Биологическая роль S-элементов

В организме человека щелочные металлы (Са, Mg, Na, К) находятся исключительно в ионном виде. Поскольку степени окисленитя s-элементов постоянны, окислительно-восстановительные реакции в живых системах им не свойственны.

Ионы Са, Na и К протолитически не активны, соли их в водных растворах не гидролизуются и нейтральны.

Кальций образует достаточно большое количество малорастворимых солей: оксалат СаС₂О_4, сульфат Са, карбонат СаСО₃, фторид кальция, фосфаты. Из периодической таблицы Менделеева видно, что натрий имеет сходство с калием, а магний с кальцием. В организме эти пары элементов, а точнее ионов оказываются антагонистами: К⁺ и Mg²⁺ преимущественно внутриклеточные ионы, а Na⁺ и Са²⁺ -внеклеточные. Са, Mg, Na, К вместе с хлором создают электролитный фон организма, кроме того, они являются активаторами некоторых ферментов. Кальций входит в состав неорганического вещества костной ткани, участвует в процессе свертывания крови, играет важную роль в мышечном сокращении.

Задачи

ЗАДАЧА 1. В МЕДИЦИНСКОЙ ПРАКТИКЕ ЧАСТО ПОЛЬЗУЮТСЯ 0,9% РАСТВОРОМ NaCI (p=1г/мл). ВЫЧИСЛИТЬ: а) МОЛЯРНУЮ КОНЦЕНТРАЦИЮ И ТИТР ЭТОГО РАСТВОРА; б) МАССУ СОЛИ, ВВЕДЕННУЮ В ОРГАНИЗМ ПРИ ВЛИВАНИИ 400 МЛ ЭТОГО РАСТВОРА.

Решение

С(х)= ω·ρ·10 / М(х); Т=С(х)· М(х) /1000; Т(х)= m(х) / V_р-ра(мл);

С(NaCI) = 0,9·1·10 /58,5 = 0,154 моль/л;

Т(NaCI) = 0,154·58,5 /1000 =0,00900 г/мл;

m (NaCI) = 0,00900 г/мл·400 мл = 3,6 г

Ответ: С(NaCI) =0,154 моль/л; Т(NaCI) = 0,00900 г/мл; m (NaCI) =3,6 г

ЗАДАЧА 2. ВЫЧИСЛИТЬ, СКОЛЬКО г И СКОЛЬКО МОЛЬ РАСТВОРЕННОГО ВЕЩЕСТВА СОДЕРЖИТСЯ В ЗАДАННОЙ МАССЕ РАСТВОРА С УКАЗАННОЙ МАССОВОЙ ДОЛЕЙ ВЕЩЕСТВА:

а) 200г 8,4%-ного раствора NaHCO₃; б) 300 г 11,1%-ного раствора СаС1₂.

Решение

ω = m (х) / m р-ра· 100% m (х)= ω· m р-ра /100% ν(х) = m (х) /М(х);

а) m (NaHCO₃)= 8,4·200/100=16,8 г; ν(NaHCO₃)=16,8 г/84 г/моль=0,2 моль;

б) m(СаС1₂)= 11,1·300 /100 =33,3 г; ν(СаС1₂)=33,3 г/111 г/моль =0,3 моль

ЗАДАЧА 3. ИМЕЕТСЯ СМЕСЬ КАЛЬЦИЯ, ОКСИДА КАЛЬЦИЯ И КАРБИДА КАЛЬЦИЯ С МОЛЯРНЫМ СООТНОШЕНИЕМ КОМПОНЕНТОВ 1:3:4 (В ПОРЯДКЕ ПЕРЕЧИСЛЕНИЯ ). КАКОЙ ОБЪЕМ ВОДЫ МОЖЕТ ВСТУПИТЬ В ХИМИЧЕСКОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С 35 г ТАКОЙ СМЕСИ?

Решение

Пусть в исходной смеси содержалось х моль Са, тогда ν (СаО) = 3х, ν(СаС₂)=4х. Общая масса смеси равна: 40х +56·3х + 64·4х+35, откуда х=0,0754 моль. При взаимодействии данной смеси с водой происходят следующие реакции:

Са + 2Н₂О = Са(ОН)₂+ Н₂

СаО +Н₂О = Са(ОН)₂

СаС₂+ 2Н₂О = Са(ОН)₂ +С₂Н₂

В первую роеакцию вступает 2х моль Н₂О, во вторую-3х и в третью- 2·4х=8 моль Н₂О, т.е. 13х= 13·0,0754=0,980 моль.

Масса прореагировавшей воды равна ν·М(Н₂О) =0,98·18-17,6 г

Объем воды равен 17,6 /1 г/мл=17,6 мл

Ответ: 17,6 мл воды.

ТЕСТОВЫЙ КОНТРОЛЬ ПО ТЕМЕ S-ЭЛЕМЕНТЫ

1. КАРБОНАТ КАЛИЯ В РАСТВОРЕ ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ:

1) с азотной кислотой

2) с сульфатом натрия

3) с углекислым газом

4) с хлоридом меди

Правильный ответ: 1)

2. ВЗАИМОДЕЙСТВИЕМ, КАКИХ ВЕЩЕСТВ МОЖНО ПОЛУЧИТЬ ГИДРОСУЛЬФИТ НАТРИЯ:

1) едкого натра и оксида серы(1V)

2)Оксида натрия и оксида серы

3) серной кислоты и хлорида натрия

4) гидросульфида натрия и сернистой кислоты

Правильный ответ: 4)

3. ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ ОЛЕУМА С ИЗБЫТКОМ NaOH ОБРАЗУЕТСЯ:

1) Na₂S

2) Na₂SO₃

3) Na₂SO₄

4) Na₂S₂O₃

Правильный ответ: 3)

4. В 0,5 Л РАСТВОРА СОДЕРЖИТСЯ 2 Г NAOH. МОЛЯРНАЯ КОНЦЕНТРАЦИЯ ТАКОГО РАСТВОРА РАВНА:

1 ) 0,1

2) 4%

3) 0,2

4) 0,4

Правильный ответ: 1)

5. ВРЕМЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ УСТРАНЯЕТСЯ:

1) кипячением

2) добавлением питьевой соды

3) добавлением соли NaCI

4) добавлением активированного угля

Правильный ответ: 1)

6. ВРЕМЕННАЯ ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ ОБУСЛОВЛЕНА СОЛЯМИ:

1) Са SO_4, MgSO₄

2) Са (НСО₃)₂ и Mg(НСО₃)₂

3) СаС1₂ и Са (НСО₃)₂

4) MgС1₂ и СаС1₂

Правильный ответ:2)

7. В 1 Л РАСТВОРА NA₂SO₄ СОДЕРЖИТСЯ 0,1 МОЛЬ СУЛЬФАТ-ИОНОВ. КОЛИЧЕСТВО ИОНОВ НАТРИЯ В НЕМ РАВНО:

1) 0,1

2) 0,2

3) 0,05

4) 0,001

Правильный ответ: 2)

8. ДЛЯ ПРЕДОВРАЩЕНИЯ ГИДРОЛИЗА K₂S СЛЕДУЕТ ДОБАВИТЬ:

1) еще K₂S

2) Н₂О

3) КОН

4) НС1

5) H₂S

Правильный ответ: 4)

9. УКАЗАТЬ ПОРЯДКОВЫЙ НОМЕР ЭЛЕМЕНТА, КОТОРЫЙ НАХОДИТСЯ В ЧЕТВЕРТОМ ПЕРИОДЕ, В ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЕ ВТОРОЙ ГРУППЫ:

1) 10

2) 20

3) 30

4)40

Правильный ответ: 2)

10. РЕАКЦИЯ ИОННОГО ОБМЕНА ИДЕТ ДО КОНЦА В РЕЗУЛЬТАТЕ ОБРАЗОВАНИЯ ОСАДКА ПРИ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ:

1) NaOH и Mg(NO₃)₂

2) CaCO₃ и HCI

3) Cu(OH)₂ и H₂SO₄

4) NaOH и KNO₃

Правильный ответ: 1)

ПЕРЕХОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Общий обзор металлов

В таблице Менделеева более 90 металлов. Их положение можно показать, если в периодической системе провести условно диагональ от бора к астату. В правой верхней части (исключая элементы побочных подгрупп) - неметаллы, а в левой части расположены металлы. Вблизи диагонали- элементы с амфотерными свойствами. В атомах большинства металлов, небольшое число электронов на внешнем уровне (т.е. валентных электронов):

₁₁Na …3S¹

₁₂ Mg …3S²

₁₃AI …3S²3P¹

₂₉Cu ….3d¹⁰4S¹

Радиусы атомов металлов больше радиусов неметаллов, находящихся в одном периоде. Поэтому металлы легче отдают электроны на образование химических связей, т.е. чаще проявляют положительную степень окисления. Характерной особенностью металлов проявление ими сильных восстановительных свойств, т.е. способность атомов отдавать электроны в химических реакциях, переходя в положительно заряженные ионы - катионы. Количественной характеристикой стремления одного металла восстанавливать ионы другого является величина Е⁰, в. Она определяется по э.д.с. гальванического элемента, создаваемого из данного металла и стандартного электрода. На основании значений Е⁰ сформировался ряд напряжений металлов, в котором справа налево увеличивается способность металлов отдавать электроны.

Электрохимический ряд напряжений металлов:

Li, K, Ba, Ca, Mg, AL, Mn, Cr, Zn, Fe, Co, Sn, H, Cu, Hg, Ag, Au

Слева направо ослабление восстановительных свойств, активности. Металлы, стоящие после водорода не вытесняют из растворов кислот водород:

Cu + НС1 ≠

Ag + Н₂ SO₄≠

Каждый металл ряда восстанавливает катионы всех следующих за ним в ряду металлов из растворов солей:

Fe + CuSO₄→ FeSO₄+ Cu

Fe⁰ -2e → Fe²⁺

Cu²⁺ + 2e → Cu⁰

Необходимо заметить, что положение некоторых металлов в периодической системе и в ряду напряжений не соответствуют друг другу. Дело в том, что за критерий химической активности металлов в периодической системе принимается энергия ионизации атомов (I). В ряду напряжений – работа превращения твердых металлов в гидратированные ионы. Такое несоответствие, например, у лития.

Переходные металлы, d- элементы

Понятие переходный элемент относится для обозначения любого d- или f-элементов. Они действительно занимают переходное положение между электроположительными s-элементами и электроотрицательными р-элементами. d-Элементы называют главными переходными элементами. Они характеризуются внутренней застройкой d-орбитали, так как s-орбиталь их внешней оболочки уже заполнена. Химические свойства этих элементов определяются участием в реакциях электронов обеих указанных оболочек.

d- Элементы образуют три переходных ряда – в четвертом, пятом и в шестом периодах соотвественно. Первый переходный ряд включает 10 элементов, от скандия до цинка. Он характеризуется внутренней застройкой 3 d - орбиталей. Заполнение электронами внутренней d-орбитали приводит к экранированию внешних s- электронов от возрастающего заряда ядра, в результате чего эффективный ядерный заряд сохраняется практически постоянным в пределах переходных элементов.

Физические свойства

Металлическая связь прочнее, чем у S-элементов. Все Ме первого переходного ряда обладают высокой твердостью и плотностью, являются хорошими проводниками теплоты и электричества, имеют ценные механические свойства.

Имеют высокие температуры плавления, кипения и энтальпии. Это является следствием более прочной металлической связи за счет участия в ней также и d-электронов.

У d-металлов плотность больше, чем у S-металлов. В то время как размеры атомов характеризуемые значениями радиусов, немного ув. от Sc к Zn, значения относительных атомных масс возрастают существенно. В результате наблюдается увеличение плотности Ме в этом направлении.

В природе переходные металлы встречаются главным образом, в виде сульфидов и оксидов. Менее активные металлы (например: Cu, Ag, Pt), могут находится в самородном виде. Обычный метод получения - восстановление оксидов углеродом или оксидом углерода СО.

Наиболее важный металл – железо. Стали получают сплавлением Fe с углеродом и с такими переходными металлами как ванадий, марганец, кобальт, и никель. Титан имеет ту же механическую прочность, что и сталь, но обладает двумя преимуществами: он легче и не корродирует, прочнее алюминия. Но, высокая стоимость титана ограничивает его применение. В основном используется в конструкциях космических аппаратов. Титан устойчивее стали к действию высоких температур, развивающихся при вхождении аппарата в земную атмосферу.

Химические свойства

Характерные особенности переходных металлов:

разнообразие степеней окисления: отчасти по этой причине их используют в качестве катализаторов:

Парамагнетизм, ферромагнетизм;

Образование комплексных ионов;

Образование окрашенных ионов.

Каталитические свойства

Многие важные реакции катализируются переходными металлами. Переходные металлы и их соединения важнейшие катилизаторы: например контактный процесс окисления SO₂ (оксид ванадия);

- процесс Габера получения аммиака [железо и оксид железа (Ш)];

- гидрогенизация непредельных масел (тонко измельченный никель);

- окисление аммиака (платина или платинородиевый сплав). Это примеры гетерогенного катализа, при котором реагирующие молекулы адсорбируются на поверхности катализатора.

Окисление иодид-ионов как пример гомогенного катализа. Ионы Fe²⁺ катализируют реакцию окисления иодид-ионов пероксодисульфат ионами S₂O₈^2- в соответствии с уравнением:

S₂O₈^2-(водн) + 2I^-(водн.) → 2SO₄^2-(водн) + I₂

Ионы Fe²⁺ катализируют эту реакцию.

Магнитные свойства

Переходные металлы с неспаренными электронами являются парамагнетиками, так как обладают магнитным моментом, обусловленным электронным спином. Fe, Co, Ni-ферромагнетики: это означает, что они сильно притягиваются магнитным полем.

Оксиды и гидроксиды

Оксиды – нерастворимы, имеют черный или другой цвет, связи ковалентны. За исключением (Ag, Au) переходные металлы реагируют с кислородом, образуя оксиды.

Основность

В с.о. +2, основность оксидов увеличивается. При движении слева направо по ряду. Для любого металла основность оксидов уменьшается с увеличением с.о. Ме в соединении. Гидроксиды осаждают из содержащих ионы металлов растворов, добавлением гидроксид-ионов. Цвет образующегося осадка часто используют для идентификации присутствующего металла. Все осадки гелеобразны вследствие гидратации и обладают основными свойствами. Некоторые амфотерны, а некоторые образуют растворимые комплексы с аммиаком:

Cr³⁺ Cr OH)₃ ↓ зеленый цвет

Mn²⁺ Mn (OH)₂↓ бежевый цвет

Fe²⁺ Fe (OH)₂↓ зеленый цвет

Fe³⁺ Fe (OH)₃↓ ржавый цвет

Со²⁺ Со(ОН)₂↓ розовый цвет кобальтит ион Со(NH₃)₆²⁺

Ni²⁺ Ni (OH)₂↓ зеленый цвет Ni(NH₃)₄²⁺

Cu²⁺ Cu (OH)₂↓ голубой цвет Cu(NH₃)₄²⁺

Zn²⁺ Zn (OH)₂↓ бесцветный Zn(OH)₄^2- Zn(NH₃)₄²⁺

В высших степенях окисления переходные металлы существуют в виде анионов кислотосодержащих кислот МеО₄^3- и МеО₄^2-, наиболее важными являются: ванадат – ион V₃O₉;

Хромат ион CrO₄^2-;

Дихромат ион Cr₂O₇^2-;

Перманганат ион MnO₄^-;

Манганат ион MnO₄^2-; Соли натрия икалия и этих анионов растворимы в воде и являются сильными окислителями и их используют в титриметрическом анализе.

Хроматы

Хромат ион образуется при нагревании солей хрома с пероксидами в щелочном растворе.

2Cr³⁺ + 4 OH^- + 3 O₂^2- → 2 Cr₂O₇^2- + 2H₂O

Растворы Cr³⁺- фиолетово-голубого цвета, а CrO₄^2— желтый, в кислых растворах желтый хромат-ион переходит в оранжевый дихромат – ион.

2 CrO₄^2- _желт +2Н⁺ → 2 Cr₂O₇^2- _оранж + Н₂О

Хромат калия используют как индикатор при титровании солей серебра. Дихромат калия применяют как окислитель в титрометрическом анализе.

Cr₂O₇^2-+ 14 Н⁺ + 6е →2Сr³⁺ + 7H₂O E⁰ = 1,33 B

Манганаты и перманганаты

Получение К₂ MnO₄ – манганат калия это твердое вещество зеленого цвета образуется при сплавлении диоксида Mn с гидроксидом калия и окислителями, например, хлоратом или нитратом калия:

3MnO₂ (тв) + 6КОН (тв) + KCIO₃ → 3 К₂ MnO₄ (тв) +3H₂O +KCI

Манганаты диспропорционируют, образуя перманганаты. Манганат-ион MnO₄^2- диспропорционирует в кислых растворах на перманганат-ион и диоксид марганца:

3MnO₄^2-(водн) + 4Н⁺(водн)→2 MnO₄^-(водн) +MnO₂(тв)+2Н₂О

_{темно-зел. пурпурный черный}

Подкисленный раствор КMnO₄ широко используется в качестве окислителя при титриметрическом анализе:

MnO₄^-(водн) +8Н⁺ +5е↔Mn²⁺ +4H₂O E⁰

Растворы КMnO₄ хранят в темных бутылях, так как под действием света он медленно окисляет воду до кислорода. Подкисленный раствор перманганата калия используют в титриметрическом анализе при определении солей железа (П), пероксида водорода, оксалатов.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...

Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: