правильных многогранников Кристаллы могут иметь различную форму и размер.
Кристаллы некоторых веществ, таких как поваренная соль — хрупкие, их легко разрушить. Существуют кристаллы довольно твердые. Например, одним из самых твердых минералов считается алмаз. Если рассматривать кристаллы поваренной соли под микроскопом, можно заметить, что все они имеют похожее строение.
Если же рассмотреть, например, частицы стекла, то все они будут иметь различное строение — такие вещества называют аморфными. К аморфным веществам относят стекло, крахмал, янтарь, пчелиный воск. Аморфные вещества — вещества, не имеющие кристаллического строения.
Если при физических явлениях вещества, как правило, лишь изменяют агрегатное состояние, то при химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие вещества. Приведем несколько простых примеров: горение спички сопровождается обугливанием древесины и выделением газообразных веществ, то есть, происходит необратимое превращение древесины в другие вещества. Другой пример: со временем бронзовые скульптуры покрываются налетом зеленого цвета. Дело в том, что в состав бронзы входит медь.
Этот металл медленно взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, в результате на поверхности скульптуры образуются новые вещества зеленого цвета Химические явления — явления превращений одних веществ в другие Процесс взаимодействия веществ с образованием новых веществ называют химической реакцией. Химические реакции происходят повсеместно вокруг нас. Химические реакции происходят и в нас самих.
В нашем организме непрерывно происходят превращения множества веществ, вещества реагируют друг с другом, образуя продукты реакции. Таким образом, в химической реакции всегда есть реагирующие вещества, и вещества, образовавшиеся в результате реакции. Любые химические явления реакции сопровождаются определенными признаками, при помощи которых химические явления можно отличить от физических. К таким признакам можно отнести изменение окраски веществ, выделение газа, образование осадка, выделение тепла, излучение света.
Многие химические реакции сопровождаются выделением энергии в виде тепла и света. Как правило, такими явлениями сопровождаются реакции горения. В реакциях горения на воздухе вещества реагируют с кислородом, содержащимся в воздухе.
Для распознавания углекислого газа используется реакция с известковой водой: при пропускании углекислого газа через известковую воду образуется осадок. Под действием так называемых кислотных дождей разрушаются мраморные скульптуры.
Какое явление происходит при этом? Разрушение мраморных скульптур под действием кислотных дождей представляет собой химическое явление.
Мрамор - это материал, состоящий из карбоната кальция. Под действием кислот карбонат кальция разлагается с выделением углекислого газа. Выделение газа - это признак химической реакции. В литровую стеклянную банку налейте полстакана воды и опустите часть таблетки аспирина УПСА размером с горошину.
Что наблюдается при этом? Чтобы определить, какой газ выделяется в результате химической реакции, опустите в банку тлеющую лучинку не касаясь жидкости. При опускании таблетки аспирина УПСА в воду наблюдается выделение газа.
Тлеющая лучинка в атмосфере этого газа гаснет, следовательно, газ не поддерживает горение. Вывод: выделяется углекислый газ. Возьмите половину чайной ложки гашеной извести она продается в хозяйственных магазинах и тщательно размешайте в кипяченой воде. Весь порошок не растворится, но это не беда. Дайте смеси отстояться и перелейте прозрачный раствор в чистый стакан.
Поэтому некоторое равновесное количество природного технеция — примерно 50 тонн - на Земле присутствует. В атомных реакторах происходит накопление технеция уже в макроскопических количествах — примерно 1 кг в год - за кампанию на тонну облученного топлива. Физика ядерных процессов такова, что в реакторах накапливается преимущественно изотоп 99 Тс, обладающий периодом полураспада чуть более тысяч лет. Несмотря на, казалось бы, не очень значительное количество технеция в отработавшем топливе 0.
Значительное количество неожиданных окислительно-восстановительных и каталитических реакций с участием технеция приводило к непредсказуемым результатам при переработке ядерного топлива. Именно это инициировало изучение химии и технологии технеция как отдельного элемента.
Лучшее понимание поведения технеция позволило решить многие проблемы, связанные с переработкой отработанного ядерного топлива, и в основном нейтрализовать вредоносные побочные процессы. Q: За то время, которое прошло с открытия технеция, люди успели накопить его в достаточно больших количествах.
Как используется технеций? У технеция 56 коротко- и долгоживущих изотопов. На короткоживущие изотопы технологи не обращают внимания, долгоживущие подлежат контролю и консервации. В настоящий момент из всех известных изотопов технеция широкое применение находит лишь так называемый «медицинский» технеций Tcm. Это ядерный изомер долгоживущего технеция Ядро Тсм находится в возбужденном состоянии.
В течение шести с небольшим часов оно испускает гамма-квант и переходит в основное состояние, в долгоживущий 99 Tc с периодом полураспада тысяч лет. К сожалению, медицинский технеций нужно нарабатывать специально, а нельзя накопить впрок в реакторе и выделить в ходе ПУРЭКС-процесса.
Потенциальное применение может найти еще один изомер - технецийm, который тоже нельзя накопить впрок, но можно получить из молибдена на медицинском ускорителе протонов. Его период полураспада около минут, за это время или быстрее надо успеть изготовить радиофармпрепарат и ввести его пациенту. Схема распада го изомера отличается от той, какую мы наблюдаем у Tcm.
Один из протонов ядра превращается в нейтрон с испусканием позитрона частицы-антиэлектрона и электронного нейтрино. При этом образуется ядро молибдена — атомный номер 42, число нуклонов Позитрон же, как «античастица», аннигилирует с одним из ближайших электронов - или самого технеция который уже стал молибденом или с любым другим из окружающей среды - с образованием аннигиляционной пары гамма-квантов, которые улавливаются детекторами ПЭТ — томографа.
Технецийm — очень перспективный изотоп для использования в позитронно-эмиссионной томографии. Каждый из перечисленных изотопов имеет свои плюсы и свои недостатки. Наиболее распространенный азот замечателен тем, что энергия испускаемого позитрона очень велика — более 16 МэВ.
Но его период полураспада - 10 минут. Через 20 минут радиоактивного материала во введенном препарате практически не останется. Фтор хорош с многих сторон, но из-за химических особенностей его применение не безгранично. У технецияm период полураспада как раз такой, чтобы его было удобно использовать в медицинских процедурах.
Изотоп технеция можно с легкостью получить в ускорителе, в который загружают полую алюминиевую мишень, заполненную раствором молибдата аммония. Но тут возникают проблемы. В ходе радиолиза водных растворов гептамолибдата аммония выделяется аммиак, аммиак реагирует с водой, образуя щелочь. Эта щелочь реагирует с алюминием, и мишень начинает крошиться, забивая капилляры подачи давления и т. Чтобы предотвратить химическое разрушение мишени, молибдат аммония желательно заменить на другое соединение молибдена.
В нашей лаборатории мы исследуем этот вопрос и находим некоторые неочевидные решения. Следующая проблема — какой взять молибден. Нужен особенный, не природный, а обогащенный по 94 изотопу и, конечно, дорогой. Один грамм обогащенного молибдена стоит более миллиона рублей. Его концентрация в этих мишенях существенная.
Стоимость исходного материала делает очень важной регенерацию молибдена для циклического повторного использования. Это можно сделать хроматографическими или экстракционными методами. Регенерация молибдена сильно снизит стоимость фармпрепаратов. Технеций в нем не накапливается, потому что он распадается обратно в исходный молибден. Дополнительным плюсом применения технецияm для ПЭТ является огромный накопленный опыт применения технецияm, для которого синтезированы биосовместимые соединения, изучена фармакокинетика и воздействие на метаболизм.
Знания о применении изотопа можно переносить на другой изотоп, не беспокоясь, что откроются новые аспекты поведения в реакциях, потому что для химии изотопные эффекты практически не значимы. Для изучения химических свойств и свойств материалов в лабораториях применяются долгоживущие изотопы. В частности, все структуры фармпрепаратов определялись именно на долгоживущем Тс С точки зрения медицины, биохимии и молекулярной биологии это важно потому, что каждый рецептор, каждый белок в тканях организма имеет свою пространственную ориентацию и свои активные центры.
Рецепторы определенным образом ориентированы, и, как ключик к замочку, должны к ним подходить функциональные группы вводимого препарата. На подобных закономерностях работает таргетность, когда на конкретных тканях обнаруживаются специфичные рецепторы, на которые ориентируются фармлинкеры.
Прикрепление радиоизотопа к известному действенному препарату может изменить его конфигурацию, и препарат будет действовать хуже. Правильная пространственная ориентация фармпрепарата, с учетом процессов скручивания молекулы и сольватации, может дать хорошее сродство к какому-то определенному рецептору.
Тогда вещество взаимодействует преимущественно с целевыми рецепторами, минимизируя побочные связывания. Применительно к таким сложным поливалентным металлам, как технеций, нельзя пренебрегать информацией о возможных структурах молекул, поскольку один атом металла может координировать не один и даже не два линкера, в зависимости от условий приготовления препарата.
Они могут существовать только в виде координационных соединений различной формы. Если структура фармпрепарата известна не полностью, то имеет место так называемое конкурентное связывание к различным рецепторам, что приводит к рандомному распространению радионуклида по организму и снижению эффективности диагностики или лечения. В радиофармпрепаратах используются исчезающе малые концентрации радиоизотопов, потому что количество фармпрепаратов отмеряют по активности, а она для короткоживущих атомов очень высокая.
Это означает, что в препаратах можно может быть всего-навсего 10 13 атомов десять триллионов или 10 -4 мг. В лаборатории мы работаем с макроколичествами технеция порядка мг. Поэтому в радиофармакологии чистота препарата имеет еще большее значение, чем в других областях. Низшие степени окисления, например, используются для диагностики заболеваний сердца, где технеций применяется в виде карбонильных соединений.
Возможно, будут разработаны методы применения даже экзотичных формально отрицательных степеней окисления, которых у технеция две: -1 и "почти" Правда, степень -2 пока только предсказана теоретически.
Q: Степень окисления -2? У технеция 7 электронов на внешней оболочке. Как так может быть? Неоднократно показано, что степень окисления — это лишь формальная величина, обозначаемая целочисленными значениями. Существуют десятки и сотни соединений металлов, где формальная степень окисления атомов дробная. Гидриды — тоже своего рода формальные соединения.
Гидриды технеция обычно имеют формулы ТсН 0. Мы получили первый нестехиометричный гидрид, в котором атомов водорода больше, чем атомов технеция.
