lection12 (1113310)
Текст из файла
Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2005/2006Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИЛекция 12. Общиесвойства металлов.Щелочные и щелочноземельные металлы.Л.Полинг писал [1]: “Металл можно определить как вещество, хорошопроводящее электричество и теплоту, отличающееся характерным блеском, которыйназывается металлическим; из металлов можно ковать листы (благодаря особомусвойству – ковкости) и вытягивать проволоку (благодаря пластичности);дополнительно можно отметить, что электропроводность таких веществ возрастает спонижением температуры....Можно утверждать, что одной из характерных особенностей металла являетсято, что каждый атом имеет много соседних атомов; число кратчайших расстояниймежду атомами превышает число валентных электронов”.Относительная активность распространенных металлов [2]KBaSrCaNaLiMgAlMnZnCrОксидыFeвосстанавливаются Cdдо металлаCoводородомNiSnPbHSbAsBiCuHgAgОксидыPdразлагаютсяPtпри нагреванииAuОксидыневосстанавливаютсяводородомРеагируютс холоднойводойс выделениемводородаРеагируют с водянымпаром с выделениемводородаРеагируют с кислотамис выделением водородаРеагируют с кислородомс образованием оксидовОксидыполучаюткосвенными методамиНаиболее ковкий и пластичный металл – золото.
Из него получаютполупрозрачную (голубоватую на просвет) фольгу толщиной 0,0002 мм, а из 1 г золотаможно вытянуть проволоку диаметром 0,002 мм и длиной 3420 м.1Элементы IА группы – щелочные металлыСвойства простых веществ [3,4]LiNaKТемпература плавления, 0С1809864Температура кипения, 0С1345883774-12Радиус атома, пм (10 м)155189236+Радиус иона Э , пм6898133Плотность, г/см30,530,970,86Продукт горения в O2Li2ONa2O2KO2Rb38,46882481491,53RbO2Cs28,46782681651,88CsO2Радиус атома кислорода равен 75 пм, а иона O2- составляет 132 пм.
Соотношениеразмеров благоприятствует образованию пероксидов и надпероксидов щелочныхметаллов.Металлические литий, натрий и калий получают электролизом расплава солей(хлоридов), а рубидий и цезий – восстановлением в вакууме при нагревании иххлоридов кальцием:2 NaCl = 2 Na + Cl2 электролиз в расплаве или с ртутным катодом2 CsCl + Ca = 2 Cs + CaCl2В небольших масштабах используется также вакуум-термическое получение натрия икалия:2 NaCl + CaC2 = 2 Na + CaCl2 + 2 C4 KCl + 4 CaO + Si = 4 K + 2 CaCl2 + Ca2SiO4Активные щелочные металлы выделяются в вакуум-термических процессах благодарясвоей высокой летучести (их пары удаляются из зоны реакции).Сверхсекретный литийИдея первой конструкции водородной бомбы типа "слойка", пришла на умсначала Эдварду Теллеру, потом в 1948 А.Д.Сахарову, затем британским ученым.
Нобудучи тупиковой ветвью развития термоядерных систем, отмерла в СССР послеамериканских тестов Ivy Mike и Castle Bravo. По схеме "слойка" в Советском Союзесоздана бомба РДС-6с. Испытание прошло 12 августа 1953 – на полгода раньше, чем вСША. Параметры: 400 кт с тритиевым усилением; 40 кт – триггер (ядерная бомбазапал), 60-80 кт синтез, остальное - деление урановых оболочек; всего 250 кт безтрития.Термоядерный заряд – дейтерид лития-6 6Li2H (7,3% легкого изотопа вприродном литии). Под действием нейтронов плутониевого “запала” литийпревращается в тритий [5]:6Li + n = 3H + 4He + 4,8 МэВ3H + 2H = 4He + n + 17,6 МэВ(1 МэВ = 9,65*107 кДж/моль)На 8 г дейтерида лития выделяется 2,16*109 кДж, а 1 килотонна (103 т) тротиласоответствует примерно 4,2*109 кДж или 15,5 г дейтерида лития.Демонстрации:Реакция щелочных металлов (Li, Na, K) и кальция с водой.На воздухе литий активно реагирует не только с кислородом, но и с азотом ипокрывается пленкой, состоящей из Li3N (до 75%) и Li2O.4 Li + O2 = 2 Li2O6 Li + N2 = 2 Li3N2Остальные щелочные металлы образуют пероксиды (Na2O2) и надпероксиды(K2O4 или KO2).2 Na + O2 = Na2O2K + O2 = KO2Перечисленные вещества реагируют с водой:Li3N + 3 H2O = 3 LiOH + NH3Na2O2 + 2 H2O = 2 NaOH + H2O2K2O4 + 2 H2O = 2 KOH + H2O2 + O2Еще одна секретная смесьДля регенерации воздуха на подводных лодках и космических кораблях, визолирующих противогазах и дыхательных аппаратах боевых пловцов (подводныхдиверсантов) использовалась смесь “оксон”:Na2O2 + CO2 = Na2CO3 + 0,5 O2K2O4 + CO2 = K2CO3+ 1,5 O2В настоящее время это стандартная начинка регенерирующих патронов изолирующихпротивогазов для пожарных.Щелочные металлы реагируют при нагревании с водородом, образуя гидриды:2 Li + H2 = 2 LiHLiH + AlH3 = LiAlH4Гидрид и алюмогидрид лития используются как сильные восстановители.Гидроксиды щелочных металлов разъедают стеклянную и фарфоровую посуду,их нельзя нагревать и в кварцевой посуде:SiO2 + 2 NaOH = Na2SiO3 + H2OГидроксиды натрия и калия не отщепляют воду при нагревании вплоть до температурих кипения (более 13000С).Некоторые соединения натрия называют содами:а) кальцинированная сода, безводная сода, бельевая содаили просто сода – карбонат натрия Na2CO3;б) кристаллическая сода – кристаллогидрат карбоната натрия Na2CO3.10H2O;в) двууглекислая или питьевая – гидрокарбонат натрия NaHCO3;г) гидроксид натрия NaOH называют каустической содой или каустиком (отгреческого καυστικοζ – каустикос – жгучий, едкий).Элементы IIА группыСвойства простых веществ [6]BeMgCa0Температура плавления, С1284650850Температура кипения, 0С297011201487Радиус атома, пм (10-12 м)1131601972+Радиус иона Э , пм3474104Sr7701368215120Бериллий и магний широко используют в сплавах.
Бериллиевые бронзы –упругие сплавы меди с 0,5-3% бериллия; в авиационных сплавах (плотность 1,8)содержится 85-90% магния (“электрон”).3Ba7101635221138Бериллий отличается от остальных металлов IIА группы – не реагирует сводородом и водой, зато растворяется в щелочах, поскольку образует амфотерныйгидроксид:Be + H2O + 2 NaOH = Na2[Be(OH)4] + H2Магний активно реагирует с азотом:3 Mg + N2 = Mg3N2Растворимость гидроксидов [7]Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2Произведение растворимости2*10-151,3*10-108*10-6Растворимость, моль/л (200С)8*10-65*10-42*10-2Растворимость, г/л3,4*10-42,9*10-21,5Sr(OH)23,4*10-47*10-28,5Ba(OH)28*10-32*10-134,2По таблице – вопрос для коллоквиума: для какого (каких) из перечисленныхгидроксидов понятие ПР уже не совсем корректно?Традиционная техническая проблема – жесткость воды, связанная с наличием вней ионов Mg2+ и Ca2+ . Из гидрокарбонатов и сульфатов на стенках нагревательныхкотлов и труб с горячей водой оседают карбонаты магния и кальция и сульфаткальция.
Особенно мешают они работе лабораторных дистилляторов.Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2OСодержание в живом организме и биологическое действиеLi10-4%Na0,08Содержание в организме человека, % [8]KRbCsBeMgCa-5-4-70,231010100,0271,4Sr10-3Ba10-5Во внеклеточной жидкости содержится в 5 раз больше ионов натрия, чем внутриклеток. Изотонический раствор (“физиологическая жидкость”) содержит 0,9% хлориданатрия, его применяют для инъекций, промывания ран и глаз и т.п.
Гипертоническиерастворы (3-10% хлорида натрия) используют как примочки при лечении гнойных ран(“вытягивание” гноя).98% ионов калия в организме находится внутри клеток и только 2% вовнеклеточной жидкости.В день человеку нужно 2,5-5 г калия. В 100 г кураги до 2 г калия. В 100 гжареной картошки – до 0,5 г калия.Во внутриклеточных ферментативных реакциях АТФ и АДФ участвуют в видемагниевых комплексов.
Берилиий образует гораздо более прочные комплексы спроизводными фосфорной кислоты, чем магний, поэтому соли бериллия ядовиты.Ежедневно человеку требуется 300-400 мг магния. Он попадает в организм схлебом (90 мг магния на 100 г хлеба), крупой (в 100 г овсяной крупы до 115 мг магния),орехами (до 230 мг магния на 100 г орехов).Кроме построения костей и зубов на основе гидроксилапатита Ca10(PO4)6(OH)2 ,катионы кальция активно участвуют в свертывании крови, передаче нервныхимпульсов, сокращении мышц.4В сутки взрослому человеку нужно потреблять около 1 г кальция. В 100 гтвердых сыров содержится 750 мг кальция; в 100 г молока – 120 мг кальция; в 100 гкапусты – до 50 мг.Библиография к лекции 121.2.3.4.5.6.7.8..
Полинг Л. Общая химия 3-е изд. – М.: Мир, 1974. – 846 с., с.506-507. Holtzclaw H.F., Robinson W.R., Odom J.D. General Chemistry with Qualitative Analysis 9-thEdition, D.C. Heath and Company, 1991, – 1098 pp., p.381. См. также в Интернет: http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch2_8-2.html. Здесь и далее использованы данные: Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 256с.. Популярная библиотека химических элементов 3-е изд., Кн.1 – М.: “Наука”, 1983. – 575 с. ,с.22, 46. См. также в Интернет: http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch2_8-3.html.
Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учеб. для химико-технол. вузов. – 2-е изд. – М.:Высш. шк., 1988. – 640 с., с.457. Общая химия. Биофизическая химия.Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов.Ю.А.Ершов, В.А.Попков, А.С.Берлянд и др. – 2-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с., с.235-252. Полинг Л. Общая химия 3-е изд. – М.: Мир, 1974. – 846 с., с.506-507.
Holtzclaw H.F., Robinson W.R., Odom J.D. General Chemistry with Qualitative Analysis 9-th Edition, D.C.Heath and Company, 1991, – 1098 pp., p.3813. См. также в Интернет: http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch2_8-2.html4. Здесь и далее использованы данные: Эмсли Дж. Элементы: Пер. с англ.
– М.: Мир, 1993. – 256 с.5. Популярная библиотека химических элементов 3-е изд., Кн.1 – М.: “Наука”, 1983. – 575 с. , с.22, 466. См. также в Интернет: http://school-sector.relarn.ru/nsm/chemistry/Rus/Data/Text/Ch2_8-3.html7. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия: Учеб. для химико-технол. вузов. – 2-е изд. – М.: Высш.шк., 1988. – 640 с., с.4578. Общая химия. Биофизическая химия.Химия биогенных элементов: Учеб.
для вузов. Ю.А.Ершов,В.А.Попков, А.С.Берлянд и др. – 2-е изд. – М.: Высш. шк., 2000. – 560 с., с.235-252125.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
