Что значит s элементы. Общая характеристика s-элементов первой и второй групп

В S-семейство объединены 14 элементов, имеющих валентные электроны на внешнем S-подуровне. S-элементы - первые два элемента каждого периода, составляющие главных подгрупп I и II групп и лишь гелий находится в VIII главной подгруппе. Для элементов I А подгруппы электронная формула внешнего уровня ns 1 , а для II А - ns 2 . В главных подгруппах в направлении сверху вниз радиус атома увеличивается, величина энергии ионизации уменьшается, следовательно, химическая активность и восстановительные свойства возрастают. Для элементов I А и II А подгруппы характерная степень окисления +1 и +2. Для водорода возможна степень окисления -1, при взаимодействии его с металлами s-семейства, поскольку водород в этом случае обладает наименьшей восстановительной активностью.

Элементы II А подгруппы проявляют степень окисления +2 будучи в возбужденном состоянии атома, при этом происходит гибридизация по типу SP, определяющей линейную структуру соединений.

Основными биоэлементами из s-семейства являются натрий, калий, магний и кальций, относятся к «металлам жизни». Биоэлементы в организме находятся в виде катионов со степенью окисления +1 и +2.

Ниже представлена более подробная характеристика биологического действия важнейших S-элементов.

Калий. Количество калия в организме зависит от возраста и пола. В среднем содержание калия в организме взрослого человека составляет около 0,23 % от общей массы тела (140 –180 г). Калий депонируется в организме (3-4 г ежедневно). Максимальное накопление отмечается у молодых мужчин, минимальное – у пожилых женщин. Калий распространен по всему организму. Основным депо являются мышцы, в которых сосредоточено до 80% внутриклеточного калия в концентрации 160 ммоль/л. Остальная часть внутриклеточного калия находится в печени, костях и эритроцитах. В тканях организма калий находится в следующих соотношениях: 0,4% - плазма крови, 1% -межклеточная жидкость и лимфа, 1%-трансцеллюлярная жидкость, 89,6% -внутриклеточная жидкость, 7,6% -костная ткань, 0,4% -плотная соединительная ткань и хрящ.

Калий является жизненно необходимым макроэлементом, локализованным преимущественно внутри клетки - 98% и во внеклеточной жидкости - 2%. Концентрация ионов К + внутри клетки в 35 раз выше, чем вне её, а концентрация ионов Na + во внеклеточной жидкости в 15 раз больше, чем внутри клетки. Поддержание такого неравномерного распределния этих ионов требует больших затрат энергии, поскольку перенос ионов через мембрану происходит против градиента их концентраций. Это реализуется с помощью калий-натриевого насоса, который за счет экзэргонической реакции гидролиза одной молекулы АТФ выводит три катиона натрия из клетки, а два катиона калия направляет внутрь клетки.

КАЛИЙ-НАТРИЕВЫЙ НАСОС

АДФ + НРО 4 2-

Вследствие дисбаланса переносимых электрических зарядов внутренняя поверхность мембраны заряжается отрицательно, а внешняя – положительно. Ионы К + и Na + активируют аденозинтрифосфатазу (АТФ-аза) клеточных мембран, обеспечивающую энергией калий-натриевый насос. Активация других ферментов за счет ионов К + и Na + заключается в поддержании фермента в функционально активном состоянии. Эти ионы оказывают существенное влияние на деятельность центральной нервной системы (ЦНС). Для оценки гомеостаза калия в организме используется содержание его в плазме крови (внутрисосудистый пул), который поддерживается у взрослого человека на уровне 3,5-5,0 ммоль/л. Изменения этого показателя достоверно отражают сдвиги содержания калия как в межклеточной жидкости, так и в клетках тканей. Состояние гипокалиемии отмечается при снижении калия ниже 3,5-3,8 ммоль/л и связано с увеличением потерь калия, например, при использовании диуретиков, кроме калийсберегающих. Гипокалиемия наблюдается при некоторых заболеваниях (диарея, рвота, гиперальдостеронизм и др.). Состояние гипокалиемии характеризуется усталостью, апатией, астенией, мышечной слабостью, сонливостью, парезами кишечника, и аритмиями (тахикардией), сопровождается метаболическим алкалозом. У детей гипокалиемия на фоне выраженного алкалоза приводит к задержке роста и развития. Гиперкалиемия, напротив, способствует ацидозу, связана с нарушением работы почек, сниженной продукцией альдостерона, наблюдается при гемолизе эритроцитов, некрозах тканей, злоупотреблении калий-содержащими препаратами (аспаркам, панангин и др.), калий-содержащими заменителями поваренной соли. При гиперкалиемии отмечается раздражительность, беспокойство, тошнота, непроходимость кишечника. Опасность для жизни представляет осложнение проводящей системы сердца, способного вызвать его остановку.

Ионы калия участвуют в поддержании кислотно – щелочного равновесия, водно – солевого баланса, нормального уровня кровяного давления, электрической активности мозга, функционировании нервной ткани, сокращении скелетных и сердечных мышц. Калий вызывает расширение сосудов внутренних органов и сужение периферических сосудов, что способствует усилению мочеотделения. Калий замедляет ритм сердечных сокращений и участвует в регулировании деятельности сердца.

Ионы калия - биологические антагонисты ионов натрия. Основными пищевыми источниками калия являются картофель, молочные продукты, мясо, курага, изюм, черный чай. Потребность в калии составляет 5 г/сутки. Калий депонируется в организме ежедневно в количестве 3-4 г, период полувыведения составляет 58 суток.

В медицине применяют несколько солей калия в качестве мочегонных и слабительных средств (ацетат калия, тартрат калия), широко используется йодистый, бромистый, марганцевокислый калий, аспарагинат, оротат, хлорид калия и другие соединения.

Натрий является основным внеклеточным ионом. Натрий обеспечивает постоянство осмотического давления биожидкостей (осмотического гомеостаза), в составе буферных систем регулирует рН внутренней среды организма в пределах физиологических норм. Ионы натрия оказывают влияние на деятельность ЦНС, участвуют в передаче нервных импульсов через мембраны нервных клеток. Ионы натрия поддерживают нормальную возбудимость мышечных волокон за счет активации Na-K-АТФ–азы. Хлорид натрия (NaCI) служит основным источником выработки соляной кислоты (НСl - желудочный сок). Избыток ионов натрия приводит к задержке жидкости в организме, что вызывает отеки, способствует повышению давления. Катионы Na + и K + в живых системах являются антагонистами. Ионы К + и Na + обеспечивают работу калий -натриевого насоса.

Для восполнения суточной потребности в натрии (»1 г) достаточно 200 г хлеба. Практика присаливания пищи, употребление чипсов, соленых орешков и др. продуктов приводит к избыточному потреблению натрия (4-10 г).

В медицине NaCI применяют в виде изотонического 0,9 % раствора при обезвоживании организма и как дезинтоксикационное средство, а также для промывания ран, глаз, слизистой оболочки носа, для поднятия осмотического давления крови, в виде гипертонического 3 -5 % раствора в хирургии для очищения ран. Гипертонический 10 % раствор применяют внутривенно при легочных, желудочных, кишечных кровотечениях, а также для усиления диуреза (осмотический диурез) и в качестве полосканий при заболеваниях горла. Тиосульфат натрия используется в медицине для детоксикации, гидрокарбонат (пищевая сода) служит компонентом искусственных минеральных вод и лимонадов и входит в состав препаратов, которые используются для нейтрализации повышенной кислотности желудочного сока.

Литий относится к ультромикроэлементам. Ионы лития легко проникают через биологические мембраны, более всего лития обнаружено в лимфоузлах, легких, в меньшей степени в печени, цельной крови, мышцах, мозге, костях, надпочечниках. Литий способствует высвобождению магния из клеточных депо и тормозит передачу нервного импульса, снижая возбудимость нервной системы.

Литий обладает психотропными свойствами. Его применяют при депрессии, агрессивности, наркомании. Литий способен предупреждать атеросклероз, болезни сердца, а также диабет, гипертонию. С пищей и водой в организм поступает примерно 100 мкг лития в сутки. Пищевыми источниками лития являются картофель и помидоры. Медицинское применение соединений лития ограничено. Соли лития (карбонат лития) используются при лечении маниакально – депрессивных психозов.

Кальций распределяется в организме неравномерно: около 99% приходится на костную ткань и лишь 1% содержится в других тканях. Однако этот 1% кальция играет исключительно важную метаболическую регуляторную функцию. Внутриклеточная концентрация кальция в 10 4 раз ниже его во внеклеточной жидкости и плазме крови. Это связано с тем, что именно кальций является ключевым внутриклеточным регулятором метаболизма. Ион Са 2+ функционирует как важнейший внутриклеточный сигнальный фактор (вторичный посредник), контролирующий наряду с органическими соединениями (в частности, ц-АМФ) процессы внутриклеточной сигнализации и управления функциями клетки. Кальций важен также для реализации межклеточных контактов, функционирования клеточных мембран, передачи нервного импульса и мышечного сокращения, регуляции сердечного ритма. Кальций. проявляют выраженное противовоспалительное и антиаллергенное действие, повышает возбудимость ЦНС, воздействует на функции эндокринных желез, усиливает действие вазопрессина, регулирующего тонус сосудов.. Поддержание физиологически низкой концентрации кальция внутри клетки (10 -7 ммоль/л) определяется нормальным функционированием кальциевых каналов и ионных насосов (Са ++ -АТФазы) клеточных мембран. Известно, что блокаторы кальциевых каналов и другие антагонисты кальция (магний, калий) препятствуют избыточному поступлению кальция внутрь клеток и повышению его внутриклеточной концентрации. При увеличении концентрации кальция в плазме крови его количество внутри клетки может снижаться, что связано с с активацией внеклеточным кальцием калиевых каналов (кальцийзависимых). Это приводит к гиперполяризации клеточной мембраны, обусловленной поступлением в клетки калия и как результат к блокаде кальциевых каналов. Снижение внутриклеточного кальция в клетках стенок сосудов обуславливает снижение сосудистого тонуса. Кальций – компонент каскадного механизма свертывания крови (активирует превращение протромбина в тромбин, фибриногена в фибрин, ускоряет агрегацию тромбоцитов). Уменьшение концентрации кальция в тромбоцитах препятствует тромбообразованию.

В костной ткани кальций находится в виде минерала гидроксиапатита Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 , обеспечивающего прочность ногтей и зубов. Костная ткань выполняет функцию «депо» кальция в организме. Под действием кислот, вырабатываемых бактериями, может происходить растворение гидроксиапатита, что приводит к кариесу.

Са 10 (РО 4) 6 (ОН) 2 + 14Н + ¾® 10Са 2+ + 6Н 2 РО 4 - + 2Н 2 О

Недостаток кальция в организме вызывает судороги, у детей может развиваться рахит, у пожилых людей остеопороз. При избытке кальция возникает опасность остановки сердца, увеличивается свертываемость крови. Метаболизм кальция в организме регулируется паратгормоном (гормоном околощитовидных желез), кальцитонином (гормоном щитовидной железы), метаболитами кальциферолов (витаминами группы D). Паратгормон влияет на содержание кальция в крови. Недостаточное потребление кальция вызывает выделение паратгормона, который стимулирует выведение кальция из костной ткани в кровь, способствуя деминерализации костей (остеопороз, рахит). Одновременно паратгормон регулирует всасывание кальция в кишечнике и реасорбцию кальция в почках.

Суточная потребность в ионах кальция 0,8 – 1,5 г, у беременных 3 – 4 г. Значительное количество кальция присутствует в молочных продуктах, меньшее в огородной зелени, овощах, орехах и рыбе. Низкому усвоению и потере кальция способствует избыточное поступление фосфатов с пищей, прием высоких доз витамина А, противосудорожных и стероидных препаратов.

В медицине используют многие соединения кальция (хлорид, глюконат, оксид, цитрат, аспартат, доломит, глицерофосфат, комбинация солей кальция с витамином Д, карбонат). Кальций входит в состав витамина В 15.

Магний по содержанию его в организме занимает 4 место после К + , Na + , Са ++ , его количество достигает 140 г магния (0,2 % от массы тела). Главное депо магния находится в костях (60%), из этого количества (20-30)% может быть при необходимости мобилизовано для поддержания магниевого гомеостаза организма.

Магний является важнейшим внутриклеточным элементом. Он участвует в обменных процессах совместно с калием, натрием, кальцием. Магний является кофактором многих сотен ферментативных реакций. Магний принимает участие в метаболизме углеводов, высших жирных кислот, аминокислот, влияет на важнейшие стадии биосинтеза белка, биосинтеза нуклеотидов и нуклеиновых кислот.

Нормальный уровень магния в организме необходим для обеспечения энергетики жизненно важных процессов, регуляции нервно – мышечной проводимости, тонуса гладкой мускулатуры (сосудов, кишечника, желчного и мочевого пузыря и т. д.). Магний стимулирует образование белков, снижает возбуждение в нервных клетках. Магний участвует в процессах генерации и использования энергии, поскольку аккумулятором и и источником энергии любой клетки является макроэргическая молекула аденозинтрифосфат (АТФ), функционирующая в виде соли АТФ-Мg. Именно поэтому, чем выше метаболическая активность клетки, тем выше потребность в магнии. Магний и кальций антагонисты, эти два элемента легко вытесняют друг друга из соединений.

Магний поступает в организм с пищей и водой. Суточная потребность в магнии (400-600 мг) равна половине потребности в кальции, выполнение этого соотношения физиологически обосновано. Особенно богата магнием растительная пища, что связано с нахождением магния в структуре хлорофилла. В медицине препараты магния применяют для снижения нервной возбудимости, в качестве препаратов седативного, а также гипотензивного действия, официальных антиаритмических средств. При ишемической болезни сердца магний используют для расширения сосудов, улучшения кислородного обеспечения миокарда, снятия кардоспазма. Карбонат магния, оксид магния применяют при повышенной кислотности желудочного сока. Сульфат магния применяют в качестве слабительного, желчегонного и болеутоляющего средства при спазмах желчного пузыря. Раствор сернокислого магния используют также как противосудорожный препарат, как антиспастическое средство при задержке мочеиспускания, бронхиальной астме, гипертонической болезни.

Стронций является токсичным ультромикроэлементом. В организме взрослого человека находится около 320 мг стронция. Наибольшее количество его в костях (99 %), меньше в лимфатических узлах, легких, яичниках, печени и почках. В организм поступает с растительной пищей, также содержится в костях и хрящах. При избыточном поступлении стронция возникает «стронциевый рахит» или «уровская болезнь», повышенная ломкость костей за счет замещения ионов кальция на стронций в костной ткани. Это эндемическое заболевание, впервые обнаруженное у населения, проживающего у реки Уров в Восточной Сибири. Образующийся при ядерных взрывах радиоактивный изотоп 90 Sr вызывает лучевую болезнь. Он поражает костную ткань и особенно костный мозг. Накапливание 90 Sr в атмосфере и организме человека способствует развитию лейкимии и рака костей.

Барий является токсичным ультрамикроэлементом. Механизм токсического действия солей бария заключается в том, что ионы бария, имея одинаковый радиус с ионом калия, конкурируют с ним в биохимических процессах. Концентрируется барий преимущественно в сетчатке глаза. Ионы бария могут проникать и в костные ткани, вызывая эндемические заболевания (например, болезнь па – пинг). В медицине для рентгеновской диагностики заболеваний пищеварительного тракта применяют сульфат бария. Он не подвергается гидролизу, не растворяется в соляной кислоте желудочного сока, вследствие чего не проявляет токсического действия при приеме внутрь, но способен сильно поглощать рентгеновские лучи.

Бериллий относится к группе токсических ультрамикроэлементов. В организм поступает как с пищей, так и через легкие. Общее количество в теле взрослого человека колеблется от 0,4 до 40 мкг. Бериллий постоянно присутствует в крови, костной и мышечной ткани, легких, печени, лимфатических узлах, костях, миокарде. Бериллий принимает участие в регуляции фосфорно – кальциевого обмена, поддержании иммунного статуса организма. Все соединения бериллия ядовиты. Тканями – мишенями для бериллия являются слизистые оболочки человека, а также кожные покровы. В результате избыточного поступления солей бериллия в организм возникает заболевание «бериллиевый рахит». Бериллий является антагонистом магния, поэтому при отравлении солями бериллия вводят избыток солей магния.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ S -БЛОКА

К s-элементам относятся две группы Периодической системы: IА и IIА.

В группу IА входят 8 элементов: литий, калий, натрий, рубидий, цезий, франций, водород, гелий. В группу IIА входят 6 элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Общим является застраивание в их атомах электронами s-подуровня внешнего энергетического уровня. (Т.Е. говорим о "семействе элементов". ВСПОМИНАЕМ: "семейство элементов" определяется тем, какой подуровень заполняется электронами в последнюю очередь. )

Электронная формула внешней оболочки:

СРАВНЕНИЕ СВОЙСТВ ЭЛЕМЕНТОВ I А И II А (КОМПЛЕКСООБРАЗОВАНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ ОСАДКОВ) НА ПРИМЕРЕ Na , K И Mg , Ca

Общая характеристика элементов I А и II А

Элементные вещества - типичные металлы, обладающие блеском, высокой электрической проводимостью и теплоповодимостью, химически весьма активны.

Как следует из электронных формул, элементы I А группы (Na , K ) имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s электрону. Элементы II А группы (Mg , Ca ) по 2 s электрона.

Химические свойства s элементов I А иII А групп сходны.

s-элементы I А иII А имеют относительно большие радиусы атомов и ионов.

s-элементы I А иII А групп легко отдают валентные электроны. Являются сильными восстановителями. С ростом радиуса атома в группах I А иII А ослабевает связь валентных электронов с ядром, следовательно s-элементы этих групп имеют низкие значения Е и и Е ср. к ẽ . Все щелочные и щелочноземельные металлы имеют отрицательные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, большие по абсолютной величине. Что также характеризует их, как сильных восстановителей. Восстановительные свойства возрастают закономерно с увеличением радиуса атома. Восстановительная способность увеличивается по группе сверху вниз.

Для элементов II А группы характерна большая, чем для элементов I А группы способность к комплексообразованию.

s-элементы I А иII А образуют соединения с ионным типом связи.

Исключение составляет водород, для которого в соединениях даже с самыми электроотрицательными элементами характерна преимущественно ковалентная связь (например, фтороводород или вода). Частично ковалентный характер связи в соединениях имеет место у лития, бериллия и магния.

Сравнение свойств элементов I А и II А (комплексообразование, образование осадков) на примере Na , K и Mg , Ca

Атомы элементов I А группы имеют по одному валентному электрону на s подуровне внешнего энергетического уровня. Это обуславливает проявление степени окисления +1.

Все элементы I А группы сходны по свойствам, что объясняется однотипным строением не только внешней, валентной оболочки, но и предвнешней (исключение литий).

С ростом радиуса атома в группе I А ослабевает связь валентного электрона с ядром. Соответственно, уменьшается энергия ионизации атомов. Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то энергия ионизации калия меньше, чем у натрия.

В результате ионизации образуются катионы Э + , имеющие устойчивую конфигурацию благородных газов.

Химическая активность металлов I А группы возрастает закономерно с увеличением радиуса атома и уменьшением их способности к гидратированию (чем меньше способность к гидратированию, тем активнее металл).

Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то способность к гидратации для катиона калия будет ниже, чем для катиона натрия, а, следовательно, химическая активность катиона калия выше, чем у катиона натрия.

Вследствие незначительного поляризующего действия (устойчивая электронная структура, большие размеры, малый заряд ядра) комплексообразование для ионов щелочных металлов малохарактерно. Вместе с тем, они способны образовывать комплексные соединения с некоторыми биолигандами (КЧ для натрия и калия может принимать значения 4 и 6). Способность образовывать донорно-акцепторные связи с соответствующими лигандами едва намечается у натрия. У калия имеется значительная тенденция к использованию имеющихся в атоме вакантных d-орбиталей.

Например, образование комплексов калия с антибиотиком валиномицином. Валиномицин образует с калием прочные комплексы, связывание этого антибиотика с натрием очень незначительно.

Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде (исключение составляют некоторые соли лития).

Атомы элементов II А группы имеют по два валентных электрона на s подуровне внешнего энергетического уровня.

В нормальном состоянии у атомов этих элементов нет неспаренных электронов, но при переходе атомов в возбужденное состояние один из s валентных электронов переходит на р -подуровень. Это обуславливает проявление степени окисления +2.

Степени окисления больше +2 элементы II А группы не проявляют.

Несмотря на то, что число валентных s электронов у атомов II А группы одинаково, свойства магния и кальция отличаются друг от друга.

Это связанно с тем, что в атоме кальция, в отличие от атома магния, имеются свободные d-орбитали, близкие по энергии к ns орбиталям.

Магний и кальций существенно различаются размерами атомов и ионов:

· металлический радиус атома Mg = 160 пм;

· металлический радиус атома Ca = 197 пм.

· кристаллический радиус иона Mg 2+ = 74 пм;

· кристаллический радиус иона Ca 2+ = 104 пм..

Больший размер иона кальция обусловливает и более высокое координационное число этого иона – КЧ (Ca 2+) 6, 8, тогда как КЧ (Mg 2+) – 6. Прочность комплексных соединений уменьшается по мере увеличения радиуса атома, следовательно, комплексные соединения магния будут более прочными, чем комплексные соединения кальция. Ион Mg 2+ образует шестикоординационные соединения регулярной структуры. Ca 2+ образует несимметричные комплексы. Кальций предпочтительно координируется с атомами кислорода, магний – с атомами азота.

Многие соли щелочноземельных металлов малорастворимы в воде (малорастворимы CaF 2 , MgF 2 ; практически не растворимы фосфаты кальция и магния). Причем с ростом порядкового номера растворимость солей снижается.

Такой характер изменения растворимости солей играет важную роль в биологическом действии катионов этой группы. Уменьшение растворимости кальция фосфата и карбоната по сравнению с фосфатами и карбонатами магния является, по видимому, одной из причин формирования скелета всех живых организмов именно из этих соединений кальция.

В живых организмах из ионов кальция и фосфат-ионов образовался кристаллический минерал ГИДРОКСИЛАПАТИТ – Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 – основное вещество костной и зубной ткани. Магний является макроэлементом, но лучшая растворимость магния фосфата Mg 3 (PO 4) 2 и основного карбоната Mg(OH) 2)*4MgCO 3 *H 2 O объясняет тот факт, что его соединения не сыграли значительной роли в построении скелета.

Биологическая роль натрия, калия, кальция и магния

Вследствие очень легкой окисляемости щелочные металлы встречаются в природе исключительно в виде соединений.

Натрий и калий относятся к жизненно необходимым элементам, постоянно содержатся в организме, участвуют в обмене веществ.

Натрий

В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната.

Распределен по всему организму:

в сыворотке крови,

в спинномозговой жидкости,

в глазной жидкости,

в пищеварительных соках,

в почках,

в костной ткани,

в легких,

Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na + внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости.

Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза).

В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na 2 HPO 4 + NaH 2 PO 4) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма.

Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов.

Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой систем, гладких и скелетных мышц.

Натрия хлорид NaCl – основной источник соляной кислоты для желудочного сока.

Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране.

Препараты натрия, применяемые в медицине

Изотонический раствор – NaCl (0,9%) – для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП.

Гипертонические растворы - NaCl (3-5-10%) – применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие).

Общая характеристика s - элементов IА-группа: Li, Na, K, Rb, Cs, Fr щелочные металлы IIA-группа: Be, Mg; Ca, Sr, Ba, Ra щёлочноземельные металлы Общая электронная формула: […] ns 1 2 np 0 […] ns 1 M+I […] ns 2 …ns 1 np 1 M+II Характерно существование ионов M+ и M 2+

Элементы IА-группы Элемент Li Na K Rb Cs Fr z 3 11 19 37 55 87 Ar 6, 9 22, 99 39, 1 85, 5 132, 9 223, 0 0, 97 0, 93 0, 89 0, 86 0, 91 0, 86 1 Li имеет наименьший радиус иона, а следовательно наибольший ионизационный потенциал, поэтому он химически менее активен.

Элементы IIА-группы Элемент Be Mg Ca Sr Ba Ra z 4 12 20 38 56 88 Ar 9, 0 24, 3 40, 1 87, 6 137, 3 226, 0 1, 47 1, 23 1, 04 0, 99 1 0, 97

Физические свойства простых веществ (IА-группа) Свойство Li Na K Rb Cs Fr Т. пл. , С 180, 5 97, 83 63, 5 39, 3 28, 7 21 Т. кип. , С 1336, 6 886 760 696 667, 6 660 0, 53 0, 86 1, 53 1, 90 ─ Плотность, г/см 3 (20 С) литий 0, 97 калий цезий натрий рубидий

Физические свойства простых веществ (IIА-группа) Свойство Be Mg Ca Sr Ba Ra Т. пл. , С 1287 650 842 768 727 969 Т. кип. , С 2507 1095 1495 1390 1860 1536 1, 85 1, 74 1, 55 2, 54 3, 59 5, 00 Плотность, г/см 3 (20 С) кальций бериллий барий магний стронций

Общая характеристика s -элементов. Простые вещества: все – активные металлы (кроме Be) Реагируют как восстановители M – ne – = Mn+ (n = 1, 2) В ЭХРН – самые левые: E – 3, 01 – 2, 92 – 2, 90 – 2, 34 В Li Cs Ba Be

Общая характеристика s – элементов. Взаимодействие металлов с водой и кислотами 2 Na + 2 H 2 O = 2 Na. OH + H 2 Na –e – = Na+ 2 H 2 O + 2 e – = H 2 + 2 ОH Mg + 2 H 3 O+ = Mg 2+ + H 2 + 2 H 2 O Mg + 2 H 2 O (на холоду) Mg + 2 H 2 O + t = Mg(OH)2 + H 2 (при нагревании)

Общая характеристика s – элементов. Сложные вещества: оксиды, гидроксиды Mn+ – катионы в ионных кристаллах M 2 O, MOH; MO, M(OH)2 – имеют основный характер (кроме оксида и гидроксида Be) В водн. р-ре MOН, M(OH)2 – сильные электролиты и сильные основания (кроме гидроксидов Be и Mg): Na. OH = Na+ + OH p. H 7 Ba(OH)2 = Ba 2+ + 2 OH p. H 7 Для гидроксидов Mg, Be – фазовое равновесие: Mg(OH)2(т) Mg 2+ + 2 OH p. H 7

Общая характеристика s – элементов. Сложные вещества: соли Соли: аквакатионы – непротолиты (кроме солей Be и Mg): Na. Cl = Na+ + Cl р. Н = 7 непротолит Для бериллия и магния: 2+ + H 2 O + + H 3 O+ ; р. Н 7 2+ + H 2 O + + H 3 O+ ; р. Н 7 Be 2+·H 2 O + H 2 O Be. OH+ + H 3 O+ ; KK= 2, 0· 10 6 Mg 2+·H 2 O + H 2 O Mg. OH+ + H 3 O+ ; KK= 3, 8· 10 12

Общая характеристика s – элементов. Сложные вещества Бинарные соединения: гидриды MH, MH 2; пероксиды M 2 O 2, MO 2; нитриды M 3 N, M 3 N 2 KH + H 2 O = KOH + H 2 Na 2 O 2(т) + H 2 O 2 Na+ + OH + HO 2 2 Na. O 2 + H 2 O = Na. OH + Na. HO 2 + O 2 4 Na. O 2 + 2 H 2 O = 4 Na. OH + 3 O 2 2 Cs. O 3 + 2 H 2 O = 2 Cs. OH + H 2 O 2 + 2 O 2 Li 3 N + 3 H 2 O = 3 Li. OH + NH 3 Ca. C 2 + 2 H 2 O = Ca(OH)2 + C 2 H 2 Be 2 C + 4 H 2 O = 2 Be(OH)2 + CH 4

Распространение в природе 5. Ca – 3, 38 % 6. Na – 2, 63 % 7. K – 2, 41 % 8. Mg – 1, 95 % по массе. 17. Rb 19. Ba Редкие и 23. Sr рассеянные 28. Li элементы 42. Cs 48. Be 92. Fr 226 Ra радиоактивный элемент Соли Na, K, Ca и Mg – в природных соленых и пресных водах (моря, океаны, озера, реки, подземные воды)

карналлит Важнейшие минералы сильвин галит лепидолит поллуцит сподумен IА-группа Галит (каменная соль) Na. Cl Карналлит KMg. Cl 3. 6 H 2 O Мирабилит Na 2 SO 4· 10 H 2 O Поллуцит (Cs, Na)Al(Si. O 3)2. n. H 2 O Сильвин KCl Сильвинит (K, Na)Cl Сподумен Li. Al(Si. O 3)2 Лепидолит K 2 Li 3 Al 4 Si 7 O 21(OH, F)3 Петалит Li. Al. Si 4 O 10

Важнейшие минералы IIА-группа Фенакит Be 2 Si. O 4 Берилл (Be 3 Al 2)Si 6 O 18 (аквамарин, изумруд). Гипс Ca. SO 4· 2 H 2 O Кальцит Ca. CO 3 (известняк, мрамор, мел) Магнезит Mg. CO 3 Оливин (Mg, Fe. II)2 Si. O 4 Тальк Mg 3 Si 4 O 10(OH)2 Хризоберилл (Be. Al 2)O 4 Целестин Sr. SO 4 Шпинель (Mg. Al 2)O 4 Стронцианит Sr. CO 3 Барит Ba. SO 4 магнезит целестин кальцит шпинель аквамарин барит

История открытия Г. Дэви: Na, K, Ca, Ba, Mg (1807 -1808) Й. Арведсон: Li (1817) Н. Воклен: Be (1798) Р. Бунзен, Г. Кирхгоф: Rb, Cs (1861) М. Склодовская-Кюри, П. Кюри, Ж. Бемон: Ra (1898) М. Пере: Fr (1939)

Бериллий Амфотерность Be + 2 HCl = Be. Cl 2 + H 2 Be + 2 Na. OH + 2 H 2 O = Na 2 + H 2 t°(сплавление) Be + 2 Na. OH(т) = Na 2 Be. O 2 + H 3 O Be(OH)2 (Кs 10– 22) OH – 2+ 2–

Магний Mg + H 2 O t° Mg + 2 H 2 O = Mg(OH)2 + H 2 Mg + 2 NH 4 Cl + 2 H 2 O = = Mg. Cl 2 + 2 NH 3·H 2 O + H 2 + O 2+ H 3 Mg(OH)2 (Кs 10– 10) OH –

К s-элементам относятся элементы главной подгруппы I и II групп (IА и IIА – подгрупп) периодической системы. Общая электронная формула валентного слоя s-элементов ns 1-2 , где n – главное квантовое число.

Элементы IА – подгруппы Li, Na, K, Rb, Cs, и Fr – называют щелочными металлами, а у элементов IIА –подгруппы – Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra – последние четыре элемента называют щелочноземельными металлами.

Атомы щелочных металлов для образования химических связей имеют всего один электрон, находящийся на ns - атомной орбитали (АО). Сравнительно небольшое значение энергии ионизации уменьшается от Li (I = 520 кДж/моль) к Cs (I = 342 кДж/моль), что облегчает отрыв электрона с АО. Поэтому атомы щелочных металлов в различных химических реакциях легко превращаются в однозарядные катионы с устойчивой восьмиэлектронной (n-1)s 2 (n-1)p 6 конфигурацией соответствующего благородного газа. Например: K(4s 1) – e = К + ().

Таким образом, в своих многочисленных ионных соединениях щелочные металлы имеют только одну степень окисления (+1).

Элементы IIА – подгруппы содержат на внешнем энергетическом уровне уже два электрона, способных перед образованием ионных химических связей к разъединению с переходом одного из них на nр АО: ns 2 → ns 1 np 1 . Степень окисления элементов IIА – подгруппы в их различных соединениях равна (+2).

Бериллий по своим физико-химическим свойствам резко выделяется среди IIА – подгруппы. У атомов этого элемента наиболее высокое среди всех s-элементов значение первой энергии ионизации (I=901 кДж/моль) и наибольшее различие в ns и np-АО. Поэтому бериллий с другими элементами образует преимущественно ковалентные химические связи, которые рассматриваются обычно с позиции метода валентных связей. Атомные орбитали бериллия подвергаются sp-гибридизации, отвечающей образованию линейных молекул BeCl 2 , BeI 2 и др. Для бериллия (+II) характерна склонность к образованию комплексных соединений:

Be(OH) 2 + 2OH - → 2-

BeCl 2 + 2Cl - → 2-

Оксиды и гидроксиды s-элементов имеют основные свойства. Среди всех s-элементов только Be, его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства.

Химическое поведение Li и Mg, а также Be и Al в силу диагональной периодичности во многом аналогично.

Щелочные металлы с кислородом образуют не только оксиды Me 2 [O], но и соединения типа Me 2 – пероксиды; Me – надпероксиды; Me – озониды. Степень окисления кислорода в этих соединениях соответственно равна –1; –1/2; –1/3.

Известны пероксиды щелочноземельных металлов. Из них наибольшее практическое значение имеет пероксид бария BaO 2 .

Представляют также интерес соединения s-элементов с водородом – гидриды, в которых водород имеет степень окисления –1.

учитель химии: Итемгенова Шолпан Тлеужановна

2015 г.

Открытый урок 10 класс

Тема: Общая характеристика s – элементов.

Цель урока: Обобщить и систематизировать знания об щелочных и щелочноземельных металлах.

Задачи урока:

Образовательная: Дать общую характеристику щелочных и щелочноземельным металлам по двум формам существования химических элементов: атом, простое вещество. Продолжить развитие умения характеризовать химические элементы по их положению в периодической таблице. Опираясь на знания зависимости свойств металлов от строения их атомов, предсказать характерные химические свойства щелочных и щелочноземельных металлов. Познакомить учащихся с применением соединений I и II группы главной подгруппы в быту и производстве.

Развивающая : Развитие умения логически рассуждать, обобщать и делать выводы из полученных знаний, умения слушать своих товарищей.

Воспитательная: Развитие познавательного интереса, коммуникативных качеств, уверенности в своих силах, умения действовать самостоятельно, воспитание культуры умственного труда.

Тип урока: комбинированный.

Методы и методические приёмы: объяснительно – иллюстративный, проблемное изложение, частично –поисковый, видеометод.

Оборудование и реактивы : компьютер, презентация урока, видео-опыты «Взаимодействие натрия с водой», « Демонстрация цезия», щелочные и щелочноземельные металлы, соли щелочных и щелочноземельных металлов, спиртовка, спички, железные ложки, коллекция горных пород и минералов, инструкции по ТБ, карточка с инструкцией по выполнению заданий по группам.

Модуль1 - (новые подходы в преподавании и обучении).

Модуль 2- (обучение критическому мышлению).

Модуль 3 –(оценивание для обучения и оценивание обучения).

Модуль 4- (использование ИКТ в преподавании и обучении).

Модуль 5 - (обучение талантливых и одаренных учеников)

Модуль 6- (преподавание и обучение в соответствии с возрастными особенностями учеников)

Модуль 7 – (управление и лидерство в обучении)

Девиз урока У. Рамзай:

«Природа окружает нас загадками, и попытка их решения,

принадлежит к величайшим радостям жизни».

Ход урока

Этапы урока

Деятельность учителя

Деятельность ученика

Организационный момент. Психологический настрой учащихся.

(2 мин)

Наличие учебных материалов, школьных принадлежностей; на столах разложены: оценочные листы, тесты, карточки – инструкции, инструкции по ТБ, фломастеры, плакаты. Раздача жетонов (красный, зелёный и жёлтый). Вступительное слово учителя.

Приветствуют учителя, настраиваются на работу, заполняют лист оценивания.

Отвечают на вопросы:

Какими свойствами обладали металлы?

Вызов.

Актуализация знаний учащихся (Знаю).

(7 мин)

Проблемные вопросы:

Почему же металлы заняли такое важное место в нашей жизни, в нашей истории, в нашей культуре?

Какие удивительными свойствами они обладают?

Почему они нашли такое широкое применение?

В чём заключается особенности их строения?

Сообщение темы урока. Выяснения степени усвоения заданного на дом материала. Приложение 1 (тест).

Развитие коммуникативных способностей, умение самооценивания, взаимооцениваниея.

Взаимоопрос.

Заполнение оценочного листа.

Запись в тетрадях темы урока. Самостоятельное формирование цель урока.

Индивидуальная работа, ответы на тестовые вопросы.

( взаимопроверка по ключу на слайде).

Осмысление

Введение новых знаний

(Хочу знать).

(27 мин)

Разделение класса на три группы по цвету жетона. Организация и направление познавательной деятельности учащихся.

Исследовательская беседа.

Кумулятивная беседа.

Защита работ групп

Модуль 1,2,7

Приложение 2.

Познавательно – преобра-зующая деятельность, самостоятельная работа, работа с карточкой – инструкцией по теме, работа с учебником, нахождение нужной информации, анализ, установление причино-следственной связи между строением, свойством и применением данных веществ. Углубление знаний, творческое исследование, самоорганизация, наблюдение, выводы.

Закрепление нового материала (5 мин)

Задание закончить уравнение реакции.

Качественные реакции на соли ЩМ и ЩЗМ.

Решите задачу.

Закрепить у учащихся те знания и умения, которые необходимы для самостоятельной работы по данной теме.

Составить уравнение реакции, осуществить превращение, решить задачу. Приложение 3

(работа по карточкам или у доски)

Домашнее задание

(1 мин)

Упражнения 4, 13 выполняют все, дополнительно на «4» - упр.6,7 стр. 154 и упр. 5,6,14 стр.162-163 на «5».

Записывают домашнее задание: параграфы 5.1 -5.4 и упражнения.

Подведение итогов урока. Рефлексия.

(3 мин)

Собрать оценочные листы. Проанализировать, дать оценку учащимся о достижении цели урока.

Участвуют в оценивании работы на уроке. Участвуют в рефлексии.

Что нового Вы узнали сегодня на уроке?

Пригодятся ли полученные знания в вашей жизни? (примеры)

Дополнительный материал к уроку.

Оценочный лист

Ф.И. учащегося _________________________________________________________________

Класс _____________

Этапы урока

Количество баллов

Экспресс - опрос

Тест «Металлы»

Работа в группе «Общая характеристика щелочных и щелочноземельных металлов».

Общее количество баллов

Оценка за урок

Тест:

Вариант 1.

1. Характерные свойства большинства металлов

A ) низкая электропроводность; B ) высокая электропроводность;

C ) способность отдавать электроны и образовывать катионы;

D ) способность принимать электроны и образовывать анионы; E ) пластичность.

2. Название промышленного метода получения металлов, основанного на вытеснении более активным металлом из растворов их солей.

A ) алюмотермия; B ) гидрометаллургия; C) пирометаллургия;

D) электролиз; E ) электрометаллургия.

3. Благодаря какому свойству серебро используется для создания зеркальных поверхностей?

А) лучший электропроводник; В) бактерицидное свойства; C ) пассивный металл;

D ) высокая отражательная способность покрытия; E ) лёгкий.

4. С водными растворами щелочей взаимодействуют

A ) магний; B ) железо; C) цинк; D) медь; E ) алюминий.

5. Установите соответствие между левой и правой частью схемы уравнения реакции:

1) Са + Н 2 О = А) MgO + H 2

2) Mg + H 2 O = B ) MgCl 2 + H 2 O

3) Mg + HCl = C ) MgCl 2 + H 2

Д) Mg ( OH ) 2 + H 2

Е) Ca ( OH ) 2 + H 2

Вариант 2

1. Название промышленного метода получения металлов, основанный на получении металлов при высокой температуре?

А) алюмотермия; B ) гидрометаллургия; C ) пирометаллургия;

D ) электролиз; E ) электрометаллургия.

2. В периодической системе химических элементов металлические свойства увеличиваются:

A) в периодах с увеличением порядкового номера элементов;

B) в периодах с уменьшением порядкового номера элементов;

C) в главных подгруппах с увеличением порядкового номера элементов;

D) в главных подгруппах с уменьшением порядкового номера элементов;

C ) в побочных подгруппах с уменьшением порядкового номера элементов.

3. Взаимодействуют с разбавленными серной и соляной кислотами с выделением водорода металлы, которые:

A ) стоят в ряду напряжений до водорода; B ) стоят в ряду напряжений после водорода;

C) располагаются в подгруппе лития; D) располагаются в подгруппе меди;

E ) располагаются в подгруппе бериллия.

4. При обработке смеси порошков меди и железа (III) соляной кислотой образуются:

А ) CuCl 2 B) FeCl 2 C) FeCl 3 D) Cl 2 E) H 2 O

5. Какой металл используется для изготовления пищевой посуды и пищевой фальги?

А) железо; B ) цинк; C ) серебро; D ) алюминий; E ) ртуть.

Приложение 2.

Карточка – инструкция