Вопрос№55. Кремний распространение в природе. Важнейшие минералы и горные породы, содержащие кремний (силикаты).

Содержание кремния в земной коре составляет по разным данным 27,6—29,5 % по массе. Таким образом по распространённости в земной коре кремний занимает второе место после кислорода. Концентрация в морской воде 3 мг/л.

Чаще всего в природе кремний встречается в виде кремнезёма - соединений на основе диоксида кремния (IV) SiO2 (около 12 % массы земной коры). Основные минералы, образуемые диоксидом кремния - это песок (речной и кварцевый), кварц и кварциты, кремень. Вторую по распространённости в природе группу соединений кремния составляют силикаты и алюмосиликаты.

Вопрос№56. Кремниевый ангидрид. Кремниевая кислота и её соли. Их значение.

Oксид кремния(IV) (диоксид кремния, кремнезём) SiO2) — бесцветные кристаллы, tпл 1713—1728 °C, обладают высокой твёрдостью и прочностью.

Свойства.

• Относится к группе кислых оксидов

• При нагревании взаимодействует с основными оксидами и щелочами

• Растворяется в плавиковой кислоте

• SiO2 относится к группе стеклообразующих оксидов, т.е. склонен к образованию переохлажденного расплава - стекла.

• Диэлектрик (электрический ток не проводит)

Кремниевая кислота (H₂SiO₃) – кислота очень слабая, в воде мало растворима. При нагревании легко распадается аналогично угольной кислоте:

H₂SiO₃ = H₂O + SiO₂

Соли кремниевой кислоты называются силикатами. Их состав обычно изображают формулой в виде соединений оксидов элементов. Например, силикат кальция CaSiO3 можно выразить так: СаO•SiO2.

Силикаты обычно нерастворимы в воде. Исключение составляют силикаты натрия и калия, получаемые сплавлением SiO₂ с соответствующими гидроокисями или карбонатами, например:

SiO₂ + Na₂CO₃ = CO₂ + Na₂SiO₃

Вопрос№57.

Подгруппа меди: характеристика. Распространение меди в природе, ее свойства, применение. Оксиды и гидроксиды меди. Соли двухвалентной меди. Комплексные соединения меди. Медь как микроэлемент. Медьсодержащие пестициды. Применение соединений меди в животноводстве. Серебро. Антисептические свойства соединений серебра.

 Распространение в природе. Среднее содержание М. в земной коре (кларк) 4,7·10^-3 % (по массе), в нижней части земной коры, сложенной основными породами, её больше (1·10^-2 %), чем в верхней (2·10^-3 %), где преобладают граниты и другие кислые изверженные породы. М. энергично мигрирует как в горячих водах глубин, так и в холодных растворах биосферы; сероводород осаждает из природных вод различные сульфиды М., имеющие большое промышленное значение. Среди многочисленных минералов М. преобладают сульфиды, фосфаты, сульфаты, хлориды, известны также самородная М., карбонаты и окислы.

  М. — важный элемент жизни, она участвует во многих физиологических процессах. Среднее содержание М. в живом веществе 2·10^-4 %, известны организмы — концентраторы М. В таёжных и других ландшафтах влажного климата М. сравнительно легко выщелачивается из кислых почв, здесь местами наблюдается дефицит М. и связанные с ним болезни растений и животных (особенно на песках и торфяниках). В степях и пустынях (с характерными для них слабощелочными растворами) М. малоподвижна; на участках месторождений М. наблюдается её избыток в почвах и растениях, отчего болеют домашние животные.

  В речной воде очень мало М., 1·10^-7 %. Приносимая в океан со стоком М. сравнительно быстро переходит в морские илы. Поэтому глины и сланцы несколько обогащены М. (5,7·10^-3 % ), а морская вода резко недосыщена М. (3·10^-7 %).

  В морях прошлых геологических эпох местами происходило значительное накопление М. в илах, приведшее к образованию месторождений (например, Мансфельд в ГДР). М. энергично мигрирует и в подземных водах биосферы, с этими процессами связано накопление руд М. в песчаниках.

Химические свойства

 Химическая активность небольшая, убывает с увеличением атомного номера.

Медь и её соединения

Получение

 1.      Пирометаллургия

CuO + C = Cu + CO

CuO + CO = Cu + CO₂

2.      Гидрометаллургия

CuO + H₂SO₄ = CuSO₄ + H₂O

CuSO₄ + Fe = FeSO₄ + Cu

электролиз:

2CuSO₄ + 2H₂O = 2Cu + O₂­ + 2H₂SO₄                 (на катоде) (на аноде)

Химические свойства

 Взаимодействует с неметаллами при высоких температурах:

2Cu + O₂  =  2CuO

Cu + Ci₂  =  CuCl₂

 Медь стоит в ряду напряжений правее водорода, поэтому не реагирует с разбавленными соляной и серной кислотами, но растворяется в кислотах – окислителях:

3Cu + 8HNO₃(разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO­ + 2H₂O

Cu + 4HNO₃(конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂­ + 2H₂O

Cu + 2H₂SO₄(конц.) =  CuSO₄ + SO₂­ +2H₂O

 Применение. Большая роль М. в технике обусловлена рядом её ценных свойств и прежде всего высокой электропроводностью, пластичностью, теплопроводностью. Благодаря этим свойствам М. — основной материал для проводов; свыше 50 % добываемой М. применяют в электротехнической промышленности. Все примеси понижают электропроводность М., а потому в электротехнике используют металл высших сортов, содержащий не менее 99,9 % Cu. Высокие теплопроводность и сопротивление коррозии позволяют изготовлять из М. ответственные детали теплообменников, холодильников, вакуумных аппаратов и т. п. Около 30—40 % М. используют в виде различных сплавов, среди которых наибольшее значение имеют латуни (от 0 до 50 % Zn) и различные виды бронз; оловянистые, алюминиевые, свинцовистые, бериллиевые и т. д. (подробнее см. Медные сплавы). Кроме нужд тяжёлой промышленности, связи, транспорта, некоторое количество М. (главным образом в виде солей) потребляется для приготовления минеральных пигментов, борьбы с вредителями и болезнями растений, в качестве микроудобрений, катализаторов окислительных процессов, а также в кожевенной и меховой промышленности и при производстве искусственного шёлка.

Соединения одновалентной меди

 Встречаются либо в нерастворимых соединениях (Cu₂O, Cu₂S, CuCl), либо в виде растворимых комплексов (координационное число меди – 2):

 CuCl + 2NH₃ = [Cu(NH₃)₂]Cl

Оксид меди (I) - красного цвета, получают восстановлением соединений меди (II), например, глюкозой в щелочной среде:

2CuSO₄ + C₆H₁₂O₆ + 5NaOH = Cu₂O + 2Na₂SO₄ + C₆H₁₁O₇Na + 3H₂O

 

Соединения двухвалентной меди

 Оксид меди (II) - чёрного цвета. Восстанавливается под действием сильных восстановителей (например, CO) до меди. Обладает основным характером, при нагревании растворяется в кислотах:

CuO + H₂SO₄  =  CuSO₄ + H₂O

CuO + 2HNO₃  =  Cu(NO₃)₂ + H₂O

Гидроксид меди (II) Cu(OH)₂ - нерастворимое в воде вещество светло-голубого цвета. Образуется при действии щелочей на соли меди (II):

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂ + Na₂SO₄

 При нагревании чернеет, разлагаясь до оксида:

Cu(OH)₂  =  CuO + H₂O

 Типичное основание. Растворяется в кислотах.

Cu(OH)₂ + 2HCl = CuCl₂ + 2H₂O

Cu(OH)₂ + 2H⁺ = Cu²⁺ + 2H₂O

 Растворяется в растворе аммиака с образованием комплексного соединения (координационное число меди – 4) василькового цвета (реактив Швейцера, растворяет целлюлозу):

Cu(OH)₂ + 4NH₃ = [Cu(HN₃)₄](OH)₂

 

Малахит Cu₂(OH)₂CO₃. Искусственно можно получить по реакции: 

2CuSO₄ + 2Na₂CO₃ + H₂O = Cu₂(OH)₂CO₃ + 2Na₂SO₄ + CO₂­

Разложение малахита:

Cu₂(OH)₂CO₃  =  2CuO + CO₂­ + H₂O

Медь как микроэлемент. Медь присутствует во всех организмах и принадлежит к числу микроэлементов, необходимых для их нормального развития. В растениях и животных содержание меди варьируется от 10^–15 до 10^–3%. Мышечная ткань человека содержит 1·10^–3% меди, костная ткань — (1-26)·10^–4 %, в крови присутствует 1,01 мг/л меди. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 72 мг меди. Основная роль меди в тканях растений и животных - участие в ферментативном катализе. Медь служит активатором ряда реакций и входит в состав медьсодержащих ферментов, прежде всего оксидаз, катализирующих реакции биологического окисления. Медьсодержащий белок пластоцианин участвует в процессе фотосинтеза. Другой медьсодержащий белок, гемоцианин, выполняет роль гемоглобина у некоторых беспозвоночных. Так как медь токсична, в животном организме она находится в связанном состоянии. Значительная ее часть входит в состав образующегося в печени белка церулоплазмина, циркулирующего с током крови и деставляющего медь к местам синтеза других медьсодержащих белков. Церулоплазмин обладает также каталитической активностью и участвует в реакциях окисления. Медь необходима для осуществления различных функций организма — дыхания, кроветворения (стимулирует усвоение железа и синтез гемоглобина), обмена углеводов и минеральных веществ. Недостаток меди вызывает болезни как растений, так и животных и человека. С пищей человек ежедневно получает 0,5-6 мг меди.

Сульфат меди и другие соединения меди используют в сельском хозяйстве в качестве микроудобрений и для борьбы с различными вредителями растений. Однако при использовании соединений меди, при работах с ними нужно учитывать, что они ядовиты. Попадание солей меди в организм приводит к различным заболеваниям человека. ПДК для аэрозолей меди составляет 1 мг/м³, для питьевой воды содержание меди должно быть не выше 1,0 мг/л.