Обща характеристика на s елементи. S – елементи S елементи и техните съединения

(елементи от основните подгрупи на групи I и II, както и водород и хелий).

Водородът принадлежи към VIII главна подгрупа на p-елементите, а хелият принадлежи към VIII подгрупа на инертните p-елементи.

В атомите на s-елементите поднивото s на външното ниво се попълва с електрони (таблици 19-20). Атомите на s-елементите се характеризират с подобна структура на електронни обвивки: на външния квантов слой на s-подниво те имат 1 или 2 (или) електрона, разположени на значително разстояние от ядрото:

При химична реакцияелементи от основните подгрупи на групи I и II проявяват изразени редуциращи свойства.

Същата структура не само на външния, но и на предишния електронен нивелир(с изключение на литий и берилий) определя серията общи свойства (същата степенокисляване и еднородност на съединенията). Но увеличаването на ядрения заряд и броя на електроните в атомите на елементите от периодичната таблица отгоре надолу създава някои качествени разлики между тях.

В подгрупите, отгоре надолу, броят на квантовите нива се увеличава и следователно радиусите на атомите, в резултат на което е необходима по-малко енергия за отстраняване на електрон, т.е. се наблюдава намаляване на йонизационната енергия. Следователно, когато се преминава от литий към франций или от берилий към радий, способността на атомите да се откажат от електрони се увеличава и металните свойства се увеличават.

Алкалните метали проявяват редуциращи свойства във всички химични реакции. Така например, когато изгарят в излишък на кислород, те се образуват. От тях само първият е нормален оксид, останалите са пероксидни съединения.

Редукционната способност на алкалните метали е толкова голяма, че те изместват водорода дори от водата, образувайки например силни основи. Калият реагира с водата, за да запали получения водород. Взаимодействието на рубидий и цезий с вода е придружено от експлозия.

Таблица 19. Разпределение на електроните по енергийни нива и поднива на атоми на алкални метали

Продължение на таблицата. 19

Таблица 20. Разпределение на електроните по енергийни нива и поднива в атомите на втория основна подгрупа

Продължение на таблицата. 20

Алкални металисъщо се окисляват от водород, образувайки хидриди, например, . Атомите на елементите от първата главна подгрупа имат еднаква валентност в основното състояние и в съединенията - те, като имат по един несдвоен електрон, са едновалентни. Степента им на окисление в основно състояние е 0, а в съединенията +1.

Всички елементи от втората основна подгрупа, с изключение на берилий, имат изразени метални свойства.

Според теорията на спиновата валентност, в стабилно (нормално) състояние те са нулево-валентни, тъй като техните външни електрони на s-подниво са сдвоени. Но това не означава, че те са химически неактивни. Тяхната енергия на възбуждане е ниска (например за атом на берилий 62 kcal/g-atom) и е напълно покрита от енергията на образуване на химични връзки, така че един от 2s електроните може да премине в състояние 2p. В този случай електронната структура на атома ще има два несдвоени електрона и следователно може да проявява валентност от две.

S-семейството включва 14 елемента, които имат валентни електрони във външното S-подниво. S-елементите са първите два елемента от всеки период, съставляващи основните подгрупи на групи I и II, а само хелият е в VIII главна подгрупа. За елементи от подгрупа I A електронна формулавъншно ниво ns 1, а за II A - ns 2. В основните подгрупи, в посока отгоре надолу, атомният радиус се увеличава, йонизационната енергия намалява, следователно се увеличава химическата активност и редуциращите свойства. За елементите от I A и II A подгрупи характерното състояние на окисление е +1 и +2. За водорода е възможно състояние на окисление -1, когато той взаимодейства с метали от s-семейството, тъй като водородът в този случай има най-малко редуцираща активност.

Елементите от подгрупа II A проявяват степен на окисление +2, намирайки се във възбудено състояние на атома, и хибридизацията се извършва според типа SP, който определя линейна структуравръзки.

Основните биоелементи от s-семейството са натрий, калий, магнезий и калций, принадлежат към „металите на живота“. Биоелементите в тялото са под формата на катиони със степен на окисление +1 и +2.

По-долу е дадено по-подробно описание на биологичните ефекти на най-важните S-елементи.

калий. Количеството калий в организма зависи от възрастта и пола. Средно съдържанието на калий в тялото на възрастен е около 0,23% от общото телесно тегло (140–180 g). Калият се отлага в организма (3-4 g дневно). Максималното натрупване се наблюдава при младите мъже, минималното при по-възрастните жени. Калият се разпределя в цялото тяло. Основното депо са мускулите, в които се концентрира до 80% от вътреклетъчния калий в концентрация 160 mmol/l. Останалата част от вътреклетъчния калий се намира в черния дроб, костите и червените кръвни клетки. В тъканите на тялото калият се намира в следните съотношения: 0,4% - кръвна плазма, 1% - междуклетъчна течност и лимфа, 1% - трансцелуларна течност, 89,6% - вътреклетъчна течност, 7,6% - костна тъкан, 0,4% - плътна съединителна тъкан и хрущял.



Калият е жизненоважен макроелемент, локализиран предимно вътре в клетката - 98% и в извънклетъчната течност - 2%. Концентрацията на K + йони вътре в клетката е 35 пъти по-висока, отколкото извън нея, а концентрацията на Na + йони в извънклетъчната течност е 15 пъти по-висока, отколкото вътре в клетката. Поддържането на такова неравномерно разпределение на тези йони изисква много енергия, тъй като транспортирането на йони през мембраната се извършва срещу градиента на тяхната концентрация. Това се осъществява с помощта на калиево-натриева помпа, която поради екзергоничната реакция на хидролиза на една ATP молекула премахва три натриеви катиона от клетката и насочва два калиеви катиона в клетката.

КАЛИЙ НАТРИЕВА ПОМПА

ADP + NPO 4 2-

Поради дисбаланс на толерираните електрически зарядиВътрешната повърхност на мембраната е заредена отрицателно, а външната повърхност е заредена положително. K + и Na + йони активират аденозин трифосфатазата (АТФаза) на клетъчните мембрани, което осигурява енергия на калиево-натриевата помпа. Активирането на други ензими поради K + и Na + йони е да поддържа ензима във функционално активно състояние. Тези йони оказват значително влияние върху дейността на централната нервна система(ЦНС). За оценка на калиевата хомеостаза в организма се използва съдържанието му в кръвната плазма (вътресъдов басейн), което се поддържа при възрастен на ниво от 3,5-5,0 mmol / l. Промените в този показател надеждно отразяват промените в съдържанието на калий както в междуклетъчната течност, така и в тъканните клетки. Състоянието на хипокалиемия се отбелязва, когато калият спадне под 3,5-3,8 mmol / l и е свързано с увеличаване на загубите на калий, например при използване на диуретици, различни от калий-съхраняващи. Хипокалиемия се наблюдава при някои заболявания (диария, повръщане, хипералдостеронизъм и др.). Състоянието на хипокалиемия се характеризира с умора, апатия, астения, мускулна слабост, сънливост, чревна пареза и аритмии (тахикардия), придружени от метаболитна алкалоза. При деца хипокалиемията на фона на тежка алкалоза води до забавяне на растежа и развитието. Хиперкалиемията, напротив, насърчава ацидозата, свързана е с нарушена бъбречна функция, намалено производство на алдостерон и се наблюдава при хемолиза на еритроцитите, тъканна некроза, злоупотреба с калий-съдържащи лекарства (аспаркам, панангин и др.) И калий-съдържащи заместители на солта. При хиперкалиемия се отбелязват раздразнителност, тревожност, гадене и чревна обструкция. Усложнение на проводната система на сърцето, което може да причини сърдечен арест, е животозастрашаващо.

Калиевите йони участват в поддържането на киселинно-алкалния баланс, водно-солевия баланс, нормалните нива на кръвното налягане, електрическата активност на мозъка, функционирането на нервната тъкан и свиването на скелетните и сърдечните мускули. Калият причинява вазодилатация на вътрешните органи и свиване на периферните съдове, което увеличава уринирането. Калият забавя сърдечната честота и участва в регулирането на сърдечната дейност.

Калиевите йони са биологични антагонисти на натриевите йони. Основните хранителни източници на калий са картофи, млечни продукти, месо, сушени кайсии, стафиди и черен чай. Необходимостта от калий е 5 g/ден. Калият се отлага в тялото ежедневно в количество 3-4 g, полуживотът е 58 дни.

В медицината няколко калиеви соли се използват като диуретици и лаксативи (калиев ацетат, калиев тартарат), калиев йодид, бромид, калиев перманганат, аспартат, оротат, калиев хлорид и други съединения са широко използвани.

Натрий е основният извънклетъчен йон. Натрият осигурява последователност осмотичното наляганебиофлуиди (осмотична хомеостаза), като част от буферни системи регулира pH вътрешна средатялото в рамките на физиологичните норми. Натриевите йони влияят върху дейността на централната нервна система и участват в предаването на нервните импулси през мембраните на нервните клетки. Натриевите йони поддържат нормалната възбудимост мускулни влакнапоради активиране на Na-K-ATPase. Натриевият хлорид (NaCI) служи като основен източник за производството на солна киселина (HCl - стомашен сок). Излишъкът от натриеви йони води до задържане на течности в тялото, което причинява подуване и повишава кръвното налягане. Na + и K + катионите са антагонисти в живите системи. K + и Na + йони осигуряват работата на калиево-натриевата помпа.

За задоволяване на дневната нужда от натрий (>1 ​​g) са достатъчни 200 g хляб. Практиката на добавяне на сол към храната, яденето на чипс, солени ядки и други продукти води до прекомерна консумация на натрий (4-10 g).

В медицината NaCI се използва под формата на изотоничен 0,9% разтвор за дехидратация на организма и като детоксикиращо средство, както и за измиване на рани, очи, носна лигавица, за повишаване на осмотичното налягане на кръвта, под формата на хипертоничен 3-5% разтвор в хирургията за почистване на рани Хипертоничен 10% разтвор се използва интравенозно при белодробно, стомашно и чревно кървене, както и за подобряване на диурезата (осмотична диуреза) и като гаргара при заболявания на гърлото. Натриевият тиосулфат се използва в медицината за детоксикация, бикарбонатът (сода за хляб) служи като компонент на изкуствените минерални водии лимонади и е част от лекарства, които се използват за неутрализиране на повишената киселинност на стомашния сок.

литий принадлежи към ултрамикроелементите. Литиевите йони лесно проникват през биологичните мембрани; повечето литий се намират в лимфните възли, белите дробове и в по-малка степен в черния дроб, цялата кръв, мускулите, мозъка, костите и надбъбречните жлези. Литият насърчава освобождаването на магнезий от клетъчните депа и инхибира предаването на нервните импулси, намалявайки възбудимостта на нервната система.

Литият има психотропни свойства. Използва се при депресия, агресия, наркотична зависимост. Литият може да предотврати атеросклероза, сърдечни заболявания, както и диабет и хипертония. Приблизително 100 mcg литий на ден влиза в тялото с храна и вода. Хранителните източници на литий включват картофи и домати. Медицинската употреба на литиевите съединения е ограничена. Литиевите соли (литиев карбонат) се използват при лечението на маниакално-депресивни психози.

калций се разпределя неравномерно в тялото: около 99% е в костната тъкан и само 1% се намира в други тъкани. Този 1% калций обаче играе изключително важна метаболитна регулаторна функция. Вътреклетъчната концентрация на калций е 10 4 пъти по-ниска, отколкото в извънклетъчната течност и кръвната плазма. Това се дължи на факта, че калцият е основен вътреклетъчен регулатор на метаболизма. Ca 2+ йонът функционира като най-важният вътреклетъчен сигнален фактор (втори пратеник), контролиращ, заедно с органични съединения(по-специално c-AMP) процеси на вътреклетъчно сигнализиране и контрол на клетъчните функции. Калцият е важен и за осъществяването на междуклетъчните контакти, функционирането на клетъчните мембрани, предаването на нервните импулси и мускулните контракции, регулирането на сърдечния ритъм. калций. проявяват изразен противовъзпалителен и антиалергенен ефект, повишават възбудимостта на централната нервна система, повлияват функциите на жлезите с вътрешна секреция, засилват ефекта на вазопресина, който регулира съдовия тонус. Поддържа физиологично ниска концентрация на калций вътре в клетка (10 -7 mmol/l) се определя от нормалното функциониране на калциевите канали и йонните помпи ( Ca ++ -ATPase) на клетъчните мембрани. Известно е, че блокерите на калциевите канали и други калциеви антагонисти (магнезий, калий) предотвратяват прекомерното навлизане на калций в клетките и повишаване на неговата вътреклетъчна концентрация. С повишаване на концентрацията на калций в кръвната плазма, количеството му в клетката може да намалее, което е свързано с активирането на калиеви канали (зависими от калция) от извънклетъчния калций. Това води до хиперполяризация клетъчната мембрана, причинени от навлизането на калий в клетките и в резултат на това до блокадата на калциевите канали. Намаляването на вътреклетъчния калций в клетките на съдовите стени води до намаляване на съдовия тонус. Калцият е компонент на каскадния механизъм на кръвосъсирването (активира превръщането на протромбина в тромбин, фибриногена във фибрин, ускорява агрегацията на тромбоцитите). Намаляването на концентрацията на калций в тромбоцитите предотвратява образуването на тромби.

В костната тъкан калцият се намира под формата на минерала хидроксиапатит Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2, който осигурява здравината на ноктите и зъбите. Костната тъкан служи като "депо" на калций в тялото. Под въздействието на киселини, произведени от бактерии, хидроксиапатитът може да се разтвори, което води до кариес.

Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 + 14H + ¾® 10Ca 2+ + 6H 2 PO 4 - + 2H 2 O

Липсата на калций в организма причинява гърчове, при децата може да се развие рахит, а при по-възрастните - остеопороза. Излишъкът от калций създава риск от сърдечен арест и повишава съсирването на кръвта. Метаболизмът на калций в организма се регулира от паратхормон (паратиреоиден хормон), калцитонин (тиреоиден хормон) и метаболити на калциферол (витамини D). Паратироидният хормон влияе върху нивото на калций в кръвта. Недостатъчният прием на калций причинява освобождаването на паратироиден хормон, който стимулира освобождаването на калций от костната тъкан в кръвта, насърчавайки деминерализацията на костите (остеопороза, рахит). В същото време паратироидният хормон регулира абсорбцията на калций в червата и резорбцията на калций в бъбреците.

Дневната нужда от калциеви йони е 0,8 - 1,5 г, за бременни жени 3 - 4 г. Значително количество калций се съдържа в млечните продукти, по-малко в билките, зеленчуците, ядките и рибата. Ниската абсорбция и загубата на калций се улеснява от прекомерния прием на фосфати от храната, приемането на високи дози витамин А, антиконвулсанти и стероидни лекарства.

В медицината се използват много калциеви съединения (хлорид, глюконат, оксид, цитрат, аспартат, доломит, глицерофосфат, комбинация от калциеви соли с витамин D, карбонат). Калцият е част от витамин B15.

Магнезий по съдържание в организма се нарежда на 4-то място след K +, Na +, Ca ++, количеството му достига 140 g магнезий (0,2% от телесното тегло). Основното депо на магнезий се намира в костите (60%), от които (20-30)% могат да бъдат мобилизирани, ако е необходимо, за поддържане на магнезиевата хомеостаза в организма.

Магнезият е основен вътреклетъчен елемент. Участва в метаболитните процеси заедно с калий, натрий и калций. Магнезият е кофактор в много стотици ензимни реакции. Магнезият участва в метаболизма на въглехидратите, висшите мастни киселини, аминокиселините, влияе върху най-важните етапи от биосинтезата на протеините, биосинтезата на нуклеотидите и нуклеиновите киселини.

Нормалното ниво на магнезий в организма е необходимо за осигуряване на енергия за жизнените процеси, регулиране на нервно-мускулната проводимост, тонус на гладката мускулатура (съдове, черва, жлъчка и пикочен мехур и др.). Магнезият стимулира образуването на протеини и намалява възбудата в нервните клетки. Магнезият участва в процесите на генериране и използване на енергия, тъй като батерията и източникът на енергия на всяка клетка е високоенергийната молекула аденозин трифосфат (ATP), която функционира като ATP-Mg сол. Ето защо по-високото метаболитна активностклетки, толкова по-голяма е нуждата от магнезий. Магнезият и калцият са антагонисти, тези два елемента лесно се изместват един друг от техните съединения.

Магнезият влиза в тялото с храна и вода. Дневната нужда от магнезий (400-600 mg) е равна на половината от необходимостта от калций; спазването на това съотношение е физиологично оправдано. Растителните храни са особено богати на магнезий, което се дължи на наличието на магнезий в структурата на хлорофила. В медицината магнезиевите препарати се използват за намаляване на нервната възбудимост, като седативи, както и като хипотензивни лекарства и официални антиаритмични лекарства. В случай на коронарна болест на сърцето магнезият се използва за разширяване на кръвоносните съдове, подобряване на снабдяването на миокарда с кислород и облекчаване на кардоспазъм. Магнезиевият карбонат и магнезиевият оксид се използват за повишена киселинност на стомашния сок. Магнезиевият сулфат се използва като слабително, холеретично и аналгетично средство при спазми на жлъчния мехур. Разтвор на магнезиев сулфат се използва и като антиконвулсивно лекарство, като антиспастично средство при задържане на урина, бронхиална астма и хипертония.

Стронций е токсичен ултрамикроелемент. Тялото на възрастен човек съдържа около 320 mg стронций. Най-голямо количество има в костите (99%), по-малко в лимфните възли, белите дробове, яйчниците, черния дроб и бъбреците. Постъпва в тялото с растителни храни, намира се и в костите и хрущялите. При прекомерен прием на стронций възниква "стронциев рахит" или "стронциева болест", повишена чупливост на костите поради заместването на калциевите йони със стронций в костната тъкан. Това е ендемично заболяване, открито за първи път сред населението, живеещо в близост до река Уров в Източен Сибир. Образувана от ядрени експлозииРадиоактивният изотоп 90 Sr причинява лъчева болест. Засяга костната тъкан и особено костния мозък. Натрупването на 90 Sr в атмосферата и човешкото тяло допринася за развитието на левкемия и рак на костите.

Барий е токсичен ултрамикроелемент. Механизмът на токсичния ефект на бариевите соли е, че бариеви йони, които имат същия радиус като калиевия йон, се конкурират с него в биохимичните процеси. Барият е концентриран главно в ретината на окото. Бариевите йони могат също да проникнат в костната тъкан, причинявайки ендемични заболявания (например болест на pa-ping). В медицината бариевият сулфат се използва за рентгенова диагностика на заболявания на храносмилателния тракт. Той не се подлага на хидролиза, не се разтваря в солна киселина на стомашния сок, в резултат на което не проявява токсични ефекти, когато се приема перорално, но е способен силно да абсорбира рентгенови лъчи.

Берилий принадлежи към групата на токсичните ултрамикроелементи. Постъпва в тялото както с храната, така и през белите дробове. Общото количество в тялото на възрастен човек варира от 0,4 до 40 mcg. Берилият постоянно присъства в кръвта, костната и мускулната тъкан, белите дробове, черния дроб, лимфните възли, костите и миокарда. Берилият участва в регулирането на фосфорно-калциевия метаболизъм и поддържането на имунния статус на организма. Всички берилиеви съединения са отровни. Прицелните тъкани за берилий са човешките лигавици, както и кожата. В резултат на прекомерния прием на берилиеви соли в организма възниква заболяването "берилиев рахит". Берилият е антагонист на магнезия, поради което при отравяне с берилиеви соли се прилагат излишни магнезиеви соли.

Глава 14. Химия на s-елементите. Натрий и калий. Магнезий и калций

14.1. основни характеристикиелементи от групи IA и IIA

Група IA включва литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Тези елементи се наричат ​​алкални елементи. Същата група включва и изкуствено получения малко проучен радиоактивен (нестабилен) елемент франций. Понякога водородът също е включен в групата IA (виж глава 10). Така тази група включва елементи от всеки от 7-те периода.
Група IIA включва берилий, магнезий, калций, стронций, барий и радий. Последните четири елемента имат групово име - алкалоземни елементи.
Когато се говори за това колко често се срещат атоми на определен елемент в природата, те обикновено посочват неговото изобилие в земната кора. Земната кора се отнася до атмосферата, хидросферата и литосферата на нашата планета. По този начин четири от тези тринадесет елемента са най-разпространени в земната кора: Na ( w=2,63%), K ( w= 2,41%), Mg ( w= 1,95%) и Ca ( w= 3,38%). Останалите са много по-рядко срещани, а франциумът изобщо не се среща.
Орбиталните радиуси на атомите на тези елементи (с изключение на водорода) варират от 1,04 A (за берилий) до 2,52 A (за цезий), т.е. за всички атоми те надвишават 1 ангстрьом. Това води до факта, че всички тези елементи са истински металообразуващи елементи, а берилият е амфотерен металообразуващ елемент.
Общата валентна електронна формула на елементи от група IA е ns 1 и елементи от група IIA – ns 2 .
Големият размер на атомите и малкият брой валентни електрони водят до факта, че атомите на тези елементи (с изключение на берилия) са склонни да се откажат от своите валентни електрони. Атомите на елементите от група IA най-лесно отдават валентните си електрони (виж Приложение 6), докато еднозаредените катиони се образуват от атоми на алкални елементи, а двойно заредените катиони се образуват от атоми на алкалоземни елементи и магнезий. Степента на окисление в съединенията на алкалните елементи е +I, а на елементите от група IIA е +II.
Прости вещества образувани от атомите на тези елементи са метали. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций се наричат ​​алкални метали, тъй като техните хидроксиди са основи. Калцият, стронций и барий се наричат ​​алкалоземни метали. Химическата активност на тези вещества се увеличава с увеличаване на атомния радиус.
От химичните свойства на тези метали най-важни са техните редукционни свойства. Алкалните метали са най-силните редуциращи агенти. Металите от елементи от група IIA също са доста силни редуциращи агенти.
Всички те (с изключение на берилий) реагират с вода (магнезий при варене):
2M + 2H2O = 2M aq+2OH aq+H2,
M + 2H 2 O = M 2 + 2OH + H 2.

В случай на магнезий, калций и стронций, поради ниската разтворимост на получените хидроксиди, реакцията е придружена от образуване на утайка:

M 2 + 2OH = Mg(OH) 2

Алкалните метали реагират с повечето неметали:
2M + H 2 = 2MH (при нагряване),
4M + O 2 = 2M 2 O (M – Li),
2M + Cl 2 = 2MCl (при нормални условия),
2M + S = M 2 S (при нагряване).

От алкалните метали, когато се изгарят в кислород, обичайният оксид образува само литий. Останалите алкални метали образуват пероксиди (M 2 O 2) или супероксиди(MO 2 – съединения, съдържащи супероксиден йон с формален заряд –1 д).
Подобно на алкалните метали, металите от елементи от група IIA реагират с много неметали, но при по-тежки условия:
M + H 2 = MH 2 (при нагряване; с изключение на берилий),
2M + O 2 = 2MO (при нормални условия; Be и Mg - при нагряване),
M + Cl 2 = MCl 2 (при нормални условия),
M + S = MS (при нагряване).
За разлика от алкалните метали, те образуват обикновени оксиди с кислорода.
Само магнезият и берилият реагират спокойно с киселини, други прости вещества реагират много бурно, често с експлозия.
Берилият реагира с концентрирани алкални разтвори:
Be + 2OH + 2H 2 O = 2 + H 2

В съответствие с позицията си в серията на напрежението само берилият и магнезият реагират със солеви разтвори, останалите метали в този случай реагират с вода.
Като силни редуциращи агенти, алкалните и алкалоземните метали редуцират много по-малко активни метали от техните съединения, например при нагряване възникват следните реакции:
4Na + MnO 2 = 2Na 2 O + Mn;
2Ca + SnO 2 = 2CaO + Sn.
Промишленият метод на производство, общ за всички алкални метали и метали от група IIA, е електролиза на разтопени соли.
Освен берилий оксидиот всички разглеждани елементи - основни оксиди, А хидроксиди– силни основи (в берилия тези съединения са амфотерни, магнезиевият хидроксид е слаба основа).
Засилването на основните свойства на хидроксидите с увеличаване на атомния номер на елемент в група лесно се наблюдава в серията хидроксиди на елементи от група IIA. Be (OH) 2 е амфотерен хидроксид, Mg (OH) 2 е слаба основа, Ca (OH) 2, Sr (OH) 2 и Ba (OH) 2 са силни основи, но с увеличаване на атомния номер тяхната разтворимост се увеличава, и Ba(OH)2 вече могат да бъдат класифицирани като основи.

СУПЕРОКСИДИ
1. Съставете съкратени електронни формули и енергийни диаграми на атоми на елементи от групи IA и IIA. Посочете външните и валентните електрони.
2. По какви причини водородът е поставен в група IA и по какви причини е поставен в група VIIA?
3. Съставете уравнения за реакциите на следните вещества с излишък на кислород: Li, Na, K, LiH, NaH, Li 3 N, Na 2 C 2.
4. Кристалите на определено вещество се състоят от еднократно заредени йони. Всеки йон съдържа 18 електрона. Съставете а) най-простата формула на веществото; б) съкратени електронни формули на йони; в) уравнението на една от реакциите за получаване на това вещество; г) две уравнения на реакцията, включващи това вещество.

14.2. Натрий и калий

Натрият и калият са най-важните алкални елементи.
Прости вещества, образувани от тези елементи, са меки, топими сребристи метали, лесно се режат с нож и бързо се окисляват във въздуха. Те се съхраняват под слой керосин. Точката на топене на натрия е 98 °C, а на калия е 64 °C.
ОксидиТези елементи са типични основни оксиди. Те са много хигроскопични: абсорбирайки вода, те се превръщат в хидроксиди.
Хидроксидинатрият и калият са основи. Това са твърди, безцветни кристални вещества, които се топят без разлагане. Подобно на оксидите, те са много хигроскопични: абсорбирайки вода, те се превръщат в концентрирани разтвори. Както твърдите хидроксиди, така и техните концентрирани разтвори са много опасни вещества: при контакт с кожата причиняват трудно заздравяващи язви, а вдишването на праха им води до увреждане на дихателните пътища. Натриевият хидроксид (тривиални имена - сода каустик, сода каустик) е един от най-важните продукти химическа индустрия– с негова помощ се създава алкална среда в много химически производства. Калиевият хидроксид (тривиалното име е "каустичен калий") се използва за производството на други калиеви съединения.
Мнозинство средни солинатрият и калият са термично стабилни вещества и се разлагат само при много високи температури. При умерено нагряване се разлагат само соли на халогенирани оксокиселини, нитрати и някои други съединения:

NaClO 4 = NaCl + 2O 2;
8NaClO 3 = 6NaClO 4 + 2NaCl;
2NaNO 3 = 2NaNO 2 + O 2;
Na 2 = Na 2 ZnO 2 + 2H 2 O.

Киселинните соли са по-малко стабилни; при нагряване всички те се разлагат:

2NaHS = Na2S + H2S;
2NaHSO 4 = Na 2 S 2 O 7 + H 2 O;
2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2;
NaH2PO4 = NaPO3 + H2O;
Na 2 HPO 4 = Na 4 P 2 O 7 + H 2 O.

Тези елементи не образуват основни соли.

От соли най-висока стойностима натриев хлорид - готварска сол. Това е не само необходимо компонентхрана, но и суровини за химическата промишленост. От него се получават натриев хидроксид, сода за хляб (NaHCO 3), сода (Na 2 CO 3) и много други натриеви съединения. Калиевите соли са необходими минерални торове.
Почти всички натриеви и калиеви соли са разтворими, така че са достъпни качествени реакциивърху йоните на тези елементи не. (Качествените реакции са химични реакции, които правят възможно откриването на атоми или йони на всеки химичен елемент в съединение, като същевременно доказват, че именно тези атоми или йони са били открити, а не някои други, подобни на тях по химични свойства. Наричани още реакции , което позволява да се открие всяко вещество в смес) Наличието на натриеви или калиеви йони в съединение може да се определи по оцветяването на безцветния пламък, когато пробата за изпитване се добави към него: в случай на натрий, пламъкът става жълт, а при калия - виолетово.

КАЧЕСТВЕНИ РЕАКЦИИ
Запишете уравнения на реакцията, които характеризират Химични свойстваа) натрий, б) калиев хидроксид, в) натриев карбонат, г) натриев хидросулфид.
Пламъчно оцветяване с натриеви и калиеви соли

14.3. Магнезий и калций

Простите вещества магнезий и калций са метали. Калцият бързо се окислява във въздуха, но магнезият е много по-стабилен при тези условия - той се окислява само от повърхността. Калцият се съхранява под слой керосин. Точките на топене на магнезия и калция са съответно 650 и 851 °C. Магнезият и калцият са значително повече твърди веществаотколкото алкалните метали. Ниската плътност на магнезия (1,74 g/cm3) със значителна якост прави възможно използването на неговите сплави в авиационната индустрия.
И магнезият, и калцият са силни редуциращи агенти (особено при нагряване). Те често се използват за редуциране на други, по-малко активни метали от техните оксиди (магнезий в лабораторията и калций в промишлеността).
Магнезият и калцият са сред малкото метали, които реагират с азота. При нагряване те образуват с него нитридите Mg 3 N 2 и Ca 3 N 2. Следователно, когато се изгарят във въздуха, магнезият и калцият се превръщат в смес от оксиди и нитриди.
Калцият лесно реагира с вода, но магнезият реагира само при варене. И в двата случая се отделя водород и се образуват слабо разтворими хидроксиди.
Оксидимагнезият и калцият са йонни вещества; по химическо поведение те са основни оксиди. Магнезиевият оксид не реагира с вода, но калциевият оксид (тривиалното име е "негасена вар") реагира бурно, отделяйки топлина. Полученият калциев хидроксид се нарича "гасена вар" в индустрията.
ХидроксидМагнезият е неразтворим във вода, но въпреки това е основа. Калциевият хидроксид е забележимо разтворим във вода; неговият наситен разтвор се нарича "варна вода", той е алкален разтвор (променя цвета на индикаторите). Калциевият хидроксид в сухо и особено във влажно състояние абсорбира въглероден двуокисот околния въздух и се превръща в калциев карбонат. Това свойство на гасената вар се използва в строителството в продължение на много векове: гасената вар като основен компонент е била част от строителни варови разтвори, които сега са почти напълно заменени от циментови. И двата хидроксида се разлагат при умерено нагряване, без да се топят.
солиМагнезият и особено калцият се намират в много скалообразуващи минерали. От тези скали най-известни са креда, мрамор и варовик, основното вещество на които е калциевият карбонат. При нагряване калциевите и магнезиевите карбонати се разлагат на съответните оксиди и въглероден диоксид. С вода, съдържаща разтворен въглероден диоксид, тези карбонати реагират, за да образуват разтвори на хидроген карбонати, например:

MCO 3 + CO 2 + H 2 O = M 2 + 2HCO 3.

При нагряване и дори когато се опитват да отделят бикарбонатите от разтвора чрез отстраняване на водата при стайна температура, те се разлагат чрез обратната реакция:

M 2 + 2HCO 3 = MCO 3 + CO 2 + H 2 O.

Хидратираният калциев сулфат CaSO 4 ·2H 2 O е безцветно кристално вещество, слабо разтворимо във вода. При нагряване той е частично дехидратиран, превръщайки се в кристален хидрат със състав 2CaSO 4 · H 2 O. Тривиалното име на дихидратния хидрат е гипс, а полухидратът е алабастър. Когато алабастърът се смеси с вода, той се хидратира, образувайки плътна, твърда маса от гипс. Това свойство на алабастъра се използва в медицината (гипсови отливки) и строителството (подсилени гипсови прегради, запечатване на дефекти). Скулпторите използват алабастър, за да правят гипсови модели и калъпи.
Калциев карбид (ацетиленид) CaC 2. Структурна формула (Ca2)(CC). Получава се чрез синтероване на негасена вар с въглища:

CaO + 3C = CaC 2 + CO

Това йонно вещество не е сол и се хидролизира напълно от вода, за да образува ацетилен, който дълго време се получава по този начин:

CaC2 + 2H2O = C2H2 + Ca(OH)2.

Хидратираният магнезиев йон 2 е катионна киселина (вижте Приложение 13), следователно разтворими солимагнезият се подлага на хидролиза. По същата причина може да се образува магнезий основни соли, например Mg(OH)Cl. Хидратираният калциев йон не е катионна киселина.
Калцият в съединението може да бъде открит по оцветяването на пламъка. Цветът на пламъка е оранжево-червен. Качествена реакция на йоните Ca 2, Sr 2 и Ba 2, която обаче не позволява да се разграничат тези йони един от друг - утаяването на съответните сулфати с разреден разтвор на сярна киселина (или всеки разтвор на сулфат в кисела среда):

M 2 + SO 4 2 = MSO 4.

1. Защо магнезият и калцият не образуват еднократно заредени йони?
2. Напишете описателни уравнения за всички реакции, дадени в параграфа.
3. Създайте уравнения за реакции, характеризиращи химичните свойства на а) калций, б) калциев оксид, в) магнезиев хидроксид, г) калциев карбонат, д) магнезиев хлорид.
Изследване на свойствата на магнезиеви и калциеви съединения

Учител по химия: Итемгенова Шолпан Тлеужановна

2015 г

Публичен урок 10 клас

Тема: Обща характеристика с – елементи.

Целта на урока: Обобщават и систематизират знанията за алкалните и алкалоземните метали.

Цели на урока:

Образователни: Дайте общо описание на алкалните и алкалоземните метали в две форми на съществуване химически елементи: атом, просто вещество. Продължете да развивате способността да характеризирате химичните елементи според тяхното положение в периодичната таблица. Въз основа на знанията за зависимостта на свойствата на металите от структурата на техните атоми предскажете характерните химични свойства на алкалните и алкалоземни метали. Запознайте учениците с употребата на съединения I иIIгрупи от основната подгрупа в бита и производството.

Развитие : Развитие на способността да се разсъждава логически, да се обобщават и да се правят изводи от придобитите знания, способността да се изслушват другарите.

Образователни: Развитие на познавателен интерес, комуникативни умения, самочувствие, способност за самостоятелно действие, възпитаване на култура на умствен труд.

Тип урок: комбиниран.

Методи и методически похвати: обяснително - илюстративен, проблемно изложение, частично - търсене, видео метод.

Оборудване и реактиви : компютър, презентация на урока, видео експерименти „Взаимодействие на натрий с вода“, „Демонстрация на цезий“, алкални и алкалоземни метали, соли на алкални и алкалоземни метали, спиртна лампа, кибрит, железни лъжици, колекция от скали и минерали, инструкции за безопасност, карта с инструкции за изпълнение на задачи в групи.

Модул 1 - (нови подходи в преподаването и ученето).

Модул 2- (преподаване на критично мислене).

Модул 3 – (Оценяване на ученето и оценка на ученето).

Модул 4- (Използване на ИКТ в преподаването и ученето).

Модул 5 - (обучение на талантливи и надарени ученици)

Модул 6- (преподаване и учене според възрастови характеристикистуденти)

Модул 7 – (Управление и лидерство в обучението)

Мото на урока У. Рамзи:

„Природата ни заобикаля с мистерии и опитът да ги разрешим,

принадлежи към най-големите радости на живота."

По време на часовете

Стъпки на урока

Дейности на учителя

Студентска дейност

Организиране на времето. Психологическото настроение на учениците.

(2 минути)

Наличност учебни материали, училищни пособия; На масите са разположени: листове за оценка, тестове, карти с инструкции, инструкции за безопасност, флумастери, плакати. Раздаване на жетони (червени, зелени и жълти). Въведениеучители.

Поздравете учителя, пригответе се за работа, попълнете листа за оценка.

Отговори на въпросите:

Какви свойства имаха металите?

Обадете се.

Актуализиране на знанията на учениците (знам).

(7 минути)

Проблемни въпроси:

    Защо металите заемат толкова важно място в нашия живот, в нашата история, в нашата култура?

    Какви невероятни свойства притежават?

    Защо са намерили такова широко приложение?

    Какви са характеристиките на тяхната структура?

Съобщение за темата на урока. Установяване на степента на усвояване на материала, зададен у дома. Приложение 1 (тест).

развитие комуникационни умения, способност за самооценка, взаимна оценка.

    Взаимно проучване.

    Попълване на лист за оценка.

    Запишете темата на урока в тетрадките си. Себеформирането е целта на урока.

    Самостоятелна работа, отговори на тестови въпроси.

( взаимна проверка с помощта на ключа на слайда).

разбиране

Въвеждане на нови знания

(Искам да знам).

(27 минути)

Разделяне на класа на три групи според цвета на жетона. Организация и режисура познавателна дейностстуденти.

Проучвателен разговор.

Кумулативен разговор.

Защита на груповата работа

Модул 1,2,7

Приложение 2.

Познавателно - преобразуваща дейност, самостоятелна работа, работа с карта - указания по темата, работа с учебник, намиране на необходимата информация, анализ, установяване на причинно-следствена връзка между структурата, свойствата и употребата на тези вещества. Задълбочаване на знанията, творческо изследване, самоорганизация, наблюдение, изводи.

Консолидиране на нов материал (5 мин.)

    Задачата е да се попълни уравнението на реакцията.

    Качествени реакции към алкални метали и алкални метали.

    Реши задачата.

Да затвърди у учениците знанията и уменията, които са необходими за самостоятелна работапо тази тема.

Съставете уравнение на реакцията, извършете трансформация, решете задача. Приложение 3

(работа с карти или на дъската)

Домашна работа

(1 минута)

Упражнения 4, 13 се изпълняват от всички, в допълнение към "4" - упражнения 6,7 стр. 154 и упражнения. 5,6,14 стр.162-163 на „5“.

Записвам домашна работа: параграфи 5.1 -5.4 и упражнения.

Обобщаване на урока. Отражение.

(3 минути)

Съберете листове с резултати. Анализирайте и оценете постигането на целта на урока от учениците.

Участвайте в оценяването на работата в клас. Участвайте в размисъл.

    Какво ново научихте в клас днес?

    Ще ви бъдат ли полезни получените знания в живота? (примери)

Допълнителен материал към урока.

Оценъчна хартия

F.I. студент _________________________________________________________________

Клас _____________

Стъпки на урока

Брой точки

    Експресно проучване

    Тест "Метали"

    Работа в групата „Обща характеристика на алкалните и алкалоземните метали“.

Общо точки

Оценка на урока

Тест:

Опция 1.

1. Характерни свойства на повечето метали

А) ниска електропроводимост;б) висока електропроводимост;

° С) способността да отдава електрони и да образува катиони;

д) способността да приема електрони и да образува аниони;д) пластичност.

2. Името на индустриалния метод за получаване на метали, базиран на изместването на повече активен металот разтвори на техните соли.

А) алуминотермия;б) хидрометалургия; В) пирометалургия;

Г) електролиза;д) електрометалургия.

3. Благодарение на какво свойство среброто се използва за създаване на огледални повърхности?

А) най-добрият електрически проводник; Б) бактерицидни свойства;° С) пасивен метал;

д) висока отразяваща способност на покритието;д) лесно.

4. Реагирайте с водни разтвори на алкали

А) магнезий;б) желязо; В) цинк; Г) мед;д) алуминий.

5. Установете съответствие между лявата и дясната страна на диаграмата на уравнението на реакцията:

1) Ca + H 2 O = A)MgO + з 2

2) Mg + з 2 О = б) MgCl 2 + з 2 О

3) Mg + НС1 = ° С) MgCl 2 + з 2

Д)Mg( ОХ) 2 + з 2

Д)ок( ОХ) 2 + з 2

Вариант 2

1. Името на промишления метод за получаване на метали, базиран на производството на метали от висока температура?

А) алуминотермия;б) хидрометалургия;° С) пирометалургия;

д) електролиза;д) електрометалургия.

2. В периодичната таблица на химичните елементи металните свойства се увеличават:

А) в периоди с увеличаване на поредния брой елементи;

Б) в периоди с намаляване на поредния брой елементи;

В) в основните подгрупи с увеличаване на поредния брой елементи;

Г) в основните подгрупи с намаляване на поредния брой елементи;

° С) във вторични подгрупи с намаляване на поредния номер на елементите.

3. Металите реагират с разредена сярна и солна киселина, за да отделят водород, който:

А) са в серията напрежения до водорода;б) са в серията напрежения след водорода;

В) са разположени в литиевата подгрупа; Г) са разположени в медната подгрупа;

д) се намират в подгрупата на берилия.

4. При обработка на смес от медни и железни (III) прахове солна киселинасе образуват:

А) CuCl 2 B) FeCl 2 C) FeCl 3 D) Cl 2 Д) З 2 О

5. Какъв метал се използва за направата на съдове и фолио за храна?

А) желязо;б) цинк;° С) сребро;д) алуминий;д) живак.

Приложение 2.

Карта - инструкции

S-елементите включват елементи от главната подгрупа на I и II група (IA и IIA - подгрупи) на периодичната система. Общата електронна формула за валентния слой на s-елементите е ns 1-2, където n е основното квантово число.

Елементите IA - подгрупи Li, Na, K, Rb, Cs и Fr - се наричат ​​алкални метали, а елементите IIA имат подгрупи - Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra - последните четири елемента се наричат ​​алкалоземни метали.

Атомите на алкалните метали за образуване на химични връзки имат само един електрон, разположен в ns - атомна орбитала (AO). Относително малката стойност на йонизационната енергия намалява от Li (I = 520 kJ/mol) до Cs (I = 342 kJ/mol), което улеснява отстраняването на електрон от AO. Следователно атомите на алкални метали в различни химични реакции лесно се превръщат в еднократно заредени катиони със стабилна конфигурация от осем електрона (n-1)s 2 (n-1)p 6 на съответния благороден газ. Например: K(4s 1) – e = K + ().

По този начин, в техните много йонни съединения, алкалните метали имат само едно състояние на окисление (+1).

Елементите от подгрупата IIA вече съдържат два електрона на външно енергийно ниво, които са способни да се разделят преди образуването на йонни химични връзки с прехода на един от тях към np AO: ns 2 → ns 1 np 1 . Степента на окисление на елементите от подгрупа IIA в техните различни съединения е (+2).

Берилият по свой начин физични и химични свойствасе откроява рязко сред подгрупата IIA. Атомите на този елемент имат най-високата стойност на първата йонизационна енергия сред всички s-елементи (I = 901 kJ/mol) и най-голямата разлика в ns и np-AO. Следователно берилият с други елементи образува предимно ковалентен химически връзки, които обикновено се разглеждат от гледна точка на метода на валентната връзка. Атомни орбиталиберилият претърпява sp-хибридизация, съответстваща на образуването на линейни молекули BeCl 2, BeI 2 и др. Берилият (+II) се характеризира с тенденция да образува комплексни съединения:

Be(OH) 2 + 2OH - → 2-

BeCl 2 + 2Cl - → 2-

Оксидите и хидроксидите на s-елементите имат основни свойства. Сред всички s-елементи само Be, неговият оксид и хидроксид проявяват амфотерни свойства.

Химическото поведение на Li и Mg, както и Be и Al, поради диагоналната периодичност, е до голяма степен сходно.

Алкалните метали с кислород образуват не само Me 2 [O] оксиди, но и съединения от типа Me 2 - пероксиди; Me – супероксиди; Аз – озониди. Степента на окисление на кислорода в тези съединения е съответно –1; –1/2; –1/3.

Известни са пероксиди на алкалоземни метали. От тях най-големият практическо значениеима бариев пероксид BaO 2 .

Интерес представляват и съединения на s-елементи с водород - хидриди, в които водородът има степен на окисление -1.