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.

ПериодГруппаГлавное квантовое число nIAIIА1H*2Li?Ве3NaMg4KCa5RЬSr6СsВа7FrRа

* ? 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

ПериодГруппаnIIА24Be312Mg420Ca538Sr656Ва788Ra

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

Характеристика4Ве12Mg20Са38Sr26Ва88RaВалентные электроны2s23s24s25s26s27s2Молярная масса, г/моль9,024,340,187,6137,3226Металлический радиус атома, пм133160197215221235Кристаллический радиус иона Э2+, пм3474104120138144Энергия ионизации; кДж/мольЭ ? Э+899738590549503509Э+ ? Э2+171450114106965979

Таблица 2

Свойства элементных веществ группы IIА

ХарактеристикаBeMgСаSrBaRaПлотность, г/см31,851,741,542,633,766,00Температура плавления, К1558924112310439831233Температура кипения, к324313801753165319131413Стандартный электродный потенциал(Э2+ + 2e- = Э°), В-1,85-2,36-2,87-2,89-2,91-2,92Координационное число466,86,86,96,8

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 MgАТФ2- и MgАДФ- :

Реакции образования комплексов запишутся в виде:

2+ + АТФ4- ?MgATФ2-

Mg2- + АДФ3- ?MgАДФ-

Во многих ферментативных реакциях, в которых АТФ выполняет функцию донора фосфатной группы, активной формой АТФ является комплекс МgАТФ2-. 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) + С202- (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:

CaS042Н20 = CaS041/2Н20 + 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)+2Р043- (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 ?-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 + 42? ? 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 + 42? ? 21185 At + 210n

или в сокращенной форме

209Bi(?, 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

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

. 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:

ØУ каких элементов внешний электронный слой завершен? Незавершен?

ØСколько 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] + H2(газ) - тетрагидроксобериллат натрия.

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

Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4]2+ + 2CO32- > [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)2CO3(осадок) + CO2(газ) + 4NH4Cl,

Mg2+ + 2CO32- + H2O = (MgOH)2CO3(осадок) + CO2(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 = BaCO3(осадок) + 2NH4Cl,2+ + CO32- = BaCO3(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+ + Cr2O72- + H2O = 2BaCrO4(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 = CaCO3(осадок) + 2NH4Cl,2+ + CO32- = CaCO3(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 = CaC2O4(осадок) + 2NH4Cl,2+ + C2O42- = 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 = SrCO3(осадок) + 2NH4Cl.

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

Sr2+ + SO42- = SrSO4(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:

ØУ каких элементов внешний электронный слой завершен? Незавершен?

ØСколько 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)??(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

Введение S-элементы в природе очень важны. Также важны и соединения S- элементов. S- элементы очень часто являются источником экологических проблем, в то

Больше работ по теме: