ТЕМА: «Важнейшие соединения металлов и неметаллов в природе и хозяйственной деятельности человека»
В организме человека находятся 81 химический элемент из 92, встречающихся в природе. Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% - на неорганические.
Человеческий организм - сложная химическая лаборатория. Трудно себе представить, но ежедневно наше самочувствие, настроение и даже аппетит могут зависеть от минеральных веществ. Без них бесполезными оказываются витамины, невозможны синтез и распад белков, жиров и углеводов.
Например, если вес человека составляет 70 кг, то в нем содержится (в граммах): кальция - 1700, калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3.
Очевидно, что металлы необходимы клеткам тела человека для нормальной жизнедеятельности. Как избыток, так и недостаток металлов оказывает отрицательное влияние на организм, а некоторые металлы могут оказывать на него токсичное действие.
Роль химических элементов.
Земную кору составляют сравнительно небольшое число химических элементов. Около ½ масса земной коры приходится на кислород. Более ¼ - на кремний. Всего 18 элементов; O, Si, AL , Fe , Ca , K , Mg , H , Ti , C , Cv , P , U , Mn , F , Ba , Na , K составляют 99,8% массы земной коры. Из них на 8 элементов приходится 98% - это O, Si, AL , Fe , Ca , K , Mg , Na . Тогда как в живых организмах 6 элементов – это O, S, C , P , Н, N на их долю приходится 97,4% массы организмов. Эти элементы называют органогенами.
С химической точки зрения отбор элементов при формировании организма сводится к отбору тех из них, которые способны к образованию прочных, но в то же время и лабильных связей. Эти связи должны легко подвергаться как гомолитическому (О 2 --- О + О) так и гетеролитическому (Н 2 О == О +2Н) разрыву, а также циклизации (6 С --О). Именно поэтому органоген №1 в живой материи – это углерод. Атомы кислорода и водорода гораздо менее лабильны, но и они образуют устойчивую среду для соединений остальных элементов – это воду, тем самым обеспечивают протекание окислительно-восстановительных процессов. Атомы неметаллов (N,P,S) и металлов (Fe, Cu, Mg ) отличаются особой лабильностью в образовании различных химических связей. Такие как Si и AL составляющие большую часть земной коры в живых организмах играют второстепенную роль. Теперь дадим им характеристику.
Значение металлов в живых организмах?
Железо. Содержание его в организме. Он входит в состав гемоглобина, является кофактором каталозы – фермента разрушающего пероксид водорода и оберегающего клетки от его повреждающего действия. При недостатке железа нарушается азотистый, жировой и жировой обмен, развивается анемия. У растений заболевание хлороз – обесцвечивание листьев. Ежедневная потребность железа около 12мг.
Кальций потребность для взрослых 0,8 -1г, для детей 0,6 -0,9 г в сутки.
Кальций основной компонент костей. Ионы кальция передают возбуждение на мышечное волокно, вызывая ее сокращение, увеличивает силу сердечных сокращений, повышает фагоцитарную функцию лейкоцитов, активизирует защитную функцию белков, кальций влияет на проходимость сосудов – без этого элемента жиры, липиды и холестерин осели бы на стенках сосудов и закупорили бы их. Он способствует выведению из организма тяжелых металлов. Ионы кальция обеспечивают постоянство осмотического давления крови. Он способствует свертыванию крови при ранениях. В растениях он играет большую роль в работе устьиц. Обмен кальция и его поступления в кость регулируется витамином Д.
При недостатке кальция происходит вымывание его из костей, образуются камни в костях. Никотин, кофеин, алкоголь являются одним из причин недостатка кальция, т.к. способствуют его интенсивному выведению мочой. Недостаток в кальции вызывает увеличение свертываемости крови, уменьшению усвояемости цинка, клетками костной ткани, появление остеоартрита, катаракты, артериального давления.
Калий и натрий элементы биотоков. Так ли это?
Калий участвует в формировании костной ткани, участвует в поддержании нормальной проницаемости наружных мембран, для образования ряда ферментов, для поддержания сердечного ритма, участвует в работе нервной ткани. В человеческом организме до 0,25г. Суточная потребность 2-5г.
Натрий. Суточная потребность 0,1 -3,3 г. Натрий входит внутренний и внешний слой мембраны клетки для возникновения электрического мембранного биопотенциала.
При недостатке натрия возникают колики, судороги, нарушения кровообращения, слабость снижение давления, может быть обморок.
Металлы необходимые для жизнедеятельности человека?
В небольших количествах входит Mn, Co, Ni, Cn, Zn , AL , Cv , Ux потребность колеблется от 300мг до 0,2 мг в сутки. Цинк входит в состав ферментов. Содержание его в человеческом теле 2-3г. Используется для приготовления глазных капель, кожных мазей.
Марганец. Содержание его в человеческом теле 12-20мг. Недостаток его сказывается на рост длинных костей, на мышечный тонус, на образование хрящевой ткани.
Кобальт. Содержание 4-10мг. Он участвует в синтезе мышечных белков, нервных волокон, на усвоение кальция и фосфора, способствует включению иона железа в молекулу гемоглобина. Способствует углеводному обмену.
Никель. Содержание 14мг. В небольших количествах активирует пищеварительные ферменты. Много его в табачном дыме. В больших количествах он притупляет работу пищеварительных ферментов, влияет на зрение (кератины, керато-коньюктивиты). Влияет на работу кроветворительных органов.
Медь участвует в фотосинтезе, участвует в усвоении азота. Содержание меди 80 мг. Участвует в тканевом дыхании, влияет на образование миелина, оказывает влияние на метаболизм витаминов В 1 , С, Ф, а также усвоение йода. Входит в состав некоторых ферментов. Роль алюминия достаточно не изучена. Известно, что в организме человека больше всего в легких (5,19мг), в костях (0,5мг), в головном мозге (0,25мг), в почках (0,1 мг), в крови (0,06мг).
Тяжелые металлы и почему они опасны?
Тяжелые металлы способны соединятся белком довольно прочно, нарушать тем самым работу ферментов.
Hg – энергично соединяется с группами HS – сосредотачивается в почках нарушает их работу – отеки.
Кадмий – задерживается в почках, печени, поджелудочной железе и щитовидной, нарушая тем самым их работу.
Свинец – вызывает сильнейшее отравление, поражение десен, заболевание почек, нервной системы.
Талий – поражение десен, выпадение волос, нарушается работа желудочно-кишечного тракта, нервной системы, почки.
Хром – в основном через органы дыхания ПДК – 0,0001мг/л. Соединяется с белками содержащими железо, белками печени, костного мозга, легких, вызывая рак легких и различные аллергии.
Название химического элементаБиологическая роль в клетке
УГЛЕРОД
Входит в состав всех веществ: скелет их атомов углерода составляет их основу.
КИСЛОРОД
Для аэробных организмов служит окислителем в ходе клеточного дыхания, обеспечивая клетку энергией.
ВОДОРОД
Входит в состав всех органических веществ клетки. В наибольших количествах содержится в составе воды.
АЗОТ
Входит в состав белков, нуклеиновых кислот, аминокислот и
нуклеотидов.
СЕРА
Входит в состав серосодержащих аминокислот, витаминов и ферментов.
ФОСФОР
Входит в АТФ других нуклеотидов и нуклеиновых кислот. В состав зубной эмали.
МАГНИЙ
Входит в состав хлороформа.
КАЛЬЦИЙ
Участвует в свертывании крови, участвует в формировании костей и зубов, позвоночников и скелетов беспозвоночных.
ЦИНК
Входит в состав ферментов, участвующих в спиртовом брожении, в состав инсулина.
ЖЕЛЕЗО
Входит в состав гемоглобина, миоглобина. Хрусталики и роговицу глаз активная деятельность фермента.
ЙОД
Входит в состав тироксина – гормона щитовидной железы.
ФТОР
Входит в состав эмали зубов.
КАЛИЙ
НАТРИЙ
Участвует в проведении нервного импульса. Поддерживает осмотическое давление в клетках
Неметаллы, за исключением инертных (благородных) газов, является достаточно химически активными простыми веществами, которые взаимодействуют с металлами, другими неметаллами, а некоторые также со сложными веществами (например, горения и хлорирование метана СН 4 , горение этанола С 2 Н 5 ОН). Имея на внешнем энергетическом уровне половину и более половины электронов, чем их содержится в завершенном внешнем энергетическом уровне, атомам неметаллических элементов энергетически выгоднее присоединять, а не отдавать электроны. Поэтому в реакциях с металлами атомы неметаллических элементов присоединяют электроны, а в реакциях с неметаллами образуют совместные электрон нет пары. Узнать, до атома, которого с двух неметаллических элементов смещаются общие электронные пары в молекуле, помогает ряд электроотрицательности:
·електронегативність
электроотрицательность
В пределах одного периода с увеличением порядкового номера неметаллические свойства химических элементов и их соединений усиливаются. В пределах одной подгруппы с увеличением порядкового номера неметаллические свойства химических элементов и их соединений ослабляются.
Неметаллы более распространены в природе, чем металлы. В состав воздуха входят: азот, кислород, инертные газы. Сера образует залежи самородной серы. Месторождения самородной серы в Предкарпатье - одни из крупнейших в мире. Существуют месторождения графита, очень редко попадаются алмазы. Промышленным месторождением графита в Украине есть аваливское месторождение, сырье которого использует Мариупольский графитовый комбинат. В нескольких регионах Украины обнаружены залежи пород, которые могут содержать алмазы (в частности, в Житомирской области, на Волыни), однако промышленные месторождения пока не открыты. Значительно больше атомов неметаллических элементов образуют различные сложные вещества, среди которых доминируют оксиды, соли.
Контроль знаний :
1. Дайте характеристику подгруппе кислорода.
2.Запишите общую электронную конфигурацию для подгруппы кислорода.
3.Сравните свойства кислорода и озона.
4. Каково значение озонового слоя для жизни на Земле.
5.Перелечите области применения неметаллов.
Литература:
Срс 2
Тема:Общие сведения о минеральных удобрениях. Проблемы содержания нитратов в пищевых продуктах. Роль химии в решении продовольственной программы. Рациональное использование удобрений и проблемы охраны окружающей среды при использовании минеральных удобрений.
Базовые термины и понятия : удобрения, минеральные удобрения, нитраты, микроудобрения, виды удобрений и их применение.
План:
1.Проблема содержания нитратов в пищевых продуктах.
3. Роль химии в решении продовольственной проблемы.
Содержание:
1. Проблема содержания нитратов в пищевых продуктах.
Для человека, масса тела которого 60 кг, предельно допустимая суточная норма нитратов составляет 0,76 мг на 1 кг массы. В пределах допустимых норм нитраты не наносят ощутимый вред здоровью человека.
Однако чрезмерное использование нитратов как минеральных удобрений и качестве пищевых добавок, что придают мясным изделиям цвета натурального мяса, продлевают срок хранения мясных изделий и сыра, создает опасность превышения предельно допустимых норм их суточного потребления. Следствием этого может стать токсическое действие нитратов на организм человека. Она заключается в развитии гипоксии - кислородного голодания тканей, а также угнетении действия ферментов, катализирующих процессы тканевого дыхания. Симптомами отравления являются тошнота, рвота, посинение кожного покрова тела и слизистой оболочки рта, появляются через 4-6 часов после употребления пищи с высоким содержанием нитратов. Особенно опасны нитраты для детского организма.
Овощи и молоко содержат намного больше нитратов, чем мясо.
Меры средства, к которым нужно прибегать, чтобы избежать отравления нитратами, имеющимися в продуктах питания, такие:
1) соблюдение правил агротехники выращивания сельскохозяйственных культур;
2) потребление воды, молока, прошедших анализ на содержание в них нитратов;
3) ограниченное потребление овощных культур, выращенных в теплицах;
4) соблюдение рекомендаций по уменьшению содержания нитратов в процессе приготовления овощных блюд.
2. Общие сведения о минеральные удобрения. Рациональное использование удобрений и проблемы охраны окружающей среды при использовании минеральных удобрений.
Вещества, преимущественно соли, содержащие необходимые для растений элементы питания, называются минеральными удобрениями, их вносят в почву для повышения ее плодородия с целью выращивания высоких и устойчивых урожаев.
Такие элементы, как Азот, Калий, Фосфор поступают в них из почвы в наибольшем количестве. Без Азота не могут образовываться белковые молекулы, без Фосфора - нуклеиновые кислоты, витамины. Благодаря Калию ускоряется фотосинтез, улучшается накопления сахарозы в сахарной свекле и крахмала в картофеле, укрепляются стебли злаковых растений.
Чтобы восстановить содержание этих элементов в почве естественным способом, требуется длительное время, поэтому без дополнительного внесения удобрений урожаи из года в год неизбежно снижаются. Чтобы предотвратить это, изготавливают и вносят в почву минеральные и органические удобрения. Подсчитано, что в условиях Украины 1 грн., потрачено на производство удобрений, дает в среднем 2-3 грн. прибыли.
Основными химическими элементами, необходимыми для жизнедеятельности растений, есть (их десять): С, О, Н, М, Р, К, Са, Мg, Fе,
Такие элементы минерального питания растений, как N. Р, К и некоторые другие, необходимые растениям в больших дозах. Поэтому их называют макроэлементами, а удобрения, содержащие их,- макроудобрениями, или обычными удобрениями.
Однако кроме перечисленных 10 элементов живым организмам необходимы в очень небольших количествах (в макроколичествах) такие химические элементы, как В, Си, Со, Мп, Zn, Мо И.
Они называются микроэлементами,
а удобрения, содержащие их,- микроудобрениями
. Теперь уже нельзя обойтись без микроудобрений - витаминов полей, поскольку их применение открывает дополнительные возможности при производстве сельскохозяйственной продукции.
Минеральные удобрения подразделяют на простые (односторонние) и комплексные (сложные и смешанные).
Простые удобрения содержат один питательный элемент. Например, натриевая селитра содержит азот, а хлорид калия - калий и т. д.
Сложные удобрения в однородных частицах содержат два и более питательных элементов. Например, калийная селитра содержит калий и азот, нитрофоска - азот, фосфор, калий и т. д.
Смешанные удобрения представляют собой механические смеси различных видов удобрений - простых, сложных или тех и других. Они часто называются тукосмесями . Минеральные удобрения часто называют туками , а промышленность их производит, - туковою . В Советском Союзе создана мощная туковую промышленность. В наше время она выпускает более 40 видов минеральных удобрений.
Азотные, фосфорные и калийные удобрения. Наибольшее значение имеют азотные, фосфорные и калийные удобрения. Азотные удобрения, как уже отмечалось, содержащие связанный азот. Это селитры (нитраты натрия, калия, аммония кальция), соли аммония, жидкий аммиак, аммиачная вода, мочевина СО (NН 2) 2 , (применяется и как кормовой средство для скота, содержит больше азота - 47 %) и др. Из этих удобрений теперь наиболее широко применяется аммиачная селитра, т.е. нитрат аммония. Чтобы он не злежувався, его выпускают в гранулированном (зернистом) виде.
Фосфорные удобрения - это кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты. Они составляют половину всех минеральных удобрений, производимых. Самыми распространенными фосфорными удобрениями являются такие:
Фосфоритная мука, которую добывают при тонком размалывании фосфоритов. Поскольку оно содержит малорастворимую соль Са 3 (РО 4) 2 , то может усваиваться растениями только на кислых почвах - подзолистых и торфяных. Усвоению способствует мягкость помола, а также внесение его в почву вместе с кислыми удобрениями, например с (МН 4) 2 SО 4 или навозом.
Простой суперфосфат, который добывают обработкой апатитов и фосфоритов серной кислотой. Цель обработки - добыть растворимую соль, которая хорошо усваивается растениями в любом грунте:
Смесь добытых солей и обычно называется простым суперфосфатом, его производят в очень больших количествах, как в гранулированном виде, так и в виде порошка. Гранулированное удобрение имеет ряд преимуществ по сравнению с порошковым: его легче хранить (не слеживается); удобнее вносить в почву с помощью туковых сеялок, а главное - на большинстве почв оно дает более высокий прирост урожая.
Двойной суперфосфат
- концентрированное фосфорное удобрение состава Са(Н 2 РО4) 2 . По сравнению с простым суперфосфатом не содержит балласта – Са 8 O 4 . Добыча двойного суперфосфата осуществляют в две стадии. Сначала добывают фосфорную кислоту. Затем водным раствором фосфорной кислоты обрабатывают апатит или фосфорит. Количество исходных продуктов берут согласно уравнению:
Преципитат
- концентрированное фосфорное удобрение состава СаНРО 4 2Н?О. Малорастворимое в воде, но хорошо растворяется в органических кислотах. Образуется при нейтрализации фосфорной кислоты раствором гидроксида кальция:
Костную муку, которую добывают переработкой костей домашних животных, содержит Са(РО 4) 2 . Аммофос - удобрение, содержащее фосфор и азот. Образуется при нейтрализации фосфорной кислоты аммиаком. Обычно содержит соли NН 4 Н 2 РО 4 и (NН 4) 2 НРО 4 . Итак, фосфорными удобрениями е кальциевые и аммонийные соли фосфорной кислоты.
Калийные удобрения также необходимые для питания растений. Недостаток калия в почве заметно уменьшает урожай и устойчивость растений к неблагоприятным условиям. Поэтому около 90 % солей калия, которые добывают, используют как калийные удобрения.
3. Роль химии в решении продовольственной проблемы.
Большое внимание уделяют производству смешанных удобрений, содержащих микроэлементы. В настоящее время производство продуктов питания, в частности растительного происхождения, беспокоит все человечество. С годами посевных площадей становится все меньше и меньше, а имеющиеся истощаются на содержание элементов питания. Выйти из такой критической ситуации позволяет рациональное использование удобрений. В индивидуальных хозяйствах в основном пользуются органическим удобрением - перегноем, в коллективных - неорганическими
В индивидуальных хозяйствах в основном пользуются органическим удобрением - перегноем, в коллективных - неорганическими. Чаще всего удобрения вносят в почву во время пахоты, хотя практикуют и прикорневые подкормки в период активной вегетации.
Комнатные растения подкармливают раствором специально подобранной смеси удобрений весной и в начале лета.
Чтобы удобрения приносили наибольшую пользу, нужно знать, когда и какие удобрения лучше использовать, какой способ внесения выбрать, как согласовать время внесения удобрения с погодными условиями и много чего другого. Это является предметом исследования в агрохимии.
Чаще всего удобрения вносят в почву во время пахоты, хотя практикуют и прикорневые подкормки в период активной вегетации. Комнатные растения подкармливают раствором специально подобранной смеси удобрений весной и в начале лета. Чтобы удобрения приносили наибольшую пользу, нужно знать, когда и какие удобрения лучше использовать, какой способ внесения выбрать, как согласовать время внесения удобрения с погодными условиями и много чего другого. Это является предметом исследования в агрохимии.
Агрохимия - наука, изучающая взаимосвязаны химической биологические процессы в почве и растениях, выявляет пути повышения урожайности сельскохозяйственных культур
.
Фундаментальные исследования питания растений и применения удобрений, которые являются общепризнанными в агрохимии и получили мировое признание, осуществил русский ученый Д. М. Прянишников. (Дмитрий Николаевич Прянишников (1865-1948) - автор более 550 научных трудов). Был одним из организаторов научно-исследовательского института, который ныне носит название Научно-исследовательский институт агрохимии имени Д. М. Прянишникова. Ему принадлежат теория азотного питания растений, схема преобразования нитрогеносодержащих веществ в растениях, апробация различных видов удобрений в основных аграрных районах бывшего СССР, в частности Украины. Ученый исследовал известкования кислых почв.
Контроль знаний :
1.Как определить содержание нитратов в пищевых продуктах?
2.Какова роль химии в решении продовольственной проблемы?
3.Что такое агрохимия?
4. Как классифицируются удобрения?
Литература:
Неметаллы в природе. В природе встречаются самородные неметаллы N2 и O2 (в воздухе), сера (в земной коре), но чаще неметаллы в природе находятся в химически связанном виде. В первую очередь это вода и растворённые в ней соли, затем минералы и горные породы (например различные силикаты, алюмосиликаты, фосфаты, бораты, сульфаты и карбонаты). По распространенности в земной коре неметаллы занимают самые различные места: от трех самых распространенных элементов (O, Si, H) до весьма редких (As, Se, I, Te).
Слайд 3 из презентации «Химия неметаллов» . Размер архива с презентацией 1449 КБ.Химия 9 класс
краткое содержание других презентаций«Химия неметаллов» - Химическое строение и свойства металлов и неметаллов. Аллотропия углерода. Положение металлов в Периодической системе химических элементов. Презентация урока по химии для 9 класса. Неметаллы в природе. Неметаллы. Красный фосфор. Тема: НЕМЕТАЛЛЫ. Кислород. М. Аллотропия. Физические свойста неметаллов. Алмаз. К неметаллам относятся также водород Н и инертные газы. Общая характеристика и свойства неметаллов.
«Неметаллы» - РЯД ЭЛЕКТРООТРИЦАТЕЛЬНОСТИ НЕМЕТАЛЛОВ. Твердое Углерод кремний. Чем объясняется разнообразие агрегатного состояния неметаллов. Решетка) Красный фосфор – белый фосфор (строение молекулы Р2 и Р4). Как вы думаете, в таблице больше металлов или неметаллов? Тест. Неметаллы. Примеры: Алмаз – графит (крист. Химия 9 класс Учитель Кулешова С.Е. Жидкое Бром. Аллотропия. Назовите самые активные и сильные неметаллы. Кислород О2 и Озон О3. Агрегатное состояние. Газообразное Кислород, водород. Физические свойства.
«Галогены химия» - Биологическая роль хлора. Результаты исследования. Ферменты становятся активными в кислой среде при 37-38 °С. Результаты исследования распространение в природе. Участвует в образовании соляной кислоты, обмене веществ, построении тканей. Выводы и рекомендации. Биологическая роль брома. Растворение бромида натрия в воде Жёлтый осадок AgBr?. Цели и задачи. Результаты исследования открытие галогенов. Перспективы проекта. 2011 год, с.Петропавловское.
«Алкадиены химия» - Алкадиены с изолированными двойными связями. Центральный атом С-Sp3-гибридизация. Урок химии в 9 классе Учитель: Дворничена Л.В. Актуализация ранее полученных знаний. Схема строения аллена. Алкадиены: строение,номенклатура,гомологи,изомерия. Игра. Крайний атом С-Sp2-гибридизация. Алкадиены с кумулированным расположением двойных связей. Номенклатура алкадиенов. Сопряженные алкадиены.
«Химическое равновесие» - Задание 2: Написать кинетические уравнения для химических реакций. Необратимые. Изменение прямой и обратной скорости реакции в процессе установления химического равновесия. Химическое равновесие. Vпр=Vобр. Задание 1: Написать факторы, влияющие на скорость химических реакций. I вариант hcl + O2?H2O + cl2. Химические реакции. II вариант H2S + SO2 ? S + H2O. Обратимые.
«Характеристика металлов» - Применение металлов в жизни человека. Свойства металлов. Общая характеристика. Хорошая электропроводность. Общая характеристика металлов. Нахождение металлов в природе. Разновидность металлов. Другие металлы коррозируют, но не ржавеют. Металлы составляют одну из основ цивилизации на планете Земля. Ржавление и коррозия металлов. Металлы. Содержание работы: Из медицинских препаратов, содержащих благородных металлов, наиболее распространены ляпис, протаргол и др.
В число десяти элементов, знакомых людям с глубокой древности, входят два неметалла — углерод и сера. Оба элемента встречаются в природе в свободном состоянии.
Молекула серы состоит из восьми атомов, соединяющихся друг с другом в кольцо. При нагревании такие кольца разрываются, а при более высокой температуре образовавшиеся це-почки укорачиваются, так что сера становится смесью молекул, содержащих 8, 6 и 2 атома. При очень высокой температуре пары серы состоят из молекул S 2 , т. е. построены так же, как молекулы кислорода, азота, хлора в обыч-ных условиях. Самое устойчивое состояние серы — кольцеобразная молекула S 8 . При бы-стром охлаждении расплавленной серы разор-ванные кольца не успевают замкнуться и сера становится пластичной, а затем, превращаясь в самую устойчивую форму, возвращает себе привычный внешний вид и свойства.
Так проявляется один из самых универсаль-ных законов: все процессы в природе идут так, чтобы достигалось самое устойчивое со-стояние, энергия которого самая маленькая (камень падает с горы, потому что у ее под-ножия он будет обладать самой маленькой по-тенциальной энергией; сжатая пружина раз-жимается, потому что это ведет к снижению ее потенциальной энергии; атом любого эле-мента стремится к образованию устойчивой наружной оболочки, так как это тоже отвечает минимуму энергии).
Углерод встречается в природе в двух раз-личных формах (аллотропических видоизмене-ниях), отличающихся друг от друга строе-нием кристаллической решетки: это — алмаз и графит. Люди не сразу пришли к по-ниманию того, что благороднейший алмаз и невзрачный уголь — близнецы. А между тем установить это было совсем просто: в один прекрасный день с помощью линзы скон-центрировали солнечные лучи на кристаллике алмаза, помещенного под стеклянный колпак. Алмаз... сгорел, а под колпаком образовался углекислый газ — тот же самый, что образует-ся при горении угля...
Если алмаз — одно из редчайших произведе-ний природы, то графит и уголь образуют мощ-ные залежи. Правда, уголь почти никогда не состоит из чистого углерода, а всегда содержит различные примеси.
Недавно было установлено, что обычная сажа имеет строение, похожее на строение графита.
В течение долгого времени она причиняла людям одни неприятности, засоряя дымо-ходы, загрязняя воздух. Сажу использова-ли лишь для приготовления красок, туши и т. п. Но в последние десятилетия ее стали спе-циально готовить, причем для этого пришлось строить большие заводы, придумывать способ сжигать топливо так, чтобы сажи получалось как можно больше. Сажа — необходимый ком-понент при изготовлении резины из каучука. Специальным образом приготовленный аморф-ный углерод широко используется для поглоще-ния (адсорбции) многих веществ и как основа для нанесения катализаторов.
Графит очень нужен людям не только для карандашей. Порошок графита — хорошая смаз-ка для трущихся частей машин. Из графита делают электроды для различных электриче-ских устройств, потому что графит хорошо про-водит электрический ток, и это, пожалуй, единственный пример хорошей электропроводности среди неметаллов.
Азот и кислород составляют 99% атмосферы нашей планеты (78%— азот и 21%— кислород). Галогены встречаются в природе в виде раз-личных соединений, и это понятно — ведь они очень активны. Но кислород тоже очень актив-ный неметалл. Как же это совместить с большим количеством свободного кислорода в природе? Нет ли здесь какого-то противоречия?
Все дело в огромной роли, которую играют в химии Земли растения. Это они — действующие «фабрики» — производят кислород. Если бы вдруг в один совсем не прекрасный день весь растительный мир пере-стал существовать, ко-личество кислорода не-медленно начало бы уменьшаться, а через 3000 лет в атмосфере со-всем не осталось бы ки-слорода... И все же вы-сокая химическая актив-ность кислорода сказы-вается на его судьбе. Ко-личество свободного кислорода 10 15 т, т. е. 1 миллион миллиардов тонн. В соединениях с другими элементами его содержится в 10 000 раз больше.
Без кислорода нет дыхания, а без дыхания нет жизни. Но значение кислорода для жизни не ограничивается только этим. Из двух аллотропных видоизменений кислорода — «обыч-ного» кислорода O 2 и озона O 3 — устойчивой является именно первая форма.
Озон довольно быстро превращается в «обычный» кислород, если не успевает вступать в реакцию с другими веществами. Солнце могло бы стать причиной гибели всего живого, потому что, кроме бла-годатного тепла и света, оно посылает на Зем-лю разящий поток губительных ультрафиоле-товых лучей. И защищает нас от этого врага невидимое кислородное «одеяло»: на большой высоте ультрафиолетовые лучи встречаются с молекулами кислорода, «разбивают» их и пре-вращают в молекулы озона. Образовавшийся озон и задерживает смертоносное излучение Солнца.
О кислороде обычно говорят: «газ без цве-та, без запаха, без вкуса». Это верно, но лишь для привычных нам условий. Если обычный воздух охладить ниже -150° под давлением в 40 атм, он превращается в бесцветную жидкость. Если такую жидкость поместить в специальные сосуды с двойными стенками из зеркального стекла, между которыми выкачан воздух, то жидкий воздух медленно испаряется, причем легче улетучивается азот. Поэтому в конце концов в сосуде останется чистый жидкий кис-лород. Оказывается, жидкий кислород совсем не бесцветный, а голубой... Его помещают под давлением в стальные баллоны и используют там, где это необходимо. А необходимость в кислороде большая. Для выплавки чугуна, например, в домну вдувают воздух, необходи-мый для сгорания топлива. Но необходим-то только кислород, а азот активно мешает про-цессу, уносит тепло, ухудшает качество метал-ла. Поэтому в доменном процессе очень перспек-тивно применение чистого кислорода. Жидкий кислород используют в качестве окислителя топлива в некоторых системах космических ракет.
Азот — «безжизненный» газ, как его на-звали когда-то (он не поддерживает горения и дыхания),— интересный неметалл. Молекула N 2 очень прочна, поэтому азот с трудом вступа-ет в реакции. Свободный азот — самая устой-чивая форма существования этого элемента в природе. Значительная часть азота на Земле находится именно в атмосфере, а те сравнитель-но небольшие скопления соединений азота, ко-торые есть на Земле, обязаны своим происхож-дением в основном живым организмам. 
Мы уже знаем, что растения освобождают кислород и выделяют его в атмосферу. С азотом дело обстоит как раз наоборот: живые организмы связывают азот атмосферы. Подсчитано, что так называемые азотобактерии, живущие в почве, способны за год связать 50 кг азота на каждом гектаре Земли. Бактерии же, обитающие на корнях бобовых растений, перерабатывают втрое больше атмосферного азота в расчете на 1 га ! Есть бактерии, «работающие» в обратном направлении,— они возвращают связанный в соли азотной кислоты элемент опять в атмосферу.
При электрических разрядах в атмосфере во время грозы азот вступает в соединение с кислородом и в конце концов превращается в азотную кислоту. Потоки азотной кислоты, льющиеся на землю с грозовым дождем! Не слишком ли это преувеличено? Судите сами: в среднем на всех материках происходит более 40 000 гроз в день, и эти грозы приносят еже-годно около 15 кг связанного азота на 1 га зем-ной поверхности.
В наше время в судьбу азота активно вме-шался человек. Еще 140 лет назад первую пар-тию чилийской селитры — одного из важнейших азотных удобрений — выбросили в море... за ненадобностью. Сегодня на сотнях заводов превращают атмосферный азот в химические соединения, без которых невозможна ни сов-ременная промышленность, ни сельскохозяй-ственное производство.
Один из методов связывания атмосферного азота подражает природе: смесь азота и кисло-рода пропускают через электрическую дугу и получают окисел N0, который далее легко реагирует с кислородом воздуха, превращаясь в бурый NO 2 . При растворении в воде он дает азотную кислоту. Этот метод сейчас отступает перед самым распространенным процессом — синтезом аммиака из смеси азота и водорода в присутствии катализатора:
Если вы внимательно читали эту главу, вы обязательно должны задать коварный вопрос: все процессы в природе должны вести к умень-шению энергии, все элементы должны находиться в своей самой устойчивой форме — «камень обязательно должен упасть»?.
Как же может случиться, что кислород на-ходится не в устойчивой форме своих соеди-нений, а в свободном состоянии; наоборот, по-чему же азот, максимально устойчивый в своем элементарном состоянии, все же превращается в различные соединения?
Частично мы уже ответили на этот вопрос, подчеркнув роль живых организмов в судьбе этих двух элементов. Да, «камень должен упасть», если он предоставлен самому себе. Но не требует доказательств тот очевидный факт, что любой из нас может взять этот упавший камень и поднять его обратно на гору. Для этого нужно лишь затратить энергию. Теперь ясно, почему растения способны произвести превращения, о которых мы рассказали: ведь они затрачи-вают энергию, которую получают от Солнца.
Подсчитано, что масса живого вещества на Земле составляет один грамм на каждый квад-ратный сантиметр поверхности. Много ли это? Много! Ведь только благодаря участию живых организмов в атмосфере появился свободный кислород, на суше и в морях образовались огромные залежи известняков, мела, фосфори-тов, углей, нефти. Недаром эти минералы назы-вают биолитами. Растения вмешиваются в распределение элементов в земной коре, кон-центрируя одни из них, способствуя рассеива-нию других. В течение года растения фикси-руют 8,2 млрд. т азота и 184 млрд. т углерода. Не удивительно поэтому, что общий вес живых организмов в 2,5 раза превышает вес всего никеля, хрома, цинка, свинца и золота земной коры, вместе взятых.
Загрузка...