Щелочные металлы — общее название элементов 1-й группы периодической системы химических элементов. Ее состав: литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr), и гипотетический элемент — унуненний (Uue). Наименование группы произошло от названия растворимых гидроксидов натрия и калия, обладающих реакцией и вкусом щелочи. Рассмотрим общие черты строения атомов элементов, свойства, получение и применение простых веществ.
Устаревшая и новая нумерация группы
По устаревшей системе нумерации щелочные металлы, занимающие крайний слева вертикальный столбец таблицы Менделеева, относятся к I-А группе. В 1989 году в качестве основного Международный химический союз (IUPAC) предложил иной вариант (длиннопериодный). Щелочные металлы в соответствии с новой классификацией и сплошной нумерацией относятся к 1-й группе. Открывает эту совокупность представитель 2-го периода — литий, завершает ее радиоактивный элемент 7-го периода — франций. У всех металлов 1-й группы во внешней оболочке атомов содержится один s-электрон, который они легко отдают (восстанавливаются).
Строение атомов щелочных металлов
Для элементов 1-й группы характерно наличие второго энергетического уровня, повторяющего строение предшествующего инертного газа. У лития на предпоследнем слое — 2, у остальных — по 8 электронов. В химических реакциях атомы легко отдают внешний s-электрон, приобретая энергетически выгодную конфигурацию благородного газа. Элементы 1-й группы обладают малыми величинами энергии ионизации и электроотрицательности (ЭО). Они легко образуют однозарядные положительные ионы. При переходе от лития к францию возрастает количество протонов и электронов, радиус атома. Рубидий, цезий и франций легче отдают внешний электрон, чем предшествующие им в группе элементы. Следовательно, в группе сверху вниз увеличивается восстановительная способность.
Легкая окисляемость щелочных металлов приводит к тому, что элементы 1-й группы существуют в природе в виде соединений своих однозарядных катионов. Содержание в земной коре натрия — 2,0%, калия — 1,1%. Другие элементы в ней находятся в малых количествах, например, запасы франция — 340 г. Хлорид натрия растворен в морской воде, рапе соленых озер и лиманов, образует залежи каменной или поваренной соли. Вместе с галитом встречаются сильвинит NaCl . KCl и сильвин KCl. Полевой шпат образован алюмосиликатом калия K 2 . В воде ряда озер растворен карбонат натрия, а запасы сульфата элемента сосредоточены в акватории Каспийского моря (Кара-Богаз-Гол). Встречаются залежи нитрата натрия в Чили (чилийская селитра). Существует ограниченное число природных соединений лития. В качестве примесей к соединениям элементов 1-й группы встречаются рубидий и цезий, а франций находят в составе урановых руд.
Последовательность открытия щелочных металлов
Британский химик и физик Г. Дэви в 1807 году провел электролиз расплавов щелочей, впервые получив натрий и калий в свободном виде. В 1817 году шведский ученый Иоганн Арфведсон открыл элемент литий в минералах, а в 1825-м Г. Дэви выделил чистый металл. Рубидий был впервые обнаружен в 1861 году Р. Бунзеном и Г. Кирхгофом. Немецкие исследователи анализировали состав алюмосиликатов и получили в спектре красную линию, соответствующую новому элементу. В 1939 году сотрудница Парижского института радиоактивности Маргарита Пере установила существование изотопа франция. Она же дала название элементу в честь своей родины. Унуненний (эка-франций) — предварительное название нового вида атомов с порядковым номером 119. Временно используется химический символ Uue. Исследователи с 1985 года предпринимают попытки синтеза нового элемента, который станет первым в 8-м периоде, седьмым в 1-й группе.
Физические свойства щелочных металлов
Почти все щелочные металлы обладают серебристо-белым цветом и металлическим блеском на свежем срезе (цезий имеет золотисто-желтую окраску). На воздухе блеск тускнеет, появляется серая пленка, на литии — зеленовато-черная. Этот металл обладает наибольшей твердостью среди соседей по группе, но уступает тальку — самому мягкому минералу, открывающему шкалу Мооса. Натрий и калий легко сгибаются, их можно разрезать. Рубидий, цезий и франций в чистом виде представляют тестообразную массу. Плавление щелочных металлов происходит при относительно низкой температуре. Для лития она достигает 180,54 °С. Натрий плавится при температуре 97,86 °С, калий — при 63,51 °С, рубидий — при 39,32 °С, цезий — при 28,44 °С. Плотность щелочных металлов меньше, чем родственных им веществ. Литий плавает в керосине, поднимается на поверхность воды, калий и натрий также всплывают в нем.
Кристаллическое состояние
Кристаллизация щелочных металлов происходит в кубической сингонии (объемно-центрированной). Атомы в ее составе обладают зоной проводимости, на свободные уровни которой могут переходить электроны. Именно эти активные частицы осуществляет особую химическую связь — металлическую. Общность строения энергетических уровней и природа кристаллических решеток объясняют сходство элементов 1-й группы. При переходе от лития к цезию возрастают массы атомов элементов, что приводит к закономерному увеличению плотности, а также к изменению других свойств.
Химические свойства щелочных металлов
Единственный внешний электрон в атомах щелочных металлов слабо притягивается к ядру, поэтому им свойственна низкая энергия ионизации, отрицательное или близкое к нулю сродство к электрону. Элементы 1-й группы, обладая восстановительной активностью, практически не способны окислять. В группе сверху вниз возрастает активность в химических реакциях:
Получение и применение щелочных металлов
Металлы, относящиеся к 1-й группе, в промышленности получают электролизом расплавов их галогенидов и других природных соединений. При разложении под действием электрического тока положительные ионы на катоде присоединяют электроны и восстанавливаются до свободного металла. На противоположном электроде происходит окисление аниона.
При электролизе расплавов гидроксидов на аноде окисляются частицы OH - , выделяется кислород и получается вода. Еще один метод заключается в термическом восстановлении щелочных металлов из расплавов их солей кальцием. Простые вещества и соединения элементов 1-й группы имеют практическое значение. Литий служит сырьем в атомной энергетике, используется в ракетной технике. В металлургии применяется для удаления остатков водорода, азота, кислорода, серы. Гидроксидом дополняют электролит в щелочных аккумуляторах.
Натрий необходим для атомной энергетики, металлургии, органического синтеза. Цезий и рубидий используются при изготовлении фотоэлементов. Широкое применение находят гидроксиды и соли, особенно хлориды, нитраты, сульфаты, карбонаты щелочных металлов. Катионы обладают биологической активностью, особенно важны для организма человека ионы натрия и калия.
Структура внешних электронных слоев в атомах элементов I группы позволяет прежде всего предполагать отсутствие у них тенденции к присоединению электронов. С другой стороны, отдача единственного внешнего электрона, казалось бы, должна происходить весьма легко и вести к образованию устойчивых одновалентных катионов рассматриваемых элементов.
Как показывает опыт, предположения эти в полной мере оправдываются только применительно к элементам левого столбца (Li , Na , К и аналогам). Для меди и ее аналогов они верны лишь, наполовину: в смысле отсутствия у них тенденции к присоединению электронов. Вместе с тем их наиболее удаленный от ядра 18-электронный слой оказывается еще не вполне закрепленным и при определённых условиях способен к частичной потере электронов. Последнее обусловливает возможность существования на ряду с одновалентными С u , Ag и А u также и соединений рассматриваемых элементов, отвечающих их более высокой валентности.
Подобное расхождение выведенных из атомных моделей предположений н результатов опыта показывает, что рассмотрение свойств элементов на основе только электронных структур атомов и без учета остальных особенностей не всегда достаточно для химической характеристики этих элементов даже в самых грубых чертах.
Щелочные металлы.
Применяемое к элементам ряда Li-Cs название щелочные металлы связано с тем, что их гидроокиси являются сильными щелочами. Натрий
и калий
относятся к наиболее распространенным элементам, составляя соответственно 2,0 и 1,1% от общего числа атомов земной коры. Содержание в ней лития
(0,02%), рубидия
(0,004%) и цезия
(0,00009%) уже значительно меньше, а франция
- ничтожно мало. Элементарные Na и К выделены только в 1807 г. Литий открыт в 1817 г., цезий и рубидий - соответственно в 1860 и 1861 г. Элемент № 87 - франций - был открыт в 1939 г., а название свое получил в 1946 г. Природные натрий и цезий являются «чистыми» элементами (23 Na и 133 Cs), литий слагается из изотопов 6 Li (7,4%) и 7 Li (92,6%), калий-из изотопов 39 К (93,22%).
40 К (0,01%) и 41 К (6,77%), рубидий- из изотопов 85 Rb (72,2%) и 87 Rb (27,8%). Из изотопов франция основное значение имеет встречающийся в природе 223 Fr (средняя продолжительность жизни атома 32 мин).
Распространённость:
В природе встречаются только соединения щелочных металлов. Натрий и калий являются постоянными составными частями многих силикатов. Из отдельных минералов натрия важнейший - поваренная соль (NaCl) входит в состав морской воды и на отдельных участках земной поверхности образует под слоем наносных пород громадные залежи каменной соли. Верхние слои подобных залежей иногда содержат скопления солей калия в виде пластов сильвинита (mKCl∙nNaCl), ка рналлита (КСl MgCl 2 6Н 2 О) и др., служащие основным источником получения соединений этого элемента. Имеющих промышленное значение природных скоплений калийных солей известно лишь немного. Для лития известен ряд минералов, но скопления их редки. Рубидий и цезий встречаются почти исключительно в виде примесей к калию. Следы франция всегда содержатся в урановых рудах . Минералами лития являются, например, сподумен и лепидолит {Li 2 KAl }. Часть калия в последнем из них иногда бывает замещена на рубидий. То же относится к карналлиту, который может служить хорошим источником получения рубидия. Для технологии цезия наиболее важен сравнительно редкий минерал поллуцит - CsAI(SiO 3) 2 .
Получение:
В свободном состоянии щелочные металлы могут быть выделены электролизом их расплавленных хлористых солей. Основное практическое значение имеет натрий, ежегодная мировая выработка которого составляет более 200 тыс. т.Схема установки для его получения электролизом расплавленного NaCl показана ниже. Ванна состоит из стального кожуха с шамотной футеровкой, графитовым анодом (А) и кольцевым железным катодом (К), между которыми расположена сетчатая диафрагма. Электролитом обычно служит не чистый NaCl (т. пл. 800 ℃), а более легкоплавкая смесь из приблизительно 40% NaCl и 60% СаСl 2 , что дает возможность работать при температурах около 580 °С. Собирающийся в верхней части кольцевого катодного пространства и переходящий в сборник металлический натрий содержит небольшую (до 5%) примесь кальция, который затем почти полностью выделяется (растворимость Са в жидком натрии при температуре его плавления равна лишь 0,01%). По мере хода электролиза в ванну добавляют NaCl. Расход электроэнергии составляет около 15 кВт ч на 1 кг Na.
2NaCl→ 2Na+Cl 2
Это интересно:
До введения в практику электролитического метода металлический натрий получали накаливанием соды с углем по реакции:
Na 2 CO 3 +2C+244ккал→2Na+3CO
Выработка металлических К и Li несравненно меньше, чем натрия. Литий получают электролизом расплава LiCl + КСl, а калий-действием паров натрия на расплав КСl, поступающий противотоком к ним в специальных дистилляционных колоннах (из верхней части которых выходят пары калия). Рубидий и цезий в больших масштабах почти не добываются. Дли получении небольших количеств этих металлов удобно пользоваться нагреванием в вакууме их хлоридов с металлическим кальцием.
2LiCl→2Li+Cl 2
Физический свойства:
При отсутствии воздуха литий и его аналоги представляют собой серебристо-белые (за исключением желтоватого цезия) вещества с более или менее сильным металлическим блеском. Все щелочные металлы характеризуются небольшими плотностями, малой твердостью, низкими температурами плавления и кипения и хорошей электропроводностью. Их важнейшие константы сопоставлены ниже:
|
Плотность, г/см 3 . |
|||||
|
Температура плавления, °С |
|||||
|
Температура кипения, °С |
Благодаря малой плотности Li, Na и К всплывают на воде (Li - даже на керосине). Щелочные металлы легко режутся ножом, а твердость наиболее мягкого из них - цезия - не превышает твердость воска. Несветящееся пламя газовой горелки щелочные металлы и их летучие соединения окрашивают в характерные цвета, из которых наиболее интенсивен присущий натрию ярко-желтый.
Это интересно:
Внешне проявляющееся в виде окрашивания пламени испускания нагретыми атомами щелочных металлов световых лучей обусловлено перескоком электронов с более высоких на более низкие энергетические уровни. Например, характерная желтая линия спектра натрия возникает при перескоке электрона с уровня 3р на уровень 3s. Очевидно, что для возможности такого перескока необходимо предварительное возбуждение атома, т. е. перевод одного или нескольких его электронов на более высокий энергетический уровень. В рассматриваемом случае возбуждение достигается за счет теплоты пламени (и требует затраты 48 ккал/г-атом), вообще же оно может последовать в результате сообщения атому энергии различных видов. Другие щелочные металлы вызывают появление следующих окрасок пламени: Li - карминово-красной, К-фиолетовый, Rb - синевато-красной, Cs - синей.
Спектр люминесценции ночного неба показывает постоянное наличие в ней желтого излучения натрия. Высота места его возникновения оценивается в 200-300 км.Т. е. атмосфера на этих высотах содержит атомы натрия (конечно, в ничтожных количествах). Возникновение излучения описывается рядом элементарных процессов (звездочкой показано возбужденное состояние; М -любая третья частица - О 2 , О 0 , N 2 и др.): Na + О 0 + М = NaO + М*, затем NaO + О=О 2 + Na* и, наконец, Na*= Na + λν.
Хранить натрий и калий следует в плотно закрытых сосудах под слоем сухого и нейтрального керосина. Недопустим их контакт с кислотами, водой, хлорированными органическими соединениями и твердой двуокисью углерода. Нельзя накапливать мелкие обрезки калия, которые окисляются особенно легко (из-за своей относительно большой поверхности). Неиспользованные остатки калия и натрия при малых количествах уничтожают взаимодействием с избытком спирта, при больших - сжиганием на углях костра. Загоревшиеся в помещении щелочные металлы лучше всего тушить, засыпая сухим порошком кальцинированной соды.
Химические свойства:
С химической стороны литий и его аналоги являются исключительно реакционноспособными металлами (причем активность их по направлению от Li к Cs обычно возрастает). Во всех соединениях щелочные металлы одновалентны. Располагаясь в крайней левой части ряда напряжений, они энергично взаимодействуют с водой по схеме:
2Э + 2H 2 O = 2ЭОН +H 2
При реакции с Li и Na выделение водорода не сопровождается его воспламенением, у К оно уже происходит, а у Rb и Cs взаимодействие протекает со взрывом.
· В соприкосновении с воздухом свежие разрезы Na и К (в меньшей степени и Li) тотчас покрываются рыхлой пленкой продуктов окисления. Ввиду этого Na и К хранят обычно под керосином. Нагретые на воздухе Na и К легко загораются, а рубидий и цезий самовоспламеняются уже при обычной температуре.
4Э+O 2 →2Э 2 O (для лития)
2Э+O 2 →Э 2 O 2 (для натрия)
Э+O 2 →ЭO 2 (для калия, рубидия и цезия)
Практическое применение находит главным образом перекись натрия (Na 2 0 2). Технически ее получают окислением при 350°С распыленного металлического натрия:
2Na+O 2 →Na 2 O 2 +122ккал
· Расплавы простых веществ способны соединяться с аммиаком, с образованием амидов и имидов, сольватов:
2Na расплав +2NH 3 →2NaNH 2 +H 2 (амид натрия)
2Na расплав +NH 3 →Na 2 NH+H 2 (имид натрия)
Na расплав +6NH 3 → (сольват натрия)
При взаимодействии пероксидов с водой происходит реакция:
2Э 2 O 2 +2H 2 O=4ЭOH+O 2
Взаимодействие Na 2 O 2 с водой сопровождается гидролизом:
Na 2 O 2 +2H 2 O→2NaOH + H 2 O 2 +34 ккал
Это интересно:
Взаимодействие Na 2 O 2 с двуокисью углерода по схеме
2Na 2 O 2 + 2CO 2 =2Na 2 CO 3 +O 2 +111 ккал
служит основой применения перекиси натрия как источника кислорода в изолирующих противогазах и на подводных лодках. Чистая или содержащая различные добавки (например, хлорной извести с примесью солей Ni или С u ) перекись натрия носит техническое название «оксилит». Смешанные препараты оксилита особенно удобны для получения кислорода, который выделяется ими под действием воды. Спрессованный в кубики оксилит может быть использован для получения равномерного тока кислорода в обычном аппарате для получения газов.
Na 2 O 2 +H 2 O=2NaOH+O 0 (выделяется атомарный кислород, вследствие распада перекиси водорода).
Надперекись калия (КО 2 ) нередко вводится в состав оксилита. Его взаимодействие с двуокисью углерода идет в этом случае по суммарномууравнению:
Na 2 O 2 + 2KO 2 + 2СO 2 = Na 2 CO 3 +K 2 CO 3 + 2O 2 + 100 ккал, т. е. двуокись углерода заменяется равным объемом кислорода.
· Способны образовывать озониды. Образование озонида калия-KO 3 идёт по уравнению:
4КОН+3O 3 = 4КO 3 + O 2 +2H 2 O
Он представляет собой красное кристаллическое вещество и является сильнейшим окислителем. При хранении KO 3 медленно распадается по уравнению 2NaO 3 →2NaO 2 +O 2 +11 ккал уже в обычных условиях. Водой он мгновенно разлагается по суммарной схеме 4 KO 3 +2 H 2 O=4 KOH +5 O 2
· Способны реагировать с водородом, с образованием ионных гидридов, по общей схеме:
Взаимодействие водорода с нагретыми щелочными металлами идет медленнее, чем с щелочноземельными. В случае Li требуется нагревание до 700-800 °С, тогда как его аналоги взаимодействуют уже при 350-400 °С. Гидриды щелочных металлов являются очень сильными восстановителями. Окисление их кислородом воздуха в сухом состоянии идет сравнительно медленно, но в присутствии влаги процесс настолько ускоряется, что может привести к самовоспламенению гидрида. Особенно это относится к гидридам К, Rb и Cs. С водой происходит бурная реакция по схеме:
ЭН+ H 2 O= H 2 +ЭОН
ЭH+O 2 →2ЭOH
При взаимодействии NaH или КН с двуокисью углерода образуется соответствующая соль муравьиной кислоты:
NaH+CO 2 →HCOONa
Способны образовывать комплексы:
NaH+AlCl 3 →NaAlH 4 +3NaCl (алланат натрия)
NaAlH 4 → NaH+AlH 3
Нормальные оксиды щелочных металлов (за исключением Li 2 0) могут быть получены только косвенным путем . Они представляют собой твердые вещества следующих цветов:
Na 2 O+2HCl=2NaCl+H 2 O
Гидроокиси (ЭОН) щелочных металлов представляют собой бесцветные, очень гигроскопичные вещества, разъедающие большинство соприкасающихся с ними материалов. Отсюда их иногда употребляемое в практике название - едкие щелочи. При действии щелочей кожа человеческого тела сильно разбухает и становится скользкой; при более продолжительном действии образуется очень болезненный глубокий ожог. Особенно опасны едкие щелочи для глаз (работать рекомендуется в защитных очках). Попавшую на руки или платье щелочь следует тотчас же смыть водой, затем смочить пораженное место очень разбавленным раствором какой- либо кислоты и вновь промыть водой.
Все они сравнительно легкоплавки и летучи без разложения (кроме отщепляющей воду LiOH).Для получения гидроксидовщелочных металловв основном используют электролитические методы. Наиболее крупнотоннажным является производство гидроксида натрияэлектролизомконцентрированного водного раствораповаренной соли:
2NaCl+2H 2 O→2NaOH+Cl 2 +H 2
Ø Являются типичными основаниями:
NaOH+HCl=NaCl+H 2 O
2NaOH+CO 2 =Na 2 CO 3 +H 2 O
2NaOH+2NO 2 =NaNO 3 +NaNO 2 +H 2 O
Ø Способны образовывать комплексы:
NaOH+ZnCl 2 = (ZnOH)Cl+NaCl
2Al+2NaOH+6H 2 O=2Na+3H 2
Al 2 O 3 + 6NaOH= 2Na 3 AlO 3 +3H 2 O
Al(OH) 3 +NaOH=Na
Ø Способны реагировать с неметаллами:
Cl 2 +2KOH=KCl+KClO+H 2 O(реакция идёт без нагреванием)
Cl 2 +6KOH=5KCl+KClO 3 +3H 2 O (реакция идёт с нагреванием)
3S+6NaOH=2Na 2 S+Na 2 SO 3 +3H 2 O
Ø Применяются в органическом синтезе (в частности гидроксид калия и натрия, в примерах указан гидроксид натрия):
NaOH+C 2 H 5 Cl=NaCl+C 2 H 4 (метод получения алкенов, этилена (этена) в данном случае), использовался спиртовой раствор гидроксида натрия.
NaOH+C 2 H 5 Cl=NaCl+C 2 H 5 OH (метод получения спиртов, этанола в данном случае), использовался водный раствор гидроксида натрия.
2NaOH+C 2 H 5 Cl=2NaCl+C 2 H 2 +H 2 O (метод получения алкинов, ацетилена (этина) в данном случае), использовался спиртовой раствор гидроксида натрия.
C 6 H 5 OH (фенол) +NaOH= C 6 H 5 ONa+H 2 O
NaOH(+CaO)+CH 3 COONa→Na 2 CO 3 CH 4 (один из способов получения метана)
Ø Надо знать разложение нескольких солей:
2KNO 3 →2KNO 2 +O 2
4KClO 3→ KCl+3KClO 4
2KClO 3→ KCl+3O 2
4Na 2 SO 3 →Na 2 S+3Na 2 SO 4
Примечательно то, что разложение нитратов идет примерно в диапазоне 450-600 ℃, далее они плавятся без разложения, но при достижении примерно 1000- 1500 ℃ идет разложение по схеме:
4LiNO 2 →2Li 2 O+4NO+O 2
Это интересно:
K 4 [ Fe (CN ) 6 ]+ FeCl 3 = KFe [ Fe (CN ) 6 ]+3 KCl (качественная реакция на Fe 3+)
3K 4 +4FeCl 3 =Fe 4 3 +12KCl
Na 2 O 2 +2 H 2 O=2NaOH+ H 2 O 2
4NaO 2 +2 H 2 O=4NaOH+ 3O 2
4NaO 3 +2 H 2 O=4NaOH+5O 2 ( реакцияозониданатриясводой )
2NaO 3→ 2NaO 2 +O 2
(Распад происходит при различных температурах, например: распад озонида натрия при -10
°C, озонида цезия при +100°C)
NaNH 2 +H 2 O→ NaOH+NH 3
Na 2 NH+2H 2 O→ 2NaOH+NH 3
Na 3 N+3H 2 O→3NaOH+NH 3
KNO 2 +2Al+KOH+5H 2 O→2K+NH 3
2NaI + Na 2 O 2 + 2H 2 SO 4 →I 2 ↓+ 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O
Fe 3 O 4 +4NaH=4NaOH+3Fe
5NaN 3 +NaNO 3 →8N 2 +3Na 2 O
Применение:
Натрием широко пользуются при синтезах органических соединений и отчасти для получения некоторых его производных. В ядерной технике он используется как теплоноситель.
Литий имеет совершенно исключительное значение для термоядерной техники. В резиновой промышленности он используется при выработке искусственного каучука (как катализатор полимеризации), в металлургии - как ценная присадка к некоторым другим металлам и сплавам. Например, присадка лишь сотых долей процента лития сильно повышает твердость алюминия и его сплавов, а присадка 0,4% лития к свинцу почти в три раза повышает его твердость, не ухудшая сопротивления на изгиб. Имеются указания на то, что подобная же присадка цезия сильно улучшает механические свойства магния и предохраняет его от коррозии, однако такое его использование. Гидрид натрия используется иногда в металлургии для выделения редких металлов из их соединений. Его 2%-ный раствор в расплавленном NaOH находит применение для снятия окалины со стальных изделий (после минутного выдерживания в нем горячее изделие погружают в воду, причем восстановившаяся по уравнению
Fe 3 O 4 +4NaH = 4NaOH + 3Fe (окалина отпадает).
Принципиальная схема заводской установки для получения соды по аммиачному методу (Сольвэ, 1863 г.) .
В печи (Л) идет обжиг известняка, причем образующаяся СO 2 поступает в карбонизационную башню (Б), а СаО гасится водой (В), после чего Ca(OH) 2 перекачивают в смеситель (Г), где она встречается с NH 4 Cl, при этом выделяется аммиак. Последний поступает в абсорбер (Д)и насыщает там крепкий раствор NaCl, который затем перекачивают в карбонизационную башню, где при взаимодействии с СО 2 образуются NaHCO 3 и NH 4 Cl. Первая соль почти полностью осаждается и задерживается на вакуум-фильтре (Е), а вторую вновь перекачивают в смеситель (Г). Таким образом все время расходуются NaCl и известняк, а получаются NaHCO 3 и CaCl 2 (последний - в виде отброса производства). Бикарбонат натрия переводят затем нагреванием в соду.
Редактор: Харламова Галина Николаевна
Относятся к числу s-элементов. Электрон внешнего электронного слоя атома щелочного металла по сравнению с другими элементами того же периода наиболее удален от ядра, т. е. радиус атома щелочного металла наибольший по сравнению с радиусами атомов других элементов того же периода. В связи
|
Элемент |
Заряд ядра |
Число электронов на энергетических уровнях |
Радиус атома |
||||||
|
K |
L |
M |
N |
O |
P |
Q |
|||
|
1,57 1,86 2,36 2,43 2,62 |
|||||||||
с этим валентный электрон внешнего слоя атомов щелочных металлов легко отрывается, превращая их в положительные однозарядные ионы. Этим обусловлено , что соединения щелочных металлов с другими элементами построены по типу ионной связи.
В окислительно-восстановительных реакциях щелочные ведут себя как сильные восстановители, и эта способность возрастает от металла к металлу с увеличением заряда ядра атома.
Среди металлов щелочные металлы проявляют наиболее высокую химическую активность. В ряду напряжений все щелочные металлы располагаются в начале ряда. Электрон внешнего электронного слоя является единственным валентным электроном, поэтому щелочные металлы в любых соединениях одновалентны. Степень окисления щелочных металлов обычно +1.
Физические свойства щелочных металлов приведены в табл. 19.
|
Элемент |
Порядковый номер |
Атомный вес |
Температура плавления, °С |
Температура кипения, °С |
Плотность, г/смЗ |
Твердость по шкале |
|
6,94 22,997 39,1 85,48 132,91 |
38,5 |
1336 |
0,53 0,97 0,86 1,53 |
Типичными представителями щелочных металлов являются натрий и калий.
■ 26. Составьте общую характеристику щелочных металлов по следующему плану:
а) сходство и различие в строении атомов щелочных металлов;
б) особенности поведения щелочных металлов в окислительно-восстановительных реакциях;
в) тип кристаллической решетки в соединениях щелочных металлов;
г) особенности изменения физических свойств металлов в зависимости от радиуса атома.
Натрий
Электронная конфигурация атома натрия ls 2 2s 2 2p 6 3s 1 . Структура его внешнего слоя:
Натрий встречается в природе только в виде солей. Наиболее распространенной солью натрия является поваренная соль NaCl, а также минерал сильвинит КCl · NaCl и некоторые сернокислые соли, например глауберова соль Na2SO4 · 10H2O, встречающаяся в больших количествах в заливе Каспийского моря Кара-Богаз-Гол.
Из поваренной соли NaCl металлический натрий получают путем электролиза расплава этой соли. Установка для электролиза изображена на рис. 76. В расплавленную соль опускают электроды. Анодное и катодное пространство разделено диафрагмой, которая изолирует образующийся от натрия, чтобы не произошло обратной реакции. Положительный ион натрия принимает с катода электрон и превращается в нейтральный атом натрия. Нейтральные атомы натрия собираются на катоде в виде расплавленного металла. Происходящий на катоде процесс можно изобразить следующей схемой:
Na + + Na 0 .
Поскольку на катоде происходит принятие электронов, а всякое принятие электронов атомом или ионом является восстановлением, ионы натрия на катоде восстанавливаются. На аноде ионы хлора отдают электроны, т. е. происходит процесс окисления и выделение свободного
газообразного хлора, что можно изобразить следующей схемой:
Cl — — е — → Cl 0
Полученный металлический натрий имеет серебристо-белый цвет, легко режется ножом. Срез у натрия, если его рассмотреть сразу после разреза, имеет яркий металлический блеск, но быстро тускнеет вследствие крайне быстрого окисления металла.
Рис. 76. Схема установки для электролиза расплава поваренной соли. 1 - кольцевой катод; 2 - колокол для выведения газообразного хлора из анодного пространства
Если натрий окислять в небольшом количестве кислорода при температуре около 180°, получается окись натрия:
4Na + О2 = 2Na2O.
При горении в кислороде получается перекись натрия:
2Na + O2 = Na2O2.
При этом натрий сгорает ослепительно желтым пламенем.
В связи с легкой и быстрой окисляемостью натрия его хранят под слоем керосина или парафина, причем предпочтительнее, так как в керосине все же растворяется некоторое количество воздуха и окисление натрия хотя и медленно, но все же происходит.
Натрий может давать соединение с водородом - гидрид NaH, в котором проявляет степень окисления - 1. Это солеподобное соединение, которое по характеру химической связи и величине степени окисления отличается от летучих гидридов элементов главных подгрупп IV-VII группы.
Металлический натрий может реагировать не только с кислородом и водородом, но и с многими простыми и сложными веществами. Например, при растирании в ступке с серой натрий бурно реагирует с ней, образуя :
2Na + S = Na2S
Реакция сопровождается вспышками, поэтому ступку нужно держать подальше от глаз и обернуть руку полотенцем. Для реакции следует брать небольшие кусочки натрия.
Натрий энергично сгорает в хлоре с образованием хлорида натрия, что особенно хорошо наблюдать в хлор-кальциевой трубке, в которой через расплавленный и сильно разогретый натрий пропускают ток хлора:
2Na + Сl2 = 2NaCl
Натрий реагирует не только с простыми, но и со сложными веществами, например с водой, вытесняя из нее , так как является весьма активным металлом, в ряду напряжений стоит намного левее водорода и легко вытесняет последний из воды:
2Na + 2Н2O = 2NaOH + H2
Загоревшийся щелочной металл нельзя тушить водой. Лучше всего засыпать его порошком кальцинированной соды. В присутствии натрия бесцветное пламя газовой горелки окрашивается в желтый цвет.
Металлический натрий можно использовать как катализатор в органическом синтезе, например при производстве синтетического каучука из бутадиена. Он служит исходным веществом для получения других соединений натрия, например перекиси натрия.
■ 27. Докажите с помощью приведенных в тексте уравнений реакций с участием металлического натрия, что он ведет себя как восстановитель.
28. Почему натрий нельзя хранить на воздухе?
29. Ученик опустил в раствор сульфата меди кусочек натрия, надеясь вытеснить из соли металлическую . Вместо металла красного цвета получился студенистый голубой осадок. Опишите происшедшие реакции и напишите их уравнения в молекулярной и ионной формах. Как следовало изменить условия реакции, чтобы реакция привела к желаемому результату? Уравнения напишите в молекулярной, полной и сокращенной ионной формах.
30. В сосуд с 45 мл воды поместили 2,3 г металлического натрия. Какова едкого натра, образовавшегося по окончании реакции.
31. Какие средства можно применять при тушении загоревшегося натрия? Дайте обоснованный ответ.
Кислородные соединения натрия. Едкий натр
Кислородными соединениями натрия, как уже было сказано, являются окись натрия Na2O и перекись натрия Na2O2.
Окись натрия Na2O особого значения не имеет. Она энергично реагирует с водой, образуя едкий натр:
Na2O + Н2O = 2NaOH
Перекись натрия Na202 - желтоватый порошок. Ее можно рассматривать как своеобразную соль перекиси водорода, ибо структура ее такая же, как у Н2O2. Как и , перекись натрия является сильнейшим окислителем. При действии воды она образует щелочь и :
Na2O2 + Н2O = Н2O2 + 2NaOH
образуется и при действии разбавленных кислот на перекись натрия:
Na2O2 + H2SO4 = Н2O2 + Na2SO4
Все указанные выше свойства перекиси натрия позволяют использовать ее для отбелки все возможных материалов.
Рис. 77. Схема установки для электролиза раствора поваренной соли. 1 - анод; 2 - диафрагма, разделяющее анодное и катодное пространство; 3 -катод
Очень важным соединением натрия является гидроокись натрия, или едкий натр, NaOH. Его называют также каустической содой, или просто каустиком.
Для получения едкого натра используют поваренную соль - наиболее дешевое природное соединение натрия, подвергая ее электролизу, но в этом случае применяют не расплав, а раствор соли (рис. 77). Описание процесса электролиза раствора поваренной соли см. § 33. На рис. 77 показано, что анодное и катодное пространство разделено диафрагмой. Это сделано с той целью, чтобы образующиеся продукты не вступали между собой во взаимодействие, например Сl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + Н2O.
Едкий натр - твердое кристаллическое вещество белого цвета, прекрасно растворимое в воде. При растворении едкого натра в воде выделяется большое количество тепла и раствор сильно разогревается. Едкий натр необходимо хранить в хорошо закупоренных сосудах, чтобы предохранить его от проникновения водяных паров, под действием которых он может сильно увлажниться, а также двуокиси углерода, под действием которой едкий натр может постепенно превратиться в карбонат натрия:
2NaOH + СO2 = Na2CO3+ Н2O.
Едкий натр-типичная щелочь, поэтому меры предосторожности при работе с ним такие же, как и при работе с любыми другими щелочами.
Едкий натр применяется во многих отраслях промышленности, например для очистки нефтепродуктов, производства мыла из жиров, в бумажной промышленности, в производстве искусственного волокна и красителей, производстве медикаментов и др. (рис. 78).
Запишите в тетрадь области применения едкого натра.
Из солей натрия следует отметить в первую очередь поваренную соль NaCl, которая служит основным сырьем для получения едкого натра и металлического натрия (подробно об этой соли см. стр. 164), соду Na2CO3 (см. стр. 278), Na2SO4 (см. стр. 224), NaNO3 (см. стр. 250) и др.
Рис. 78. Применение едкого натра
■ 32. Опишите способ получения едкого натра электролизом поваренной соли.
33. Едкий натр можно получить действием на карбонат натрия гашеной известью. Составьте молекулярную и ионные формы уравнения этой реакции, а также рассчитайте, сколько соды, содержащей 95% карбоната, потребуется для получения 40 кг едкого натра.
34. Почему при хранении раствора едкого натра в склянках с притертыми пробками пробки «заедают» и их нельзя вынуть? Если же в течение некоторого срока подержать склянку опрокинутой в воду, то пробка свободно вынимается. Объясните, приведя уравнения реакций, что за процессы имеют место в данном случае.
35. Напишите уравнения реакций в молекулярной и ионных формах, характеризующих свойства едкого натра как типичной щелочи.
36. Какие меры предосторожности следует соблюдать при работе с едким натром? Какие меры первой помощи следует оказать при ожогах едким натром?
Калий
Калий К - также довольно распространенный щелочной металл, отличающийся от натрия величиной атомного радиуса (четвертый период) и потому обладающий большей химической активностью, чем натрий. Электронная конфигурация атома калия 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 .
Структура его внешнего электронного слоя
Калий - мягкий металл, который хорошо режется ножом. Во избежание окисления его, как и натрий, хранят под слоем керосина.
С водой калий реагирует еще более бурно, чем натрий, с образованием щелочи и с выделением водорода, который загорается:
2К + 2Н2O = 2КОН + Н2.
При сжигании в кислороде (при этом для сжигания рекомендуется брать еще более мелкие кусочки металла, чем для сжигания натрия) он, подобно натрию, сгорает очень энергично с образованием перекиси калия.
Следует отметить, что в обращении калий гораздо опаснее натрия. Сильный взрыв может произойти даже при разрезании калия, поэтому обращаться с ним нужно еще осторожнее.
Гидроокись калия, или едкое кали КОН - белое кристаллическое вещество. Едкое кали во всех отношениях сходно с едким натром. Они широко применяются в мыловаренной промышленности, но его получение обходится несколько дороже, поэтому такого применения, как NaOH, оно не находит.
Соли калия следует отметить особо, так как некоторые из них широко используются в качестве удобрения. Таковы хлорид калия КСl, нитрат калия KNO3, который является также азотным удобрением.
■ 37. Чем объяснить то, что едкое кали химически активнее едкого натра?
38. В кристаллизатор с водой опустили кусочек калия. После того как реакция закончилась, туда же поместили немного цинка в виде белого студенистого осадка. Осадок исчез, а при испытании раствора фенолфталеином последний окрасился в малиновый цвет. Какие химические процессы здесь произошли?
Какие 34
Химия изучает свойства металлов и неметаллов. А вы знали, что металлы бывают щелочные и не щелочные? А мы не только знаем, а и список вам дадим для успешной подготовки по предмету химии. Итак, щелочные металлы список уже приведен в периодической таблице Менделеева. Там все металлы главной подгруппы в первой группе являются щелочными.
Это литий, калий, натрий, цезий, рубидий и франций. Только эти металлы называются щелочными. А называются они так потому, что если они будут взаимодействовать с водой, то в результате образуются щелочи.
Есть еще один вид металлов — это щелочно-земельные. Если вам нужен список только щелочных металлов, то в нем всего 6 металлов. Если всех металлов, гидроксиды которых обладают щелочными свойствами, то тут войдут еще четыре элемента — кальций, стронций, барий и радий.
Все щелочные металлы в чистом виде в природе встретить сложно — ведь они легко вступают в соединения. В частности, в виде этих соединений эти металлы и находят.
Свойства щелочных металлов
Щелочные металлы отличные проводники тепла, а также они хорошо проводят электрический ток.
Щелочные металлы имеют низкую температуру плавления
Плотность металлов с увеличением номера увеличивается, а вот плавить их становится все проще, если металлы находятся внизу группы.
Получение щелочных металлов
Обычно щелочные металлы получают с помощью электролиза, однако два металла щелочно-земельных — стронций и барий, получают, используя алюмотермический метод.
Химические свойства
Как мы уже сказали, эти металлы являются очень активными, они также отличные восстановители. Встречаются в виде соединений, в которых главной будет ионная связь.
Как правило, всегда они образуют устойчивые соединения. Основные реакции и дополнительные свойства щелочных металлов приведены в таблице:
Итак, вы теперь, пользуясь списком и таблицей, а также периодической системой Менделеева, сможете многое рассказать про щелочные металлы.
Посмотреть как выглядят щелочные металлы можно . Там также есть список и приведены реакции связи с водой, серой, с кислотами, солями и галогенами.
Специальная (коррекционная)
общеобразовательная школа – интернат для незрячих
и слабовидящих детей г. Перми
Реферат выполнили
ученики 10 класса
Пономарев Олег,
Коршунов Артем
Руководитель:
Л.Ю. Захарова ,
учитель химии
г. Пермь
Введение
Общая характеристика элементов I А-группы
4 – 10
1.1. История открытия и распространение в природе щелочных металлов
4 – 5
5 - 6
6 – 8
8 – 9
9 – 10
Биологическая роль элементов I А-группы. Их применение в медицине
11 – 17
Пути поступления щелочных металлов в организм человека
18 – 21
Практическая работа
22 – 23
Выводы
24 – 25
Используемая литература
Введение
Давно настало время, когда каждый должен задуматься сам над своим здоровьем и не только над своим. Знания, получаемые в школе, например, по химии, мы не очень часто используем в повседневной жизни. Тем не менее, именно этот предмет может стать источником знаний о нашем здоровье. Благодаря химии мы узнаем, каким образом вещества нашей планеты влияют на процессы жизнедеятельности организма, да и в целом на саму жизнь человека, что полезно нам и в каких количествах и, наконец, что вредно и до какой степени.
Организм человека – это сложная химическая система, которая не может функционировать самостоятельно, без связи с окружающей средой. Доказано, что в живом организме присутствуют почти все химические элементы: одни – являются макроэлементами, а содержание других ничтожно, это – микроэлементы. Пути поступления элементов в организм различны, разнообразно и влияние их на организм, но каждый выполняет свою биологическую роль.
В рамках одной работы невозможно изучить значение каждого элемента. Мы выбрали самую первую группу химических элементов периодической системы Д.И.Менделеева.
Цель данного исследования – изучить биологическую роль щелочных металлов для человеческого организма.
В этой связи мы решили выяснить следующие вопросы для каждого металла IА группы:
общая характеристика и особенности строения атомов каждого элемента, а также свойства образуемых ими веществ;
нахождение элемента в организме;
потребности организма в нем;
влияние избытка и недостатка элемента на здоровье человека;
природные источники;
способы обнаружения элемента.
1. Общая характеристика элементов I А-группы
Период
Группа
В I А-группу входят s -элементы - щелочные металлы, исключительно важные для нормальной жизни животных и людей. Наибольшее значение для организмов имеют макроэлементы натрий и калий.
3 Li
11 Na
19 K
37 Rb
55 Cs
87 Fr
1.1. История открытия и распространение в природе
щелочных металлов
Название «щелочные металлы» связано с тем, что гидроксиды двух главных представителей этой группы – натрия и калия – издавна были известны под названием щелочей. Из этих щелочей, подвергая их в расплавленном состоянии электролизу, Г.Дэви в 1807г. впервые получил свободные калий и натрий. Й.Берцелиус предложил назвать элемент №11 натрием (от арабского натрун – сода), а элемент №19 по предложению Гильберта получил название калий (от арабского алкали – щелочь).
Остальные металлы выделены учеными из соединений позже. Литий был открыт шведским химиком И.Арфведсоном в 1817г., и по предложению Й.Берцелиуса назван литием (о греческого литос – камень), т.к. в отличие от калия, который до тех пор находили только в золе растений, он был обнаружен в камне.
Рубидий выделили в 1861г., цезий – в 1860г. Франций получен искусственно в 1939г. французской исследовательницей М.Пере при распаде актиния, является радиоактивным элементом.
Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений. Некоторые их природные соединения, в частности соли натрия и калия, довольно широко распространены, они содержатся во многих минералах, растениях, природных водах.
Натрий и калий принадлежат к распространенным элементам: содержание каждого из них в земной коре равно приблизительно 2% по массе. Оба металла входят в состав различных минералов и норных пород силикатного типа.
Хлорид натрия NaCl содержится в морской воде, а также образует мощные отложения каменной соли во многих местах земного шара. В верхних слоях этих отложений иногда содержатся довольно значительные количества калия, преимущественно в виде хлорида KCl или двойных солей с натрием и магнием KCl ∙MgCl 2 . Однако большие скопления солей калия, имеющие промышленное значение, встречаются редко. Наиболее важными из них являются соликамские месторождения (сильвинит) в России, страссфуртские – в Германии и эльзаские – во Франции.
Залежи натриевой селитры NaNO 3 находятся в Чили. В воде многих озер содержится сода Na 2 CO 3 . Наконец, огромные количества сульфата натрия Na 2 SO 4 находятся в заливе Кара-Богаз-Гол Каспийского моря, где эта соль в зимние месяцы толстым слоем осаждается на дне.
Значительно меньше, чем натрий и калий, распространены литий, рубидий и цезий. Чаще других встречается литий, но содержащие его минералы редко образуют большие скопления. Рубидий и цезий содержатся в небольших количествах в некоторых литиевых минералах.
Франций в природе встречается в ничтожных количествах (на всем земном шаре его едва ли найдется 500г), получается искусственно.
1.2. Строение и свойства атомов щелочных металлов
Электронная формула валентной оболочки атомов щелочных металлов ns 1 , т.е. атомы этих элементов имеют по одному валентному электрону на s -подуровне внешнего энергетического уровня. Соответственно, устойчивая степень окисления щелочных металлов равна +1.
Все элементы IA -группы очень сходны по свойствам, что объясняется однотипным строением не только валентной электронной оболочки, но и предвнешней (за исключением лития).
С ростом радиуса атома в группе Li – Na – K – Rb – Cs – Fr ослабевает связь валентного электрона с ядром. Соответственно, в этом ряду энергия ионизации атомов щелочных металлов уменьшается.
Имея на валентных оболочках один электрон, расположенный на большом расстоянии от ядра, атомы щелочных металлов легко отдают электрон. Это обусловливает низкую энергию ионизации. В результате ионизации образуются катионы Э + , имеющие устойчивую электронную конфигурацию атомов благородных газов.
В таблице представлены некоторые свойства атомов щелочных металлов.
Характеристика
3 Li
11 Na
1 9 K
37 Rb
55 Cs
87 Fr
Валентные электроны
2s 1
3s 1
4s 1
5s 1
6s 1
7s 1
Молярная масса, г/моль
23,0
39,1
85,5
132,9
Металлический радиус атома, пм
Кристаллический радиус атома, пм
Энергия ионизации,
кДж/моль
Щелочные металлы – наиболее типичные представители металлов: металлические свойства выражены у них особенно ярко.
1.3. Щелочные металлы – простые вещества
Серебристо-белые мягкие вещества (режутся ножом), с характерным блеском на свежесрезанной поверхности. На воздухе блестящая поверхность металла сейчас же тускнеет вследствие окисления.
Все они легкие и легкоплавкие, причем, как правило, плотность их возрастает от Li к Cs , а температура плавления, наоборот, уменьшается.
Характеристика
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Плотность, г/см 3
0,53
0,97
0,86
1,53
Твердость (алмаз = 10)
Электропроводность (Hg = 1)
11,2
13,6
Температура плавления, C
Температура кипения, C
1350
Стандартный электродный потенциал, В
3,05
2,71
2,92
2,93
2,92
Координационное число
4, 6
4, 6
6, 8
Все щелочные металлы имеют отрицательные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, большие по абсолютной величине. Это характеризует их как очень сильные восстановители. Лишь литий несколько уступает многим металлам по химической активности.
Несмотря на общность свойств, натрий и в особенности литий отличаются от других щелочных металлов. Последнее, прежде всего, обусловлено существенным различием радиусов их атомов и строения электронных оболочек.
Щелочные металлы относятся к числу наиболее активных в химическом отношении элементов. Химическая активность щелочных металлов закономерно увеличивается с ростом радиуса атомов.
Li Na K Rb Cs Fr
Увеличивается химическая активность,
Увеличивается радиус атома
Щелочные металлы активно взаимодействуют почти со всеми неметаллами.
При взаимодействии с кислородом литий образует оксид Li 2 O , а остальные щелочные металлы - пероксиды Na 2 O 2 и надпероксиды KO 2 , RbO 2 , CsO 2 . Например:
4Li (т) + O 2 (г) = 2Li 2 О(т)
2Na (т) + O 2 (г) = Na 2 O 2 (т)
K (т) + O 2 (г) = KO 2 (т)
Активно взаимодействуют щелочные металлы с галогенами , образуя галогениды ЭГ; с серой - с образованием сульфидов Э 2 S . Непосредственно с азотом щелочные металлы, за исключением лития, не реагируют.
2Э(т) + Cl 2 (г) = 2ЭCl (т)
2Э(т) + S (т) = Э 2 S (т)
Все щелочные металлы непосредственно взаимодействуют с водой , образуя гидроксиды ЭОН – щелочи и восстанавливая воду до водорода:
2Э (т) + 2Н 2 О(ж) = 2ЭОН(р) + Н 2 (г)
Интенсивность взаимодействия с водой значительно увеличивается в ряду Li - Cs .
Восстановительная способность щелочных металлов настолько велика, что они могут даже восстанавливать атомы водорода, превращая их в отрицательно заряженные ионы Н - . Так, при нагревании щелочных металлов в струе водорода получаются их гидриды, например:
2Э(т) + Н 2 (г) = 2ЭН
1.4. Применение щелочных металлов
Щелочные металлы и их соединения широко используются в технике.
Литий применяется в ядерной энергетике. В частности изотоп 6 Li служит промышленным источником для производства трития, а изотоп 7 Li используется как теплоноситель в урановых реакторах. Благодаря способности лития легко соединяться с водородом, азотом, кислородом, серой, он применяется в металлургии для удаления следов этих элементов из металлов и сплавов.
Используется литий и его соединения и в качестве топлива для ракет. Смазки, содержащие соединения лития, сохраняют свои свойства в широком интервале температур. Применяется литий в керамической, стекольной и других отраслях химической промышленности. Вообще, по значимости в современной технике этот металл является одним из важнейших редких элементов.
Цезий и рубидий применяются для изготовления фотоэлементов. В этих приборах, преобразующих лучистую энергию в энергию электрического тока и основанных на явлении фотоэффекта, используется способность атомов цезия и рубидия отщеплять валентные электроны при действии на металл лучистой энергии.
Важнейшие области применения натрия – это атомная энергетика, металлургия, промышленность органического синтеза.
В атомной энергетике натрий и его сплав с калием применяется в качестве жидкометаллических теплоносителей. Сплав натрия с калием, содержащий 77,2% калия, находится в жидком состоянии в широком интервале температур, имеет высокий коэффициент теплопередачи и не взаимодействует с большинством конструкционных материалов.
В металлургии натрийтермическим методом получают ряд тугоплавких металлов. Кроме того, натрий используется как добавка, упрочняющая свинцовые сплавы.
В промышленности органического синтеза натрий используется при получении многих веществ. Он служит также катализатором при получении некоторых органических полимеров.
Калий принадлежит к числу элементов, необходимых в значительном количестве для питания растений. Хотя в почве находится довольно много солей калия, но и уносится его с некоторыми культурными растениями также очень много. Особенно много калия уносит лен, конопля и табак. Для пополнения убыли калия из почвы, необходимо вносить в почву калийные удобрения.
1.5. Соединения щелочных металлов
Оксиды Э 2 О – твердые вещества. Имеют ярко выраженные основные свойства: взаимодействуют с водой, кислотами и кислотными оксидами. например:
Э 2 О(т) + Н 2 О(ж) = 2ЭОН (р)
Пероксиды и надпероксиды Э 2 О 2 и ЭО 2 щелочных металлов - сильные окислители. Натрий пероксид и калий надпероксид применяют в замкнутых объектах (подводных лодках, космических кораблях) для поглощения углекислого газа и регенерации кислорода:
2Na 2 O 2 (т) + 2CO 2 (г) = 2Na 2 CO 3 (т) + O 2 (г)
4KO 2 (т) + 2СO 2 (г) = 2K 2 CO 3 (т) + 3O 2 (г)
Пероксид натрия применяется также для отбеливания тканей, шерсти, шелка и т.п.
Щелочи – твердые, белые, очень гигроскопичные кристаллические вещества, относительно легкоплавки и хорошо растворимы в воде (за исключением LiOH ). Твердые щелочи и их концентрированные растворы разъедающие действуют на ткани, бумагу и живые ткани вследствие обезвоживания и щелочного гидролиза белков. Поэтому работа с ними требует защитных мер предосторожности. Ввиду сильного разъедающего действия, эти щелочи называют едкими (NaOH – едкий натр, каустик, КОН – едкое кали).
Щелочи хорошо растворяются в воде с выделением большого количества теплоты, проявляют ярко выраженные свойства сильных растворимых оснований: взаимодействуют с кислотами, кислотными оксидами, солями, амфотерными оксидами и гидроксидами.
Едкий натр применяется в больших количествах для очистки нефтепродуктов. в бумажной и текстильной промышленности, для производства мыла и волокон.
Едкое кали дороже и применяется реже. Основная область его применения – производство жидкого мыла.
Соли щелочных металлов – твердые кристаллические вещества ионного строения. Наиболее важные из них – карбонаты, сульфаты, хлориды.
Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде (за исключением солей лития: Li 2 CO 3 , LiF , Li 3 РО 4).
С многоосновными кислотами щелочные металлы образуют как средние (Э 2 SO 4 , Э 3 РО 4 , Э 2 СО 3 , Э 2 SO 3 и др.), так и кислые (ЭНSO 4 , ЭН 2 РО 4 , Э 2 НРО 4 , ЭНСО 3 и т.д.) соли.
Na 2 CO 3 - карбонат натрия, образует кристаллогидрат Na 2 CO 3 ∙10H 2 CO 3 , известный под названием кристаллическая сода, которая применяется в производстве стекла, бумаги, мыла. Это средняя соль.
В быту более известна кислая соль – гидрокарбонат натрия NaHCO 3 , она применяется в пищевой промышленности (пищевая сода) и в медицине (питьевая сода).
К 2 СО 3 – карбонат калия, техническое название – поташ, используется в производстве жидкого мыла и для приготовления тугоплавкого стекла, а также в качестве удобрения.
Na 2 SO 4 ∙10Н 2 О – кристаллогидрат сульфата натрия, техническое название глауберова соль, применяется для производства соды и стекла, а также в качестве слабительного средства.
NaCl – хлорид натрия, или поваренная соль, является важнейшим сырьем в химической промышленности, широко применяется в быту.
2. Биологическая роль s -элементов IA -группы. Их применение в медицине
Химический элемент, Э
10 -4 %
0,08%
0,23%
10 -5 %
10 -4 %
Щелочные металлы в виде различных соединений входят в состав тканей человека и животных.
Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ. Литий, рубидий и цезий так же постоянно содержатся в организме, однако физиологическая и биохимическая роль их мало выяснена. Их можно отнести к примесным микроэлементам.
В организме человеке щелочные металлы находятся в виде катиона Э + .
Сходство электронного строения ионов щелочных металлов, а, следовательно, и физико-химических свойств соединений определяет и близость их действия на биологические процессы. Различия в электронной структуре обусловливают их разную биологическую роль. На этой основе можно прогнозировать поведение щелочных металлов в живых организмах.
Так, натрий и литий накапливаются во внеклеточной жидкости, а калий, рубидий и цезий - во внутриклеточной. Литий и натрий особенно близки по биологическому действию. Например, они очень похожи по ферментоактивирующим свойствам.
Близость свойств натрия и лития обусловливает их взаимозамещаемость в организме. В связи с этим при избыточном введении ионов натрия или лития в организм они способны эквивалентно замещать друг друга. На этом основано введение хлорида натрия при отравление солями лития. В соответствии с принципом Ле Шателье равновесие между ионами натрия и лития в организме сдвигается в направлении выведения ионов Li + , что приводит к снижению его концентрации и достижению лечебного эффекта.
Рубидий и цезий близки по физико-химическим свойствам к иону калия, поэтому в живых организмах они ведут себя сходным образом. В изученных системах калий, рубидий и цезий являются синергистами, а с литием - антагонистами. На сходстве рубидия и калия основано введение в организм солей калия при отравлении солями рубидия.
Натрий и калий, как правило, являются антагонистами, но в ряде случаев близость многих физико-химических свойств обусловливает их взаимозамещение в живых организмах. Так, например, при увеличении количества натрия в организме усиливается выведение калия почками, т. е. наступает гипокалиемия.
Литий. Содержание лития в организме человека около 70 мг (10 ммоль). Литий является одним из ценнейших микроэлементов, или, как о нем еще говорят, мини-металлов. Когда-то литием лечили подагру и экзему. А в 1971г. в журнале «Медицинские новости» появилось интересное сообщение: в тех местностях, где в питьевой воде содержится большое количество лития, люди добрее и спокойнее, среди них меньше грубиянов и скандалистов, значительно меньше психических заболеваний. Были выявлены психотропные свойства этого металла. Литий начали применять при депрессии, ипохондрии, при агрессивности и даже наркомании.
Однако литий может быть как «добрым», так и «злым». Бывали случаи, когда при инъекционном лечении литием, проходило мощное нарушение обмена веществ, и серьезные последствия этого неизбежны.
Соединения лития у высших животных концентрируются в печени, почках, селезенке, легких, крови, молоке. Максимальное количество лития найдено в мышцах человека. Биологическая роль лития как микроэлемента пока до конца не выяснена.
Доказано, что на уровне клеточных мембран ионы лития конкурируют с ионами натрия при проникновении в клетки. Очевидно, замещение ионов натрия в клетках ионами лития связано с большей ковалентностью соединений лития, вследствие чего они лучше растворяются в фосфолипидах.
Установлено, что некоторые соединения лития оказывают положительное влияние на больных маниакальной депрессией. Всасываясь из желудочно-кишечного тракта, ионы лития накапливаются в крови. Когда концентрация ионов лития достигает 0,6 ммоль/л и выше, происходит снижение эмоциональной напряженности и ослабление маниакального возбуждения. Вместе с тем содержание ионов лития в плазме крови нужно строго контролировать. В тех случаях, когда концентрация ионов лития превышает 1,6 ммоль/л, возможны отрицательные явления.
Сейчас известно, что кроме психотропного действия, литий обладает свойствами предупреждать склероз, болезни сердца, в какой-то степени диабет и гипертонию. Он «помогает» магнию в его антисклеротической защите.
В конце 1977г. были опубликованы результаты исследований, проведенных в краковской гематологической клинике. Исследования были посвящены вопросам влияния лития на кроветворную систему. Оказалось, что этот микроэлемент активизирует действие еще не погибших клеток костного мозга. Сделанное открытие может сыграть важную роль в борьбе с раком крови. Исследования еще продолжаются. Хочется верить, что их результаты принесут людям неоценимую помощь.
Натрий. Содержание натрия в организме человека массой 70кг составляет около 60г (2610 ммоль). Из этого количества 44% натрия находится во внеклеточной жидкости и 9%- во внутриклеточной.
Остальное количество натрия находится в костной ткани, являющейся местом депонирования иона Na + в организме. Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, участвует в обменных процессах и благодаря этому, скелет является либо донором, либо акцептором ионов натрия, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов натрия во внеклеточной жидкости.
Натрий является основным внеклеточным ионом. В организме человека находится натрий в виде его растворимых солей, главным образом хлорида NaCl, фосфата Na 3 PO 4 и гидрокарбоната NaHCO 3 .
Натрий распределен по всему организму: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, глазной жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге.
Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвует в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости, обеспечивает кислотно-щелочное равновесие организма. ионы натрия участвуют в регуляции ионного обмена и влияют на работу ферментов. Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ион натрия участвует в передаче нервных импульсов через мембраны нервных клеток и поддерживает нормальную возбудимость мышечных клеток.
При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой и других систем, гладких и скелетных мышц. Хлорид натрия NaCl служит основным источником соляной кислоты для желудочного сока.
В организм человека натрий поступает в основном в виде поваренной соли NaCl. Истинная ежедневная потребность организма в натрии составляет 1г, хотя среднее потребление этого элемента достигает 4 - 7г.
Непрерывное избыточное потребление NaCI способствуют появлению гипертонии. В организме здорового человека поддерживается равновесие между количеству потребляемого и выделяемого натрия. Около 90% потребляемого натрия выводится с мочой, а остальные - с потом и калом.
Итак, подведем итог: ионы натрия играют важную роль:
в обеспечение осмотического гомеостаза
в обеспечение кислотно-основного равновесия организма
в регулировании водного обмена
в работе ферментов
в передаче нервных импульсов
в работе мышечных клеток
Изотонический раствор NaCI (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 NaCI (3-5-10%) применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. Применение таких компрессов способствует по законом осмоса отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное дейстие). 2-5%-ный раствор NaCI назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO 3 , который при этом превращается в малорастворимый и нетоксичный хлорид серебра:
Ag + + CI - = AgCI (т)
Сода питьевая (натрий гидрокарбонат, сода двууглекислая) NaHCO 3 используется при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью - ацидозом (диабет и др.). Механизм снижения кислотности заключается во взаимодействии NaHCO 3 с кислыми продуктами. При этом образуются натриевые соли органических кислот, которые в значительной мере выводятся с мочой, и углекислый газ, покидающий организм с выдыхаемым воздухом:
NaHCO 3 (p) + RCOOH (p) → RCOONa(p) + H 2 O(ж) + CO 2 (г)
Используют NaHCO 3 и при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. При приеме NaHCO 3 протекает реакция нейтрализации избыточной соляной кислоты:
NaHCO 3 (р) + HCl (р) = NaCl (р) + H 2 O (ж) + CO 2 (г)
Следует иметь в виду, что применение питьевой соды должно быть осторожным, т.к. может вызвать ряд побочных эффектов.
Растворы питьевой соды применяют в виде полосканий, промываний при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. Действие NaHCO 3 в качестве антисептического средства основано на том, что в результате гидролиза водный раствор соды проявляет слабощелочные свойства:
NaHCO 3 + H 2 O ↔ NaOH + H 2 CO 3
При воздействии щелочей на микробные клетки происходит осаждение клеточных белков и вследствие этого гибель микроорганизмов.
Глауберова соль (сульфат натрия) Na 2 SO 4 ∙10H 2 O 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.
Бура (тетраборат натрия) Na 2 B 4 O 7 ∙10H 2 O применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. антисептическое действие буры аналогично действию питьевой соды и связано с щелочной реакцией среды водного раствора этой соли, а также с образованием борной кислоты:
Na 2 B 4 O 7 + 7H 2 O ↔ 4H 3 BO 3 + 2NaOH
Гидроксид натрия в виде 10%-ного раствора NaOH входит в состав силамина, применяемого в ортопедической практике для отливки огнеупорных моделей при изготовлении цельнолитых протезов из кобальтохромового сплава.
Радиоактивны изотоп 24 Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, кроме того, он используется для лечения некоторых форм лейкемии.
Калий. C одержание калия в организме человека массой 70кг составляет примерно 160г (4090 ммоль). Калий является основным внутриклеточным катионом, составляя 2/3 от общего количества активных клеточных катионов. В большинстве случаев калий является антагонистом натрия.
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:
сокращение мышц
в нормальном функционировании сердца
участвует в передаче нервных импульсов
в обменных реакциях
активизирует работу ряда ферментов, находящихся внутри клетки
регулирует кислотно-щелочное равновесие
Обладает защитными свойствами против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление крови. В организме людей, употребляющих в пищу много богатых калием овощей, – вегетарианцев – количество калия и натрия находятся в равновесии. Эти люди чаще всего имеют более низкие показатели кровяного давления, нежели их сограждане, увлекающиеся мясом.
Оказывает противосклеротическое действие
Калий обладает способностью усиливать образование мочи
Взрослый человек обычно потребляет с пищей 2 – 3 г калия в сутки. Концентрация ионов калия во внеклеточной жидкости, включая плазму, составляет в норме 3,5 – 5,5 ммоль/л, а концентрация внутриклеточноко калия – 115 – 125 ммоль/л.
Рубидий и цезий. По содержанию в организме человека рубидий и цезий относятся к микроэлементам. Они постоянно содержатся в организме, но биологическая роль их еще не выяснена.
Рубидий и цезий найдены во всех исследованных органах млекопитающих и человека. Поступая в организм с пищей, они быстро всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л, причем его концентрация в эритроцитах почти в три раза выше, чем в плазме. Рубидий и цезий весьма равномерно распределяется в органах и тканях, причем, рубидий, в основном, накапливается в мышцах, а цезий поступает в кишечник и вновь реабсорбируется в нисходящих его отделах.
Известна роль рубидия и цезия в некоторых физиологических процессах. В настоящее время установлено стимулирующее влияние этих элементов на функции кровообращения и эффективность применения их солей при гипотониях различного происхождения. В лаборатории И.П.Павлова С.С.Боткиным было установлено, что хлориды цезия и рубидия вызывают повышение артериального давления на длительное время и, что это действие связано, главным образом, с усилением сердечно-сосудистой деятельности и сужением периферических сосудов.
Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия. Синергизм (хим.) – одновременное комбинированное воздействие двух (или более) факторов, характеризующихся тем, что такое совместное действие значительно превосходит эффект каждого отдельно взятого компонента. Синергист калия – рубидий активирует многие те же самые ферменты, что и калий.
Радиоактивные изотопы 137 Cs и 87 Rb 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 , а Na и K – 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 – K + , Rb + , Cs + (накопление во внутриклеточной жидкости, взаимозамещаемость) также обусловлена сходством их электронного строения и физико-химических свойств. На этом основано применение препаратов натрия и калия при отравлении солями лития и рубидия.
3. Пути поступления щелочных металлов
в организм человека
Пути поступления химических элементов в организм человека разнообразны, они представлены на схеме:
человек
В процессе эволюции от неорганических веществ к биоорганическим основой использования тех или иных химических элементов при создании биосистем является естественный отбор.
В таблице приведены данные о содержании элементов I А группы – щелочных металлов – в земной коре, морской воде, растительных, животных организмах и в организме человека (массовая доля в %).
Из таблицы видно, что чем больше распространенность элемента в земной коре, тем больше его и в организме человека.
Li
Na
K
Rb
Cs
Земная кора
6,5∙10 -3
0,03
точных данных
нет
Почва
3∙10 -3
0,63
1,36
5∙10 -3
Морская вода
1,5∙10 -5
1,06
0,038
2∙10 -5
Растения
1∙10 -5
0,02
5∙10 -4
Животные
10 -4
0,27
10 -5
Человек
10 -4
0,08
0,23
10 -5
10 -4
Наиболее необходимые для организма человека щелочные металлы – это натрий и калий. В организм человека почти все элементы, в основном, поступают с пищей.
Источники лития.
Литий содержится в некоторых минеральных водах, а также в морской и каменной соли. Содержится он и в растениях, но концентрация его, как и любых микроэлементов, зависит не только от вида и части растения, но и от времени года и даже суток, от условий сбора и погоды, а также от местности, где растет это растение.
В нашей стране литий исследовали сотрудники Института геохимии имени акад. В. И. Вернадского в Москве. Было установлено, что наземные части растений богаче литием, чем корни. Больше всего лития в растениях семейства розовых, гвоздичных, пасленовых, к которым относятся помидоры и картофель. Хотя в рамках одного семейства разница в его содержании может быть огромной - в несколько десятков раз. Зависит это от географического положения и содержания лития в почве.
Источники натрия.
Натрий присутствует в различных пищевых добавках в виде глутамата натрия (ароматизатора), сахарина натрия (подсластитель), нитрата натрия (консервант), аскорбат натрия (антиоксидант) и бикарбоната натрия (пищевая сода) а так же в некоторых лекарственных средствах (антациды). Однако большинство натрия в рационе содержится в соли.
Уровень NaCl
относительно мал во всех пищевых продуктах, которые не подвергались специальной обработке. Тем не менее, соль применяется как консервант и ароматизатор в течение нескольких столетий. Она так же используется как крaситель, наполнитель и с целью контроля над процессом брожения (например при выпечке хлеба). По этой причине она добавляется в такие пищевые продукты как ветчина, сосиски, бекон и другие мясные продукты, копченую рыбу и мясо, консервированные овощи, большинство сортов масла, маргарин, cыр, несладкие пищевые продукты, закуски и в хлебные злаки, которые мы едим на завтрак.
Рекомендованная норма натрия составляет 1,5 грамма
в день. Избыток соли в рационе ассоциирован с повышением вероятности возникновения рака желудка и вреден для почек, особенно в том случае, если в них есть какие либо нарушения мочевыделительной системы. Избыток соли - один из ведущих факторов образа жизни, который приводит к гипертонии. В том случае, если гипертония протекает малосимптомно, она повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний и инсульта. Современные рекомендации по профилактике гипертонии показали, что наиболее эффективная диета для профилактики и лечения повышенного кровяного давления должна содержать минимум натрия и жиров и включать большие количества нежирных молочных продуктов (источник кальция), фрукты и овощи (источник калия). Таким образом, важно изменить диету в целом, а не сосредотачиваться на каком либо её компоненте. К другим важным позитивным факторам относится физическая активность, нормальный вес тела.
Люди, страдающие от заболеваний почек, и очень маленькие дети не могут переносить потребление больших количеств натрия, потому что их почки не справляются с его выведением. По этой причине не стоит присаливать пищу детям младшего возраста.
По закону на этикетках пищевых продуктов должно указываться содержание натрия, но некоторые производители пренебрегают этим правилом и указывают количество соли.
Помним: «Поваренная соль может насолить нашему здоровью !»
Источники калия.
Лучший источник калия – растительная пища. Это – арбузы, дыни, апельсины, мандарины, бананы, сухофрукты (инжир, абрикосы, шиповник). Богаты калием ягоды – брусника, земляника, черная и красная смородина. Много калия и в овощах (особенно в картофеле), бобовых, изделиях из муки грубого помола, рисе.
Реакция организма на недостаток калия.
При недостатке калия в организме наблюдаются мышечная слабость, вялость кишечника, нарушения сердечной деятельности.
«Еще не встала – уже устала» - так образно и доступно характеризют дефицит калия в организме доктора. Пониженное содержание калия в организме обычно приводит к астении (психическому и физическому истощению, быстрой утомляемости), нарушению функции почек и истощению функции коры надпочечников. Существует риск нарушения обменных процессов и проводимости в миокарде.
Дефицит калия снижает работоспособность, замедляет заживления ран, ведёт к нарушению нервно-мышечной проводимости. Отмечается сухость кожных покровов, тусклость и слабость волос (это является предметом серьёзных переживаний особенно для женщин и девушек).
Может наступить внезапная смерть при увеличении нагрузок. Наблюдается плохая передача нервных импульсов. Снижают усвоение калия мочегонные средства (диуретики). При приготовлении пищи необходимо обращать внимание на то, что соединения калия водорастворимы. Это обстоятельство обязывает мыть продукты, его содержащие, до их измельчения и готовить их в небольшом количестве воды.
Кстати, народная медицина считает, что страстное желание употреблять алкоголь связано с недостатком калия в организме.
При калиевом истощении применяют калия хлорид KCl 4 - 5 раз в день по 1г.
Реакция организма на избыток калия.
При избытке калия в организме угнетены основные функции сердца: уменьшение возбудимости сердечной мышцы, урежение ритма сердечных сокращений, ухудшение проводимости, ослабление силы сокращений сердца. В больших концентрациях ионы калия вызывают остановку сердца в диастоле (фаза сокращения желудочков сердца). Токсическая доза калия составляет 6 г. Летальная доза – 14 г. Соли калия могут быть токсичны для организма за счет аниона, связанного с ионом калия, это, например, KCN (цианид калия).
Чтобы регулировать содержание этих биогенных элементов, можно учитывать данные, представленные в следующей таблице.
4. Практическая часть
Опыт 1. Окрашивание пламени соединениями.
Один из способов качественного обнаружения соединений щелочных металлов основан на их способности окрашивать пламя горелки.
В пробирки нужно налить растворы солей щелочных металлов. Железную проволоку промыть в соляной кислоте, а затем прокалить в пламени горелки.
Затем необходимо смочить проволоку раствором исследуемой соли и внести ее в пламя.
Соли, содержащие катионы лития, а также сам литий окрашивают пламя в красный цвет, катионы натрия и металл натрий – в желтый , катионы калия и металл калий окрашивают пламя в фиолетовый цвет. Для лучшего наблюдения можно рассматривать цвет через синее стекло.
Таким образом были обнаружены ионы Li + , Na + и К + в растворах солей LiCl , NaCl , Na 2 CO 3 , Na 2 SO 4 , NaNO 3 , KCl , KNO 3 , K 2 CO 3 .
Опыт 2. Взаимодействие щелочных металлов с водой.
В стакан с водой внести тщательно очищенный от оксидной пленки кусочек металла. После растворения металла исследовали среду раствора с помощью фенолфталеина.
Такой опыт проведи с кусочками лития, натрия и калия. Наиболее активно шла реакция с калием, она сопровождалась горением калия, наблюдались фиолетовые искры, выделение газа. Натрий реагировал с водой, выделяя желтые искры, а реакция лития была наиболее спокойна.
Образовавшиеся растворы с фенолфталеином окрасились в малиновый цвет, что указало на присутствие в растворе щелочи.
2Li +2H 2 O = 2LiOH + H 2
2Na + 2H 2 O = 2NaOH + H 2
2K + 2H 2 O = 2KOH + H 2
Опыт 3. Гидролиз солей натрия и калия.
Характер среды растворов солей исследуется с помощью кислотно-основных индикаторов.
Универсальные индикаторные бумажки, опущенные в растворы солей щелочных металлов, образованных слабыми кислотами Na 2 CO 3 и К 2 СО 3 , окрасились в синий цвет, что говорит о щелочной реакции растворов. в растворах произошел гидролиз – взаимодействии солей с молекулами воды:
Na 2 CO 3 ↔ 2Na + + CO 3 2-
CO 3 2- + H 2 O ↔ HCO 3 - + OH -
Na 2 CO 3 + H 2 O ↔ NaHCO 3 + NaOH
Растворы солей сильных кислот NaNO 3 , KNO 3 , NaCl , KCl , LiCl показали нейтральную среду (цвет индикаторной бумажки не изменился), значит гидролиза этих солей не происходит
Выводы
Почему так важно знать содержание в организме химических элементов?
Химические элементы не синтезируются, в отличие от многих органических веществ, в организме, а поступают извне с пищей, воздухом, через кожу и слизистые. Поэтому определение химических элементов позволяет узнать о том:
насколько Ваш организм соответствует идеалу (кстати, около 20% людей не имеют никаких отклонений и, таким образом, живут в гармонии с природой);
правильно ли Вы питаетесь, обеспечивает ли Ваш рацион необходимый набор питательных веществ;
наносят ли вред организму вредные привычки;
насколько безопасна среда, в которой Вы живете; пища, которую Вы употребляете; Ваше рабочее место;
хорошо ли функционируют Ваш желудок, кишечник, печень, почки, кожа, регулируя процессы всасывания и выведения питательных веществ;
нет ли у Вас хронических заболеваний или предрасположенности к ним;
правильно ли Вы лечитесь.
Какие заболевания наиболее тесно связаны с дисбалансом элементов?
В первую очередь, это:
снижение иммунитета;
болезни кожи, волос, ногтей;
сколиоз, остеопороз, остеохондроз;
гипертония;
аллергозы, в том числе бронхиальная астма;
диабет, ожирение;
заболевания сердечно-сосудистой системы;
болезни крови (анемия);
дисбактериоз кишечника, хронические гастриты, колиты;
бесплодие, снижение потенции у мужчин;
нарушение роста и развития у детей.
Многолетний опыт работы врачей показывает, что более 80% населения имеют более или менее выраженный дисбаланс микроэлементов. Поэтому, если у Вас имеются какие-нибудь , вам стоит обратить на это внимание!
Многие учёные считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определённую биологическую функцию.
Мы выяснили биологическую роль лишь одной группы химических элементов. Щелочные металлы – чрезвычайно важны для здоровья человека, как и большинство других. Очень важно для состояния здоровья человека соблюдение оптимальной концентрации каждого элемента: вреден как недостаток элемента, так и его избыток.
Стабильность химического состава организма является одним из важнейших и обязательных условий его нормального функционирования .
Существует ошибочное, хотя и широко распространенное, мнение о возможности коррекции дисбаланса элементного состава организма человека путем обогащения рациона питания теми или иными продуктами, содержащими необходимые минеральные элементы. Однако следует принимать во внимание то, что присутствие в пищевых продуктах и воде необходимых макро-и микроэлементов (что особенно очевидно для жителей сельских территорий) зависит в значительной степени от так называемого "локального биогеохимического круговорота" элементов, который определяет содержание макро- и микроэлементов в пищевых растениях и животных.
Дефицит или избыток тех или иных элементов в организме человека, как правило, является следствием дефицита или избытка этих элементов, проходящих по пищевой цепи: от почвы - к растениям и животным - к человеку. При развивающемся дефиците любого элемента недостаточно пищевой коррекции, даже если для этой цели используются продукты из других регионов, почвы которых обогащены необходимым микроэлементом.
Только индивидуальный подбор специальных минеральных и других препаратов, направленных на нормализацию микроэлементного баланса организма, окажет реальную и эффективную помощь при развившемся патологическом состоянии.
В заключении приведем заповеди народной и научной медицины, которые надо знать всем:
Все связано со всем.
Все должно куда-то деваться.
Природа знает лучше.
Ничто не дается даром.
Используемая литература
1. Габриелян О.С. Химия, 9 класс, Учебник для ОУ заведений. - М. «Дрофа», 2001
2. Глинка Н.Л. Общая химия, Учебное пособие для вузов. – Л. «Химия», 1983
3. Общая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для мед. спец. вызов. Ю.А.Ершов и др. – М. «Высшая школа», 1993
4. Сычев А.П., Фадеев Г.Н. Химия металлов. Учебное пособие. – М. «Просвещение», 1984
5. MHTML. Doc ument. интегрированный урок «Щелочные металлы». Фестиваль «Открытый урок», 2003
6.
7.
