Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Str 287-330.doc
Скачиваний:
4
Добавлен:
19.11.2019
Размер:
429.57 Кб
Скачать

РОЗДІЛ 12

Хімічні властивості та біологічна роль біометалів

  1. Загальна характеристика елементів ia-підгрупи періодичної системи

До IA-підгрупи періодичної системи Д.І. Менделєєва належать s-еле-менти: Літій, Натрій, Калій, Рубідій, Цезій та Францій, які називають луж-ними металами, оскільки гідроксиди деяких із них відомі як луги. Лужні метали мають на зовнішньому електронному рівні атома по одному елек-трону (s1), які сильно віддалені від ядра. Вони вирізняються низькими потенціалами іонізації, їх атоми легко віддають електрони, виявляючи ступінь окиснення +1. Це найбільш активні метали, відновні властивості у них виражені особливо різко і збільшуються зі зростанням порядкового номера елемента.

2. Натрій і Калій

Натрій і Калій – хімічні елементи І групи періодичної системи Д.І. Менделєєва, належать до підгрупи лужних металів.

Внаслідок високої хімічної активності натрій і калій зустрічаються в природі у вигляді сполук: NaCl – кухонна сіль, Na2SO4  10H2O – глаубе-рова сіль, NaNO3чилійська селітра, Na2B4O7бура. За розповсюд-женістю у літосфері Натрій посідає шосте місце серед інших елементів системи Д.І. Менделєєва. Доведена присутність його у атмосфері Сонця і космічному просторі.

Калій входить до складу мінералу сильвіну – KCl, сильвініту – KCl  NaCl, карналіту – KCl  MgCl2  6H2O та ін. Солі калію можна також вилучати із морської води.

Металічні натрій і калій – сріблясто-білі, м’які метали, які щоб уник-нути окиснення зберігають під шаром гасу або в атмосфері інертного газу.

Це типові метали, їм притаманні всі специфічні ознаки металів: висока електрична провідність, теплопровідність, пластичність. Натрій і калій використовують у металургії як відновники при добуванні деяких рідкіс-них металів:

4Na + TiCl4  Ti + 4NaCl.

Одержують їх електролітичним відновленням розплавлених солей або відповідних гідроксидів.

Хімічні властивості Натрію і Калію обумовлені їх здатністю віддавати свій зовнішній валентний електрон і перетворюватись у позитивно заряд-жений іон:

Me0 –1e-  Me+1.

Цим пояснюється їх дуже велика реакційна здатність по відношенню до електронегативних елементів і багатьох складних речовин, що містять ці елементи. Вони енергійно реагують із киснем з утворенням оксидів:

4Me + O2  2Me2O.

При взаємодії натрію з надлишком кисню утворюється натрій перо-ксид, а калію – калій надпероксид:

2Na + O2  Na2O2.

К + О2  KO2.

При взаємодії натрій пероксиду з вуглекислим газом виділяється кисень:

Na2O2 + 2СО2  2Na2CO3 + O2.

Тому його використовують для добування кисню на підводних човнах, в ізолюючих протигазах.

Під дією вологи натрій пероксид розкладається з виділенням гідроген пероксиду:

Na2O2 + 2H2O  H2O2 + 2NaOH.

При дії на КО2 води або розведених кислот, крім гідроген пероксиду, утворюється вільний кисень:

2КО2 + H2SO4  H2O2 + O2 + К2SO4.

Натрій і калій безпосередньо взаємодіють з киснем, галогенами, сіркою та фосфором. В атмосфері хлору ці метали спалахують:

2Me + Cl2  2MeCl.

При взаємодії з сіркою утворюють відповідні сульфіди; ця реакція супроводжується вибухом:

2Me + S  Me2S.

Взаємодія натрію з водою відбувається бурхливо і супроводжується ви-діленням теплоти:

2Na + 2H2O  2NaOH + H2

При слабкому нагріванні натрій і калій з’єднуються з воднем з утворен-ням гідридів:

2Me + H2  2MeH.

При взаємодії цих металів з водою утворюються гідроксиди:

2Na + 2H2O  2NaOH + H2.

Оксиди лужних металів також взаємодіють з водою з утворенням гідроксидів:

Me2O + H2O  2MeOH.

Натрій гідроксид NaOH та калій гідроксид KOH – безбарвні крис-талічні речовини, добре розчинні у воді з виділенням великої кількості тепла. Розчини цих гідроксидів називають лугами. Ці речовини мають сильну роз’їдаючу дію на шкіру, тканини, деревину та інші речовини, тому їх називають їдкий натр та їдке калі.

У промисловості їх отримують електролізом водних розчинів їх хлори-дів або взаємодією розчинів відповідних карбонатів з кальцій гідроксидом (каустична сода):

2MeCl + 2H2O  H2 + 2MeOH + Cl2.

MeCO3 + Ca(OH)2  2MeOH + CaCO3 .

Натрій гідроксид та калій гідроксид – кристалічні гігроскопічні речо-вини без кольору, на повітрі покриваються налітом натрій карбонату:

2МеOH + CO2  Ме2CO3 + H2O

Тому їх зберігають у герметичному посуді.

Натрій гідроксид – один із найважливіших продуктів хімічної про-мисловості. Його використовують у миловарній, текстильній, фармацев-тичній промисловості, а також у сільському господарстві.

Солі лужних металів – нітрати, галогеніди, карбонати, сульфати, фос-фати – добре розчинні у воді речовини.

Натрій хлорид NaCl – необхідна складова частина їжі, використову-ється для консервування харчових продуктів, у хімічній промисловості – для отримання натрій гідроксиду, хлору, хлоридної кислоти, соди та інших речовин.

Натрій карбонат Na2CO3 (кальцинована сода) у великих кількостях застосовується у миловареній, паперовій, хімічній, скляній та інших галу-зях промисловості.

Натрій гідрогенкарбонат NaHCO3 (питна сода) використовується у медицині та харчовій промисловості, в лабораторній практиці.

Натрій сульфат Na2SO4 використовується у виробництві соди та скла.

Натрій нітрат NaNO3 (чилійська селітра) застосовується як добри-во у сільському господарстві.

Калій сульфат K2SO4 використовується як калійне добриво для виро-щування культур, що не витримують надлишку хлоридів.

Біологічна роль Натрію. Натрій відіграє дуже важливу роль в орга-нізмі тварин і людини. Загальна масова частка його в організмі людини складає 0,25%. Натрій у вигляді натрій хлориду з концентрацією 0,9% міститься у плазмі крові, підтримуючи постійний осмотичний тиск.

Калій-іони знаходяться переважно всередині клітини, натрій-іони – в зовнішньоклітинному просторі. Такий нерівномірний розподіл іонів луж-них металів лежить в основі роботи натрієвого насосу і обумовлює наяв-ність на клітинній мембрані різниці потенціалів, яка слугує джерелом енер-гії для доставки живильних речовин у клітину.

При зміні вмісту натрій-іонів в організмі відбувається порушення серцево-судинної системи. Натрій впливає на діяльність ферментів і бере участь у регуляції водного обміну. Він має різко виражену здатність поси-лювати набухання білків.

Натрій хлорид є джерелом для утворення хлоридної кислоти у шлун-ковому соку. Буферні солі – натрій гідрогенкарбонат, натрій гідроген- та дигідрогенфосфат – підтримують кислотно-лужний стан (рН) рідких сере-довищ живих організмів.

Натрій-іони постійно виводяться із організму у вигляді солей міне-ральних (фосфатної, хлоридної) кислот, однак натрієвої недостатності у людини не спостерігається.

Реакції натрій-іона Na+.

1. Взаємодія з ураніл ацетатом UO2(CH3COО)2. На сухе предметне скло поміс­тити краплю розчину солі Na+ й обережно випарити насухо. Поряд по­містити краплю розчину ураніл ацетату UO2(CH3COО)2 в розведеній ацетатній кисло­ті і змішати паличкою реактив із сухим залишком.

Через 1-2 хвилини ут­ворюються кристали натрій-ураніл-ацетату NаСН3СОО  UO2 (CH3COО)2 – жовтуваті тетраедри (або октаедри), які добре видно під мікроско­пом (рис. 63). Сутність цієї реакції можна вирази-ти рівнянням:

Na+ + CH3COО- + UO2(CH3COО)2  NaCH3COО  UO2(CH3COО)2.

2. Взаємодія з цинк-ураніл-ацетатом. Із розчи-нів натрій ацетату, підкислених ацетатною кисло-тою, Zn(CH3COО)23UO2(CH3COО)2 осаджує зе-ленкувато-жовті тетраедри ацетату натрій-цинк-уранілу: NaCH3COOZn(CH3COО)23UO2(CH3COО)29H2O.

На предметне скло помістити краплю розчину

Рис. 63. Кристали по­двійної солі аце-тату натрій-цинк-уранілу

солі Na, випарити насухо, поряд помістити краплю реактиву і кінцем палички з’єдна­ти із сухим залишком. Через 2-3 хвилини розглянути кристали, що утворились, під мікроскопом (рис. 63).

Реакція калій-іона К+.

Натрій гексанітрокобальтат(III) Na3[Сo(NO2)6] виділяє із розчинів солей калію жовтий кристалічний осад подвійної солі ка­лію і натрію:

2КС1 + Na3[Сo(NO2)6]  K2Na[Сo(NO2)6]  + 2NaCl

або

2K+ + Na+ + [Сo(NO2)6]3-  K2Na[Сo(NO2)6] .

Для виконання реакції необхідний свіжоприготовлений розчин натрій гексанітрокобальтату(III), бо при зберіганні реактив роз­кладається із ви-діленням іонів Co2+ із рожевим забарвленням. Поро­жевілий розчин реакти-ву непридатний до вживання.

До 2-3 крапель розчину солі калію додати 3 краплі реактиву і потерти скляною паличкою об стінки пробірки. Випадає жовтий крис­талічний (але неаморфний!) осад.

Реакція досить чутлива, мінімальна концентрація для неї 1:13000. Можна виконувати її на годинниковому чи предметному склі. При про-веденні реакції необхідно дотримуватися таких умов. Аналізований роз-чин повинен мати рН не більше 7, оскільки в луж­ному середовищі реактив легко розкладається з виділенням темно-бурого аморфного осаду кобальт (ІІІ) гідроксиду:

Na3[Сo(NO2)6] + 3NaOH  Co(OH)3 + 6NaNO2.

У сильнокислому середовищі утворюється дуже нестійка кислота H3[Сo(NO2)6]:

2Na3[Сo(NO2)6] + 6НС1  2H3[Сo(NO2)6] + 6NaCl,

яка в момент утворення розкладається з виділенням нітроген оксидів:

2H3[Сo(NO2)6] + 4НС1  2СоС12 + 5NO + 7NO2 + 5H2О.

Однак в ацетатній кислоті ні сам реактив, ні утворений осад не руйну-ються. Потирання скляною паличкою об стінки пробірки відвертає утво­рення пересиченого розчину і прискорює випадіння осаду. Із розве­дених розчинів він виділяється після нетривалого стояння. Присутність солей амонію заважає виконанню реакції, бо при цьо­му теж випадає жовтий кристалічний осад:

2NH4C1 + Na3[Сo(NO2)6]  (NH4)2Na[Сo(NO2)6] + 2NaCl.

Магній-іон Mg2+, який утворює з реактивом розчинну сполуку, вияв-ленню калію не заважає. Таким чином, катіон К+ слід виявляти дією натрій гексанітрокобальтату(III) Na3[Сo(NO2)6]. У нейтральному або кислому роз-чи­ні, який може містити Mg2+, але не містить солей амонію, вони по­винні бути попередньо видалені прожарюванням.

Біологічна роль Калію. Калій необхідний живим організмам для ство-рення біоелектричних потенціалів у нервовій системі і м’язах, регулюван-ня скорочення серцевого м’яза. Він є основним внутрішньоклітинним йо-ном. Калій-іони разом із натрій-іонами утворюють систему, яка забезпечує ізотонічність клітин і навколишнього середовища. Калій необхідний для синтезу АТФ, яка є джерелом енергії для багатьох біохімічних процесів. Калій-іони беруть участь у синтезі білків, обміні вуглеводів, є складовими компонентами деяких ферментів і впливають на їх активність. При недо-ліку Калію у тварин уповільнюється ріст, знижується збудженість нервової системи.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]