Возможность улучшения качества учебно-воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы 'S-элементы'

Возможность улучшения качества учебно-воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы 'S-элементы'

Введение

S-элементы в природе очень важны. Также важны и соединения S- элементов. S- элементы очень часто являются источником экологических проблем, в том числе по вине человека. Тем не менее, в совокупности, эти факторы находят очень слабое отражение в учебно-воспитательной работе в рамках естественной дисциплины. Поэтому цель работы - исследование возможности усовершенствования учебно-воспитательного процесса на уроках химии путем акцентирования внимания учащихся именно на этот круг проблемы. Гипотеза состояла в предположении о том, что экологизация содержания темы: «S- элементы» в рамках отведенного программой времени позволит как расширить кругозор школьников, так и усилить воспитательный эффект изучения данной темы. В работе решались следующие задачи:

1. Обзор литературы с целью установления места и роли данной темы в комплексе учебно-методических источников.

. Анализ школьных учебников, пособий, задачников и т.д. на предмет содержания в них сведений прикладного и экологического характера;

. Обзор собственно экологических проблем, связанных с наличием в природе и использованием своей жизнедеятельности человеком S- элементов и их соединений;

. Разработка и реализация собственных план - конспектов уроков с учетом информации, полученной в результате литературного поиска;

. Составление «банка» контрольных заданий к теме (текущий, промежуточный контроль знаний);

Объект исследования: учебно-воспитательный процесс с учениками 9-11 классов гимназии №1 г. Нальчик;

Предмет исследования - возможность улучшения качества учебно0воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы «S-элементы».

ГЛАВА 1. S-элементы в учебно-методической работе учителя химии

Материал настоящей главы посвящен двум аспектам: первый из них относится к роли и месту по объему и содержанию темы «S-элементы» в современном школьном курсе химии. Этот вопрос важен по той причине, что обычно содержание школьной программы по химии не успевает в достаточной мере отразить все важные в практическом отношении (экологическом, прикладном) факты, относящиеся к этой теме. То, что фактов и факторов множество, показано во второй части обзора.

.1 S-элементы в школьных программах, учебниках и другой методической литературы в школьном курсе химии. Степень отражения прикладных и экологичеких аспектов.

S-элементы в школьном курсе химии отражены следующим образом

8 класс

1. При изучении темы: «Периодический закон и периодическая таблица Д.И. Менделеева» учащиеся изучают группы сходных элементов. S-элементами являются элементы I, II-А групп.

. При изучении темы «Строение атома» изучается строение атомов некоторых S-элементов. Дается определение, что элементы, у которых на последнем энергетическом подуровне располагаются S-электроны, являются S-элементами.

9 класс

1. При изучении темы: «Щелочные и щелочноземельные металлы», ученикам напоминают, что эти металлы они относятся к S-элементам. Составляют электронные схемы строения щелочных и щелочноземельных металлов и указывают то, что у этих элементов на последнем энергетическом уровне располагаются S-электроны.

11 класс

1. При изучении темы: «Пространственное строение молекул неорганических и органических веществ» изучаются модели молекул в том числе и S-элементов.

. При изучении темы: «Химические свойства металлов главных подгрупп» подчеркивается то, что металлы I, II-A групп являются S-элементами, и химические свойства этих элементов изучают отдельно.

. При изучении темы: «Общая характеристика s-, p-, d-, f-элементов», они изучают семейство S-элементов, то что они проявляют сильные восстановительные свойства, т.е. легко отдают S-электроны последнего энергетического уровня.

1.2 Экологическая проблематика темы: «S-элементы ПСХЭ» с точки зрения экологии

К блоку S-элементов относятся 13 элементов, общим для которых является застраивание в их атомах s-подуровня внешнего энергетического уровня.

^* − необходимые элементы; ^** − биогенные элементы

Элементы IА-группы (Li, Nа, К, Rb, Сs, Fr) имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s-электрону, а элементы IIА-группы (Ве, Мg, Са, Ra, Ва, Sr) - по два электрона.

Химические свойства s-элементов IА- и IIА-групп сходны. s-Элементы легко отдают валентные s-электроны, т. е. они представляют собой сильные восстановители. Элементные вещества - типичные металлы, обладающие блеском, высокой электрической проводимостью и теплопроводностью, химически весьма активны.

s-Элементы имеют малые значения энергии ионизации при относительно больших радиусах атомов и ионов. Как правило, они образуют соединения с ионным типом связи, исключение составляет водород, для которого в соединениях даже с самыми электроотрицательными элементами (например, в воде) характерна преимущественно ковалентная связь. Частично ковалентный характер связи в соединениях в известной мере имеет место у лития, бериллия и магния.

Большинство природных соединений натрия, калия, кальция, стронция растворимы в воде и слабых кислотах, и поэтому ноны этих металлов могут мигрировать из водных растворов в организм растений, животных и человека.

Водород, натрий, калий, магний, кальций - жизненно необходимы для живых и растительных организмов.

.2.1Общая характеристика s-элементов IА-группы

Щелочные металлы

В IA-группу входят s-элементы - щелочные металлы, исключительно важные для нормальной жизнедеятельности животных и человека. Наибольшее значение для живых организмов имеют макроэлементы натрий, калий.

Как и многие другие биохимические процессы, перенос ионов Na⁺ и К⁺ через клеточные мембраны сопряжен с экзоэргонической реакцией гидролиза АТФ.

Натрий-калиевый градиент обусловливает возникновение разности потенциалов на клеточной мембране. За счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ три иона Na+ выводятся из клетки, а два иона К+ поступают внутрь клетки (рис.1). Такой дисбаланс электрических зарядов и служит причиной возникновения разности потенциалов на плазматической мембране, в частности нервных волокон. При этом внутренняя сторона мембраны заряжена отрицательно по отношению к внешней поверхности мембраны.

Изотонический раствор NaCl (0,9%) для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикациях, а также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки носа, а также для растворения различных лекарственных препаратов.

Гипертонические растворы NaCl (3−5−10%) применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран.. Применение таких компрессов способствует по законам осмоса отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие). 2-5%-ный раствор NaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNО₃, который при этом превращается в малорастворимый и нетоксичный серебра хлорид:

⁺(р) + С1⁻(р) = AgCl (т)

Натрий водородкарбонат (натрий гидрокарбонат, сода двууглекислая, сода питьевая) NaHCО₃ используют при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью − ацидозом (диабет и др.). Механизм снижения кислотности заключается во взаимодействии NaHCО₃ с кислыми продуктами. При этом образуются натриевые соли органических кислот, которые в значительной мере выводятся с мочой, и углерод диоксид, покидающий организм с выдыхаемым воздухом:

NaHCO₃ (p) + RCOOH (p) →RCOONa ) (p) + H₂О (ж) + CО₂ (г)

Используют NаНСО₃ и при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При приеме NaHCO₃ протекает реакция нейтрализации избыточной соляной кислоты:

₃ (р) + НС1 (р) = NaCl (р) + Н₂0 (ж) + С0₂ (г)

Рис. 1. Схема действия Na⁺-, К⁺ -АТФазы и возникновение разности потенциалов на клеточных мембранах

Следует иметь в виду, что применение NaHC0₃ вызывает ряд побочных эффектов. Выделяющийся при реакции углерод диоксид раздражает рецепторы слизистой оболочки желудка и вызывает вторичное усиление секреции, кроме того, он может способствовать перфорации стенки желудка при язвенной болезни.

Слишком большая доза NaHC03 в результате гидролиза приводит к алкалозу, что не менее вредно, чем ацидоз.

Растворы натрия водородкарбоната применяют в виде полосканий, промываний при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Действие NaHC0₃ в качестве антисептического средства основано на том, что в результате гидролиза, протекающего в очень незначительной степени, водный раствор NaHC03 проявляет слабощелочные свойства:

O₃ + Н₂0 → NaOH + Н₂С0₃

При воздействии щелочей на микробные клетки происходит осаждение клеточных белков и вследствие этого гибель микроорганизмов.

Натрий сульфат (глауберова соль) Na₂SO₄  10H₂O применяют в качестве слабительного средства. Эта соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника в течение длительного времени. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются, и каловые массы быстрее выводятся.

Натрий тетраборат Na₂B₄0₇ 10Н₂О применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие Na₂B₄0₇ 10Н₂О аналогично NaHC0₃ и связано с щелочной реакцией среды водного раствора этой соли вследствие ее гидролиза, а также с образованием борной кислоты:

₂B₄0₇ + 7Н₂0 ↔ 4Н₃В0₃ + 2NaOH

Натрий гидроксид в виде 10%-ного раствора входит в состав силамина, применяемого в ортопедической практике для отливки огнеупорных моделей при изготовлении цельнолитых протезов из кобальтохромового сплава.

Радиоактивный изотоп ²⁴Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, кроме того, он используется для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий. Содержание калия в организме человека массой 70 кг составляет примерно 160 г (4090 ммоль) 0,23%. Калий является основным внутриклеточным катионом, составляя ²/₃ от общего количества активных клеточных катионов.

Из общего количества калия, содержащегося в организме, 98% находится внутри клеток и лишь около 2% - во внеклеточной жидкости. Калий распространен по всему организму. Его топография: печень, почки, сердце, костная ткань, мышцы, кровь, мозг и т. д. Ионы калия К+ играют важную роль в физиологических процессах сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов обменных реакциях. Ионы К+ являются важными активаторами ферментов, находящихся внутри клетки.

Калий, как уже отмечалось выше, в большинстве случаев является антагонистом натрия. Ионы Nа+ и К+ принимают участие в биокатализе, образуя смешанные комплексы типа фермент - катион - субстрат.

Подтверждением того, что комплексообразование калия с ферментами и субстратами играет важную роль в транспорте ионов, является образование комплексов этих катионов с антибиотиком валиномицином. Уже давно известно, что антибиотики, подобные валиномицину, Вызывают транспорт ионов калия в митохондрии. Валиномицин образует прочный комплекс с нонами калия, в то время как ион натрия связывается этим антибиотиком в очень незначительной степени. Вследствие этого валиномицин можно рассматривать как биологическую модель переносчика ионов калия через плазматические мембраны в клетку.

Взрослый человек обычно потребляет с пищей 2-3 г калия в сутки. Концентрация ионов калия К⁺ во внеклеточных жидкостях, включая плазму, составляет в норме 3,5-5,5 ммоль/л, а концентрация внутриклеточного калия 115-125 ммоль/л.

При калиевом истощении применяют калий хлорид КСl 4-5 раз в день по 1 г.

Рубидий и цезий. По содержанию в организме человека рубидий (10%) и цезий (I0%) относятся к микроэлементам. Они постоянно содержатся в организме, но биологическая роль их еще не выяснена. Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия. Синергист калия - рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий, пируватфосфокиназу, альдегиддегидрогеназу и др.

Радиоактивные изотопы ¹³⁷Cs и ⁸⁷Rb используют в радиотерапии злокачественных опухолей, а также при изучении метаболизма калия. Благодаря быстрому распаду их можно даже вводить в организм, не опасаясь длительного вредного воздействия.

Франций. Это радиоактивный химический элемент, полученный искусственным путем. Имеются данные, что франций способен избирательно накапливаться в опухолях на самых ранних стадиях их развития. Эти наблюдения могут оказаться полезными при диагностике онкологических заболеваний.

Таким образом, из элементов IA-группы физиологически активны Li, Rb, Cs, a Na и К - жизненно необходимы. Близость физико-химических свойств Li и Na, обусловленная сходством электронного строения их атомов, проявляется и в биологическом действии катионов (накопление во внеклеточной жидкости, взаимозамещаемость). Аналогичный характер биологического действия катионов элементов больших периодов - К+, Rb+, Cs+ (накопление во внутриклеточной жидкости, взаимозамещаемость) также обусловлен сходством их электронного строения и физико-химических свойств. На этом основано применение препаратов натрия и калия при отравлении солями лития и рубидия.

1.2.2 Общая характеристика s-элементов ПА-группы

Щелочно-земельные металлы

Клетка

Во вторую группу периодической системы входят бериллий, магний и щелочно-земельные металлы - кальций, стронций, барий, радий, имеющие большое значение в жизнедеятельности. Наиболее важными среди этих элементов для живых организмов являются макроэлементы магний и кальций и микроэлементы стронций и барий. Магний входит в состав многих ферментативных систем, а кальций является главным компонентом костной ткани. Стронций оказывает влияние на процессы в костной ткани, а барий, очевидно, играет определенную роль в функционировании органов зрения. Если о биологической роли магния и кальция многое известно, то влияние микроэлементов стронция, бария и радия на живые организмы изучено очень мало. В живых организмах эти элементы находятся в степени окисления + 2.

В табл. 1 и 2 приведены некоторые свойства s-элементов IIА-группы. Атомы этих элементов имеют по два валентных электрона на s-подуровне внешнего энергетического уровня, т. е. электронная формула валентной оболочки s-элементов

Таблица 1

Свойства атомов щелочно-земельных элементов

Таблица 2

Свойства элементных веществ группы IIА

В нормальном состоянии у атомов этих элементов нет неспаренных электронов, но при переходе атомов в возбужденное состояние один из s-валентных электронов переходит на р-подуровень.

Это и обусловливает проявление степени окисления +2. Например, атом магния в возбужденном состоянии имеет следующую электронную формулу.

Степень окисления больше +2 элементы IIА-группы не проявляют.

Несмотря на то, что число валентных электронов у атомов s-элементов IIА-группы одинаково, свойства магния и в особенности бериллия существенно отличаются от свойств щелочноземельных металлов. Последнее прежде всего обусловлено значительным различием радиусов их атомов и ионов.

Отличие свойств бериллия связано и с тем, что его валентным электронам предшествует двухэлектронная оболочка. Кроме того, химические свойства бериллия и магния отличаются от свойств щелочно-земельных металлов вследствие того, что кальций, стронций, барий и радий имеют свободные d-орбитали, близкие по энергии к ns-орбиталям.

Бериллий во многом сходен с алюминием (диагональное сходство в периодической системе). Радиус атома и иона бериллия значительно меньше в сравнении с другими s-элементами группы. Соответственно энергия ионизации атома бериллия существенно выше, чем у остальных s-элементов IIА-группы. В отличие от магния и щелочноземельных металлов бериллий является амфотерным элементом, для него характерна в значительной степени ковалентная связь с атомами других элементов. В обычных условиях бериллий образует не простые, а комплексные ионы. В ряду Be⁺ - Mg²⁺ - Са²⁺- Sr²⁺ - Ва²⁺ прочность комплексов с кислородсодержащими и другими лигандами уменьшается:

Способность иона Ве²⁺ образовывать более прочные комплексы по сравнению с ионом Mg²⁺ с кислородсодержащими лигандами, фторидами и другими, присутствующими в живых организмах, обусловливает токсическое действие этого катиона.

Например, ион бериллия подавляет активность многих ферментов, активируемых ионом Mg в результате замещения ионов магния в его комплексах с ферментами, нуклеиновыми кислотами и другими биолигандами, содержащими фосфатные группы:

Высокопрочные тетраэдрические комплексы бериллия (sр³ -гибридизация орбиталей) с фосфатами хорошо растворимы по сравнению с менее прочными октаэдрическими комплексами магния (sр³d² -гибридизация орбиталей). В результате реакции замещения введенный в организм бериллий выводит из организмов в виде прочного комплекса фосфор (фосфатные группы). В свою очередь, это приводит к уменьшению содержания кальция в организме. Таким образом, в результате попадания бериллия в организм возникает заболевание «бериллиевый рахит». Так как приведенная выше реакция является обратимой, введение большого избытка солей магния приводит к смещению равновесия влево (принцип Ле Шателье) и восстановлению активности фермента.

Магний и бериллий являются антагонистами, т. е. добавление одного элемента приводит к вытеснению другого. Именно поэтому при отравлении солями бериллия вводят избыток солей магния. Вследствие токсичности соединения бериллия в медицинской практике в качестве лекарственных средств не применяются.

Магний и бериллий существенно различаются размерами атомов и ионов. Больший размер иона магния обусловливает и более высокое координационное число этого иона, как правило, равное 6 в комплексных соединениях с биолигандами. Химические связи иона магния с донорными атомами кислорода и азота биолигандов имеют более ионный характер по сравнению со связями иона бериллия. В отличие от всех остальных катионов IIА-группы, для которых предпочтительнее координация с атомами кислорода, ионы Mg⁺ преимущественно координируются с атомами азота.

Комплексные соединения магния играют огромную роль в жизнедеятельности растительных и животных организмов.

Так, например, ион Mg²⁺ является комплексообразователем в пигменте зеленых растений − хлорофилле− бионеорганическом соединении, играющем важную роль в процессе фотосинтеза:

Во внутриклеточной жидкости, для которой характерно содержание ионов Mg²⁺, аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозиндифосфат (АДФ) присутствуют в основном в виде комплексов MgАТФ^2- и MgАДФ^- :

Реакции образования комплексов запишутся в виде:

²⁺ + АТФ^4- ↔MgATФ^2-

Mg^2- + АДФ^3- ↔MgАДФ^-

Во многих ферментативных реакциях, в которых АТФ выполняет функцию донора фосфатной группы, активной формой АТФ является комплекс МgАТФ^2-. Необходимо отметить, что от концентрации ионов Mg²⁺ зависит устойчивость рибосом. Ион Mg²⁺ образует шестикоординационные соединения регулярной структуры в отличие от большого по размеру иона Са²⁺.

Кальций проявляет координационные числа 6, 7 или 8 и образует несимметричные комплексы. Возможным следствием является различная биологическая роль этих элементов в живых организмах. Способность ионов Са²⁺ образовывать комплексные соединения различного строения позволяет им легко «приспосабливаться» к окружающим их донорным атомам биолигандов и служить мостиками между лигандами. Очевидно, именно поэтому ион Са²⁺ гораздо эффективнее по сравнению с ионом магния вступает в качестве мостика между двумя лигандами во внеклеточном пространстве.

Интересно отметить, что ион Са²⁺ обычно бывает антагонистом иона Mg²⁺ в биохимических процессах. Впрочем, в этом нет ничего удивительного, поскольку физико-химические характеристики этих элементов существенно различаются (= 148 кДж/моль, различные координационные числа и т.д.). Так, ионы Са²⁺ подавляют активность многих ферментов, активируемых ионами Mg²⁺, например аденозинтрифосфатазу.

Антагонизм ионов кальция и магния проявляется и в том, что в отличие от магния ион кальция является внеклеточным катионом. При длительном поступлении в организм избыточных количеств солей магния наблюдается усиленное выделение кальция из костной ткани и некоторых белков.

Синергизм ионов магния и кальция наблюдают в активации некоторых ферментов, однако в большинстве случаев ион Mg²⁺ является активатором внутриклеточных ферментов, а ион кальция - внеклеточных.

Гораздо ближе физико-химические свойства иона магния и иона марганца Мn²⁺. Вследствие этого последний часто выступает синергистом иона Mg²⁺. Например, оба эти иона активируют такие ферменты, как различные фосфатазы и др. Предполагается, что активация фермента лейцинаминопептидазы ионами Mg²⁺ и Мn²⁺ происходит. вследствие образования комплекса:

Н Н СОО-

.-С-С-N-С-R,

I I I 2N О Н

где М²⁺-Mg²⁺ или Mn²⁺.

Так как кальций по физико-химическим характеристикам (радиус ионов, энергия ионизации, координационные числа) близок к стронцию и барию, то, как правило, ионы этих элементов являются синергистами иона кальция. Сходство в размерах ионов кальция и стронция приводит к наличию постоянной примеси стронция в организме.

При избытке ионов Sr²⁺ возникает эндемическая уровская болезнь. Это заболевание было обнаружено у населения, проживающего у реки Уровы в Восточной Сибири. Характерными особенностями болезни являются размягчение и искривление костей. Анализ почвы этой местности показал повышенное содержание в ней стронция. Вследствие этого в костной ткани происходило вытеснение ионов кальция ионами стронция, который не способен выполнять функции ионов Са²⁺. Результатом этого процесса является возникновение стронциевого рахита.

Токсичны и соли бария. Механизм действия этих солей заключается в том, что ионы Ва²⁺, имея одинаковый радиус с ионом К+, конкурируют с ним в биохимических процессах. В результате такой взаимозамещаемости возникает гипокалиемия. Ионы бария могут проникать и в костные ткани, вызывая эндемические заболевания (например, болезнь па-пинг).

Элементы ПА-группы, за исключением бериллия, обладают выраженными металлическими свойствами. В виде простых веществ они представляют собой серебристо-белые металлы с высокими температурами плавления. По плотности, за исключением радия, они относятся к легким элементам. Вследствие существенного различия в строении пространственных кристаллических решеток многие физические свойства в ряду Be-Ra изменяются незакономерно (плотность, температуры плавления и кипения).

Элементы IIА-группы - сильные восстановители, причем восстановительная активность с увеличением радиуса атома в ряду Be-Ra закономерно возрастает. Подобно щелочным металлам, они легко окисляются на воздухе, но при этом образуются оксиды ЭО, а не пероксиды:

Как и щелочные металлы, кальций, стронций, барий, радий вытесняют водород из воды даже при комнатной температуре. При этом образуются гидроксиды Э(ОН)г. Активность взаимодействия с водой в ряду Са-Sr-Ва-Ra существенно возрастает. В отличие от них бериллий не взаимодействует с водой, так как его поверхность покрыта плотной оксидной пленкой. Магний медленно взаимодействует с водой вследствие образования малорастворимого гидроксида Mg(OH)2, покрывающего поверхность металла и затрудняющего дальнейшее протекание реакции.

Среди оксидов элементов IIА-группы в качестве лекарственного препарата применяют магний оксид MgO. Основные свойства магния оксида и его нерастворимость в воде обуславливают его применение в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока:

(т) + 2НС1 (жел. сок) = MgCl2 (р) + Н20 (ж)

Магний оксид имеет преимущество перед натрий водородкарбонатом NaНСОз, так как при взаимодействии MgO с кислотой желудочного сока не происходит выделение углерода диоксида. Поэтому при действии магния оксида не наблюдается гиперсекреции. Образующийся при реакции магний хлорид, переходя в кишечник, оказывает легкий послабляющий эффект (осмотическое действие).

Смесь магний оксида MgO (85%) и магний пероксида Mg02 (15%) является препаратом, известным под названием «магний перекись». Этот препарат применяют при желудочно-кишечных расстройствах. Эффект частично связан с антацидньгм действием MgO, а частично - с бактерицидным действием образующегося водородпероксида Н2О2 при растворении препарата в кислом содержимом желудка:

O2 (т) + 2НС1 (жел. сок) = Н202 (р) + MgCl2 (р)

Магний оксид входит и в состав цинкофосфатных цементов (порошок «фосфат») и поликарбосиликатных цементов, которые применяют в стоматологии в качестве постоянных пломбировочных материалов. Кроме того, MgO входит в состав пломбировочного материала «цемент фосфат для фиксации несъемных протезов». Этот материал быстро затвердевает, отличается прочностью, поэтому его используют для фиксации одиночных коронок, мостов и несъемных протезов.

В основе стоматологического применения MgO, как и других оксидов - ZnO, СаО, А120з, лежит реакция образования малорастворимых фосфатов при перемешивании порошка фосфатных и поликарбосиликатных цементов с жидкой фазой - НзР04∙xН20:

MgO (т) + 2Н3Р04 (р) = Mg3(P04)2 (т) + ЗН20 (ж)

Оксиды бериллия и магния не соединяются с водой, в то время как оксиды щелочно-земельных металлов активно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

Основные свойства гидроксидов в ряду Ва-Ra закономерно усиливаются с ростом радиуса атомов. Оксиды и гидроксиды всех s-элементов ПА-группы, за исключением бериллия, проявляют только основные свойства. Бериллий оксид и гидроксид - амфотерны, они могут взаимодействовать как с кислотами

ВеО (т) + 2НС1 (р) = ВеС12 (р) + Н20 (ж)

Ве(ОН)2 (т) + 2НС1 (р) = ВеС12 (р) + 2Н20 (ж)

так и с щелочами:

ВеО (т) + 2NaOH (р) + Н2 0 (ж) = Na2[Be(OH)4 ] (р)

Ве(ОН)2 (т) +2NaOH (р) = Na2[Be(OH)4] (р)

Амфотерность бериллия проявляется и в том, что в отличие от остальных элементов этой группы он растворяется в щелочах:

(т) + 2NaOH (р) + 2Н20 (ж) = Na2[Be(OH)4] (р) + Н2 (г)

Из гидроксидов s-элементов ПА-группы в стоматологической практике используют кальций гидроксид, входящий в состав цемента и пасты, применяемые в качестве пломбировочного материала для лечебных прокладок.

Подобно щелочным металлам щелочно-земельные при высокой температуре окисляются водородом до гидридов ЭН2. При нагревании s-элементы ПА-группы взаимодействуют с азотом, фосфором, углеродом, галогенами и другими неметаллами. В медицинской практике эти соединения, за исключением галогенидов ЭГ2, не находят применения.

Многие соли элементов ПА-группы малорастворимы в воде. Так, среди галогенидов малорастворимы CaF2, MgF2; практически нерастворимы фосфаты магния и щелочно-земельных металлов Э3 (Р04)2, а из. сульфатов хорошо растворимы только BeS04 и MgS04. С ростом порядкового номера элемента растворимость этих солей обычно понижается. Такой характер изменения растворимости солей играет важную роль в биологическом действии катионов этой группы. Так, уменьшение растворимости кальция фосфата и карбоната по сравнению с аналогичными соединениями магния является, по-видимому, одной из причин формирования скелета всех живых организмов именно из этих соединений кальция.

В живых организмах из ионов кальция и фосфат-ионов образовался кристаллический минерал гидроксилапатит Са10(Р04) 6 (ОН)2 - основное вещество костной и зубной тканей.

Хотя магний является макроэлементом, его соединения не сыграли значительной роли в построении скелета. Очевидно, это связано с лучшей растворимостью магния фосфата Mg3(P04)2 и основного карбоната Mg(OH)2 ∙ 4MgC03 ∙ H20 по сравнению с кальцием фосфатом и карбонатом.

Так как микроэлементы стронций и барий по физико-химическим характеристикам (радиусы ионов, энергия ионизации, координационные числа и т. д.) сходны с кальцием, то, попадая в больших количествах в организм, они могут замещать ионы кальция в костной ткани. Такое замещение имеет место вследствие того, что растворимость фосфатов щелочно-земельных металлов уменьшается в ряду Са - Sr - Ва и равновесие:

SrX2 (р) + Са3(Р04)2 (т) ↔ Sr3(P04)2 (т) + ЗСаХ2 (р)

где X = С1⁻, НСО3⁻ и др., смещается вправо

Как уже упоминалось, именно в результате замещения ионов кальция в костной ткани на стронций возникает «стронциевый» рахит - повышенная ломкость костей. Образование очень прочного и малорастворимого бария фосфата Ваз(Р04)2 в костной ткани, нервных клетках и мозговом веществе обусловливает токсичность иона Ва²⁺.

Однако следует отметить, что в активации некоторых ферментов ионы бария и стронция являются синергистами кальция.

Многие соли кальция и магния находят применение в медицине. Антацидным и легким слабительным действием обладает магний карбонат основной Mg(OH)2∙4MgC03∙H20 (белая магнезия), механизм действия которого аналогичен магния оксиду MgO.

Магний сульфат (горькая соль) MgS04∙7H2O оказывает при парентеральном введении успокаивающее действие на центральную нервную систему. В зависимости от дозы может наблюдаться седативный, снотворный или наркотический эффект. Действие препарата основано на том, что ионы Mg²⁺ в зависимости от концентрации блокируют или обеспечивают нервно-мышечную передачу, они понижают возбудимость дыхательного центра, а также угнетают сосудо-двигательный центр, вследствие чего снижают артериальное давление.∙7H20 применяют и как слабительное. При пероральном приеме магния сульфата из-за плохой его всасываемости, как и в случае Na2S04∙10H2O, в просвете кишечника создается высокое осмотическое давление, что приводит к диффузии воды в просвет кишечника. В результате этого происходит разжижение и увеличение объема кишечного содержимого, что обусловливает акт дефекации.

В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства в медицине широко применяют силикатное производное Mg - тальк 2MgSi03∙Mg(HSi03)2.Это соединение используют также в качестве компонента для приготовления лекарственных форм - паст и таблеток.

Используют кальций хлорид при отравлении солями магния, а также оксалат- и фторид-ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, а во втором случае - на, образовании нетоксичных малорастворимых соединений кальция оксалата и фторида:

Са²⁺ (р) + С₂0^2- (р) = СаС₂0₄ (т)

Са²⁺ (р) + 2F^- (р) = CaF₂ (т)

Антацидным и адсорбирующим действием обладает кальций карбонат СаСОз. Его назначают внутрь при повышенной кислотности желудка, так как он нейтрализует соляную кислоту:

СаСОз (т) + 2НС1 (жел. сок) = СаС1₂ (р) + Н₂0 (ж) + С0₂ (г)

Кальций сульфат (жженый гипс) СаSО4∙½Н2О применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах, а также в качестве слепочного материала при протезировании зубов. Получают жженый гипс обжигом гипса CaS0₄∙2H₂0 при температуре не выше 453 К:

CaS0₄•2Н₂0 = CaS0₄•¹/₂Н₂0 + ³/₂ Н₂0

При замешивании жженого гипса в небольшом количестве воды происходит образование гипса. Этот процесс называется схватыванием гипса:

CaS0₄∙½H₂0 (т) + ³/2H2O (ж) = CaS0₄-2H₂0 (т)

Затвердевание гипсового теста сопровождается некоторым увеличением объема, что способствует получению хороших слепков.

Находит применение в медицине и радиоактивный изотоп ⁴⁵Са. С помощью этого изотопа были изучены процессы всасывания и распределения кальция в организме, отложения его в костях и выведение при нормальной жизнедеятельности организма и различных патологиях.

Поскольку ионы бария и стронция обладают токсическим действием, их соединения практически не применяются в медицине. Исключение составляет барии сульфат, который не подвергается гидролизу и не растворяется в соляной кислоте желудочного сока, вследствие чего и отсутствует токсическое действие при приеме этого вещества внутрь. Применяют эту соль для рентгеновской диагностики заболеваний пищеварительного тракта в качестве контрастного вещества, так как BaS0₄ сильно поглощает рентгеновские лучи. Но следует учитывать, что отдельные люди обладают повышенной чувствительностью к этому соединению.

Биологическая роль s-элементов IIА-группы

Их применение в медицине бериллий постоянно находится в растениях, а также в организмах животных. В последние годы появились сообщения, что содержание бериллия в живых организмах составляет ~ 10^-7%,т. е. он является примесным ультрамикроэлементбм. Биологическая роль бериллия изучена недостаточно. Известно, что соединения бериллия токсичны и вызывают ряд заболеваний (бериллиевый рахит, бериллиоз и т.д.). Особенно токсичны летучие соединения бериллия. Как уже было рассмотрено выше, отрицательное влияние иона Ве²⁺ на физиологические процессы можно объяснить его химическими свойствами (способностью образовывать прочные связи с биолигандами и хорошей растворимостью фосфатов бериллия).

Магний формально относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 0,027% (около 20 г). Топография магния в организме человека такова: в наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается он также в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце (рис.). У взрослого человека суточная потребность в магнии составляет около 0,7 г. Ион магния, так же как и ион калия, является внутриклеточным катионом.

В биологических жидкостях и тканях организма магний находится как в виде акваиона, так и в связанном с белками состоянии в количестве < 10, т. е. по сущности это микроэлемент.

Рис. Топография s-элементов ПА-группы в организме человека

Концентрация ионов магния внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточных жидкостях. Ионы магния играют важную биологическую роль в организме человека. Вследствие меньшего радиуса иона и большей энергии ионизации ион Mg²⁺ образует более прочные связи, чем ион кальция, и поэтому является более активным катализатором ферментативных процессов. Входя в состав различных ферментативных систем, ион магния является их незаменимым компонентом и активатором (такие ферменты, как карбоксипептидаза, холинэстераза и некоторые другие, являются специфическими для иона магния).

Гидролиз АТФ, сопряженный с рядом ферментативных реакций, в результате которых образуется гидрофосфат-ион НРО2- и выделяется большое количество энергии, проходит при обязательном избытке ионов Mg²⁺.

Кальций относится к макроэлементам. Общее содержание его в организме 1,4% .Кальций содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса кальция находится в костной и зубной тканях (см. рис.). В среднем взрослый человек в сутки должен потреблять 1 г кальция, хотя потребность в кальции составляет только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, только на 50% всасывается в кишечнике. Сравнительно плохое всасывание является следствием образования в желудочно-кишечном тракте труднорастворимых кальция фосфата Са3(Р04)2 и кальциевых солей жирных кислот:

ЗСа²⁺ (р)+2Р04^3- (р) ↔ Са3(Р04)2 (т)

Са²⁺ (р) +2R-СООН (р) ↔ (RCOO)2Ca (т) + 2Н⁺ (р)

В организме концентрация ионов кальция регулируется гормонами.

В костях и зубах взрослого человека около 1 кг кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала - гидроксилапатита Са10(Р04) 6 (ОН)2, образование которого происходит при взаимодействии ионов кальция с фосфат-ионами.

В крови и лимфе кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии - в соединениях с белками, углеводами и др. Механизм свертывания крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят от наличия ионизированного Са²⁺. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы.

Концентрации ионов кальция Са²⁺ внутри и вне клетки соответственно составляют 10^-6 и (2,25-2,8) 10^-3 моль/л. Поскольку кальций практически не используется внутри клетки, он выступает в качестве строительного материала в организме,в костях, зубах. Скелет - основное хранилище кальция в организме.

Стронций относится к примесным микроэлементам. Его содержание в организме 10^-3%. Концентрируется стронций главным образом в костях, частично замещая кальций. Важную роль играет стронций в процессах костеобразования (остеогенеза). При введении в организм радиоактивного изотопа ⁹⁰Sr установлено, что он в наибольшей степени накапливается в тех местах, где происходит интенсивный остеогенез. Определение содержания стронция в плазме и эритроцитах используют для диагностики и прогнозирования заболеваний лейкозом. Этот тест связан с тем, что при лейкозах содержание стронция в плазме крови уменьшается, а в эритроцитах увеличивается.

Образующийся при ядерных взрывах радиоактивный изотоп ⁹⁰Sr вызывает лучевую болезнь. Он поражает костную ткань, в особенности костный мозг. Накопление ⁹⁰Sr в атмосфере и организме человека способствует развитию лейкемии и рака костей. Применение кислоты - этилендиаминтетраацетата (ЭДТА) для удаления ионов ⁹⁰Sr из организма приводит к дополнительному вымыванию кальция из костей. Поэтому в настоящее время в этих целях используют не кислоту, а ее комплекс Nа2СаЭДТА.

Вместе с тем радиоактивные изотопы ⁸⁹Sr и ⁹⁰Sr применяют в лучевой терапии при лечении костных опухолей.

Барий также является примесным микроэлементом. Общее содержание его в организме составляет 1∙10^-5%. Концентрируется барий преимущественно в сетчатке глаза (см. рис.). Биологическая роль его пока не выяснена. Так как при лейкозах содержание бария в эритроцитах и плазме крови увеличивается, количественное определение бария может служить диагностическим тестом на заболевание лейкозом. Как уже отмечалось, ионы бария являются токсичными для организма.

Радий относится к примесным микроэлементам. Общее содержание его в организме 10^-11 -10^-12%. Максимально допустимое содержание радия в организме человека 1∙10^-7 г. Концентрируется радий преимущественно в костной ткани. Препараты радия ²²⁶Ra раньше применялись для лечения злокачественных опухолей, однако в настоящее время они практически не используются. Их заменили более дешевыми изотопами ⁶⁰Со, ^l37Cs и др.

экологический химия план урок

ГЛАВА 2. Экспериментальная часть

2.1 Констатирующий срез знаний учеников по теме: «Периодический закон Д.И. Менделеева и строение атомов»

Задача 1. В какой группе и в каком периоде периодической системы элементов Д.И. Менделеева находится элемент с порядковым номером 42?

Решение. Расположение элементов в периодической системе в соответствии со строением их атомов следующее: в первом периоде 2, во втором 8, в третьем 8. Третий период заканчивается элементом с порядковым номером 18 (2 + 8 + 8 = 18). В четвертом периоде 18 элементов, т.е. он заканчивается элементом с порядковым номером 36. В пятом периоде также 18 элементов, поэтому элемент с порядковым номером 42 попадает в пятый период. Он занимает шестое место, следовательно, находится в шестой группе. Этот элемент - молибден (Мо).

Задача 2. Какой из элементов - литий или калий - обладает более выраженными металлическими свойствами?

Решение. Строение электронных оболочек атомов натрия и цезия можно представить следующим образом:

Li −1s²2s¹ и K −1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹ или сокращенно [He]s¹ и [Ar]s¹.

Как видим, у обоих атомов на внешнем энергетическом уровне находится по одному электрону. Однако у атома калия внешний электрон расположен дальше от ядра (на четвертом энергетическом уровне, а у натрия - на втором) и, следовательно, легче отрывается. Поскольку металлические свойства обусловлены способностью отдавать электроны, они сильнее выражены у калия.

Задача 3. Какие соединения с водородом образуют элементы главной подгруппы VI группы? Назовите наиболее и наименее прочное из них.

Решение. Элементы главной подгруппы УI группы - р-элементы. У них на внешнем электронном уровне по 6 электронов: ns²np⁴. Следовательно, в соединениях с водородом они проявляют степень окисления -2. Формулы соединений: Н2O,H2S, H2Se,H2Те, Н2Ро. С ростом порядкового номера элемента (от кислорода к полонию) увеличивается радиус атома, что обусловливает уменьшение прочности соединения с водородом (от H2O к H2Ро). Таким образом, из названных соединений наиболее прочным является вода Н2O, наименее прочным - Н2Ро.

Задача 4. Опишите химические свойства элемента с порядковым номером 23 по его положению в периодической системе.Решение. По периодической системе определяем, что элемент с порядковым номером 23 находится в четвертом периоде и в побочной подгруппе V группы. Этот элемент - ванадий V. Электронная формула ванадия V: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s² или сокращенно [Аг] 3d³4s². По электронной формуле заключаем, что ванадий - d-элемент. Элемент может легко отдавать 2 электрона с 4-уровня, проявляя степень окисления +2. При этом он образует оксид VO и гидроксид V(OH)2, проявляющие основные свойства. Газообразных водородных соединений ванадий не образует, так как расположен в побочной подгруппе. Атом ванадия может также отдавать электроны с d-подуровня предпоследнего энергетического уровня (3 электрона) и, таким образом, проявляет высшую степень окисления +5 (численно равную номеру группы, в которой расположен элемент). Оксид, соответствующий высшей степени окисления, V2O5. Этот оксид обладает кислотными свойствами. В качестве гидроксида ему соответствует неустойчивая метаванадиевая кислота HVO3 (соли ее - ванадаты - устойчивые соединения).

Задача 5. Элемент астат (изотоп ²¹¹₈₅At) был получен облучением изотопа висмута ²⁰⁹₈₃Bi α-частицами (ядрами атома гелия). Напишите уравнение ядерной реакции полной и сокращенной формах.

Решение. При составлении уравнений ядерных реакций необходимо учитывать закон сохранения массы веществ (массы электронов при этом не учитываются). Кроме того, заряды всех частиц в левой и правой частях должны быть равны. В левой части записываем взаимодействующие ядра, в правой - продукты реакции. Учитывая порядковые номера и относительные массы атомов, записываем схему реакции: ²⁰⁹₈₃Вi + ⁴₂α → ²¹¹₈₅At + xОчевидно, частица х должна иметь заряд 0 (так как 83 + 2 = 85) и атомную массу 209 + 4 - 211 = 2. Частица с зарядом 0 - это нейтрон ¹₀n, следовательно, должно образоваться 2 нейтрона. Окончательный вид уравнения

^2О9₈₃Вi + ⁴₂α → ²¹¹₈₅ At + 2¹₀n

или в сокращенной форме

²⁰⁹Bi(α, 2n)²¹¹At

Задача 6. Напишите электронную формулу элемента, атом которого содержит на Зd-подуровне один электрон. В каком периоде, группе и подгруппе он находится и как этот элемент называется? Решение. В соответствии со шкалой энергии, 3d-подуровень заполняется после заполнения подуровня 4s²:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹

или

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹4s²

Общее число электронов в атоме, которое определяет порядковый номер элемента в периодической системе, - 21. Это скандий. Из электронной формулы видно, что этот элемент находится в четвертом периоде, третьей группе (три валентных электрона 3d¹4s²), побочной подгруппе (элемент d-семейства).

Мои уроки

Настоящая глава посвящена тому, как я провела уроки. Первый урок я провела по традиционной методике, а второй с элементами экологизации.

.2 Конспект урока по теме: «S-элементы и их соединения»

Цель: характеризовать общие свойства S-элементов ПСХЭ

Задачи:

Образовательные:

1. характеризовать общие свойства s-элементов и зависимость химических свойств соединений s-элементов от свойств атомов;

. применять знания по общей химии для характеристики элементов и их соединений.

Развивающие:

1. закрепить знания учащихся о распределении электронов в атоме;

. формировать умения написания электронных формул веществ;

. формировать умения определять вид ковалентной связи.

Воспитательные: воспитывать умение работать в сотрудничестве, оказывать взаимовыручку и взаимопомощь.

Ход урока:

.   Организационный момент

Добрый день! Сегодня мы начинаем изучение новой темы «S-элементы и их соединения». Для лучшего понимания нового материала необходимо освежить изученный ранее материал.

2. Актуализация знаний

№1. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов углерода и кремния.

№2. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов азота и аргона.

№3. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов неона и хлора.

Остальные учащиеся выполняют самостоятельную работу

ВАРИАНТ 1

. Сколько орбиталей в атоме водорода, на которых находятся электроны?

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

2. Атом какого химического элемента содержит три протона?

а) B; б) P; в) Al; г) Li.

3. Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +22?

а) Na; б) P; в) О; г) Ti.

4. Число нейтронов в атоме марганца равно:

а) 25; б) 29; в) 30; г) 55.

5. Количество неспаренных электронов в атоме серы равно:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

ВАРИАНТ 2

. Сколько орбиталей в атоме гелия, на которых находятся электроны?

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

2. Атом какого химического элемента содержит десять электронов?

а) S; б) H; в) Ne; г) Li.

3. Атом какого химического элемента имеет заряд ядра +35?

а) Ni; б) Pt; в) Br; г) Te.

4. Число нейтронов в атоме цинка равно:

а) 65; б) 22; в) 30; г) 35.

5. Количество неспаренных электронов в атоме хлора равно:

а) 1; б) 2; в) 3; г) 4.

ОТВЕТЫ

Вариант 1

 - а, 2 - г, 3 - г, 4 - в, 5 - б.

Вариант 2

 - а, 2 - в, 3 - в, 4 - г, 5 - а.

Ответы к заданию учащиеся сдают учителю.

Проверка индивидуального задания у учащихся, работавших у доски.

Дополнительные вопросы:

Ø У каких элементов внешний электронный слой завершен? Незавершен?

Ø  Сколько электронов не хватает до завершения внешнего электронного слоя?

3. Изучение нового материала

К s-элементам относятся две группы Периодической системы: IА и IIА.

В группу IА входят 8 элементов: литий, калий, натрий, рубидий, цезий, франций, водород, гелий. В группу IIА входят 6 элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Общим является застраивание в их атомах электронами s-подуровня внешнего энергетического уровня. (Т.Е. говорим о "семействе элементов". ВСПОМИНАЕМ: "семейство элементов" определяется тем, какой подуровень заполняется электронами в последнюю очередь.)

S-Элементы расположены в IIА подгруппе периодической системы Д.И. Менделеева (Это Берилий, Магний, Кальций, Стронций, Барий, Радий). На внешнем электронном уровне у них имеется два электрона, которые легко отдают атомы s-элементов, превращаясь в двузарядные ионы. С увеличением числа валентных электронов на энергеическом уровне энергия ионизации атомов увеличивается (Энергия ионизации - это энергия, необходимая для отрыва наиболее слабо связанного электрона от атома), а следовательно, восстановительные свойства атомов уменьшаются.

Входящие в состав этой группы кальций, стронций и барий издавна получили название щелочно-земельных металлов. Такое название связано с тем, что гидроксиды этих элементов обладают щелочными свойствами, а их оксиды по тугоплавкости сходны с оксидами алюминия и тяжёлых металлов, носивших прежде общее название земель.

Электронная формула внешней оболочки:

Элементы IIА группы - металлы серебристо-белого цвета, легкие и довольно твёрдые. Они непосредственно соединяются с кислородом, водородом, галогенами, серой, азотом, фосфором и углеродом. На воздухе покрываются защитной плёнкой, которая состоит из оксидов и частично нитридов и карбонатов.

В свободном виде эти металлы получают главным образом электролизом их расплавленных солей. Радий выделяют обработкой урановых руд. В воде катионы s-элементов гидратированы и образуют аквакомплексы ([Ca(H₂O)₆]²⁺) за счёт электростатического притяжения дипольных молекул воды. Поскольку электронная оболочка ионов s-элементов имеет устойчивую конфигурацию инетрного газа и лиганды (молекулы воды) мало влияют на состояние электронов, все они в водных растворах бесцветны. Ионы s-элементов в водных растворах могут образовывать комплексные соединения с органическими и неорганическими лигандами, но устойчивость этих комплексов мала, так как s-элементы образуют с лигандами связь, приближающуюся к ионной. Наименьшая устойчивость комплексных соединений наблюдается у ионов с большим радиусом и малым зарядом. У катионов IIА группы с повышением заряда и уменьшением радиуса устойчивость комплексов увеличивается.

Соли элементов IIА группы подвергаются гидролизу в том случае, когда соль образована сильным основанием и слабой кислотой. При растворении такой соли в воде она полностью диссоциирует. Образуется слабая кислота и гидроксид-ионы:

А- +НОН = НА + ОН-

Р-ры таких солей имеют елочную реакцию среды. Гидролиз идёт по аниону.

Щелочноземельные металлы могут соединяться с водородом, образуя гидриды, аналогичные гидридам щелочных металлов. Замечательна склонность щелочноземельных металлов соединяться с азотом, возрастающая по мере увеличения их атомной массы. Уже при комнатной температуре щелочноземельные металлы медленно соединяются с азотом, образуя нитриды.

Говоря о том, сколь часто встречаются природе атомы того, или иного элемента, обычно указывают его распространенность в земной коре. Под земной корой понимают атмосферу, гидросферу и литосферу нашей планеты. Так, в земной коре наиболее распространены четыре из этих тринадцати элементов:

Na (w =2,63%), K (w = 2,41%), Mg (w = 1,95%) и Ca (w = 3,38%).

Остальные встречаются значительно реже, а франций вообще не встречается.

Берилий открыт в 1798 г. французским химиком Луи Никола Вокленом. Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл русский химик И.В. Авдеев. Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO.

Магний. В 1695 году из минеральной воды Эпсомского источника в Англии выделили соль, обладавшую горьким вкусом и слабительным действием. Аптекари называли её горькой солью. Минерал эпсомит имеет состав MgSO₄·7H₂O. Латинское название элемента происходит от названия древнего города Магнезия в Малой Азии, в окрестностях которого имеются залежи минерала магнезита. Впервые магний был выделен в чистом виде сэром Хемфри Дэви в 1808 году. Большие количества магния находятся в морской воде. Магнезиальные соли встречаются в больших количествах в солевых отложениях самосадочных озёр. Месторождения ископаемых солей карналлита осадочного происхождения известны во многих странах.

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается. На долю кальция приходится 3,38% массы земной коры. Новый элемент обнаружили в минерале стронцианите, найденном в 1764 году в свинцовом руднике близ шотландской деревни Строншиан, давшей впоследствии название новому элементу. В свободном виде стронций не встречается. Он входит в состав около 40 минералов. Из них наиболее важный - целестин. Чаще всего стронций присутствует как примесь в различных кальциевых минералах.

Барий был открыт в виде оксида BaO в 1774 г. Карлом Шееле. Своё название получил от древнегреческого "тяжёлый", так как его оксид (BaO) был охарактеризован, как имеющий необычно высокую для таких веществ плотность. В Российской Федерации радий впервые был получен в экспериментах известного советского радиохимика В.Г. Хлопина. Название "радий" связано с излучением ядер атомовради.

Реакции комплексообразования соединений IIA группы

Be + 2NaOH +2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H_2(газ) - тетрагидроксобериллат натрия.

BeF₂ + 2KF = K₂[BeF₄] - тетрафторбериллат калия.

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]²⁺ + 2CO₃^2- > [Be(CO₃)₂]^2-

. Качественные реакции на ионы магния, кальция, стронция, бария

Катионы магния, кальция, бария и стронция относятся ко II аналитической группе, которая характеризуется наличием группового реагента (NH₄)₂CO₃, осаждающего любой из приведённых катионов из его раствора.

Реакции обнаружения катиона магния Mg²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония с раствором соли магния образует белый амфотерный осадок основной соли (MgOH)₂CO₃, растворимый в избытке NH₄Cl

2MgCl₂ + 2(NH₄)₂CO₃ + H₂O = (MgOH)₂CO_{3(осадок)} + CO_2(газ) + 4NH₄Cl,

Mg²⁺ + 2CO₃^2- + H₂O = (MgOH)₂CO_{3(осадок)} + CO_2(газ)

Реакции обнаружения катиона бария Ba²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония осаждает катион бария из растворов его солей в виде белого аморфного постепенно кристаллизирующегося осадка BaСО₃

BaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = BaCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl,²⁺ + CO₃^2- = BaCO_{3(осадок).}

Осадок хорошо растворим в кислотах, в том числе и слабых.

Обнаружение.

Дихромат калия K₂Cr₂O₇ образует с раствором соли бария жёлтый осадок BaCrO₄, нерастворимый в уксусной кислоте, в отличие от хромата стронция:

2Ba²⁺ + Cr₂O₇^2- + H₂O = 2BaCrO_{4(осадок)} + 2H⁺.

Реакции обнаружения катиона кальция Ca²⁺

Групповой реагент.

Карбонат аммония осаждает из растворов солей кальция аморфный белый осадок CaCO₃, который при нагревании переходит в кристаллический:

CaCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = CaCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl,²⁺ + CO₃^2- = CaCO_{3(осадок)}.

Осадок легко растворяется в минеральных и уксусной кислотах.

Обнаружение. Оксалат аммония образует с раствором соли кальция белый кристаллический осадок, растворимый в соляной, но не растворимый в уксусной кислоте.

CaCl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O_{4(осадок)} + 2NH₄Cl,²⁺ + C₂O₄^2- = CaC₂O₄.

Аналогичный осадок дают ионы бария и стронция, поэтому этой реакцией можно обнаружить кальций только при отсутствии этих двух ионов.

Реакции обнаружения катиона стронция Sr²⁺

Групповой реагент. Карбонат аммония при взаимодействии с растворами солей стронция осаждает карбонат стронция белого цвета, растворимый в уксусной, соляной и азотной кислотах:

SrCl₂ + (NH₄)₂CO₃ = SrCO_{3(осадок)} + 2NH₄Cl.

Обнаружение. Насыщенный раствор гипса образует с ионами Sr²⁺ белый осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO₄^2- = SrSO_{4(осадок)}.

Однако при действии гипсовой воды ион стронция даёт не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. Появление осадка ускоряется нагреванием.

Биологическая роль магния и кальция: содержание в организме, суточная потребность, локализация в органах и тканях, значение для организма

Биороль магния: Всего в организме человека содержится около 40г магния, из них более половины находится в костной ткани. Основная масса магния, находящегося вне костей, сосредоточена внутри клеток. Ионы магний 2+ являются вторыми по содержанию внутриклеточными катионами после ионов калия. Поэтому ионы магния играют важную роль в поддержании осмотического давления внутри клеток. В организме человека и животных ионы магния являются одними из основных активаторов ферментативных процессов. Ионы магния, введённые подкожно или в кровь, вызывают угнетение центральной нервной системы и приводят к наркотическому состоянию, понижению кровяного давления и т.д. Топография магния в организме человека следующая: дентин и эмаль зубов, кости скелета, поджелудочная железа, скелетные мышцы, почки, мозг, печень и сердце. Суточная потребность в магнии взрослого человека - около 10 мг на 1кг массы тела. Ионы магния тормозят выделение ацетилхолина, способствуют выделению холестерина из организма, стимулируют перистальтику кишок и желчеотделение, влияют на углеводно-фосфорный обмен и синтез белка. Ионы магния являются антагонистами ионов кальция.

Кальция: Это один из пяти (O, C, H, N, Ca) наиболее распространённых элементов в организме человека (1,5%). Основная масса имеющегося в организме кальция находится в костях и зубах. В составе плотного матрикса кости входит термодинамически и кинетически устойчивая при pH 7,40 форма фосфата кальция - гидроксифосфат кальция Ca₅(PO₄)₃OH. Фракция внекостного кальция, хотя она составляет всего 1% его общего содержания в организме, очень важна из-за её воздействия на свёртываемость крови, нервно-мышечную возбудимость и сердечную мышцу. Суточная потребность организма в кальции 0,8-0,9 г. Ионы кальция принимают участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердца, свёртывании крови. Его уменьшение в организме сопровождается возбуждением нервной системы. Ионы кальция влияют на кислотно-основное равновесие, функцию эндокринных желёз. Находится в антагонизме с ионами калия, натрия и магния.

4. Закрепление материала

Задание по группам:

-3 группа: На чем основано применение натрия тетрабората Na2B4O7 * 10H2O в качестве антисептического средства?

-6 группа: Почему при отравлении солями бериллия добавляют избыток солей магния?

Два ученика работают у дополнительной доски с этим же заданием для образца к самопроверке.

Вывод по теме урока.

Оценки за урок.

Домашнее задание: §35-36, стр. 104-106, упр.7,8 ;задача 3

2.3 Конспект урока по теме: «S-элементы и их соединения с элементами экологизации»

Цель: изучить общую характеристику S-элементов ПСХЭ

Задачи:

Образовательные:

1. изучить общую характеристику S-элементов

. раскрыть химизм действия важных лекарственных препаратов, биологической роли s-элементов

. прогнозировать токсичность действия соединений s-элементов.

Развивающие:

1.закрепить знания учащихся о распределении электронов в атоме;

.формировать умения написания электронных формул веществ;

.формировать умения определять вид ковалентной связи.

Воспитательные: воспитывать умение работать в сотрудничестве, оказывать взаимовыручку и взаимопомощь.

Ход урока:

1. Организационный момент

Добрый день! Сегодня мы начинаем изучение новой темы «S-элементы и их соединения с элементами экологизации». Для лучшего понимания нового материала необходимо освежить изученный ранее материал.

2. Актуализация знаний

Задание учащимся у доски по карточкам. (индивидуальное задание)

№1. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов углерода и кремния.

№2. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов азота и аргона.

№3. Изобразить схему строения атомов и электронную формулу атомов неона и хлора.

Остальные учащиеся выполняют самостоятельную работу

ВАРИАНТ 1

. Определите элемент со схемой распределения электронов в атоме 2, 8, 4:

а) Mg; б) Si; в) Cl; г) S.

2. Максимальное число электронов на третьем энергетическом уровне:

а) 14; б) 18; в) 8; г) 24.

3. Орбитали, имеющие сферическую форму, называют:

а) s-орбиталями;

б) p-орбиталями;

в) d-орбиталями;

г) f-орбиталями.

4. Максимальное число электронов на р-орбиталях:

а) 2; б) 6; в) 10; г) 14.

5. Укажите химический элемент, атомы которого имеют электронную формулу

1s²2s²2p⁶3s²3p¹:

а) Na; б) P; в) Al; г) Ar.

ВАРИАНТ 2

. Определите элемент со схемой распределения электронов в атоме 2, 8, 8:

а) Na; б) P; в) Al; г) Ar.

2. Максимальное число электронов на четвертом энергетическом уровне:

а) 14; б) 32; в) 26; г) 18.

3. Орбитали, имеющие гантелеобразную форму, называют:

а) s-орбиталями;

б) p-орбиталями;

в) d-орбиталями;

г) f-орбиталями.

. Максимальное число электронов на s-орбиталях:

а) 2; б) 6; в) 10; г) 14.

5. Укажите химический элемент, атомы которого имеют электронную формулу

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵:

а) Mg; б) P; в) Cl; г) Si.

ОТВЕТЫ

Вариант 1

 - б, 2 - б, 3 - а, 4 - б, 5 - в.

Вариант 2

 - г, 2 - б, 3 - б, 4 - а, 5 - в.

Ответы к заданию учащиеся сдают учителю.

Проверка индивидуального задания у учащихся, работавших у доски.

Дополнительные вопросы:

Ø У каких элементов внешний электронный слой завершен? Незавершен?

Ø  Сколько электронов не хватает до завершения внешнего электронного слоя?

3. Изучение нового материала

К s-элементам относятся две группы Периодической системы: IА и IIА.

В группу IА входят 8 элементов: литий, калий, натрий, рубидий, цезий, франций, водород, гелий. В группу IIА входят 6 элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Общим является застраивание в их атомах электронами s-подуровня внешнего энергетического уровня. (Т.Е. говорим о "семействе элементов". ВСПОМИНАЕМ: "семейство элементов" определяется тем, какой подуровень заполняется электронами в последнюю очередь.)

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния

Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, литий, рубидий и цезий - к микроэлементам.

Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ.

Электронная формула внешней оболочки:

Натрий

Содержание натрия в организме человека массой 70 кг - около 60 г: 44% - во внеклеточной жидкости, 9% - во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани - место депонирования иона Na⁺ в организме.

В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната.

Распределен по всему организму:

в сыворотке крови, в спинномозговой жидкости, в глазной жидкости, в пищеварительных соках, в желчи, в почках, в коже, в костной ткани, в легких, в мозге.

Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na⁺ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости.

Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза).

В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na₂HPO₄ + NaH₂PO₄) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма.

Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов.

Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой систем, гладких и скелетных мышц.

Натрия хлорид NaCl - основной источник соляной кислоты для желудочного сока.

Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране.

Препараты натрия, применяемые в медицине

Изотонический раствор - NaCl (0,9%) - для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП.

Гипертонические растворы - NaCl (3-5-10%) - применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие).

2-5% р-р NaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO₃.

Ag⁺_(р) + Cl¯_(р) → AgCl_(т)

Натрия гидрокарбонат NaHCO₃ используют при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом.

Механизм

NaHCO₃ + RCOOH → H₂O + CO₂ + RCOONa

RCOONa натриевые соли органических кислот в значительной мере выводятся с мочой, CO₂ - покидает организм с выдыхаемым воздухом.

NaHCO₃ также используют при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки.

NaHCO₃ + HCl → H₂O + NaCl + CO₂

Имеет ряд побочных эффектов.

NaHCO₃ применяют в виде полосканий, промывания при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза NaHCO₃ водный раствор имеет слабощелочные свойства. При воздействии щелочи на микробные клетки происходит их гибель.

NaHCO₃ + H₂O → NaOH + CO₂ + H₂O

Натрия сульфат Na₂SO₄*10H₂O - применяют в качестве слабительного средства. Соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся.

Натрия тетраборат Na₂B₄O₇*10H₂O - применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие аналогично NaHCO₃, связано со щелочной реакцией среды в результате гидролиза.

Na₂B₄O₇ + 7H₂O → 2NaOH + 4H₃BO₃

Радиоактивный изотоп ²⁴Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, используют для лечения некоторых форм лейкемии.

Калий

Содержание калия в организме человека массой 70 кг - около 160 г.: 2% - во внеклеточной жидкости, 98% - во внутриклеточной.

В организме человека калий находится: в крови, в почках, в сердце, в костной ткани, в сердце,в мозге.

Калий является основным внутриклеточным ионом. Концентрация ионов К⁺ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости. Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах - сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Являются важными активаторами внутриклеточных ферментов.

Магний

Формально относится к макроэлементам. Общее содержание в организме 0,027% (около 20 г). В наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце.

Является внутриклеточным катионом. Концентрация ионов Mg²⁺ внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточной жидкости.

Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют, в основном, в виде комплексов MgАТФ ^2- и MgАДФ ^2-.

Во многих ферментативных реакциях активной формой АТФ является комплекс MgАТФ ^2-.

Препараты магния, применяемые в медицине

MgO магния оксид - применяют в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока.

MgO + HCl → H₂O + MgCl₂

MgCl₂ - обладает легким послябляющим эффектом.

MgO магния оксид (85%) и магния пероксид MgO₂ (15%) "магний перекись". Применяют при кишечных расстройствах.

MgSO₄*7H₂O магния сульфат (горькая соль) - в зависимости от дозы может обладать седативным, снотворным или наркотическим эффектом. Применяют и как слабительное.

В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства применяют тальк силикатное производное

Mg²⁺ - 2 MgSiO₃* Mg(HSiO₃)₂.

Кальций

Относится к макроэлементам. Общее содержание в организме - 1,4%.

Содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса - в костной и зубной тканях. В костях и зубах взрослого человека около 1 г кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала ГИДРОКСИЛАПАТИТА - Ca₁₀(PO₄)₆(OH)_2. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы, механизмах свертывания крови.

Препараты кальция, применяемые в медицине

Кальция хлорид CaCl₂ - при отравлении солями магния, также оксалат- и фторид- ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, во втором - на образовании нетоксичных малорастворимых соединений.

Кальция карбонат CaCO₃ - обладает антацидным и адсорбирующим действием, назначают внутрь при повышенной кислотности желудочного сока.

Кальция сульфат CaSO₄*1/2H₂O - жженый гипс. Применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах.

Токсичность бериллия и бария.

Водорастворимые соли бария очень ядовиты. При остром отравлении поражаются миокард, нервная система, сосуды. Обладает холинолитическим эффектом, вызывает гипокалиемию. При отравлении барийхлордва повышается проницаемость сосудов, приводя к кровоизлияниям и отёкам. Поражение нервной системы проявляется энцефалопатией, парезами, параличами. Барий вытесняет из костей кальций и фосфор, что ведёт к остеопорозу. Обладает слабым мутагенным действием.

Биологическая роль бериллия не выяснена. Все его соединения ядовиты. Особенно токсичны летучие соединения и пыль, содержащая бериллий и его соединения. Присутствие даже небольшого количества бериллия в окружающей среде приводит к заболеванию - бериллозу. Ионы бериллия вытесняют ионы кальция из костной ткани, вызывая её размягчение

Оценки за урок.

Домашнее задание: §5,6, стр.27-33.

Практическая работа №1

Задача 1. Марганец получают электролизом водного раствора сульфата марганца (II) с инертными электродами. Определите, какая масса марганца получена, если на аноде собран кислород объемом 16,8л (нормальные условия). Учтите, что выход кислорода количественный, а выход металла составляет 84% Решение. Составляем уравнение электролиза раствора сульфата марганца (II) с инертными электродами. В растворе соль диссоциирует на ионы:

MnSO4↔Mn²+ + SO4²¯

Реакции на электродах:

катод (-) Мn²+ + 2е¯ = Мn 2

анод (+) 2Н2O-4е¯ = 4Н+ + Î2 1

2Mn²+ + 2H2O ^{электролиз__}> 2Mn + 4H+ + O2

или

2MnSO4 + 2H2O ^{ýëåêòðîëèç_} > 2Mn + 2H2SO4 + O2

Îïðåäåëÿåì êîëè÷åñòâî âåùåñòâà êèñëîðîäà, ïîëó÷åííîãî ïðè ýëåêòðîëèçå:

n(O2)=V(O2)/Vm; n(O2)=16,8/22,4 ìîëü=0,75 ìîëü.

Èç óðàâíåíèÿ ýëåêòðîëèçà ñëåäóåò:

n(Ìn)=n(O2)=2/1; n(Ìn)=2n(Î2) ; n(Mn)=2∙0,75ìîëü=1,5ìîëü.

Ìàññà ìàðãàíöà ñîñòàâëÿåò:

m(Ìn)=n(Ìn) ∙Ì (Ìn); m(Ìn)=1,5∙55 ã=82,5 ã.

Ó÷èòûâàÿ âûõîä ìåòàëëà, íàõîäèì ìàññó ðåàëüíî ïîëó÷åííîãî ìàðãàíöà:

mp(Mn)=m(Mn)∙η(Mn)/100 ; mp(Mn)=82,5∙84/100 ã = 69,Çã.

Çàäà÷à 2. Âàíàäèé ïîëó÷àþò âîññòàíîâëåíèåì îêñèäà âàíàäèÿ (V) ìåòàëëè÷åñêèì êàëüöèåì. Êàêóþ ìàññó ìåòàëëà ìîæíî ïîëó÷èòü ïðè âîññòàíîâëåíèè êîíöåíòðàòà ìàññîé 400ã, ìàññîâàÿ äîëÿ V2O5 â êîòîðîì ðàâíà 85%? Êàêóþ ìàññó òåõíè÷åñêîãî êàëüöèÿ íàäî âçÿòü äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ òåõíè÷åñêîãî êàëüöèÿ íàäî âçÿòü äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ, åñëè òåõíè÷åñêèé êàëüöèé ñîäåðæèò ïðèìåñü îêñèäà êàëüöèÿ? Ìàññîâàÿ äîëÿ ÑàÎ â òåõíè÷åñêîì ìåòàëëå ñîñòàâëÿåò 5%. Ðåøåíèå. Çàïèñûâàåì óðàâíåíèå ðåàêöèè ïîëó÷åíèÿ âàíàäèÿ ìåòîäîì ìåòàëëîòåðìèè:

V2O5+5Ca=2V+5ÑàÎ

Îïðåäåëÿåì ìàññó V2O5 â êîíöåíòðàòå:

m(V2O5)=mw(V2O5) ; m(V2O5)=400·0,85 ã =340 ã.

Ðàññ÷èòûâàåì êîëè÷åñòâî âåùåñòâà îêñèäà âàíàäèÿ (V):

n (V2O5)=m(V2O5)/M(V2O5) ; n(V2O5)=340/182 ìîëü=1,87 ìîëü

Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèÿ ðåàêöèè çàïèñûâàåì:

n(V2O5)/n(V) = 1/2 ; n(V)=2n(V2O5); n(V)=2·1,87 ìîëü=3,74 ìîëü.

Îïðåäåëÿåì ìàññó ìåòàëëà, êîòîðûé ìîæíî ïîëó÷èòü:

m(V)=n(V)·M(V); m(V)=3,74·51 ã=190,7 ã.

Èç óðàâíåíèÿ ðåàêöèè ñëåäóåò, ÷òî

n(V2O5)/ n(Ñà)=1/5; n(Ca)=5n(V2O5); n(Ca)=5·1,87 ìîëü=9,35 ìîëü.

Ìàññà êàëüöèÿ, êîòîðûé íàäî âçÿòü äëÿ âîññòàíîâëåíèÿ, ñîñòàâëÿåò:

m(Ñà)=n(Ñà)·Ì(Ñà); m(Ñà)=9,35·40 ã=Ç74 ã.

Òåõíè÷åñêèé êàëüöèé ñîäåðæèò ïðèìåñü - îêñèä êàëüöèÿ. Îïðåäåëÿåì ìàññîâóþ äîëþ êàëüöèÿ â òåõíè÷åñêîì ìåòàëëå:

w(Ñà)=1−w(ÑàÎ); w(Ñà)=1−0,05=0,95.

Íàõîäèì ìàññó òåõíè÷åñêîãî ìåòàëëà, íåîáõîäèìîãî äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ïðîöåññà:

m(òåõí. ìåò.)=m(Ca)/w(Ca); m(òåõí. ìåò.)=474·0,95 ã=393,7 ã.

Çàäà÷à 3. Áàðèé ïîëó÷àþò àëþìèíîòåðìè÷åñêèì âîññòàíîâëåíèåì îêñèäà áàðèÿ. Êàêàÿ ìàññà áàðèÿ áóäåò ïîëó÷åí ïðè âçàèìîäåéñòâèè îêñèäíîãî êîíöåíòðàòà ìàññîé 600 ã (ìàññîâàÿ äîëÿ ÂàÎ 91,8%) ñ òåõíè÷åñêèì àëþìèíèåì ìàññîé 100ã (ìàññîâàÿ äîëÿ àëþìèíèÿ 98,55%)? Ðåøåíèå. Çàïèñûâàåì óðàâíåíèå ðåàêöèè âçàèìîäåéñòâèÿ îêñèäà áàðèÿ ñ àëþìèíèåì:

ÇÂàÎ+2À1=ÇÂà+À1203

Îïðåäåëÿåì ìàññó è êîëè÷åñòâî âåùåñòâà îêñèäà áàðèÿ, âçÿòîãî äëÿ ðåàêöèè:

m(ÂàÎ)=m(êîíöåíòðàòà) w(ÂàÎ);

m(ÂàÎ)=600 0,918 ã=550,8 ã;

n(ÂàÎ)=m(ÂàÎ)/M(ÂàÎ); n(BaO)=550,8/153 ìîëü=3á6 ìîëü.

Íàõîäèì ìàññó àëþìèíèÿ, êîòîðûé âçÿò äëÿ ðåàêöèè, à åãî êîëè÷åñòâî âåùåñòâà:

m(À1)=m(òåõí. ìåò.)·w(AI);

m(À1)=100·0,9855 ã=98,55 ã;

n(AI)=m(AI)/M(AI); n(AI)=98,55/27 ìîëü=3,65 ìîëü.

Âû÷èñëÿåì, êàêîå êîëè÷åñòâî âåùåñòâà àëþìèíèÿ n'(AI) ïîòðåáóåòñÿ äëÿ ðåàêöèè ñ îêñèäîì áàðèÿ êîëè÷åñòâîì âåùåñòâà 3,6 ìîëü. Èç óðàâíåíèÿ ðåàêöèè ñëåäóåò:

n(ÂàÎ)/n'(AI)=3/2;

n'(AI)=2/3 n(BaO);

n'(AI)=2·3,6/3 ìîëü=2,4 ìîëü.

Ñëåäîâàòåëüíî, àëþìèíèé âçÿò äëÿ ðåàêöèè â èçáûòêå,, Îïðåäåëÿåì êîëè÷åñòâî âåùåñòâà è ìàññó ïîëó÷åííîãî, áàðèÿ. Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèÿ ðåàêöèè çàïèñûâàåì:

n(Âà)=n(ÂàÎ);

n(Âà)=3,6 ìîëü;

m(Âà)=n(Âà)·M(Âà);

m(Âà)=3,6·137 ã=493,2 ã.

Çàäà÷à 4. Êàêóþ ìàññó ãåêñàãèäðàòà õëîðèäà êàëûöèÿ ÑàÑ12 6Í2O è âîäû íàäî âçÿòü äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ ðàñòâîðà îáúåìîì 150 ìë ñ ìàññîâîé äîëåé õëîðèäà êàëüöèÿ 16%, è ïëîòíîñòüþ 1,14 ã/ìë?

Ðåøåíèå. Îïðåäåëÿåì ìàññó ðàñòâîðà, êîòîðûé íåîáõîäèìî ïðèãîòîâèòü:

m=Vð; m=150·1,14 ã=171 ã.

Íàõîäèì ìàññó ÑàÑI2, êîòîðàÿ íåîáõîäèìà äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ ðàñòâîðà:

m(ÑàÑI2)=mw(ÑàÑI2); m(ÑàÑ12)= 171·0,16 ã=27,36 ã.

Êîëè÷åñòâî âåùåñòâà õëîðèäà êàëüöèÿ ñîñòàâëÿåò:

n(ÑàÑI2)=m(CaCI2)/M(CaCI2); n(CaCI2)=27,36/111 ìîëü=0,2465 ìîëü

Èç ôîðìóëû ãåêñàãèäðàòà õëîðèäà êàëüöèÿ ÑàÑ12 6Í2O ñëåäóåò:

n(ÑàÑI2·6Í2Î)=n(ÑàÑI2); n(ÑàÑ12 6Í2Î)=0,2465 ìîëü.

Ñëåäîâàòåëüíî, ìàññà ãåêñàãèäðàòà õëîðèäà êàëüöèÿ, òðåáóåìîãî äëÿ ïðèãîòîâëåíèÿ ðàñòâîðà, ñîñòàâëÿåò:

m(ÑàÑI2 6Í2O)=n(ÑàÑI2 6Í2Î) M(ÑàÑI2 6H2O);

m(ÑàÑI2 6Í2O)=0,2465·219 ã= 54,0 ã.

Îïðåäåëÿåì íåîáõîäèìóþ ìàññó âîäû:

m(ÑàÑI2 6Í2Î)=m−m(CaCI2 6H2O); m(Í2Î)=(171-54) ã=117 ã.

Çàäà÷à 5. Èìååòñÿ ñìåñü ïîðîøêîâ æåëåçà, àëþìèíèÿ è ìåäè ìàññîé 16 ã. Íà ïîëîâèíó ñìåñè ïîäåéñòâîâàëè èçáûòêîì êîíöåíòðèðîâàííîãî ðàñòâîðà ãèäðîêñèäà êàëèÿ, ïîëó÷èâ ãàç îáúåìîì 3,36 ë. Ê äðóãîé ïîëîâèíå ñìåñè äîáàâèëè èçáûòîê ðàñòâîðà ñîëÿíîé êèñëîòû. Ïðè ýòîì âûäåëèëñÿ ãàç îáúåìîì 4,48 ë. Îïðåäåëèòå ìàññîâûå äîëè ìåòàëëîâ â ñìåñè. Îáúåìû ãàçîâ ïðèâåäåíû ê íîðìàëüíûì óñëîâèÿì.

Ðåøåíèå. Ñ ðàñòâîðîì ãèäðîêñèäà êàëèÿ âçàèìîäåéñòâóåò òîëüêî îäèí êîìïîíåíò ñìåñè - àëþìèíèé:

AI+ 2ÊÎÍ + 10Í2O= 2Ê[À1(ÎÍ)4(H2O)2] + 3Í2↓ (à)

Îïðåäåëÿåì êîëè÷åñòâî âåùåñòâà âîäîðîäà, êîòîðûé âûäåëèëñÿ â äàííîé ðåàêöèè:

na(H2)/ Vm; na(H2)=3,36/22,4 ìîëü=0,15 ìîëü

Èç óðàâíåíèÿ ðåàêöèè (à) ñëåäóåò:

n(AI)/na(H2)=2/3; n(AI)2/3 na(H2); n(AI)=2·0,15/3 ìîëü = 0,1 ìîëü.

Ìàññà àëþìèíèÿ â ïîëîâèíå èñõîäíîãî îáðàçöà ìàññîé 8 ã ñîñòàâëÿåò:

m(AI) = n(À1)· Ì(ÀI); m(ÀI) = 0,1·27 ã = 2,7 ã.

Ñ ðàñòâîðîì ñîëÿíîé êèñëîòû âçàèìîäåéñòâóþò àëþìèíèé è æåëåçî:

À1 + 6ÍÑI = 2AIÑ13 + 3Í2↑ (á) Få + 2HÑI = FeCI2 + Í2↑ (â)

Èç óðàâíåíèÿ (á) ñëåäóåò:

n(AI)/ná(H2)=2/3; ná(H2)=3/2 n(AI); ná(H2)=3/2 · 0,1 ìîëü=0á15 ìîëü.

Îáúåì ýòîãî âîäîðîäà ðàâåí:

Vá(Í2)=ná(Í2) Vm;

Vá(Í2)= 0,15·22,4 ë= 3,36 ë.

Îáúåì âîäîðîäà, âûäåëèâøèéñÿ â ðåàêöèè (â), ñîñòàâëÿåò:

Vâ(Í2) =V(H2)− Vá(Í2);

V(Í2) = (4,48 - 3,36) ë = 1,12 ë,

ãäå V(Í2) - îáúåì âîäîðîäà, âûäåëèâøèéñÿ ïðè äåéñòâèè ñîëÿíîé êèñëîòû íà ñìåñü ìåòàëëîâ ìàññîé 8 ã, ò.å. îáúåì âîäîðîäà, âûäåëèâøèéñÿ â ðåàêöèÿõ (á) è (â). Ðàññ÷èòûâàåì êîëè÷åñòâî âåùåñòâà âîäîðîäà, îáðàçîâàâøåãîñÿ ïðè âçàèìîäåéñòâèè æåëåçà ñ ñîëÿíîé êèñëîòîé:

nâ(H2)=Vâ(H2)/Vm; nâ(H2)=1,12/22,4 ìîëü=0,05 ìîëü

Íà îñíîâàíèè óðàâíåíèÿ (â) çàïèøåì:

n(Fe)=nâ(H2); n(Fe)=0,05 ìîëü.

Ìàññà æåëåçà â ïîëîâèíå èñõîäíîãî îáðàçöà ñìåñè ñîñòàâëÿåò:

m(Fe)=n(Fe) M(Fe); m(Fe)= 0,05∙56 ã = 2,8 ã.

Îïðåäåëÿåì ìàññó ìåäè â ïîëîâèíå èñõîäíîãî îáðàçöà ñìåñè ìåòàëëîâ:

m(Ñu) = m(ñìåñè) - m(ÀI) - m(Få);

m(Ñu) = (8 - 2,7 - 2,8) ã = 2,5 ã.

Îïðåäåëÿåì ìàññîâûå äîëè ìåòàëëîâ â ñìåñè:

w(ÀI) = m(AI)/m(ñìåñè);

w(AI)=2,7/8=0,3375, èëè 33,75%;

w(Fe)=m(Fe)/m(ñìåñè);

w(Fe)=2,8/8= 0,35, èëè 35%;

w(Ñu) = m(Ñu)/m(ñìåñè); w(Ñu) =2,5/8 = 0,3125, èëè 31,25%.

Ðàçìåùåíî íà Allbest.ru