Sэлементы

• Название: Sэлементы
• Дата: 25.10.2021
• Размер: 430.99 Kb.
• Имя файла: bibliofond.ru_875716.rtf
• Тип: Документы; #255082
• страница: 8 из 8

6. Биологическая роль элементов IА-группы

По содержанию в организме человека Na (0,08%) и калий (0,23 %), к макроэлементам, а остальные щелочные металлы литий, рубидий, цезий к микроэлементам. Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме и участвуют в обмене веществ.

Биологическая роль лития как микроэлемента пока до конца не выяснена. Доказано, что на уровне клеточных мембран ионы лития (при достаточной концентрации) конкурируют с ионами натрия при проникновении в клетки. Замещение ионов натрия ионами лития в клетках связано с большей ковалентностью соединений лития, вследствие чего они лучше растворяются в фосфолипидах.

Натрий является основным внеклеточным ионом. В организме человека находится натрий в виде в виде его растворимых солей - хлоридов, фосфатов, гидрокарбонатов. В организм человека натрийпоступает в виде поваренной соли. Ежедневная потребность в натрии составляет 1 г. Хотя среднее потребление этого элемента 4-7 г. Избыточное потребление натрия способствует развитию гипертонии. Хлорид натрия используется для приготовления гипертонических растворов. При отравлении нитратом серебра желудок промывают 2-5% раствором NaCl.

Гидрокарбонат натрия NaHCO₃ (сода) используют при заболеваниях, связанных с повышенной кислотностью. Сульфат натрия (глауберова соль) NaSO₄·10Н₂О применяется как слабительное средство.

Калий является основным внутриклеточным анионом, составляя 2/3 от общего количества активных клеточных анионов.

Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах - нормальном функционировании сердца, сокращении мышц, поведении нервных импульсов. Калий является антагонистом натрия. Ионы калия и натрия принимают участие в биокатализе. При калиевом истощении принимают хлорид калия КСl 4-5 раз в день по 1 г.

Рубидий и цезий относятся к микроэлементам. Синергист калия - рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий.

Радиоактивные изотопы ¹²⁷Cs и ⁸⁷Rb используют в радиотерапии злокачественных опухолей.

Франций - это радиоактивный химический элемент, полученный искусственным путем. Франций способен избирательно накапливаться в опухолях на ранних стадиях их развития, что оказывается полезным при диагностике онкологических заболеваний.

7. Элементы IIA группы

В главную подгруппу II группы входят элементы: бериллий, магний, кальций. стронций, барий и радий. Все эти элементы, кроме бериллия, обладают ярко выраженными металлическими свойствами. в свободном состоянии они представляют собой серебристо-белые вещества. Более твердые. Чем щелочные металлы, с довольно высокой температурой плавления. По плотности все они, кроме радия, относятся к легким металлам. Их важнейшие свойства приведены в табл.6. Элемент второго периода бериллий бериллийотличается по своим свойствам от других элементов этой подгруппы. Так ион Ве²⁺ благодаря очень малому ионному радиусу (0,027 нм), высокой плотности заряда, большим значениям энергии ионизации оказывается устойчивым лишь в газовой фазе при высоких температурах. Поэтому химическая связь в бинарных соединениях бериллия даже с наиболее электроотрицательными элементами (ВеО, ВеF₂) обладает высокой долей ковалентности.

Для щелочноземельных металлов (Са, Sr, Ba, Ra) характерно образование ионных связей и высокие координационные числа. Магний занимает промежуточное, так как с одной стороны он похож на щелочноземельные, приемущественно ионные соединения, образование иона [Mg (H₂O) ₆] ²⁺, а по ряду свойств (растворение с олей, основности гидроксида) - на бериллий. Степень ионности связи в солях и гидроксидах меньше, чем в соединениях щелочных металлов. Во многих случаях связи в кристаллической структуре настолько точны, что соли щелочнокмельных (сульфаты, карбонаты, ортофосфаты) оказываются малорастворимыми.

Мg и Са широко распространены в природе, Sr и Ba мало распространены, Be - редкий элемент, Ra в ничтожных количествах сопутствует урану, при распаде которого он образуется.

В свободном состоянии элементы подгруппы II A не встречаются (в очень небольших количествах найден самородный магний). Мg и Са входят в состав природных силикатов, алюмосиликатов и карбонатов:

МgОSiО₂ (оливин); МgОAI₂О₃ (шпинель); МgС1₂6Н₂O (бишофит); MgCO_{3 (}магнезит); СаСОз (известняк, мрамор, мел). СаСО₃МgСОз (доломит), CaF₂ (флюорит).

Получение. Бериллий получают магнийтермическим восстановлением фторидов бериллия:
Мg + ВеF₂ МgF₂ + Ве.
Магний получают электролизом расплава:
сталь | МgС1₂, КС1 | С (гр).
Кальций получают электролизом расплава:
Сu | СаСI₂, KCI, CaF₂ | C (гр),
а, также алюмотермическим методом:
Аℓ + 4СаО СаОАℓ₂О₃ + ЗCа.
Аналогично получают стронций и барий:
Aℓ + 4SrO (BaO) SrO (BaO) Аℓ₂O₃ + 3Sr (Ва).
Химические свойства. Все эти металлы за исключением бериллия и магния неустойчивы на воздухе, они покрываются тонкой оксидной пленкой и теряют блеск. Ca, Sr, Ва хранят без доступа воздуха в герметически закрытых сосудах, под слоем керосина или парафинового масла. Радий сильно радиоактивен, период полураспада 1620 лет, подвержен - распаду, при распаде превращается в радон.
Таблица 6

Свойства элементов IIA группы

Свойства	Ве	Мg	Са	Sr	Ва	Rа
Содержание в земной коре, %	610-4	2,1	2,96	З,410-2	б.510-2	1210-10
Металлический радиус, rмет, нм yv	0,112	0,160	0, 197	0,215	0,217	0,223
Температура плавления,°С	1287	650	842	768	727	969
Температура кипения,°С	2507	1095	1495	1382	11805	1500
Плотность, г/см3	1,84	1,74	1,55	2,63	3,63	5,8
Стандартный электродный потенциал, В	-1,85	-2,36	-2,87	-2,89	-2,90	-2,92
Электроотрицательность	1,47	1,23	1,04	0,89	0,87	0,87
Энергия ионизации, эВ	9,32	7,64	6,11	5,69	5,21	5,28
Тип решетки	Гексогональная плотная упаковка (Г.Ц. К.)				О.Ц.К.

Все металлы подгруппы II А являются сильными восстановителями. Be и Мg разлагают воду при нагревании, а Ca и Sr при обычной температуре:
Ве (Мg) + 2Н₂O = Ве (Мg) (OH) ₂ + H_2,Са + 2Н₂O = Са (ОН) ₂ + Н₂.
Все металлы подгруппы IIА растворяются в разбавленных кислотах:
Mg + 2HCI = MgCl₂ + H_2,3Мg + 8НNОз = 3Мg (NO₃) ₂ + 2NO + 2Н₂О,

Ca + 10HNO₃ = NH₄NO₃ + 4Ca (NO₃) ₂ + 5H₂O.
Бериллий взаимодействует со щелочами:
Be+2NaOH+H₂O= Na₂ [Be (OH) ₄] +H_2,Sr, Ва
пассивируются концентрированной HNOПри нагревании Ca,Sr,Ba легко реагируют с водородом, образуя гидриды ЭН₂:

+ Н₂ = СаН_2,Sr + Н₂ = SrH_2.
CaH₂, SrH₂, BaH₂ - это кристаллические вещества, окисляющиеся на воздухе и легко реагирующие с водой:
CaH_{2 (}k) + O₂ =Ca (OH) ₂ (k); G⁰=-328кДж.

СаН₂ (к) + 2Н₂О (ж) = Са (ОН) ₂ (кр) + 2Н₂ (г); G⁰ = - 272 кДж.
Магний взаимодействует с водородом только при высоком давлении и в присутствии катализатора I₂:
Mg + H₂ MgH₂.
Гидрид бериллия получают по реакции:
BeCl₂ + 2LiH = BeH₂ + 2LiCI.
Гидриды Be и Mg - твердые вещества, при слабом нагревании разлагаются:
ВеН₂. Ве + Н₂, MgН₂ Mg + H_2.
Восстановительная активность Mg настолько высока, что магний горит в атмосфере углекислого газа:
Mg + CO₂ = 2MgO + C.
В промышленности и лаборатории оксиды элементов подгруппы IIA получают не из металлов, а при термическом разложении карбонатов или гидроксидов:
СаСО₃ СаО + СО_2.

Мg (ОН) ₂ МgО + Н₂O.
Из оксидов элементов подгруппы IIА амфотерными свойствами обладает оксид бериллия ВеО, что подтверждается реакциями:
BeO + SiO₂ = BeSiO

амфот. кислот. силикат Be

оксид оксид

BeO + Na₂О = Na₂BeO_2.

амфот. основн. бериллат Na

оксид оксид
Оксид бериллия с водой и соляной кислотой не взаимодействуют, а оксиды МgО и СаО проявляют большую активность:
МgО + НСI = МgСI₂+ Н₂О,

СаО + Н₂О = Са (ОН) ₂.
При взаимодействии оксидов с избытком кислорода при нагревании образуются пероксиды:
ВаО + ½O₂ = ВаО₂ (к); G⁰ = - 21 кДж.
Пероксиды других металлов подгруппы IIА получают действием концентрированного раствора пероксида водорода на соответствующие гидроксиды:
Са (ОН) ₂ + Н₂O₂ = СаО₂ + 2Н₂О.
Все пероксиды подвергаются сильному гидролизу, образуя гидроксид и пероксид:
ВаО₂ + 2НОН Ва (ОН) ₂ + Н₂О₂.
Пероксиды металлов подгруппы IIА разлагаются кислотами:
ВаО₂ + Н₂SO₄ ВаSO₄ + Н₂О_2.
Гидроксиды элементов группы IIА Э (ОН) ₂ - более слабые основания, чем гидроксиды щелочных металлов. Растворимость и основной характер гидроксидов возрастает от Be (ОН) ₂ к Ва (ОН) _2:
Be (ОН) ₂, Мg (ОН) ₂, Са (ОН) ₂, Sr (OH) ₂, Ва (ОН) _2.

амфотерный слабое основны гидроксиды,

гидроскид основание
При пропускании углекислого газа через растворы гидроксидов получают карбонаты:
Са (ОН) ₂ + СО₂ = СаСОз + Н₂О, Ва (ОН) ₂ + СО₂ = ВаСО₃ + Н₂О.
Амфотерность гидроксида бериллия подтверждается реакциями:
Be (ОН) ₂ + 2HNO₃ Be (NO₃) ₂ + 2Н₂О.
В расплаве:
Be (OH) ₂ + 2NaOH Na₂BeO₂. +2H₂О,
и в растворе:
Be (OH) ₂ + 2NaOH Na₂ [Be (OH) ₄].

тетрагидроксобериллат Na

Na₂ [Be (ОН) ₄] Na₂BeО₂ + 2Н₂О.
При взаимодействии металлов подгруппы IIА с серой образуются сульфиды:
Ba + S = BaS,+ S = CaS.
Сульфиды легко подвергаются гидролизу:
CaS + 2HOH = Ca (ОН) ₂ + H₂S ,+ 2HOH = Ba (ОН) ₂ + H₂S .
Карбиды этих металлов получают при нагревании их оксидов с углеродом:
СаО + C CаС₂ + CО.

карбид Са
Карбиды имеют различный состав (Мg₂С₃, Ве₂С, МgС₂₎. Карбиды также легко гидролизуются:
СаС₂ + 2НОН Са (ОН) ₂ + С₂Н_2,Ве₂С + 4НОН 2Ве (ОН) ₂ + СН_4.
Из солей металлов подгруппы IIА хорошо растворимы в воде нитраты: Ba (NO₃) ₂, Ca (NO₃) ₂; перхлораты Са (CIО₄) ₂, ацетаты: Ва (СНзСОО) ₂, Са (СH₃СОО) _2. Сульфаты, карбонаты, силикаты, фосфаты, арсенаты, фториды (кроме BeF₂) нерастворимы.

При действии СО₂ на осадок карбоната кальция и магния образуются гидрокарбонаты:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O Ca (НСО₃) _2.
Гидрокарбонаты Са (НСО₃) ₂ и Мg (НСО₃) ₂ существуют только в растворах.

Соединения бериллия очень ядовиты, вызывают тяжелое заболевание - бериллоз. Недопустимо попадание их на кожу и дыхательные пути. Ядовиты все растворимые соли бария.

Применение. Бериллий в виду его легкости, твердости, высокой коррозионной стойкости широко используется в космической технике. В атомной промышленности применяют в отражателях и замедлителях нейтронов. Применение бериллия ограниченно высокой стоимостью. Сплавы бериллия с медью - бериллевые бронзы обладают высокой химической и механической стойкостью. Оксид бериллия (ВеО) - один из лучших огнеупорных материалов (t_пл = 2580°С), такими же свойствами обладает оксид магния. Мg используют в металлотермических процессах, широко используют сплавы на основе магния. Барий легко реагирует со всеми газообразными веществами, кроме благородных газов, его используют в качестве геттера - поглотителя газов в вакуумных приборах.

Значение кальция велико. Организм человека содержит 0,7-1,4%Са, основная масса которого приходится на костную ткань. Суточная потребность кальция для человека 1 г. Ион кальция с ионами Mg²⁺, K⁺ - незаменимые элементы в жизнедеятельности клетки.

СаСО₃ основной компонент в производстве цемента и извести.

Большое применение находят природные силикаты магния: тальк 3MgO·4SiO₂·H₂O и асбест СaO·3MgO·4SiO₂. Тальк применяют в керамической промышленности (изоляторы, глазури, эмали). В производстве светостойких и огнестойких красок. Асбест хороший теплоизоляционный материал.

Соли магния содержатся в небольшом количестве во всякой почве и необходимы для питания растений, так как магний входит в состав хлорофилла.

Библиографический список

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 199 - 590 с.

. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. - 679 с.

Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1997.527 с.

. Дроздов Д. А, Зломанов В.П., Мазо Г.Н., Спиридонов Ф.М. Неорганическая химия. В 3-х томах. Т.2. Химия непереходных элементов. / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. "Академия", 2004, 368с.

. Тамм И.Е., Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: В 3-х томах, Т.1. Физико-химические основы неорганической химии. Учебник для студентов ВУЗв / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. "Академия", 2004, 240с.

. Коржуков Н.Г. Общая и неорганическая химия. Учеб. Пособие. /Под ред В.И. Деляна-М.: Изд. МИСИС: ИНФРА-М, 2004, 512с.

. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизичческая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. /Под ред. Ю.А. Ершова.3-е изд., - М.: Интеграл-Прес, 2007.728 с.

. Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для ВУЗов. Изд.30-е исправленное. / Под ред.А.И. Ермакова. - М.: Интеграл-Пресс, 2007, 728 с.

. Черных, М.М. Овчаренко. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоцинозах. - М.: Агроконсалт,, 2004.

. Н.В. Гусакова Химия окружающей среды. - Ростов-на-Дону, Феникс, 2004.

. Балецкая Л.Г. Неорганическая химия. - Ростов-на-Дону, Феникс, 2005.

. М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-кур-янсен, Э. Арван. Очистка сточных вод. - М.: Мир, 2006.

. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк., 1998. - 558 с.

. Петрова В.В. и др. Обзор свойств химических элементов и их соединений. Учебное пособие по курсу "Химия в микроэлектронике”. - М.: Изд-во МИЭТ, 199 - 108 с.

. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс химии. - М.: Высш. шк., 198 - 511 с.