Оксид кремния IV - SiO2

Оксид кремния IV имеет атомное строение, обладает высокой прочностью и твердостью. Плавится при температуре +1730 °C градусов.

Получение

В промышленности оксид кремния IV получают нагреванием кремния в атмосфере кислорода.

Si + O₂ → SiO₂

В лабораторных условиях проводят реакция силиката натрия с уксусной кислотой. Кремниевая кислота сразу же распадается на SiO₂, который выпадает в осадок, и воду.

Na₂SiO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂SiO₃↓

H₂SiO₃ → SiO₂ + H₂O

Химические свойства

1. Реакции с кислотами

Химически SiO₂ устойчив к действию кислот, однако вступает в реакцию с газообразным фтороводородом (газом) и плавиковой кислотой (жидкостью).

SiO₂ + HF → SiF₄ + H₂O

2. Реакции с основными оксидами и щелочами

SiO₂ является кислотным оксидом, соответствует кремниевой кислоте. Вступая в реакции с основными оксидами и щелочами, образует соли данной кислоты - силикаты.

MgO + SiO₂ → MgSiO₃

NaOH + SiO₂ → Na₂SiO₃ + H₂O

С карбонатами

Так как чаще всего кислотные оксиды с солями не реагируют, тем более необычной кажется реакция оксида кремния IV с карбонатами.

K₂CO₃ + SiO₂ → K₂SiO₃ + CO₂↑

Кремниевая кислота

Слабая, малорастворимая в воде кислота. Ее соли носят название - силикаты.

Получение

Поскольку кремниевая кислота малорастворима, то банальной реакцией SiO₂ с водой ее не получить. Эту задачу решают в две стадии через ее соли - силикаты.

LiOH + SiO₂ → Li₂SiO₃ + H₂O

Li₂SiO₃ + HCl → LiCl + H₂SiO₃↓

Химические свойства

Кремниевая кислота слабая, нестойкая, легко распадается на воду и оксид кремния IV.

H₂SiO₃ → H₂O + SiO₂

Силикаты — это соли кремниевой кислоты.  Большинство силикатов нерастворимо в воде, кроме силикатов натрия и калия, их называют «жидким стеклом».

Способы получения силикатов:

1. Растворение кремния, кремниевой кислоты или оксида в щелочи:

H₂SiO₃ + 2KOH → K₂SiO₃ + 2H₂O

Si + 2NaOH + H₂O → Na₂SiO₃ + H₂

SiO₂ + 2KOH → K₂SiO₃ + H₂O

 2. Сплавление с основными оксидами:

СаО   +   SiO₂   →   CaSiO₃

 3.  Взаимодействие растворимых силикатов с солями:

K₂SiO₃ + CaCl₂    →    CaSiO₃ + 2KCl

 Оконное стекло (натриевое стекло) — силикат натрия и кальция: Na₂O·CaO·6SiO₂.

Стекло получают при сплавлении в специальных печах смеси соды Na₂CO₃, известняка CaCO₃ и белого песка SiO₂:

49. Понятие макро- и микроэлементов. Особенности химии марганца, хрома, молибдена и их роль в жизнедеятельности человека и животных.

Макроэлементы представляют собой группу неорганических химических веществ, присутствующих в организме в значительных количествах (от нескольких десятков граммов до нескольких килограммов). К группе макроэлементов относятся натрий, калий, кальций, фосфор и др.

Микроэлементы встречаются в организме в гораздо меньших количествах (от нескольких граммов до десятых долей грамма и менее). К таким веществам относятся: железо, марганец, медь, цинк, кобальт, молибден, кремний, фтор, йод и др.

 Марганец - весьма активный металл. В ряду напряжений металлов стоит между цинком и магнием. В порошкообразном состоянии марганец взаимодействует при нагревании с водой, кислородом, серой, хлором:

Mn + 2H₂O = Mn(OH)₂ + H₂ ↑;

Mn + O₂ = MnO₂;

Mn + S = MnS;

Mn + Cl₂ = MnCl₂

2. Легко растворим в кислотах:

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂ ↑

Марганец входит в состав нескольких ферментных систем и необходим для поддержания нормальной структуры костей.

Проявление недостаточности: При марганцевой недостаточности у человека развивается похудание, могут появиться транзиторный дерматит, тошнота и рвота, иногда изменяется цвет волос, замедляется их рост. Установлено, что если в пище не хватает марганца, у кормящих женщин ухудшается лактация.

Хром при обычных условиях – инертный металл, при нагревании становится довольно активным.

1. Взаимодействие с неметаллами

При нагревании выше 600°С хром сгорает в кислороде:

4Cr + 3O₂ = 2Cr₂O₃.

С водородом непосредственно не взаимодействует.

2. Взаимодействие с водой

В тонкоизмельченном раскаленном состоянии хром реагирует с водой, образуя оксид хрома (III) и водород:

2Cr + 3H₂O = Cr₂O₃ + 3H₂

3. Взаимодействие с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов хром находится до водорода, он вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот:

Cr + 2HCl = CrCl₂ + H₂;

Cr + H₂SO₄ = CrSO₄ + H₂.

В присутствии кислорода воздуха образуются соли хрома (III):

4Cr + 12HCl + 3O₂ = 4CrCl₃ + 6H₂O.

4. Взаимодействие с щелочными реагентами

В водных растворах щелочей хром не растворяется, медленно реагирует с расплавами щелочей с образованием хромитов и выделением водорода.

Функции в организме: Хром имеет большое значение в метаболизме углеводов и жиров, а также участвует в процессе синтеза инсулина. Элемент способствует нормальному формированию и росту детского организма.

Проявление недостаточности:

+Предполагается, что дефицит хрома может вызывать развитие атеросклероза и сахарного диабета, артериальной гипертензии. При снижении содержания хрома в организме человека могут возникать раздражительность, жажда, нередко отмечается снижение памяти. В тяжелых случаях могут появляться спутанность сознания и другие признаки нарушения функций ЦНС.

В обычных условиях молибден устойчив даже во влажном воздухе. Его реакционная способность зависит от степени измельченности, и мелкий порошок все же медленно окисляется во влажном воздухе, давая так называемую молибденовую синь. Энергичное взаимодействие молибдена с водяным паром начинается при 700° С, а с кислородом – при 500° С:

 

Mo + 2H₂O = MoO₂ + 2H₂

 

2Mo + 3O₂ = 2MoO₃.

 

Молибден сгорает в атмосфере фтора уже при 50–60° С, реакции с другими галогенами протекают при более высоких температурах:

Mo + 3F₂ = MoF₆

 

2Mo + 5Cl₂ = 2MoCl₅.

 

Разбавленные и концентрированные минеральные кислоты при нагревании растворяют молибден, но концентрированная HNO3 пассивирует его. При повышенных температурах с молибденом взаимодействуют сера, селен, мышьяк, азот, углерод и многие другие неметаллы.

М

олибден в организме человека постоянно присутствует как микроэлемент, участвующий преимущественно в азотном обмене. Молибден необходим для активности ряда окислительно-восстановительных ферментов (флавопротеидов). Избыток Молибдена в организме человека может вызвать нарушение обмена веществ, задержку роста костей, подагру и т.п.

50. Химия никеля, меди, цинка, кобальта и их роль в жизнедеятельности человека и животных. Токсичность соединений кадмия и ртути.

Кобальт и никель в свободном состоянии – серебристо-белые металлы. кобальт – розоватый, никель – желтоватый. Чистые металлы пластичны, незначительные примеси повышают их твердость и хрупкость. Все металлы обладают магнитными свойствами. В химическом отношении кобальт и никель относятся к металлам средней активности. Чистые металлы при комнатной температуре довольно устойчивы, их активность сильно увеличивается при нагревании, особенно если они находятся в мелкодисперсном состоянии. Наличие примесей значительно снижает устойчивость металлов. Никель – необходимый микроэлемент, в частности для регуляции обмена ДНК. Однако, его поступление в избыточных количествах может представлять опасность для здоровья. Никель в сочетании с кобальтом, железом, медью также участвует в процессах кроветворения, а самостоятельно - в обмене жиров, обеспечении клеток кислородом. В определенных дозах никель активизирует действие инсулина.

В соединениях медь проявляет две степени окисления: +1 и +2. Медь слабый восстановитель, окислить ее можно только сильными окислителями.

1. Из простых веществ медь реагирует только с кислородом, галогенами, серой:

Cu + O₂ (избыток)    CuO

 Cu + O₂ (недостаток)    Cu₂O

 Cu + Cl₂ = CuCl₂

 Cu + S    CuS

 2. Медь растворяется в азотной и концентрированной серной кислоте:

 3Cu + 8HNO₃ (разб.) = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4Н₂O

 Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2Н₂O

Cu + 2H₂SO₄ (конц.) = CuSO₄ + SO₂ + 2Н₂O

 

3. Медь не растворяется в воде.

Роль меди в организме заключается в активации тканевых ферментов, которые участвуют в дыхании клеток и превращении веществ. Также важно отметить положительное влияние меди на процесс кроветворения. При помощи меди происходит перенос железа в костный мозг и созревание эритроцитов. При недостатке меди происходит нарушение развития костной и соединительной ткани, также тормозится умственное развитие детей, увеличиваются печень и селезенка, развивается анемия. Хлеб и мучные продукты, чай, кофе, фрукты и грибы являются основными источниками меди для человека.

Цинк активный металл, сильный восстановитель, во всех соединениях проявляет степень окисления +2. Реагирует с кислородом, галогенами, серой.

Цинк реагирует со многими сложными веществами:

– проявляет амфотерные свойства, реагирует и с кислотами, и со щелочами, например:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂­

 Zn + 2NaOH + 2Н₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂­

 цинк проявляет все свойства металла средней активности, реагируя с растворами кислотами, солей, водяным паром при высокой температуре;

Цинк входит в состав многих ферментов, оказывает стимулирующее действие процесс полового созревания, образования костей, распада жировой ткани. Недостаток цинка развивается довольно редко. Иногда дефицит цинка возникает при избыточном потреблении мучных продуктов, препятствующих всасыванию цинка из кишечника. Недостаток цинка (особенно в детском возрасте) может привести к тяжелым нарушениям развития: торможение полового созревания, выпадение волос, деформация скелета.

Ядовиты только пары́ и растворимые соединения ртути. Металлическая ртуть не оказывает существенного воздействия на организм. Пары могут вызвать тяжёлое отравление. Ртуть и её соединения (сулема, каломель, цианид ртути) поражают нервную систему, печень, почки, желудочно-кишечный тракт, при вдыхании — дыхательные пути (а проникновение ртути в организм чаще происходит именно при вдыхании её паров, не имеющих запаха). По классу опасности ртуть относится к первому классу (чрезвычайно опасное химическое вещество). Опасный загрязнитель окружающей среды, особенно опасны выбросы в воду, поскольку в результате деятельности населяющих дно микроорганизмов происходит образование растворимой в воде и токсичной метилртути. Ртуть — типичный представитель кумулятивных ядов.

Механизм токсического действия кадмия заключается, по-видимому, в связывании карбоксильных, аминных и особенно сульфгидрильных групп белковых молекул, в результате чего угнетается активность ферментных систем[8]. Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей. Кадмий в норме в небольших количествах присутствуют в организме здорового человека. Кадмий легко накапливается в быстроразмножающихся клетках (например в опухолевых или половых). Он связывается с цитоплазматическим и ядерным материалом клеток и повреждает их. Он изменяет активность многих гормонов и ферментов. Это обусловлено его способностью связывать сульфгидрильные (-SH) группы.