16
Билеты по общей и неорганической химии
Билет №1
1. Характеристика кальция, магния, и их соединений. Биологическая роль кальция. Применение в медицине и народном хозяйстве.
Щелочноземельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Менделеева. На практике к щелочноземельным металлам относят кальций Ca, а магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них.
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов: ns2, на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии находится 2 s-электрона. Следовательно, типичная степень окисления щелочноземельных металлов в соединениях +2.
Все щелочноземельные металлы -- вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.
Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе.
Кристаллическая решетка щелочноземельных металлов, к которым относятся магний и кальций, в твёрдом состоянии -- металлическая. Следовательно, они обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при высоких температурах.
Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др. Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:
Доломит -- CaCO3 · MgCO3 -- карбонат кальция-магния.
Магнезит MgCO3 - карбонат магния.
Кальцит CaCO3 - карбонат кальция.
Гипс CaSO4 · 2H2O - дигидрат сульфата кальция.
Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720-750°С:
MgCl2 > Mg + Cl2
или восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200-1300°С:
2(CaO · MgO) + Si > 2Mg + Ca2SiO4
Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:
CaCl2 > Ca + Cl2
Качественная реакция на щелочноземельные металлы -- окрашивание пламени солями щелочноземельных металлов. Цвет пламени: Ca -- кирпично-красный.
Качественная реакция на ионы магния: взаимодействие с щелочами. Ионы магния осаждаются щелочами с образованием белого осадка гидроксида магния:
Mg2+ + 2OH-- > Mg(OH)2v
Качественная реакция на ионы кальция - взаимодействие с карбонатами. При взаимодействии солей кальция с карбонатами выпадает белый осадок карбоната кальция:
Ca2+ + CO32- > CaCO3v
Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция с сульфитами и фосфатами.
Например, при взаимодействии хлорида кальция с фосфатом натрия образуется белый осадок фосфата кальция:
3CaCl2 + 2Na3PO4 > 6NaCl + 2Ca3(PO4)2v
1. Щелочноземельные металлы -- сильные восстановители. Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами.
1.1. Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием галогенидов при нагревании.
Например, кальций взаимодействует с хлором с образованием хлорида кальция:
Ca + Cl2 > CaCl2
Реакция кальция и хлора протекает при условии: при температуре 200-400 °C.
1.2. Щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с серой и фосфором с образованием сульфидов и фосфидов.
Например, кальций взаимодействует с серой при нагревании:
Ca + S > CaS
Кальций взаимодействует с фосфором с образованием фосфидов:
3Ca + 2P > Ca3P2
1.3. Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения -- гидриды. Магний с водородом реагирует лишь при повышенном давлении.
Mg + H2 > MgH2
1.4. С азотом магний взаимодействует при нагревании с образованием нитрида:
3Mg + N2 > Mg3N2
Кальций также реагируют с азотом при нагревании.
1.5. Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов.
Например, кальций взаимодействует с углеродом с образованием карбида кальция:
Ca + 2C > CaC2
Магний и кальций горят на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:
2Mg + O2 > 2MgO
3Mg + N2 > Mg3N2
2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:
2.1. Щелочноземельные металлы реагируют с водой. Взаимодействие с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Магний реагирует с водой при кипячении. Кальций реагируют с водой при комнатной температуре.
Например, кальций реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода:
Ca0 + 2H2+O > Ca+(OH)2 + H20
2.2. Щелочноземельные металлы, магний и кальций, взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.
Например, магний реагирует с соляной кислотой:
Mg + 2HCl > MgCl2 + H2^
2.3. При взаимодействии щелочноземельных металлов с концентрированной серной кислотой образуется сера.
Например, при взаимодействии кальция с концентрированной серной кислотой образуется сульфат кальция, сера и вода:
4Ca + 5H2SO4(конц.) > 4CaSO4 + S + 5H2O
2.4. Щелочноземельные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодей-ствии кальция и магния с концентрированной или разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (I):
4Ca + 10HNO3 (конц) > N2O + 4Сa(NO3)2 + 5H2O
При взаимодействии щелочноземельных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:
4Mg + 10HNO3 > 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
2.5. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.
Например, при взаимодействии кальция с оксидом кремния (IV) образуются кремний и оксид кальция:
2Ca + SiO2 > 2CaO + Si
Магний горит в атмосфере углекислого газа. При этом образуется сажа и оксид магния:
2Mg + CO2 > 2MgO + C
2.6. В расплаве щелочноземельные металлы могут вытеснять менее активные металлы из солей и оксидов. Обратите внимание! В растворе щелочноземельные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.
Например, кальций вытесняет медь из расплава хлорида меди (II):
Ca + CuCl2 > CaCl2 + Cu
Минералы магния:
MgCO3 Ч CaCO3 - доломит
MgCO3 - магнезит
KCl Ч MgCl2 Ч 6H2O - карналлит
MgSO4 Ч KCl Ч 3H2O - каинит
Минералы кальция:
CaCO3 - кальцит (известняк, мел, мрамор)
СaSO4 Ч 2H2O - гипс
Ca3(PO4)2 - фосфорит
3Ca3(PO4)2 Ч CaF2 - апатит
v Биологическая роль кальция. Кальций является одним из основных минералов в организме человека. Он принимает участие во многих биологических процессах. Макроэлемент необходим для формирования костной ткани и зубов, биологического синтеза гормонов, регуляции сосудистого тонуса деятельности сердечно - сосудистой системы. Он также необходим для реализации процесса свертываемости крови при повреждениях.
v Применение соединений магния и кальция в медицине:
1. Жженая магнезия MgO применяется при повышенной кислотности желудочного сока, изжоге, отравлении кислотами. Входит в состав зубных порошков.
2. Горькая или английская соль MgSO4 Ч 7 H2O при приеме внутрь служит надежным и быстродействующим слабительным, а при внутримышечных или внутривенных вливаниях снимает судорожное состояние, уменьшает спазмы сосудов.
3. Как желчегонное его вводят в 12-перстную кишку.
4. CaCl2 Ч 6H2O хлорид кальция широко применяется в медицине как кровоостанавливающее средство при легочных, желудочных, кишечных и других кровотечениях, в хирургической практике для повышения свертываемости крови, при аллергических заболеваниях для снятия зуда и в качестве противоядия при отравлении солями магния.
5. Гипс CaSO4 Ч 0,5H2O в медицине находит применение для изготовления фиксирующих гипсовых повязок, а также в стоматологической практике для снятия слепков с челюстей при изготовлении искусственных зубов.
6. Кальций входит в состав препаратов для профилактики остеопороза, в витаминные комплексы для беременных и пожилых.
v Применение магния и кальция в народном хозяйстве:
1. Соли магния и кальция вносят в почвы для химической мелиорации. Целями химической мелиорации являются устранение избыточной кислотности почв, вредной для многих сельскохозяйственных культур (известкование), и устранение избыточной щелочности почв (гипсование).
2. Соединения магния и кальция в строительстве. Соединения кальция и магния широко используют в строительстве в качестве конструкционных (известняк), отделочных (мрамор) и вяжущих материалов (цемент, известь, гипс).
3. Кальций широко применяется в металлотермии при получении редкоземельных элементов.
4. Кальциевые гранулы используются для удаления следов воздуха из электровакуумных приборов.
5. Сплавы кальция со свинцом находят применение в аккумуляторных батареях и подшипниковых сплавах.
6. Магний применяется для металлотермического получения некоторых тугоплавких металлов (титана, циркония).
7. Магний используется для получения легких сплавов (самолетостроение, производство автомобилей), для изготовления осветительных и зажигательных ракет.
2. Какие из указанных веществ имеют металлическую связь: Zn, S, C, KH, FeCl3, K, Ag, NaCl.
металлическую связь имеют: Zn, K, Ag.
Билет № 2
1. Галогены, биологическая роль и их применение в медицине.
В подгруппу галогенов входят элементы: фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и астат (At).
Галогены находят широкое применение в практике. Все они, за исключением астата, используются для приготовления многочисленных органических и неорганических соединений; многие из них широко применяются в медицине как медикаменты и дезинфицирующие вещества. Все они, особенно хлор и йод, играют значительную роль в обмене веществ в организме человека, животных и растений. С увеличением порядкового номера галогена наблюдается повышение способности их к образованию биологически активных органических соединений.
Фтор относится к биомикроэлементам. Он играет значительную роль в развитии и минерализации костей и зубов; относится к абсолютно необходимым для организма микроэлементам. В медицине некоторые фторсодержащие соединения применяют как лекарственные средства, в т. ч. используемые для наркоза, в качестве кровезаменителей и др. Недостаточное поступление Фтора в организм является одним из экзогенных атиологических факторов кариеса зубов, особенно в период их прорезывания и минерализации. Фтор стимулирует репаративные процессы при переломах костей, предупреждает развитие сенильного остеопороза. Есть данные, что Фтор снижает накопление стронция в костной ткани и уменьшает тяжесть вызываемых радиоактивным стронцием поражений. Избыточное поступление фтора в организм является причиной возникновения флюороза, который поражает в основном постоянные зубы людей.
Хлор элемент входит в состав желудочного сока, препаратов для лечения ряда желудочно-кишечных заболеваний. В медицинской практике препараты хлора используют главным образом как дезинфицирующие средства и антисептические средства.
Анионы хлора являются наиболее важными осмотически активными ионами крови, лимфы, клеточного содержимого, цереброспинальной жидкости.
Хлор используется для хлорирования водопроводной воды, уничтожения болезнетворных бактерий, для производства хлорсодержащих веществ.
Бром используется в медицине, при лечении неврозов, истерии, бессонницы и других расстройств нервной системы, широко применяются бромиды калия, натрия, кальция и аммония, а также некоторые органические соединения брома (напр., бромкамфора, бромизовал и др.). Чрезмерное накопление в организме бромистых солей (бромизм) вызывает кожные сыпи и угнетение нервной системы.
Бромиды - группа препаратов, содержащих бром и обладающих седативными свойствами.
В диагностике при исследовании обмена воды и электролитов, применяется нейтральный изотонический, апирогенный и стерильный раствор бромида натрия.
Йод в норме, в теле человека содержится приблизительно 25 мг% йода, половина этого количества накапливается в виде сложного белка -- тиреоидина в щитовидной железе.
Среди препаратов йода, применяемых в медицинской практике, различают:
1) препараты, содержащие элементарный (свободный) йод - раствор йода спиртовой, раствор Люголя;
2) препараты, способные освобождать элементарный йод - йодинол, йодофор, кальцийодин;
3) препараты, диссоциирующие с образованием ионов йода (йодиды) - калия йодид и натрия йодид;
4) препараты, содержащие прочно связанный йод - йодолипол, билитраст и другие рентгеноконтрастные вещества;
5) радиоактивные препараты йода.
Влияние препаратов йода на обмен веществ проявляется усилением процессов диссимиляции. При атеросклерозе они вызывают некоторое снижение концентрации холестерина и липопротеидов в крови; кроме того, повышают фибринолитическую и липопротеиназную активность сыворотки крови и замедляют скорость свертывания крови.
Препараты йода используют для наружного и внутреннего применения. Наружно применяют гл. обр. препараты элементарного йод в качестве раздражающих и отвлекающих средств. Кроме того, эти препараты и препараты, отщепляющие элементарный йод применяют в качестве антисептических средств.
Внутрь препараты йода назначают при гипертиреозе, эндемическом зобе, третичном сифилисе, атеросклерозе, хронической интоксикациях ртутью и свинцом.