Номер 11, страница 108 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 3. Дисперсные системы и растворы. Параграф 15. Тонкодисперсные системы - номер 11, страница 108.

Условие.

11. В медицинской практике в качестве антисептического средства применяется препарат колларгол. Найдите в Интернете информацию о том, что он собой представляет и каким образом его получают. Предложите химические способы выделения чистого металла из данного препарата.

Решение.

Решение 2.

Что представляет собой колларгол и какой металл в нем содержится?

Колларгол — это лекарственный препарат, который относится к группе антисептических средств. С химической точки зрения, он представляет собой коллоидный раствор серебра. Он состоит из наночастиц металлического серебра, стабилизированных защитным коллоидом — высокомолекулярным органическим веществом, как правило, белком (например, альбумином или казеином). Защитный colloid предотвращает слипание (агрегацию) наночастиц и их выпадение в осадок. Содержание серебра в препарате составляет около 70–78%.
Таким образом, металл, содержащийся в колларголе, — это серебро ($\text{Ag}$).

Ответ: Колларгол — это коллоидный раствор, содержащий наночастицы металлического серебра ($\text{Ag}$), стабилизированные белковым защитным коллоидом.

Каким образом его получают?

Колларгол получают химическим методом, основанным на восстановлении ионов серебра до металлического состояния в присутствии стабилизатора. Процесс, как правило, включает следующие стадии:

1. Приготовление раствора соли серебра, чаще всего нитрата серебра ($AgNO_3$).

2. Приготовление раствора защитного коллоида (например, альбумина).

3. Смешивание растворов и добавление восстановителя (например, формальдегида, танина, аскорбиновой кислоты). Восстановитель превращает ионы серебра $Ag^+$ в атомы металлического серебра $Ag^0$.

Пример реакции восстановления ионов серебра формальдегидом в щелочной среде:

$2Ag^+ + HCHO + 3OH^- \rightarrow 2Ag \downarrow + HCOO^- + 2H_2O$

Образующиеся атомы серебра объединяются в наночастицы, на поверхности которых адсорбируются молекулы белка. Это препятствует их дальнейшему росту и осаждению, формируя устойчивую коллоидную систему.

Ответ: Колларгол получают путем восстановления солей серебра (например, нитрата серебра) в водном растворе в присутствии белкового защитного коллоида, который стабилизирует образующиеся наночастицы металлического серебра.

Предложите химические способы выделения чистого металла из данного препарата.

Для выделения чистого серебра из колларгола необходимо отделить его от органической белковой составляющей. Это можно сделать несколькими способами.

Способ 1. Прокаливание (термическое разложение)
Этот метод основан на сжигании органической компоненты препарата. Колларгол помещают в термостойкую посуду (например, фарфоровый тигель) и сильно нагревают на воздухе до температур 500–600 °C. При этом белковый компонент сгорает, превращаясь в газообразные продукты ($CO_2, H_2O, N_2$ и др.), а наночастицы серебра сплавляются в единый слиток металлического серебра. Этот метод прост, но для получения очень чистого металла может потребоваться дополнительная очистка.

Способ 2. Растворение в кислоте с последующим выделением
Этот метод включает несколько химических стадий:

1. Растворение. Препарат обрабатывают концентрированной или разбавленной азотной кислотой ($HNO_3$). Азотная кислота является сильным окислителем и растворяет металлическое серебро с образованием растворимой соли — нитрата серебра ($AgNO_3$). Одновременно кислота разрушает (гидролизует и окисляет) белковую составляющую.
$3Ag(s) + 4HNO_3(разб.) \rightarrow 3AgNO_3(aq) + NO(g) \uparrow + 2H_2O(l)$

2. Выделение серебра из раствора. Полученный раствор нитрата серебра фильтруют от нерастворимых остатков, после чего из него выделяют чистое серебро одним из подспособов:

а) Вытеснение более активным металлом. В раствор нитрата серебра погружают металл, стоящий левее серебра в ряду активности, например, медь ($\text{Cu}$) или цинк ($\text{Zn}$). Происходит реакция замещения, в ходе которой более активный металл растворяется, а серебро осаждается в виде металлического порошка.
$2AgNO_3(aq) + Cu(s) \rightarrow Cu(NO_3)_2(aq) + 2Ag(s) \downarrow$
Осадок серебра отделяют фильтрованием, промывают водой и высушивают.

б) Осаждение в виде хлорида. К раствору нитрата серебра добавляют раствор, содержащий хлорид-ионы, например, соляную кислоту ($HCl$) или поваренную соль ($NaCl$). В результате выпадает белый творожистый осадок нерастворимого хлорида серебра ($AgCl$).
$AgNO_3(aq) + NaCl(aq) \rightarrow AgCl(s) \downarrow + NaNO_3(aq)$
Осадок $AgCl$ отфильтровывают, промывают, а затем восстанавливают до металлического серебра, например, с помощью цинковой пыли в кислой среде:
$2AgCl(s) + Zn(s) \rightarrow 2Ag(s) + ZnCl_2(aq)$

Ответ: Чистое серебро из колларгола можно выделить двумя основными способами: 1) термическим разложением (прокаливанием), при котором органическая часть сгорает, а серебро сплавляется в слиток; 2) растворением препарата в азотной кислоте с последующим восстановлением серебра из полученного раствора нитрата серебра (например, вытеснением медью).