Один из самых распространенных элементов, главная составляющая часть атмосферы Земли. Слово «Азот», предложенное французским химиком А. Лавуазье в конце 18 века, греческого происхождения. «Азот» означает «Безжизненный»



страница2/7
Дата29.06.2015
Размер1,07 Mb.
1   2   3   4   5   6   7

Соли азотной кислоты – селитры – применяются в качестве удобрений. Ионы натрия поддерживают у животных и человека нормальную возбудимость мышечных клеток, участвуют в сохранении кислотно-основного баланса в организме, в регуляции сердечной деятельности (успокаивают), удерживают воду в организме. Избыток металла в организме приводит к нарушению водного баланса, сгущению крови, вызывает дисфункцию почек, некоторые сердечно-сосудистые заболевания, а также нарушение обмена веществ.
М А Г Н И Й № 12 Mg 2 8 2

24,312


Магний был впервые получен в 1808 году английским химиком Г.Дэви из белой магнезии – минерала, найденного близ греческого города Магнезия. По названию минерала и дали название элементу и простому веществу. Это легкий, серебристо-белый металл. Содержание магния в земной коре около 2% от общей массы. Среди природных соединений магния – такие важные минеральные вещества, как тальк и асбест. Много магния в морской воде. Ионы магния придают ей горький вкус. Магний – щелочноземельный металл. Он легко окисляется: тонкую фольгу или порошок магния можно поджечь. В кислотах легко растворяется с выделением водорода. Щелочи на него не действуют.

Чистый магний недостаточно прочен, поэтому в основном используют его сплавы с алюминием, цинком, марганцем, бериллием, титаном, редкоземельными элементами. Добавка к магнию небольших количеств этих металлов резко изменяет его механические свойства. Сплавы магния легки, тверды, прочны, коррозионностойки. Их применяют в авиации и космической технике. Из них делают корпуса вагонов, автобусов, автомобилей. В металлургии магний применяют для восстановления ванадия, хрома, циркония, титана, а также для улучшения структуры и свойств чугуна.

Магний входит в число жизненно важных элементов. Соли магния необходимы для питания растений. Их можно обнаружить в любой почве. Этот элемент есть в составе практически всех организмов, его довольно много – около 2% - в хлорофилле.

Магний применяется в промышленности органического синтеза.

В человеческом организме магния около 40 граммов. Ему отведена очень важная роль: ионы магния «сшивают» молекулы белка в клубочки. Магний стимулирует обмен веществ, содержится в печени, костях, крови, нервной ткани, мозге.

А Л Ю М И Н И Й № 13 Al 2 8 3

26,9815

Алюминий был впервые получен датским физиком Х.Эрстедом в 1825 году. Название этого элемента происходит от латинского «алюмен», так в древности назывались квасцы, в составе которых был этот элемент. В земной коре содержится 8,8% алюминия. Это третий по распространенности на нашей планете элемент после кислорода и кремния. Он входит в состав глин, полевых шпатов, слюд. Важнейший минерал алюминия – боксит – содержит 28-60 % глинозема – оксида алюминия Al2O3.



Алюминий – самый распространенный в природе металл, но в чистом виде был получен позже других металлов. Алюминий – легкий серебристый металл. Он хорошо проводит тепло и электричество. Алюминий химически активен. Легко окисляется кислородом, правда только на поверхности. Оксидная пленка надежно защищает металл от дальнейшего окисления. Но, если порошок алюминия или алюминиевую фольгу сильно нагреть, то металл сгорает ослепительным пламенем, превращаясь в тот же оксид.

Алюминий растворяется в соляной и серной кислотах. Он также растворяется в водных растворах щелочей. Активно реагирует с галогенами. Гидроксид алюминия – типичное амфотерное соединение. Это белое, полупрозрачное, студенистое вещество.

В большинстве соединений алюминий трехвалентен, но при высоких температурах он способен проявлять степень окисления +1. Из соединений этого металла самое важное, очевидно, оксид алюминия. Этой формулой выражается состав и глинозема, и очень твердого минерала корунда. Кристаллы корунда, окрашенные примесями в синий цвет, называют сапфиром, в красный – рубином. Рубины и сапфиры в наше время получают искусственным путем в промышленных масштабах.

Еще долго после того, как алюминий получили в чистом виде, этот металл оставался очень редким и дорогим. Выделить его из природных соединений трудно, так как очень крепко связан он в них с кислородом и другими элементами. Алюминий можно получить электролизом расплава оксида алюминия, но плавится это вещество при температуре 2050*С, поэтому требуется слишком большая затрата энергии. Технически доступным металлом алюминий стал после того, как был найден способ понизить температуру плавления оксида хотя бы до 1000*С. Этот способ открыли почти одновременно американец Ч.Холл и француз П.Эру. Они установили, что глинозем хорошо растворяется в расплавленном криолите. Этот расплав и подвергают электролизу. Но запасы криолита на Земле ограниченны, поэтому было организовано производство синтетического криолита. Сейчас алюминий самый дешевый из всех цветных металлов.

Большая часть производимого в мире алюминия идет для получения легких сплавов. К алюминию добавляют медь, магний, кремний, цинк, марганец, чтобы повысить его прочность. Алюминий называют главным металлом авиационной техники наших дней. Он нужен также в транспортном машиностроении, судостроении, в химической промышленности и электротехнике. Алюминий очень технологичный металл: его можно обрабатывать давлением при нормальных и чуть повышенных температурах. Изделия из него можно готовить методами прокатки, вытягивания, штамповки, ковки, прессовки.

К Р Е М Н И Й № 14 Si 2 8 4

28,086

Как самостоятельный химический элемент кремний был открыт в 1825 году шведским химиком и минералогом Й.Берцелиусом. Нагревая фторосиликат калия с калием, он восстановил кремний из этого соединения:



K2SiF6 + 4K = 6KF + Si

Элемент назвали «силиций», от латинского «силекс» - кремень. Предложил это название Берцелиус. В 1834 году русский химик Г.И.Гесс дал новому элементу русское название, оставшееся неизменным до наших дней, - «кремний» - «утес, скала».

Кремний – второй по распространенности элемент, после кислорода. На его долю приходится 29,5% от массы земной коры. Кремний – один из главных элементов неживой природы. Его соединения – силикаты и алюмосиликаты – составляют 75% земной коры. В природе кремний встречается лишь в виде соединений, и почти всегда наряду с кремнием в их составе есть и кислород. Один из оксидов кремния – SiO2 – важнейшее природное неорганическое соединение. Чистый кварцевый песок – это кристаллический оксид кремния 4.

Кремний существует в виде различных аллотропных модификаций. Кристаллический кремний построен из кристаллов того же типа, что и алмаз. Это вещество серо-стального цвета, с металлическим блеском. Мелкокристаллический кремний имеет бурую окраску. Химическая активность кремния невысока. При комнатной температуре он соединяется только с фтором, при нагревании – с кислородом, галогенами, серой, при высокой температуре – с многими металлами. Чистый кремний стал одним из самых важных полупроводниковых материалов. Он работает в современных радиоприемниках, в фотоэлементах. Кремниевые фотоэлементы могут превратить в электрическую энергию до 15% воспринятой ими солнечной энергии. Поэтому на космических кораблях, луноходах, искусственных спутниках Земли работают кристаллы кремния, объединенные в солнечные батареи.

Из оксида кремния 4 – чистого песка – выплавляют кварцевое стекло для сложных оптических устройств, для изготовления лабораторной посуды и осветительных приборов. Крупнокристаллическая форма оксида кремния 4 известна под названием горного хрусталя. Сейчас такие кристаллы, необходимые многим отраслям техники, выращивают в заводских цехах. Без песка не получить важнейших строительных материалов – бетона и железобетона.

Из соединений кремния очень важен его карбид SiC, или карборунд, - очень твердый и жаростойкий кристаллический материал, с помощью которого затачивают резцы для металлорежущих станков. В металлургии широко применяется сплав кремния с железом – ферросилиций. Большое значение в наши дни приобрели кремнийорганические соединения, прежде всего полимерные. Это теплостойкий и морозоустойчивый силиконовый каучук, чрезвычайно важные для электротехники изоляторы – кремнийорганические лаки. Даже в бытовой химии кремнийорганические соединения широко используются: обработанная ими одежда меньше загрязняется и мнется.


Ф О С Ф О Р № 15 Р 2 8 5

30,9738

Открыт фосфор в 1669 году алхимиком из Гамбурга Х.Брандом. При перегонке сухого остатка от выпаривания мочи Бранд заметил зеленоватое свечение вещества, осевшего в колбе. Он решил, что открыл, наконец, философский камень. По представлениям алхимиков, философский камень должен светиться. Свое название элемент получил за способность светиться в темноте, от греческого «фосфор» - светоносный. Фосфор, естественно, не превращал неблагородные металлы в золото, не дарил бессмертия, но оказался веществом чрезвычайно важным.



В живых организмах фосфор присутствует в костях, мышцах, в мозговой ткани, нервах. В организме взрослого человека содержится около 4,5 килограммов фосфора. Почти все важнейшие физиологические процессы связаны с превращениями фосфорсодержащих веществ. Фосфор – элемент достаточно распространенный в природе: 0,093% от общей массы земной коры. Главнейшие минералы фосфора – фосфорит (фосфат кальция), фторапатит(3молекулы фосфата кальция на одну молекулу фторида кальция), гидроксоапатит(3молекулы фосфата кальция на одну молекулу гидроксида кальция). Минерал апатит назван так (от греческого «апате» - обман) потому, что его цвет не всегда одинаков, и в прошлом его часто принимали за другие минералы. Богатейшие месторождения апатита на Кольском полуострове (Хибины) открыты в 20 веке в 20-х годах под руководством выдающегося советского геохимика А.Ферсмана.

Природный фосфор состоит лишь из одного стабильного изотопа с массой 31. Однако еще в 1934 году Фредерик и Ирен Жолио-Кюри получили фосфор с массой 30. Это был самый первый радиоактивный изотоп, полученный искусственным путем. В наши дни известно 6 радиоактивных изотопов фосфора. Некоторые из них применяются при биологических исследованиях в качестве «меченых атомов».

Фосфор дает многочисленные аллотропические модификации – белый, красный, коричневый, черный, фиолетовый фосфор. Белый фосфор получается при быстром охлаждении паров фосфора. В чистом виде он похож на воск, но из-за примесей бывает желтоватым. Белый фосфор химически активное вещество. Оно очень ядовито и дает ожоги, которые трудно заживают. При нагревании до 250-300*С без доступа воздуха белый фосфор превращается в красный порошок – другую известнейшую аллотропическую модификацию. Белый фосфор непосредственно соединяется с многими металлами, кислородом, галогенами, серой. Красный фосфор менее активен. Черный фосфор с трудом вступает в химические реакции.

Фосфор – неметалл. В соединениях он проявляет степени окисления +5, +3, -3, намного реже +1, +2, +4. Отсюда многообразие его соединений.

Применение фосфора весьма разнообразно. Красный идет на изготовление спичек. Соединения фосфора применяются в качестве удобрений. Из искусственно полученных соединений фосфора особо важное значение приобрели фосфорорганические инсектициды (тиофос, хлорофос и другие). Фосфорорганические соединения используют

для придания пластмассам негорючести, для получения некоторых лекарств.

С Е Р А № 16 S 2 8 6

32,064


С серой человечество знакомо с глубокой древности. Серу и продукт ее горения – оксид серы 4 издавна употребляли для отбеливания тканей и изготовления лекарственных средств, чернения оружия и приготовления черного пороха. В странах древнейших цивилизаций самородная сера была достаточно распространена, сицилийские месторождения этого горючего, с резким запахом желтого минерала разрабатывались еще древними римлянами. Русское название серы происходит от древнеиндусского «сира», означавшего светло-желтый. Но не всегда сера светло-желтая. Цвет ее зависит от того, в какой из аллотропических модификаций находится сера, а также от температуры. Наиболее известны ромбическая и моноклинная сера. Погруженная в жидкий воздух сера становится почти белой.

Сера принадлежит к числу довольно распространенных на нашей планете химических элементов, составляя примерно 0,047% от общей массы земной коры. Встречается самородная сера. Большая часть ее запасов находится в виде соединений – сульфидов и сульфатов. Основные из них: пирит FeS2, цинковая обманка ZnS, медный колчедан FeCuS2, гипс. Полагают, что большая часть земной коры сосредоточена в виде сульфидов не в земной коре, а на глубине 1200-3000км. Добывают самородную серу из месторождений, залегающих на небольшой глубине. Давно известны методы добычи самородной серы – термические. Сера легкоплавка, она превращается в жидкость при температуре 112,8*С (в зависимости от скорости подвода тепла и от того, в какой аллотропической модификации находится). Серу получают также из оксида серы 4, образующегося при обжиге сульфидных руд металлов.

Сера – неметалл, это элемент химически активный. Она реагирует со многими металлами: при комнатной температуре со щелочными, щелочноземельными металлами, медью, серебром, ртутью, а при нагревании – с железом, алюминием, свинцом, цинком. Лишь с золотом и платиной сера не взаимодействует. Этот элемент вступает в соединения и с неметаллами (кроме азота и йода), хотя и не так легко, как с металлами. Степень окисления серы меняется в соединениях от -2 до +6.

Примерно половина добываемой в мире серы идет на производство серной кислоты. Это одно из главнейших соединений серы. Еще 25% расходуется на получение очень важного для производства бумаги гидросульфита кальция. Сера необходима для получения резины – вулканизированного каучука. Сера также нужна для получения спичек, пластмасс, тканей, лекарственных препаратов.

Сера жизненно важный элемент. Она входит в состав белков, аминокислот, ферментов, витаминов.

Из неорганических соединений серы важны оксиды серы, сероводород – ядовитый зловонный газ, используемый тем не менее в химической промышленности, и как лечебное средство (сернистые ванны), а также сульфиды, сульфаты, сульфиты и тиосульфаты.

Соединения серы, особенно оксид серы 4, загрязняют атмосферу. Вредна сера и в составе углеводородных топлив, куда она переходит из нефти и газа.

Х Л О Р № 17 Cl 2 8 7

35,453

С соединениями хлора человечество знакомо с доисторических времен, прежде всего с каменной солью (хлорид натрия). Алхимикам была известна соляная кислота и смесь ее с азотной кислотой – царская водка. Однако свойства элементарного хлора были впервые описаны лишь в 1774 году известным шведским химиком К.Шееле. Но ни сам Шееле, ни его современники не считали этот желто-зеленый газ с характерным запахом самостоятельным химическим элементом. Только в 1810 году был сделан правильный вывод: этот газ – простое вещество, образованное элементом, который получил название «хлор». По - древнегречески «хлорос» - желто-зеленый. Содержание хлора в земной коре составляет 0,017% по массе. Хлор в природе встречается в виде соединений, часто очень распространенных. Это многие хлорсодержащие минералы, в первую очередь ГАЛИТ (каменная соль) – хлорид натрия, СИЛЬВИН – хлорид калия КСl, СИЛЬВИНИТ – хлорид калия, натрия, БИШОФИТ – хлорид магния на 6 молекул воды, КАРНАЛЛИТ – хлорид калия, магния на 6 молекул воды, КАИНИТ – хлорид калия, сульфат магния на 3 молекулы воды.



Хлор тяжелый газ, почти в 2,5 раза тяжелее воздуха. При температуре -34,05*С он становится жидким, а при температуре -101*С затвердевает. Хлор химически очень активен, сильный окислитель. Он непосредственно соединяется с многими металлами и неметаллами. Соединений хлора очень много. Самое главное из них – поваренная соль, вещество жизненно важное и необходимое для производства многих химических продуктов. Хлорид калия используется в качестве удобрения. Безводный хлороводород практически не применяется, а его раствор – соляная кислота – вещество чрезвычайно важное. Ее применяют для травления металлов, для получения многих неорганических хлоридов. Соляная кислота – непременная составляющая желудочного сока. Хлор образует и кислородсодержащие кислоты. Степень окисления хлора в соединениях меняется от -1 до +7. Хлор используется для хлорирования водопроводной воды. Соединения хлора применяют в сельском хозяйстве для приготовления инсектицидов. Хлор входит в состав такого известного полимера, как поливинилхлорид.

К А Л И Й № 19 К 2 8 8 1

39,102

Калий был впервые получен английским химиком Г.Дэви в 1807 году при электролизе расплавленного едкого кали. Калия в земной коре содержится 2,5 % по массе. Калийсодержащих минералов известно несколько сотен. Среди них: сильвин КСl,



Карналлит KCl”MgCl2”6H2O и другие. Самый распространенный минерал – ОРТОКЛАЗ –калий-алюминиевая соль кремневой кислоты. Формула этого минерала, который составляет 18 % от массы земной коры, К2О.Al2O3,6SiO2. Хотя ортоклаз слабо взаимодействует с водой, но именно из него попадает в почву большая часть калия. При химическом выветривании – разрушении ортоклаза под действием природных вод и углекислого газа – образуется поташ (карбонат калия). Поташ хорошо растворяется в воде, в результате чего калий становится доступным растениям.

Калий очень мягок – легко режется ножом, очень легок – держится на поверхности воды (плотность 0,862 г\см3), хорошо проводит тепло и ток, плавится при температуре 63,55*С. Химически калий очень активен. Водой окисляется мгновенно, загорается и даже взрывается при взаимодействии с ней. При этом образуется одна из самых щелочей – гидроксид калия. Калий соединяется со всеми неметаллами, кроме инертных газов. В соединениях степень окисления калия +1.

Большинство калийных солей растворяются в воде. Именно поэтому, из-за вымывания их из почвы, а также потому, что часть калия уходит из почвы вместе с урожаем, приходится вносить на поля калийные удобрения в больших количествах. При недостатке этого элемента замедляется рост растений, желтеют листья, плоды, например, у фруктов, становятся менее сладкими, семена теряют всхожесть. Обычно калийные удобрения – это природные или измененные в процессе переработки соли калия: хлорид калия, сульфат калия. Сульфат калия – самое дорогое калийное удобрение. Но его необходимо получать, так как некоторым растениям вреден избыток ионов хлора. Удобрения, содержащие хлорид калия, обычно вносят в почву осенью, чтобы осенние дожди и талые воды вымыли часть ионов хлора, а ионы калия, удерживаемые почвой, сохранились в ней.

Калий используется обычно в виде солей. Калийная селитра (КNO3) – двойное удобрение и хороший окислитель, компонент дымного пороха. Фторид калия – важный металлургический флюс. Марганцовка КМnO4 – окислитель и антисептик. Бертолетова соль – хлорат калия КСlO3 –нужна в пиротехнике и в производстве спичек. Карбонат калия – поташ - необходим при варке стекла.

Металлический калий употребляется крайне ограниченно – как восстановитель при получении металлического титана и как теплоноситель в атомных реакторах. Но здесь предпочитают использовать не чистый калий, а сплав калия с натрием или даже чистый натрий.

Калий получил свое название от арабского «аль-кали» - зола или щелочь. Это название предложил Гильберт.


К А Л Ь Ц И Й № 20 Са 2 8 8 2

40,08


Кальций был впервые получен в 1808 году Г.Дэви. Название элемента происходит от латинского слова «кальс», что означает мягкий камень, известь. Кальций принадлежит к числу весьма распространенных и весьма активных элементов. Щелочноземельный металл кальций легко окисляется кислородом воздуха, взаимодействует с влагой и углекислым газом, но далеко не так активно как щелочные металлы. Металлический кальций применяется весьма ограниченно, в основном в цветной металлургии – как восстановитель и для связывания вредных примесей – серы, фосфора, избыточного углерода. В виде солей кальций применяется широко. Трудно найти строительный материал, в котором не было бы кальция. Негашеная известь – оксид кальция СаО и гашеная известь – гидроксид кальция Са(ОН)2 нужны для приготовления вяжущих растворов. Кальций есть в составе стекла, цемента и бетона. Классический отделочный камень – мрамор – с точки зрения химика представляет собой карбонат кальция, как и известняк. А хлорид кальция всегда есть в составе арболитовых плит – строительного материала. Применяется в строительстве и сульфат кальция – в виде кристаллогидратов – гипса и алебастра.

Кальций – важный элемент неживой природы. Он составляет около 3% массы земной коры и входит в состав многих минералов и горных пород. Кальциевая соль фосфорной кислоты – основной компонент фосфоритов и апатитов. Мел, которым пишут в школе, еще одна разновидность карбоната кальция, равно как и применяемый в оптике исландский шпат.

Значительна роль кальция в живой природе. В организме взрослого человека больше 1 кг кальция, в виде фосфата кальция – 80%, в виде карбоната кальция – 13%. Это основные минеральные вещества костей скелета. Ионы кальция присутствуют во всех тканях и жидкостях организма. Кальций необходим для нормальной работы клеточных мембран и мышц, участвует в процессах свертывания крови. Содержание кальция регулируется в крови гормонами. Медицина широко применяет соединения кальция как лекарства при рахите, воспалительных и аллергических заболеваниях.

С К А Н Д И Й № 21 Sc 2 8 9 2

44,956

Элемент, предсказанный Д.И.Менделеевым под названием «экабор», был открыт в 1879 году шведским химиком Л.Нильсоном, который назвал этот элемент скандием в честь Скандинавии. Однако Нильсон неправильно оценил свойства скандия, считая его четырехвалентным элементом. Все поставил на свои места его соотечественник П.Клеве, который пришел к выводу, что скандий есть «экабор», предсказанный Менделеевым.



В природе скандий почти всегда содержится в виде минералов, включающих редкоземельные элементы. В земной коре его содержится примерно 0,0022% от массы земной коры. Скандий очень рассеян, поэтому чистый металлический скандий удалось получить только в 1937 году. По своим химическим свойствам он очень похож на редкоземельные элементы. В электронной оболочке скандия появляется d-электрон. Скандий – легкий металл с характерным желтым отливом, который появляется при контакте металла с воздухом.

Скандий – элемент будущего: пока нет областей его широкого применения.

Оксид скандия используют в изготовлении ферритов, люминофоров, в производстве стекла и керамики.

Т И Т А Н № 22 Т i 2 8 10 2

47,90

Этот элемент в виде оксида – белого кристаллического порошка ТiО2 – открыли в конце 18 века английский минералог У.Грегор (1791) и немецкий химик М.Клапрот (1795), который и назвал новый элемент титаном. Титаны в древнегреческой мифологии – исполины, дети бога Урана и богини Геи. Восстановить оксид титана до металла этим ученым не удалось. Металлический титан был впервые получен лишь в 1875 году русским ученым Д.К.Кирилловым. Сильно загрязненный примесями, он был хрупок, непрочен, а поэтому неинтересен для техники. И только в 1925 году голландские ученые А.Ван Аркел и И.де Бур смогли получить титан высокой чистоты.



Титан – один из самых распространенных в природе металлов, его содержание 0,57% от общей массы земной коры. Известно около 70 минералов титана. Важнейшие минералы титана – титаномагнетиты FeTiO3,nFe3O4, ильменит FeTiO3, рутил ТiО2.

Титан – довольно активный металл. При высокой температуре он реагирует с галогенами, кислородом, серой, азотом, углеродом. На воздухе на поверхности металла образуется прочная защитная оксидная пленка, поэтому титан не поддается коррозии ни на воздухе, ни в морской воде, на него не действуют азотная кислота и царская водка. Титан растворяется лишь в плавиковой кислоте.

Чистый титан – серебристо-белый металл, ковкий, пластичный, прочный, легкий. Он почти вдвое легче железа, а по прочности - превосходит многие стали. В пользу титана говорит и его сравнение с алюминием. По прочности титан превосходит его в 6 раз, а по твердости в 12 раз и к тому же может работать при более высокой температуре.

Титан широко используют в авиации и в других видах транспорта. Все шире жаропрочные и стойкие к агрессивным средам сплавы на титановой основе применяют в химическом машиностроении. Из соединений титана практически наиболее важны оксид титана 4, на основе которого делают титановые белила – самую лучшую белую краску, и титанат бария – один из лучших сегнетоэлектриков.

1   2   3   4   5   6   7


База данных защищена авторским правом ©zubstom.ru 2015
обратиться к администрации

    Главная страница