План Общая харектеристика s –элементов

2. Водород и его соединения.

Водород — наиболее легкий s-элемент. Электронная формула валентной оболочки 1s¹ Водород относится к макроэлементам и играет важную роль в живых организмах. В периодической системе водород помещают как вместе с щелочными металлами, так и с галогенами. Действительно, водород сходен с элементамиIА-группы — щелочными металлами (образование иона Н⁺, восстановительная способность, взаимодействие с неметаллами).
Однако гораздо большее сходство водород имеет с галогенами: газообразное состояние при обычных условиях, двухатомная молекула простого вещества Н₂, неполярная связь в молекуле Н₂, полярные связи в соединениях с неметаллами, образование гидрид-иона Н^- в соединениях с металлами NаН, СаH₂ (подобно иону Г^- в галогенидах металлов NаГ, СаГ₂).
Таким образом, водород является элементом со специфическими свойствами и его следует рассматривать отдельно.
Основная особенность атома водорода заключается в том, что в отличие от других элементов его валентный электрон непосредственно находится в поле действия атомного ядра, так как отсутствуют промежуточные электронные оболочки, имеющиеся у других элементов. Другое отличие водорода — ионизированный атом — ион Н⁺ представляет собой элементарную частицу — протон весьма малых размеров (10^-15 м).
Водород является одним из самых распространенных элементов Вселенной.
Концентрирование водорода в организме человека — около 10% (7 кг) по сравнению с его содержанием в земной коре (1%)—свидетельствует об исключительной роли водорода в биологических процессах. На 100 атомов водорода в организме человека приходится всего 58 атомов остальных элементов. В организме человека водород содержится в виде различных биоорганических соединений и воды.
Известны три изотопа водорода: протий (H), дейтерий (D), тритий (Т). Протий и дейтерий — стабильные изотопы, тритий — радиоактивен (период полураспада 12,5 лет).
В настоящее время дейтерий широко используют в качестве метки, вводимой в различные лекарственные препараты для исследования их фармако-кинетики.
Широкое применение находит и тритий, являющийся излучателем β-частиц. Этот изотоп используется в качестве метки для изучения различных метаболических реакций и для диагностики ряда заболеваний. Особенно часто реагенты, меченные тритием, используются при исследованиях механизма действия ферментов.
Тритий используют для определения общего количества воды в организме. Для этого в организм вводят определенное количество воды, содержащей известную долю трития. После полного усвоения введенной воды отбирают образец сыворотки крови и определяют в нем радиоактивность трития. Зная радиоактивность вводимой порции воды и радиоактивность сыворотки крови, можно рассчитать общее количество воды в организме.
Хотя дейтерий не радиоактивен, при работе с дейтерированными соединениями необходимо учитывать токсическое действие дейтерия на живые организмы.
Простые вещества. Водород образует двухатомные молекулы. Наличие трех изотопов обусловливает способность водорода образовывать молекулы протия Н₂, дейтерия D₂, трития Т₂, протодейтерия НD, прототрития НТ, дейтеротрития DТ.
Наибольший интерес в связи с большой распространенностью в земной коре и живых организмах изотопа протия представляют свойства простого вещества протия Н₂ — диводорода, в дальнейшем именуемого просто водородом.
Водород — самый легкий из всех газов. Малорастворим в воде, но хорошо растворим в некоторых металлах: Рt, Рd и др. Вследствие неполярности и большой прочности молекулы Н₂ при комнатной температуре водород малоактивен и взаимодействует только с фтором. При нагревании водород реагирует со многими неметаллами — хлором, бромом, серой, кислородом и др. Восстановительная способность водорода используется для получения некоторых простых веществ из оксидов и галогенидов. Так, например, при высокой температуре происходит восстановление оксида меди (II):
СuО(т) + Н₂(г) = Сu(т) + Н₂О(г)
Вследствие высокого поляризующего действия протон никогда не существует как таковой, он обязательно соединяется с другими атомами и молекулами, например, с водой ион водорода Н⁺ образует ион оксония Н₃О⁺. В организме человека в соединениях с углеродом, азотом, серой водород ковалентно связан. Небольшая часть водорода находится в виде иона оксония Н₃О⁺ (например, в желудочном соке). Содержащиеся в желудочном соке ионы оксония проявляют, с одной стороны, противомикробное действие — убивают многие микроорганизмы, занесенные в желудок с пищей. С другой стороны, ионы Н₃О⁺ оказывают каталитическое действие — при их участии гидролизуются белки, полисахариды и другие биоорганические соединения.
Спецификой строения атома водорода обусловлено образование водородной связи. В живых организмах водородные связи имеются как в самом растворителе — воде, так и в растворенных в ней веществах — сахарах, белках, нуклеиновых кислотах и др.
Во всех соединениях, содержащихся в живых организмах, водород имеет степень окисления +1.
Наряду со способностью отдавать электрон атом водорода может присоединять электрон. При этом образуется отрицательный ион водорода — гидрид — Н^-, имеющий устойчивую электронную конфигурацию благородного газа гелия. В виде иона Н^- водород находится в соединениях с активными металлами — гидридах. При взаимодействии водорода с такими металлами проявляется его окислительная способность.
Биологическая роль важнейших соединений водорода и их применение в медицине. Вода — одно из самых важных и распространенных на Земле соединений водорода. Водное пространство занимает почти 75% поверхности земного шара. В организме взрослого человека в среднем содержится 65—67% воды, у эмбрионов (4-месячных) — 94, у новорожденных — 74%.
Все химические реакции в организме протекают только в водной среде. Жизнь без воды невозможна. Дистиллированная вода — фармакопейный препарат.
Тяжелую воду D₂О широко применяют для изучения движения воды в растениях и скорости всасывания воды в человеческом организме. Например, использование D₂О позволило установить, что в тканях некоторых растений вода двигается со скоростью 14 м в час, а вода, выпитая человеком, за 2 ч полностью распределяется по органам и тканям организма, и лишь через две недели полностью выводится из него.
названный литием (от греческого "литос" – камень), открыт в 1817 г. Когда когда проводил свои знаменитые опыты выдающийся английский ученый Хэмфри Дэви по электролизу щелочных земель, ещё не было известно о существовании в природе лития. Литиевая земля была открыта лишь в 1817 г. химиком-аналитиком Арфведсоном, шведом по национальности. В 1800 г. бразильский минералог де Андрада е Сильва, совершая научное путешествие по Европе, нашел в Швеции два новых минерала, названных им петалитом и сподуменом, который был вновь открыт на острове Уте. Арфведсон заинтересовался петалитом. После проведения полного качественного и количественного анализа, он обнаружил потерю около 4% вещества, это его конечно насторожило и дало повод для поиска недостающего вещества. Он повторил свои анализы более тщательно и щепетильно, он установил, что в петалите содержится "огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы". Берцелиус, учеником которого и был Арфведсон, предложил назвать ее литионом (Lithion), поскольку эта щелочь в отличие от кали и натра впервые была найдена в "царстве минералов" (камней); название зто произведено от греч.- камень. Арфведсон продолжал проводить исследования и обнаружил литиевую землю,или литину, и в некоторых других минералах. Но этот химический элемент ему выделить не удалось, он был очень активным и получить его было трудным делом. Небольшие массы металлического лития были получены Дэви и Бранде путем злектролиза щелочи. В 1855 г. Бунзен и Маттессен разработали промышленный способ получения металлического лития злектролизом хлорида лития. В русской химической литературе начала XIX в. встречаются названия: литион, литин (Двигубский, 1826) и литий (Гесс); литиевую землю (щелочь) называли иногда литина.
1) получение чистого хлористого лития;
2) электролиз расплавленного хлористого лития.
Наиболее важной технической литиевой рудой является — алюмосиликат лития. Сподуменовую руду сначала обогащают, отделяя пустую породу от мине рала сподумена.
Один из способов получения хлористого лития из сподумена — хлорирующий обжиг сподумена в смеси с СаС03 и NH4Cl при 750° С. В результате получают спек, состоящий из хлористого лития, силиката кальция, окиси алюминия, а также хлоридов калия, натрия и кальция.
Спек выщелачивают холодной водой, при этом в раствор переходят хлориды лития, калия и натрия, а также небольшое количество СаС12 и Са(ОН)2. При помощи промышленных кондиционеров в помещении поддерживается необходимый уровень температуры. Кальций переводят в нерастворимое состояние, обрабатывая раствор поташом, отделяют осадок и чистый раствор упаривают до начала кристаллизации солей. Затем через раствор пропускают сухой хлористый водород, в результате чего резко уменьшается растворимость КСl и NaCl и они выпадают в осадок, который отделяют от раствора. Раствор выпаривают, и из него выкристаллизовывается гидрат LiCl Но, который затем обезвоживают нагреванием и далее используют как сырье для электролитического получения лития.

названный литием (от греческого "литос" – камень), открыт в 1817 г. Когда когда проводил свои знаменитые опыты выдающийся английский ученый Хэмфри Дэви по электролизу щелочных земель, ещё не было известно о существовании в природе лития. Литиевая земля была открыта лишь в 1817 г. химиком-аналитиком Арфведсоном, шведом по национальности. В 1800 г. бразильский минералог де Андрада е Сильва, совершая научное путешествие по Европе, нашел в Швеции два новых минерала, названных им петалитом и сподуменом, который был вновь открыт на острове Уте. Арфведсон заинтересовался петалитом. После проведения полного качественного и количественного анализа, он обнаружил потерю около 4% вещества, это его конечно насторожило и дало повод для поиска недостающего вещества. Он повторил свои анализы более тщательно и щепетильно, он установил, что в петалите содержится "огнепостоянная щелочь до сих пор неизвестной природы". Берцелиус, учеником которого и был Арфведсон, предложил назвать ее литионом (Lithion), поскольку эта щелочь в отличие от кали и натра впервые была найдена в "царстве минералов" (камней); название зто произведено от греч.- камень. Арфведсон продолжал проводить исследования и обнаружил литиевую землю,или литину, и в некоторых других минералах. Но этот химический элемент ему выделить не удалось, он был очень активным и получить его было трудным делом. Небольшие массы металлического лития были получены Дэви и Бранде путем злектролиза щелочи. В 1855 г. Бунзен и Маттессен разработали промышленный способ получения металлического лития злектролизом хлорида лития. В русской химической литературе начала XIX в. встречаются названия: литион, литин (Двигубский, 1826) и литий (Гесс); литиевую землю (щелочь) называли иногда литина.