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 SO₄^2- 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

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: