Щелочные и Щелочноземельные металлы и их роль в организме человека Са Rb Sr K Fr Na Li Ra Cs Ba. - презентация

1 Щелочные и Щелочноземельные металлы и их роль в организме человека Са Rb Sr K Fr Na Li Ra Cs Ba

2 Щелочные металлы Щелочные металлы – это элементы главной подгруппы I группы Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Эти металлы получили название щелочных, потому что большинство их соединений растворимо в воде. По-славянски «выщелачивать» означает «растворять», это и определило название данной группы металлов. При растворении щелочных металлов в воде образуются растворимые гидроксиды, называемые щёлочами.

3 Общая характеристика Атом ный номе р Названи е Атом ная масса Электр онная конфиг урация r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Степень окислени я 3Литий6,9 [He] 2s1 0,531180,513470,970, Натрий23,0[Ne]3s10,9797,9882,91,010, Калий39,1 [Ar] 4s1 0,85963,657740,910, Руби-дий85,5 [Kr] 5s1 1,5338,46880,890, Цезий132,9 [Xe] 6s1 1,8828,46780,860, Фран-ций223 [Rn] 7s

4 НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 – сподумен Li : Li 2 O Al 2 O 3 4SiO 2 – сподумен NaCl - каменная соль Na: NaCl - каменная соль - глауберова соль (мирабилит) Na 2 SO 4 10H 2 O - глауберова соль (мирабилит) NaNO 3 – чилийская селитра NaNO 3 – чилийская селитра K : KCl NaCl – сильвинит KCl MgCl 2 6H 2 O – карналлит KCl MgCl 2 6H 2 O – карналлит K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2 – полевой шпат (ортоклаз) K 2 O Al 2 O 3 6SiO 2 – полевой шпат (ортоклаз) Сподумен Карналлит Каменная соль

5 ПОЛУЧЕНИЕ Литий В настоящее время для получения металлического лития его природные минералы или разлагают серной кислотой (кислотный способ), или спекают с CaO или CaCO 3 (щелочной способ), или обрабатывают K 2 SO 4 (солевой способ), а затем выщелачивают водой. В любом случае из полученного раствора выделяют плохо растворимый карбонат лития Li 2 CO 3, который затем переводят в хлорид LiCl. Электролиз расплава хлорида лития проводят в смеси с KCl или BaCl 2 (эти соли служат для понижения температуры плавления смеси). 2LiCl(ж) = 2Li + Cl 2 В дальнейшем полученный литий очищают методом вакуумной дистилляции.

6 ПОЛУЧЕНИЕ Натрий Первым способом получения натрия стала реакция восстановления карбоната натрия углем при нагревании тесной смеси этих веществ в железной ёмкости до 1000°C: Na 2 CO 3 +2C=2Na+3CO Затем появился другой способ получения натрия электролиз расплава едкого натра или хлорида натрия.

7 ПОЛУЧЕНИЕ Калий Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления ( °C), то чаще проводят электролиз расправленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде хлор: K+ + e K 2Cl 2e Cl 2 При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде кислород: 4OH 4e 2H 2 O + O 2 При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде кислород: 4OH 4e 2H 2 O + O 2 Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре.

8 ПОЛУЧЕНИЕ Рубидий Большую часть добываемого рубидия получают как побочный продукт при производстве лития из лепидолита. После выделения лития в виде карбоната или гидроксида рубидий осаждают из маточных растворов в виде смеси алюморубидиевых, алюмокалиевых и алюмоцезиевых квасцов RbAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O, KAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O, CsAl(SO 4 ) 2 ·12H 2 O. Смесь разделяют многократной перекристаллизацией. Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина. Рубидий также выделяют и из отработанного электролита, получающегося при получении магния из карналлита. Из него рубидий выделяют сорбцией на осадках ферроцианидов железа или никеля. Затем ферроцианиды прокаливают и получают карбонат рубидия с примесями калия и цезия. При получении цезия из поллуцита рубидий извлекают из маточных растворов после осаждения Cs 3 [Sb 2 Cl 9 ]. Можно извлекать рубидий и из технологических растворов, образующихся при получении глинозёма из нефелина. Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов. Для извлечения рубидия используют методы экстракции и ионообменной хроматографии. Соединения рубидия высокой чистоты получают с использованием полигалогенидов.

9 ПОЛУЧЕНИЕ Цезий Существует несколько лабораторных методов получения цезия. Он может быть получен: нагревом в вакууме смеси хромата или дихромата цезия с цирконием; разложением азида цезия в вакууме; нагревом смеси хлорида цезия и специально подготовленного кальция. Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток. Все методы являются трудоёмкими. Второй позволяет получить высокочистый металл, однако является взрывоопасным и требует на реализацию несколько суток.

10 ПОЛУЧЕНИЕ Франций Микроскопические количества франция-223 и франция-224 могут быть химически выделены из минералов урана и тория. Другие изотопы франция получают искусственным путём с помощью ядерных реакций.

11 Физические свойства В виде простых веществ - мягкие, серебристо белые металлы, цезий имеет золотисто-желтый цвет. Плотности лития, натрия и калия меньше плотности воды ( 1 г/см3), температура плавления плавно уменьшается от лития (180оС) к цезию (28оС). Так же изменятся и температура кипения - от 1337оС у лития до 668оС у цезия. Твердость щелочных металлов мала - они легко режутся ножом. В видимой области спектра в парах щелочные металлы имеют интенсивные линии излучения: натрий - желтую, литий - карминово- красную, калий - фиолетовую, рубидий - красную, цезий - голубую. Это позволяет распознавать эти металлы с помощью пламенной фотометрии.

12 Химические свойства Из-за высокой химической активности щелочных металлов по отношению к воде, кислороду, азоту их хранят под слоем керосина. Чтобы провести реакцию со щелочным металлом, кусочек нужного размера аккуратно отрезают скальпелем под слоем керосина, в атмосфере аргона тщательно очищают поверхность металла от продуктов его взаимодействия с воздухом и только потом помещают образец в реакционный сосуд. обладают следующими свойствами: Щелочные металлы обладают следующими свойствами:. Важное свойство щелочных металлов – их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий: 1) Взаимодействие с водой. Важное свойство щелочных металлов – их высокая активность по отношению к воде. Наиболее спокойно (без взрыва) реагирует с водой литий: 2Li + 2H 2 O => 2LiOH + H 2 При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет. При проведении аналогичной реакции натрий горит жёлтым пламенем и происходит небольшой взрыв. Калий ещё более активен: в этом случае взрыв гораздо сильнее, а пламя окрашено в фиолетовый цвет.. Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла. 2) Взаимодействие с кислородом. Продукты горения щелочных металлов на воздухе имеют разный состав в зависимости от активности металла.

13 Химические свойства 4Li + O 2 => 2Li 2 O(оксид лития) 2Na + O 2 => Na 2 O 2 (пероксид натрия) K + O 2 => KO 2 (надпероксид калия) В реакциях образуются бинарные соединения: 3) В реакциях с другими неметаллами образуются бинарные соединения: 2Li + Cl 2 => 2LiCl (галогениды) 2Na + S => Na 2 S (сульфиды) 2Na + H 2 => 2NaH (гидриды) 6Li + N 2 => 2Li 3 N (нитриды) 2Li + 2C => 2Li 2 C 2 (карбиды). 4) Взаимодействие с другими веществами. При нагревании щелочные металлы способны реагировать с другими металлами, образуя интерметаллиды. Активно (со взрывом) реагируют щелочные металлы с кислотами. Щелочные металлы растворяются в жидком аммиаке и его производных аминах и амидах:

14 Химические свойства 2Na + 2NH 3 => 2NaNH 2 + H2 При растворении в жидком аммиаке щелочной металл теряет электрон, который сольватируется молекулами аммиака и придаёт раствору голубой цвет. Образующиеся амиды легко разлагаются водой с образованием щёлочи и аммиака: KNH2 + H2O => KOH + NH3 Щелочные металлы взаимодействуют с органическими веществами - спиртами (с образованием алкоголятов) и карбоновыми кислотами (с образованием солей): 2Na + 2CH 3 CH 2 OH => 2CH 3 CH 3 ONa + H 2 2Na + 2CH 3 COOH => 2CH 3 COONa + H 2 5) Качественная реакция на катионы щелочных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета: Li + - карминово-красный; Na + - жёлтый K +, Rb +, Cs + - фиолетовый

15 Химические свойства Оксиды щелочных металлов обладают всеми свойствами, присущими основным оксидам: они реагируют с водой, кислотными оксидами и кислотами: Li 2 O + H 2 O => 2LiOH K 2 O + SO 3 => K 2 SO 4 Na 2 O + 2HNO 3 => 2NaNO 3 + H 2 O Пероксиды и надпероксиды проявляют свойства сильных окислителей: Na 2 O 2 + 2NaI + 2H 2 SO 4 => I 2 + 2Na 2 SO 4 + 2H 2 O интенсивно взаимодействуют, образуя гидроксиды: Пероксиды и надпероксиды интенсивно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды: Na 2 O 2 + 2H 2 O => 2NaOH + H 2 O 2 2KO 2 + 2H 2 O => 2KOH + H 2 O 2 + O 2

16 Роль металлов в организме человека Литий В течение суток в организм взрослого человека поступает около 100 мкг лития. Ионы лития Li + быстро и практически полностью абсорбируются из желудочно-кишечного тракта, по-видимому, из тонкого кишечника, а также из мест парентерального введения. Ионы лития легко проникают через биологические мембраны. Среднее содержание лития (в мкг/г), в различных органах значительно различается: в лимфоузлах – 200, легких – 60, печени – 7, цельной крови – 6, мышцах – 5, мозге – 4. Литий можно обнаружить в костях, кишечнике, надпочечниках и других тканях. Выведение лития осуществляется преимущественно через почки и в меньшей степени с калом и потом. В организме литий, по-видимому, способствует высвобождению магния из клеточных «депо» и тормозит передачу нервного импульса, тем самым, снижая возбудимость нервной системы. Имеются данные о воздействии лития на структурные компоненты организма на различных уровнях. Одним из органов-мишеней лития может быть скелет и щитовидная железа. В костной ткани при длительном воздействии лития его концентрация оказывается более высокой, чем в других органах. Скелет, несомненно, является местом активного взаимодействия лития с магнием, кальцием и другими минеральными компонентами костной ткани. Имеются данные о влиянии лития на нейро-эндокринные процессы, жировой и углеводный обмен. В обменных процессах литий активно взаимодействует с ионами K+ и Na+.

17 Роль металлов в организме человека Литий Назначение препаратов лития на фоне дефицита натрия опасно для здоровья, т.к. может вызывать поражение почек. Кроме того, к побочным эффектам терапии препаратами лития, можно отнести угнетение функции щитовидной железы путем блокирования литием высвобождения ТТГ-рилизинг фактора, ТТГ и тироксина. Под влиянием лития возрастает поглощение глюкозы, синтез гликогена и уровень инсулина в сыворотке крови больных диабетом, применяющих препараты лития, снижается уровень глюкозы и кетоновых тел в моче. Литий обладает инсулиноподобным эффектом. Токсическая доза для человека: мг. Летальная доза для человека: данные отсутствуют.

18 Роль металлов в организме человека Натрий Натрий широко распространен во всех органах, тканях и биологических жидкостях организма человека. В противоположность калию, большая часть натрия находится во внеклеточных жидкостях - около 50%, в костях и хрящах - около 40% и менее 10% - внутри клеток. Натрий играет важную роль в процессе внутриклеточного и межклеточного обмена. Вместе с калием натрий участвует в возникновении нервного импульса, играет роль в механизме кратковременной памяти, влияет на состояние мышечной и сердечно-сосудистой систем; ионы натрия и хлора также играют важную роль в секреции соляной кислоты в желудке. Соотношение ионов натрия и калия выполняют два важных взаимосвязанных процесса: поддерживают постоянное осмотическое давление и постоянный объем жидкости. Потребление натрия в большом количестве ведет к потере калия. Именно для этого важное значение имеет сбалансированное поступление в организм как калия, так и натрия. Суточная потребность человека, как правило, перекрывается потреблением поваренной соли, которая является основным источником натрия. В сутки человек употребляет г поваренной соли, в том числе в хлебе и натуральных пищевых продуктах.

19 Роль металлов в организме человека Натрий Ряд ученых высказывают мнение, что количество потребляемой соли в сутки должно быть значительно меньше и ограничиваться содержанием ее в продуктах питания. Считается, что употребление большого количества поваренной соли является одной из основных причин развития гипертонической болезни. В тоже время отмечается, что потребность в натрии увеличивается пропорционально его потере с мочой и потом. При значительных физических нагрузках, особенно в жаркое время года или во время работы в горячих цехах, потребность в поваренной соли возрастает до 20 г в сутки. Всасывание натрия при поступлении в организм человека начинается уже в желудке и происходит в основном в тонком кишечнике. Недостаточность натрия в организме (гипонатриемия) развивается: при недостаточном поступлении натрия в организм с пищей (при анорексии, заболеваниях пищеварительного тракта, бессолевой диете и др.) при избыточном выведении натрия почками (почечная недостаточность, гипокортицизм, лечение диуретиками) при избыточном выведении натрия через кожу (длительное обильное потоотделение, обширные ожоги кожи) при потере натрия (повторные рвоты, поносы, удаление жидкости при асците, гидротораксе)

20 Роль металлов в организме человека Натрий при избыточном поступлении в организм воды или при патологической задержке ее в организме (при сердечной недостаточности, циррозах печени и др.), при которых развивается так называемая гипонатриемия от разведения, хотя общее количество натрия в организме может быть нормальным или даже повышенным. Проявляется гипонатриемия при суточном поступлении натрия с пищей менее 0,5 г следующими признаками: сухая кожа со сниженными эластичностью и тургором, нередко судороги в мышцах голеней, ано-рексия, жажда, тошнота и рвота, апатия, сонливость, иногда спутанность сознания. Отмечается значительное снижение артериального давления, тахикардия. Выделение мочи резко снижено или отсутствует (олигурия или анурия). Лечение проводят только в плане комплексной терапии с учетом основной патологии, которая вызвала гипонатриемию. При избыточном употреблении в пищу поваренной соли отмечается задержка в организме жидкости, которая затрудняет работу сердца и почек, может вызвать повышение артериального давления. В этих случаях резко ограничивают в суточном рационе количество поваренной соли ("бессолевая диета") для больных с сердечно-сосудистой недостаточностью, гипертонической болезнью и рядом заболеваний почек. В такой диете количество хлоридов натрия ограничивается содержанием в натуральных продуктах (0,5-3 г в сутки). В медицинской практике используются растворы натрия хлорида, чаще 0,9% раствор для приготовления растворов различных лекарственных препаратов и для внутривенного введения по медицинским показаниям.

21 Роль металлов в организме человека Калий Калий, как и натрий, играет большую роль в образовании буферных систем, предотвращающих сдвиги реакции среды и обеспечивающих их постоянство. Калий относится к основным внутриклеточным катионам, являясь необходимым компонентом внутриклеточной среды всех живых организмов. В организме человека около 98% калия находится внутри клеток тканей. Для всех тканей характерно определенное соотношение концентраций между калием и натрием, который содержится преимущественно во внеклеточной среде. В некоторых физиологических процессах калий выступает как антогонист натрия: увеличение концентрации калия в организме приводит к выведению из организма натрия. Соединения калия оказывают влияния на коллоидное состояние тканей, способствуют выведению из организма жидкости. Это свойство калия используют в так называемых "калиевых диетах" (диета с повышенным содержанием калия) при сердечно-сосудистой и почечной недостаточности для повышения мочевыделения и выведения натрия. Общее содержание калия в организме человека составляет г. Но это количество меняется в зависимости от возраста, пола, конституции человека. Эти сдвиги связаны и с изменением клеточной массы тела. Калий в основном содержится в растительных продуктах питания, с которыми поступает в организм человека. Наиболее богаты содержанием калия: соя, фасоль, горох.

22 Роль металлов в организме человека Калий Существенными источниками калия являются крупы, картофель, хлеб, абрикосы, персики, бананы и другие продукты. Суточная потребность калия для взрослого человека 2-3 г в сутки, а для ребенка мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются еще сезонные колебания в потреблении калия. Так, весной его потребление невысоко - около 3 г/сутки, а осенью максимальное потребление г/сутки. Для нормального обмена веществ в пищевом рационе должно выдерживаться соотношение между калием и натрием - 1:2. Учитывая тенденцию современных людей к употреблению с пищей большого количества поваренной соли, также возрастает и потребность в калии, который может нейтрализовать неблагоприятное влияние избытка количества натрия на организм. Недостаток поступления калия с пищей может привести к дистрофии даже при нормальном содержании белков в рационе. Нарушение обмена калия проявляется при хронических заболеваниях почек и сердечно-сосудистой системы, при заболеваниях желудочно-кишечного тракта (особенно, сопровождающихся поносом и рвотой), при заболевании желез внутренней секреции и другой патологии.

23 Роль металлов в организме человека Калий Недостаток калия в организме проявляется прежде всего нарушениями нервно-мышечной и сердечнососудистой систем (сонливость, нарушение движений, дрожание конечностей, замедленное сердцебиение). В лечебных целях применяются препараты калия. Избыток калия наблюдается значительно реже, но представляет собой крайне опасное состояние: вялые параличи конечностей, изменения со стороны сердечно- сосудистой системы. Такое состояние может проявляться при выраженном обезвоживании организма, гиперкортицизме с нарушением функции почек и при введении больному большого количества калия.

24 Роль металлов в организме человека Рубидий, Цезий и Франций Цезий и рубидий относят к малоизученым микроэлементам. Эти элементы находятся в окружающей среде и поступают в организм различными путями, в основном с пищей. Установлено их постоянное наличие в организме. Однако до сих пор эти элементы не считаются биотическими. Рубидий и цезий найдены во всех исследованных органах млекопитающих и человека. Поступая в организм с пищей, они быстро всасываются из желудочно- кишечного тракта в кровь. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л, причем его концентрация в эритроцитах почти в три раза выше, чем в плазме. Рубидий и цезий весьма равномерно распределяется в органах и тканях, причем, рубидий, в основном, накапливается в мышцах, а цезий поступает в кишечник и вновь реабсорбируется в нисходящих его отделах. Известна роль рубидия и цезия в некоторых физиологических процессах. В настоящее время установлено стимулирующее влияние этих элементов на функции кровообращения и эффективность применения их солей при гипотониях различного происхождения. Исходя из выраженного гипертензивного и сосудосуживающего действия, соли цезия еще в 1888 г. впервые были применены С.С.Боткиным при нарушениях функции сердечно-сосудистой системы. В лаборатории И.П.Павлова С.С.Боткиным было установлено, что хлориды цезия и рубидия вызывают повышение артериального давления на длительное время и, что это действие связано, главным образом, с усилением сердечно-сосудистой деятельности и сужением периферических сосудов.

25 Роль металлов в организме человека Рубидий, Цезий и Франций Установлено адреноблокирующее и симпатомиметическое действие солей цезия и рубидия на центральные и периферические адренореактивные структуры, которое особенно ярко выражено при подавлении тонуса симпатического отдела центральной нервной системы и дефиците катехоламинов. Солям этих металлов свойственен, главным образом, бетта-адреностимулирующий эффект. Соли рубидия и цезия оказывают влияние на неспецифические показатели иммунобиологической резистентности - они вызывают значительное увеличение титра комплемента, активности лизоцима, фагоцитарной активности лейкоцитов. Есть указание на стимулирующее влияние солей рубидия и цезия на функции кроветворных органов. В микродозах они вызывают стимуляцию эритро- и лейкопоэза (на 20-25%), заметно повышают резистентность эритроцитов, увеличивают содержание гемоглобина в них. Хлорид рубидия и хлорид цезия участвуют в газовом обмене, активируя деятельность окислительных ферментов, соли этих элементов повышают устойчивость организма к гипоксии. Франций. Соль франция FrCl использовалась для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.

26 Щелочноземельные металлы Щёлочноземельные металлы химические элементы: кальций Ca, стронций Sr, барий Ba, радий Ra. Названы так потому, что их оксиды «земли» (по терминологии алхимиков) сообщают воде щёлочную реакцию. Соли щёлочноземельных металлов, кроме радия, широко распространены в природе в виде минералов.

27 Общая характеристика Атом ный номе р Названи е Атом ная масс а Электро нная конфигу рация r г/с 3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Степень окислен ия 20 Каль - ций 40,08 [Ar] 4s2 1, ,00, Строн - ций 87,62 [Kr] 5s2 2, ,00, Барий 137,3 4 [Xe] 6s2 3, ,90, Радий226 [Rn] 7s ,9-+2

28 НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ CaCO 3 – кальцит (известняк, мрамор и др.) Ca : CaCO 3 – кальцит (известняк, мрамор и др.) Ca 3 (PO 4 ) 2 – апатит, фосфорит Ca 3 (PO 4 ) 2 – апатит, фосфорит CaSO 4 2H 2 O – гипс CaSO 4 2H 2 O – гипс CaSO 4 – ангидрит CaSO 4 – ангидрит CaF 2 – плавиковый шпат (флюорит) CaF 2 – плавиковый шпат (флюорит) SrSO 4 – целестин Sr : SrSO 4 – целестин SrCO 3 – стронцианит SrCO 3 – стронцианит BaSO 4 – барит Ba : BaSO 4 – барит BaCO 3 – витерит BaCO 3 – витерит Барит Целестин Ангидрит

29 ПОЛУЧЕНИЕ Кальций Свободный металлический кальций получают электролизом расплава, состоящего из CaCl2 (75-80 %) и KCl или из CaCl2 и CaF2, а также алюминотермическим восстановлением CaO при °C: 4CaO + 2Al => CaAl 2 O 4 + 3Ca СаCl 2 => Ca + Cl 2

30 ПОЛУЧЕНИЕ Стронций Существуют три способа получения стронция: термическое разложение некоторых соединений термическое разложение некоторых соединений электролиз электролиз восстановление оксида и хлорида восстановление оксида и хлорида Основным промышленным способом получения металлического стронция является термическое восстановление его оксида алюминием. Далее полученный стронций очищается возгонкой. 4SrO+ 2Al => 3Sr+ SrO·Al2O3 Электролитическое получение стронция электролизом расплава смеси SrCl2 и NaCl не получило широкого распространения из-за малого выхода по току и загрязнения стронция примесями. При термическом разложении гидрида или нитрида стронция образуется мелкодисперсный стронций, склонный к легкому воспламенению.

31 ПОЛУЧЕНИЕ Барий Основное сырье для получения бария баритовый концентрат (80-95 % BaSO4), который в свою очередь получают флотацией барита. Сульфат бария в дальнейшем восстанавливают коксом или природным газом: BaSO4 + 4С = BaS + 4CO BaSO4 + 2CH4 = BaS + 2С + 4H2O Далее сульфид при нагревании гидролизуют до гидроксида бария Ba(OH)2 или под действием CO2 превращают в нерастворимый карбонат бария BaCO3, который затем переводят в оксид бария BaO (прокаливание при 800 °C для Ba(OH)2 и свыше 1000 °C для BaCO3): BaS + 2H2O = Ba(OH)2 + H2S BaS + H2O + CO2 = BaCO3 + H2S Ba(OH)2 = BaO + H2O BaCO3 = BaO + CO2 Металлический барий получают из оксида восстановлением алюминием в вакууме при °С: 4BaO + 2Al = 3Ba + BaAl2O4 Очищают барий перегонкой в вакууме или зонной плавкой.

32 ПОЛУЧЕНИЕ Радий Получить чистый радий в начале ХХ в. стоило огромного труда. Мария Кюри трудилась 12 лет, чтобы получить крупинку чистого радия. Чтобы получить всего 1 г чистого радия, нужно было несколько вагонов урановой руды, 100 вагонов угля, 100 цистерн воды и 5 вагонов разных химических веществ. Поэтому на начало ХХ в. в мире не было более дорогого металла. За 1 г радия нужно было заплатить больше 200 кг золота.

33 Физические свойства. Внешне – серебристо-белые блестящие металлы, твердость значительно выше, чем у щелочных металлов. Твердость по группе уменьшается сверху вниз, барий по твердости близок к свинцу. Температуры плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных и составляют: для кальция 851оС, стронция 770оС, бария 710оС. Плотности щелочноземельных металлов в подгруппе сверху вниз увеличиваются и равны для Са, Sr и Ва, соответственно 1,54, 2,63 и 3,76 г/см3.

34 Химические свойства. 1) Реакция с водой. Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями: Ca + 2H 2 O => Ca(OH) 2 + H 2 2) Реакция с кислородом. Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO2. Ba + O 2 => BaO 2 3) С другими неметаллами образуются бинарные соединения: Ba + S => BaS (сульфиды) Ca + H 2 => CaH 2 (гидриды) Ca + 2C => CaC 2 (карбиды) 3Ba + 2P => Ba 3 P 2 (фосфиды)

35 Химические свойства : 4) Все металлы растворяются в кислотах : Ca + 2HCl => CaCl 2 + H 2 5) Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета: Ca 2+ - темно-оранжевый Sr 2+ - темно-красный Ba 2+ - светло-зеленый

36 Роль металлов в организме человека Кальций Наряду с пластической и структурной функциями (основа минерального компонента костной ткани), кальций играет решающую роль в осуществлении многих физиологических и биохимических процессов. Он необходим для нормальной возбудимости нервной системы и сократимости мышц, является активатором ряда ферментов и гормонов и важнейшим компонентом свертывающей системы крови. Содержание кальция в организме взрослого человека - около 20 г на 1 кг массы тела, а у новорожденного - 9 г на 1 кг массы тела. Около 99% всего кальция, находящегося в организме человека, содержится в костной и хрящевой тканях в виде различных соединений. Остальная часть кальция содержится внутри клеток мягких тканей и во внеклеточной жидкости. Необходимая суточная доза потребления кальция с пищей для взрослого человека составляет 0,8-1,1 г. Однако, надо учитывать, что не все формы кальция, содержащиеся в пище, легко усваиваются организмом. Усвоение кальция идет очень трудно. Соединения кальция нерастворимы в воде, а поэтому, попадая с пищей в организм человека лишь частично переходят в растворимые соединения под влиянием желудочного сока и щелочной среды тонкого кишечника. Только желчные кислоты способны перевести большую часть кальция в усвояемые формы. Считается, что наиболее усвояемые формы кальция содержатся в молоке, а поэтому сбалансированный рацион должен включать в себя не менее 0,5 л молока в сутки.

37 Роль металлов в организме человека Кальций Выводится кальций из организма в зависимости от характера пищи, с которой поступает. В растущем организме процесс окостенения происходит при нормальном соотношении между кальцием и фосфором в суточном пищевом рационе. Регулирует это соотношение витамин Д. Пониженное содержание кальция в организме человека (гипокальциемия) наблюдается при нарушении функции паращитовидных желез (гипопаратиреоидизме), нарушении всасывания в кишечнике, недостаточном выделении желчи и других заболеваниях. Гипокальциемия проявляется: тетанией (повышенная возбудимость нервной системы, проявляющаяся судорожными приступами), трофическими нарушениями, катарактой, выкрашиванием зубов, выпадением волос. Повышенное содержание кальция в организме человека (гиперкальциемия) наблюдается при избыточном введении солей кальция, повышенном их всасывании из кишечника, снижении выделения кальция через почки, при повышенном употреблении витамина Д и ряде заболеваний. Проявляется гиперкальциемия задержкой роста, ухудшением аппетита, рвотой, запорами, жаждой, повышенным мочевыделением, снижением тонуса мышц, повышением рефлексов, ухудшением памяти, реже - спутанностью сознания. Возможно отложение кальция в сосудах почек, в органах и даже в роговице глаз. Кроме медикаментозных препаратов, назначаемых при гипокальциемии и недостатке кальция в пищевом рационе, кальций входит наравне с другими химическими элементами в комплексы поливитаминов.

38 Роль металлов в организме человека Стронций Вместе с пищей в организм взрослого человека поступает 0,8–3,0 мг стронция в сутки. При избыточном поступлении стронция возникает так называемый «стронциевый рахит» или «уровская болезнь». Это эндемическое заболевание, впервые обнаруженное у населения, проживающего вблизи реки Уров в Восточной Сибири. «Уровская болезнь» возникает вследствие вытеснения ионов кальция ионами стронция из костной ткани или повышенного поступления в организм стронция на фоне дефицита кальция. Накопление в организме стронция приводит к поражению всего организма, однако наиболее типичным для этого заболевания является развитие дистрофических изменений костно-суставной системе в период роста и развития организма (формируется симметричный деформирующий остеопороз из-за торможения роста костей со стороны метаэпифизарных хрящей). Болезнь впервые описана у человека российскими врачами Н.М. Кашиным и Е.В. Беком в гг (второе название уровской болезни – болезнь Кашина-Бека). Как правило, это заболевание сопровождается выраженным нарушением фосфорно-кальциевого соотношения в крови, дисбактериозом кишечника. Стронций, поступающий с пищей, относительно плохо усваивается организмом (около 5-10%). В основном богаты стронцием растительные продукты, а также кости и хрящи. Абсорбция стронция происходит в основной, 12-перстной и подвздошной кишке. Абсорбированный в организме стронций затем выводится, в основном с мочой, в меньшей степени с желчью. В фекалиях находится неабсорбированный стронций.

39 Роль металлов в организме человека Стронций В организме взрослого человека массой 70 кг находится около 320 мг стронция, причем его основное количество (до 99%) депонировано в костях. Относительно высоки концентрации стронция в лимфатических узлах (0,30±0,08 мкг/г), легких (0,20±0,02), яичниках (0,14±0,06), печени и почках (0,1±0,03). В цельной крови обнаружено 0,02±0,002 мкг/мл стронция. Токсическая доза для человека: не токсичен. Летальная доза для человека: нет данных.

40 Роль металлов в организме человека Барий Барий относится к токсичным ультрамикроэлементам. Содержание бария в организме взрослого человека составляет около 20 мг, среднесуточное поступление лежит в пределах 0,3-1 мг. Всасываемость растворимых солей бария в желудочно- кишечном тракте составляет около 10%, иногда этот показатель доходит до 30%. В дыхательных путях резорбция достигает 60-80%. Содержание бария в плазме крови изменяется параллельно изменениям концентрации кальция. В незначительных количествах барий находится во всех органах и тканях, однако всего его больше в головном мозге, мышцах, селезенке и хрусталике глаза. Около 90% всего содержащегося в организме бария концентрируется в костях и зубах. Установлено, что при ишемической болезни сердца, хронической коронарной недостаточности, заболеваниях органов пищеварения содержание бария в тканях снижается. Даже в ничтожных концентрациях барий оказывает выраженное влияние на гладкие мышцы. Токсическая доза для человека: 200 мг. Летальная доза для человека: 3,7 г.

41 Роль металлов в организме человека Радий Радий чрезвычайно радиотоксичен. В организме он ведёт себя подобно кальцию около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз, самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и кроветворной ткани. Опасность представляет также радон газообразный радиоактивный продукт распада радия.