Химические свойства s-элементов.
Все s- металлы на свежем разрезе имеют блестящую поверхность, однако быстро тускнеют, вступая в контакт с кислородом воздуха, поэтому их, за ис-ключением, бериллия и магния следует хранить под слоем керосина или жидкого парафина. На поверхности бериллия и магния образуется защитный оксидный слой, поэтому они корродируют сравнительно медленнее. При сгорании при атмосферном давлении могут образовываться оксиды состава Ме2О (1-группа) или МеО (II группа); пероксиды состава Ме2О2 и МеО 2, соответственно; супероксиды состава МеО 2 и МеО 4. От лития к цезию тенденция к образованию пероксидных соединений увеличивается, при этом с увеличением радиусов ионов устойчивость пероксидов и надпероксидов увеличивается, так при горении лития образуется только оксид, натрий дает пероксид, а калий, рубидий и цезий образуют надпероксиды. Для всех щелочных металлов кроме лития могут образовываться и озониды состава МеО 3. Образование пероксидов и надпероксидов не характерно для бериллия и магния, для остальных щелочноземельных металлов они образуются либо при взаимодействии оксидов с кислородов, либо при взаимодействии гидроксидов с концентрированной перекисью водорода: Ме(ОН) 2 + Н2О2= МеО 2 + Н2О Пероксиды и надпероксиды имеют ионную кристаллическую решетку, но не отличаются большой твердостью и устойчивостью, при внесении в воду образуют пероксид водорода: Ме2О2 + 2Н2О = 2МеОН + Н2О2 2КО 2 + 2Н2О = 2КОН + Н2О2 + О 2 ВаО 2 + 2Н2О = Ва(ОН)2 + Н2О2 Все s- металлы взаимодействуют при нагревании с водородом и галоге-нами, серой, азотом, фосфором, углеродом, например: Ва + Н2= ВаН2 2К + Cl2 =2KCl 2Mg + 2C = Mg2C2 При взаимодействии с галогенами образуются хорошо растворимые в воде галогениды, также хорошо растворимы нитраты, растворимость нитратов и карбонатов элементов ll группы значительно меньше, чем у элементов l группы. Реакционная способность s- металлов увеличивается в группах с ростом атомного номера. Кроме бериллия и магния все металлы взаимодействуют с водой, напри-мер: Ва + Н2О = Ва(ОН)2 + Н2 Щелочи образуются и при растворении в воде оксидов щелочных и щелочноземельных металлов. Оксид магния малорастворим в воде, оксид берилллия в воде нерастворим, его гидроксид проявляет амфотерные свойства. Все щелочные металлы реагируют с кислотами со взрывом, поэтому в лабораториях такие опыты проводить нельзя. Щелочи и соли щелочных металлов широко распространены и находят широкое применение, например, в химической промышленности (NaOH, NaCl, Na2CO3 , NaНCO3 и др.), в быту (NaCl, Na2CO3 и др.), в сельском хозяйстве (KCl, KNO3, K2SO4). Важное значение имеют реакции, на первой из которых основано применение Na2O2 для регенерации воздуха в изолированных помещениях: 2 Na2O2 + 2CO2 = 2 Na2 CO3 + O2 Na2O2 + CO = Na2 CO3 Некоторые соли натрия и калия используются в качестве пищевых добавок. В странах Западной Европы на этикетках пищевых продуктов указывают Е – числа, соответствующие определенным добавкам. Так до-бавки от Е 200 до Е 290 обозначают консерванты (например, Е 221 - Na2SO3; Е 250 - NaNO3); от 300 до Е 321 - антиоксиданты (Е 301 –ас- корбат натрия), от Е 322 и выше –эмульгаторы, стабилизаторы и т.д. (например Е 322 –дигидроцитрат натрия, Е 339 дигидрофосфат натрия. В организме взрослого человека имеется приблизительно 5 л крови, которая содержит около 0,6 хлорида натрия. Ежедневное выделение хлорида натрия с потом и мочой составляет обычно 15 г. Поэтому в жаркое время года рекомендуется газированная вода, содержащая 0,3 хлорида натрия. Напротив, при повышенном арториальном давлении рекомендуется ограничивать потребление поваренной соли. При перегреве организма равновесие между К и Na нарушается и возникает «калиевый голод». Отдельные виды растений избирательно извлекают из почвы щелочные металлы Так например, морские водоросли и солончаковые растения содержат большое количество натрия, литий накапливается в некоторых сортах табака, рубидий - в некоторых сортах свеклы. У животных натрий сосредоточен преимущественно в тканевых соках (лимфе и крови), а калий в самих тканях. Особенно богаты им некоторые внутренние органы – печень, селезенка и др. В целом, взрослые животные организмы содержат больше калия, чем натрия. Напротив, в зародышах животных натрия больше, чем калия, причем соотношение между обоими элементами приближается к характерному для морской воды. Магний и кальций являются жизненно необходимыми элементами организмов человека и животных. Бериллий и его соединения очень токсичны. Соединения кальция постоянно содержатся в почве и природных водах, а также в животных и растительных организмах. Так например озимая рож (зерно) содержит 6,6 кг Са на тонну, картофель – 0,2 кг; сахарная свекла – 0,4 кг; еще больше Са содержится в табаке, гречихе, клевере. Человеческий организм содержит 0,7 – 1,4 % (масс.) кальция. Около 99 % его количества приходится на костную и зубную ткань. Среднесуточная потребность человека в кальции составляет около 1 г, при этом у пожилых людей она больше, чем у молодых. Количество кальция, поступающего в организм существенно зависит от рода пищи: оно сравнительно мало при растительной диете, выше при мясной и особенно велико при молочной. Повышение содержания кальция в пище животных сопровождается лучшим его усвоением и ведет к более быстрому их росту и увеличению прдолжительности жизни. По приблизительным оценкам содержание стронция в организме человека составляет 10-3 а бария - 10-5 % (масс.). Стронций концентрируется, в основноь, в костях, частично замещая кальций Избыток стронция приводит к ломкости костей. Из соединений металлов второй группы наибольшее значение имеет карбонат кальция: из природных соединений получают вяжущие вещества, различные сорта извести и цементов, мрамор и известняки используются как отделочные материалы. Очень малые количества растворимых соединений бария стимулируют деятельность костного мозга, но в больших количествах они сильно ядовиты. При хронических отравлениях малыми дозами соединений бария наблюдаются слабость, воспаление слизистых оболочек, расстройство сердечно сосудистой деятельности, выпадение волос. Карбонаты в избытке оксида углерода переходят в гидрокарбонаты, которые хорошо растворимые в воде и вызывают так называемую временную жесткость: СаCO3 + CO2+ Н2O = Са(НCO3)2 Жесткость воды. Жесткость природных вод и их специфические свой-ства определяются содержанием ионов Са2+ и Мg2+ . Согласно принятому в России стандарту жесткость воды выражают числом эквивалентов ионов Са2+ и Мg2+ в 1л воды. Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидро-карбонат ионов НCO3-. Временная жесткость легко удаляется простым кипя-чением: Са(НCO3)2 == СаCO3 + CO2 + Н2O Постоянная жесткость воды создается ионами SO42- и Cl-. Существуют различные методы умягчения воды. Умягчение воды хими-ческими методами: Са(НCO3)2 + Са(ОН)2 = 2 СаCO3 + 2Н2O Са(НCO3)2 + Na2 CO3 = СаCO3 + 2 NaНCO3 СаSO4 + Na2CO3 = СаCO3 + Na2 SO4 СаС12 + Na2 CO3 = СаCO3 + 2 NaCl Мg SO4 + Са(ОН)2 = Мg (ОН)2 + СаSO4
Химические методы умягчения воды громоздки, связаны со значительным расходом реагентов и не устраняют жесткость до требуемой степени. В последние годы широкое распространение получили методы ионного обмена. Иониты (аниониты и катиониты) – твердые материалы, способные к ионному обмену. Методы ионного обмена применяют как для умягчения воды, так и для ее обессоливания. Пропуская воду последовательно через катионит и анионит можно полностью удалить из нее содержащиеся электролиты. Кроме того, в настоящее время для обработки воды применяются магнитные, ультразвуковые, электрохимические и другие методы.
Химия элементов (конспект лекций)
Составители: Боковикова Татьяна Николаевна Марченко Людмила Анатольевна
350072, Краснодар, Московская 2а, Кубанский государственный технологический университет 350058, Краснодар, Старокубанская 88/4, Типография КубГТУ
|
