18. Кремний, олово и свинец. Физические и химические свойств. Оксиды и гидроксиды: кислотно-основные и окислительно-восстановительные свой- ства. Соли кремниевых кислот. Биологическая роль углерода.

Биологическая роль углерода:

Как и другие элементы-органогены, углерод в виде отдельного элемента не обладает биологическим значением, - биологической ролью обладают его соединения.

• из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма

• является структурным компонентом всех органических соединений

• его соединения участвуют во всех биохимических процессах

• при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия

• оксид углерода (IV) CO₂, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови

19. Бор. Особенности химии бора. Диагональное сходство бора и кремния. Гидриды, оксид и гидроксиды бора. Описание кислотных свойств борной кислоты с помощью теории Льюиса. Бура

Получение бора (800^oC):

В₂О₃ + 2Al = Al₂O₃ + 2B

2BI₃^- + 3Zn =3ZnI₂^- +2B

Кристаллический бор тугоплавок, а по твердости уступает только алмазу, обладает полупроводниковыми свойствами. В обычных условия реагирует только с фтором, с нагреванием – с остальными галогенами:

2В + 3F₂ = 2BF₃

При нагревании реагирует с кислородом , серой и азотом:

4В + 3О₂ = 2В₂О₃ (аналогично с серой)

2B + N₂ = 2BN

Тригалогениды бора – молекулярные вещества с ковалентными связями - форма треугольника с бором в центре.

Гидролиз галогенидов хлора, брома, йода:

ВГ₃ +3НОН = Н₃ВО₃ + 3НГ (Г = Cl, Br, I)

*Гидролиз фторида бора:

4ВF₃ +3НОН = Н₃ВО₃ + 3НГ + 3HBF₄

Cоляная и разбавленная серная кислоты с бором не реагируют, в отличие от горячей серной к-ты и азотной к-ты, которые медленно окисляют его до ортоборной кислоты:

B + 3HNO_3(конц.) = Н₃ВО₃ + 3NO₂

В горячем растворе щелочи бор постепенно растворяется с образованием тетрагидроксобората:

2В + 2ОН^- + 6НОН = 2[B(OH)₄]^- + 3H₂

При сплавлении бор реагирует со многими металлами, образуя бориды, состав которых часто не соответствует обычным валентностям элементов. Например с магнием: MgB₂, MgB₄, MgB₇

По химическим и физическим свойствам бор больше похож на кремний, что подтверждает диагональное сходство. Бор и кремний – полупроводники: оба химически малоактивны, а их гидрооксиды проявляют кислотные свойства. С металлами они образуют сходные по свойствам бориды и силициды.

В теории Льюиса (1923 г.) на основе электронных представлений было ещё более расширено понятие кислоты и основания.

 Кислота Льюиса — молекула или ион, имеющие вакантные электронные орбитали, вследствие чего они способны принимать электронные пары. Это, например, ионы водорода — протоны, ионы металлов (Ag⁺, Fe³⁺), оксиды некоторых неметаллов (например, SO₃, SiO₂), ряд солей (AlCl₃), а также такие вещества как BF₃, Al₂O₃. Кислоты Льюиса, не содержащие ионов водорода, называются апротонными. Протонные кислоты рассматриваются как частный случай класса кислот.

Основание Льюиса — это молекула или ион, способные быть донором электронных пар: все анионы, аммиак и амины, вода, спирты, галогены.

Пример химической реакций между кислотой и основанием Льюиса:

{\displaystyle {\mathsf {AlCl_{3}+Cl^{-}\rightarrow [AlCl_{4}]^{-}}}} ВF₃ + F^- = [ВF₄]^-

{\displaystyle {\mathsf {BF_{3}+F^{-}\rightarrow [BF_{4}]^{-}}}}

Бура́ (бюрак — «белый») — минерал, борат состава Na₂B₄O₇·10H₂O (декагидрат тетрабората натрия).

Образует короткопризматические кристаллы, по форме напоминающие кристаллы пироксенов, а также сплошные зернистые массы и прожилки в глинистых породах. Типичный минерал эвапоритов. На воздухе обезвоживается, теряя кристаллизационную воду, и покрывается коркой тинкалконита или кернита, либо превращается в них целиком.

Используется как сырьё для получения бора и его соединений:

Промышленное получение бора основано на обработке буры серной кислотой:

Nа₂В₄О₇^.10Н₂О + Н₂SО₄ = 4Н₃ВО₃↓ + Nа₂SО₄ + 5Н₂О.

20. Общая характеристика металлов. Непереходные и переходные металлы. Строение атомов. Проявляемые степени окисления и их устойчивость. Фи- зические свойства. Лантаноидное сжатие. Биологическая роль металлов. Оксиды и гидроксиды (кислотно-основные свойства).

Мета́ллы — группа элементов, в виде простых веществ, обладающих характерными металлическими свойствами, такими, как высокие тепло- и электропроводность, положительный температурный коэффициент сопротивления, высокая пластичность, ковкость и металлический блеск.

Все переходные элементы имеют следующие общие свойства:^[2]

• Небольшие значения электроотрицательности.

• Переменные степени окисления. Почти для всех d-элементов, в атомах которых на внешнем ns-подуровне находятся 2 валентных электрона, известна степень окисления +2.

• Начиная с d-элементов III группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, элементы в низшей степени окисления образуют соединения, которые проявляют основные свойства, в высшей — кислотные, в промежуточной — амфотерные. Например:

• Для всех переходных элементов характерно образование комплексных соединений.

• Характерные свойства металлов можно понять, исходя из их внутреннего строения. Все они имеют слабую связь электронов внешнего энергетического уровня (другими словами, валентных электронов) с ядром. Благодаря этому созданная разность потенциалов в проводнике приводит к лавинообразному движению электронов (называемых электронами проводимости) в кристаллической решётке. Совокупность таких электронов часто называют электронным газом. Вклад в теплопроводность, помимо электронов, дают фононы (колебания решётки). Пластичность обусловлена малым энергетическим барьером для движения дислокаций и сдвига кристаллографических плоскостей. Твёрдость можно объяснить большим числом структурных дефектов (междоузельные атомы, вакансии и др.).

• Из-за лёгкой отдачи электронов возможно окисление металлов, что может приводить к коррозии и дальнейшей деградации свойств. Способность к окислению можно узнать по стандартному ряду активности металлов. Этот факт подтверждает необходимость использования металлов в комбинации с другими элементами (сплав, важнейшим из которых является сталь), их легирование и применение различных покрытий.

• Для более корректного описания электронных свойств металлов необходимо использовать квантовую механику. Во всех твёрдых телах с достаточной симметрией уровни энергии электронов отдельных атомов перекрываются и образуют разрешённые зоны, причём зона, образованная валентными электронами, называется валентной зоной. Слабая связь валентных электронов в металлах приводит к тому, что валентная зона в металлах получается очень широкой, и всех валентных электронов не хватает для её полного заполнения.

• Принципиальная особенность такой частично заполненной зоны состоит в том, что даже при минимальном приложенном напряжении в образце начинается перестройка валентных электронов, то есть течёт электрический ток.

• Та же высокая подвижность электронов приводит и к высокой теплопроводности, а также к способности зеркально отражать электромагнитное излучение (что и придаёт металлам характерный блеск).

Лантаноидное сжатие (f-сжатие) — химический термин, используемый для описания явления уменьшения ионных радиусов химических элементов, входящих в группу лантаноидов.

Причина:

Основная причина лантаноидного сжатия заключается в недостаточном экранировании заряда ядра электронами 4f-орбитали.

В атомах, обладающих единственным электроном, среднее расстояние между ядром и электроном определяется электронной орбиталью, на которой находится электрон, и уменьшается с ростом заряда ядра, тем самым приводя к уменьшению величины атомного радиуса. В атомах, обладающих более чем одним электроном, степень уменьшения атомного радиуса вследствие увеличения заряда ядра ослабляется вследствие увеличения электростатического отталкивания между электронами.

Биологическая роль металлов и их токсическое действие

Металл	Биологическая роль	Токсическое действие избытка металла
Литий	Дефицит лития в организме человека приводит к пси хическим расстройствам	Вызывает общую заторможенность, наруше ние дыхания и сердечного ритма, слабость, сонливость, потерю аппетита, жажду, рас стройство зрения, а также дерматит лица и рук
Натрий	Ионы натрия поддерживают у животных и человека нор мальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (успокаивают), удерживают воду в организме	Приводит к нарушению водного баланса, сгу щению крови, вызывает дисфункцию почек, некоторые сердечно-сосудистые заболева ния, а также общее нарушение обмена ве ществ
Калий	Ионы калия регулируют белковый и углеводный обмен, влияют на процесс фотосинтеза и рост фрастений. Ка лий необходим для нормального функционирования всех мышц, особенно сердечной, способствует выде лению избыточного натрия, избавляя организм от лиш ней воды и устраняя отеки	Вызывает усиление двигательной активности, учащение сердечного ритма, нарушение угле водного, жирового и белкового обмена
Магний	Соли магния проявляют антисептическое и сосудорас ширяющее действие, понижают артериальное давление и содержание холестерина в крови, оказывают успокаи вающее действие на нервную систему, играют большую роль в профилактике и лечении рака, благотворно дей ствуют на органы пищеварения	Приводит к нарушению минерального обме на. Нарушение баланса обмена магния вызы вает повышенную смертность от сердечно сосудистых заболеваний и болезней желудоч но-кишечного тракта
Кальций	Ионы кальция необходимы для процессов кроветворе ния, обмена веществ, для уменьшения проницаемости сосудов, нормального роста скелета, благотворно влия ют на состояние нервной системы, оказывают проти вовоспалительное действие	При избытке кальция возникает цистит. Если кальций попадает в организм в виде цемент ной пыли, то страдают органы дыхания, у детей снижается возбудимость нервной сис темы и обонятельного анализатора
Стронций	Оказывает влияние на процессы костеобразования	Поражаются костная ткань, печень, кровь; на блюдаются повышенная ломкость костей, вы падение волос
Алюминий	Содержится в легких, печени, костях, головном мозге; действует на пищеварительные ферменты и нервную систему	Приводит к нарушению минерального обмена
Цинк	Входит в состав крови и мышечной ткани, является ка тализатором многих реакций, входит в состав инсули на, участвует в белковом обмене	При высоких концентрациях цинк — мутаген и онкоген. Вызывает заболевания костно-мышечной системы
Кадмий		Биологический конкурент цинка, снижает ак тивность пищеварительных ферментов, на рушает функцию поджелудочной железы, уг леводный обмен, поражает почки и тормо зит рост костей; увеличивает опасность пе реломов костей
Ртуть		Поражает центральную нервную систему, сосредото-чивается в почках, нарушая их дея тельность; также накапливается в клетках мозга и слизистой оболочке рта
Барий		Поражает костную ткань, костный мозг и пе чень, нервную систему, приводит к хрупкости костей за счет вытеснения из них кальция
Таллий		Поражает периферическую нервную систе му, желудочно-кишечный тракт и почки. Биологический конкурент калия из-за сход ства между ионами; накапливается в воло сах, костях, почках и мышцах. Характерный признак отравления таллием — выпадение волос

С усилением металлических свойств соответствующих химических элементов усиливаются и основные свойства их оксидов и гидроксидов. Для s- и р-элементов по периоду слева направо они изменяются от ярко выраженных основных свойств у соединений щелочных и щелочноземельных металлов до амфотерных у металлов, стоящих ближе к линии, разделяющей металлы и неметаллы (у алюминия, германия, сурьмы, свинца). Так, например, свежеосажденный гидроксид алюминия легко растворяется в растворах как кислот, так и щелочей:

Аl(ОН)₃ + 3HCl = AlCl₃ + 3H₂O; Аl(ОН) ₃ + 3КОН = К₃ [Аl(ОН) ₆].

Амфотерные оксиды и гидроксиды вступают в реакции не только с растворами щелочей, но и с твердыми основаниями при повышенной температуре (при сплавлении). Для проведения такой реакции смесь исходных твердых веществ нагревают до определенной температуры. При этом образуются иные, чем при реакции в водном растворе, продукты реакции. Например, при сплавлении гидроксида хрома(III) с гидроксидом, оксидом или карбонатом калия получается соль метахромовой кислоты НСЮ2 — метахромит калия:

Сr(ОН)₃ + КОН =^t KСrO₂ + 2Н₂О↑; 2Cr(ОН)₃ + К₂O =^t 2КСrO₂ + 3H₂O↑; 2Сr(ОН)₃ + ₂СO₃ =^t 2КСrO₂ + 3H₂O↑ + CO₂↑.

Оксиды щелочных и щелочноземельных металлов активно реагируют с водой с образованием растворимых гидроксидов:

К₂O + Н₂O = 2КОН; ВаО + Н₂O = Ва(ОН)₂.

По группе сверху вниз металлические свойства s- и р-элементов усиливаются, и, соответственно, нарастают основные свойства их оксидов и гидроксидов. Так, например, в группе IIA оксид и гидроксид бериллия проявляют амфотерные свойства — легко растворяются в растворах кислот и щелочей:

ВеО + 2HCI = ВеС1₂ + Н₂O; ВеО + Н₂O + 2NaOH = Na2[Be(OH) ₄].

Соответствующие соединения бария и радия имеют ярко выраженные основные свойства:

ВаО + Н₂O = Ва(ОН)₂; Ва(ОН)₂ + 2HNO₃ = Ba(NO₃)₂ + 2Н₂O.

Билет 21.

Металлы 1 группы. Нахождение в природе. Электронное строение и свойства атомов(размер, энергия ионизации электроотрицательность). Физические и химические св-ва. Положение щелочных металлов в ряду стандартных электродных потенциалов. Соединения щелочных металлов с кислородом. Св-ва гидроксидов и солей металлов 1 группы.

Металлы 1 группы: Li Na K Rb Cs Fr

Щелочные металлы, тк растворы их гидроксидов являются щелочами.

1. Распространенность в природе: