ВТОРНИК 28.12.21 г. 206, 208, 401, 403
ГРУППА 206 БИОЛОГИЯ 61,62
ТЕМА: Факторы эволюции человека.
Факторы
Человек – биологический вид, вышедший из биосферы и создавший искусственную среду, которую назвали ноосферой. Поэтому развитие человечества зависит от двух факторов:
- биологических – естественных и одинаковых для всех видов живых существ;
- социальных – обусловленных обществом, нормами поведения, трудом, культурой.
Изначально на эволюцию человека действовали только биологические факторы. Однако по мере эволюционного усложнения, как отдельного вида человека, так и общества (племени) в целом, значительную роль стали играть социальные факторы.
Антропогенез иногда называют антропосоциогенезом, подчёркивая значимость социальной жизни в эволюции человека.
Биологические
Человечество, как любой другой вид, формировался под влиянием движущих сил эволюции, к которым относятся:
- изменчивость;
- естественный отбор;
- мутации;
- изоляции;
- борьба за существование.
На ранних этапах антропогенеза решающую роль играл естественный отбор. Благодаря силам естественного отбора человечество приобрело характерные черты, отличающие его от остальных человекообразных обезьян. Эволюции во многом способствовало изменение образа жизни в связи с изменением климата и рельефа местности.
Благодаря естественному отбору человечество приобрело:
- развитый мозг;
- хватательную кисть;
- прямохождение;
- голую кожу (волосы сохранились только на голове).
Считается, что предками человека были дриопитеки, жившие на деревьях. С исчезновением лесов им пришлось постепенно выйти в саванны и приспособиться к новым условиям, что способствовало дальнейшей эволюции.
Социальные
На развитие способностей человека повлияли социальные факторы антропогенеза. В первую очередь выделяют коллективный труд, а именно охоту. Человек – довольно слабое существо, чтобы охотиться на крупную и опасную добычу в одиночку. Поэтому сплочение племени, распределение задач, налаживание отношений способствовали успешной охоте.
Также социальными факторами являются:
- речь – способность к общению;
- мышление – развитие логического мышления, применение опыта, обучение;
- творчество – способность создавать предметы, произведения искусства, решать нестандартные задачи;
- общественный образ жизни – проявление альтруизма, заботы, уважения к социально значимым особям.
Главное преимущество человечества перед другими животными – наличие речи. С помощью системы слов люди могут общаться, решать сложные задачи, объяснять чувства, эмоции, своё физическое состояние. Это увеличивает скорость обмена информации и принятия решения.
Социальные факторы характерны только для эволюции человека, несмотря на то, что многие животные ведут социальный образ жизни.
Что мы узнали?
Рассмотрели основные факторы антропогенеза. На эволюцию человека оказывают влияние биологические и социальные факторы. К ведущим биологическим факторам эволюции человека относятся изменчивость и естественный отбор. Социальными факторами, присущими только эволюции человека, являются труд, мышление, творчество, речь и социальный образ жизни.
ТЕМА:Предмет экологии. Экологические факторы среды.
Экология — это наука о взаимоотношениях организмов между собой и с окружающей неживой природой.
Термин «экология» ввел в научный обиход в 1866 г. немецкий зоолог и эволюционист, последователь Ч. Дарвина Э. Геккель.
Задачи экологии:
- Изучение пространственного размещения и адаптационных возможностей живых организмов, их роль в круговороте веществ (экология особей, или аутэкология).
- Изучение динамики численности и структуры популяций (популяционная экология).
- Изучение состава и пространственной структуры сообществ, круговорота веществ и энергии в биосистемах (экология сообществ, или экосистемная экология).
- Изучение взаимодействия с окружающей средой отдельных таксономических групп организмов (экология растений, экология животных, экология микроорганизмов и т. д.).
- Изучение различных экосистем: водных (гидробиология), лесных (лесоведение).
- Реконструкция и изучение эволюции древних сообществ (палеоэкология).
Экология тесно связана с другими науками: физиологией, генетикой, физикой, географией и биогеографией, геологией и эволюционной теорией.
В экологических расчетах применяется методы математического и компьютерного моделирования, метод статистического анализа данных.
экологические факторы
Экологические факторы — компоненты окружающей среды, влияющие на живой организм.
Существование определенного вида зависит от сочетания множества различных факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфичны.
Виды экологических факторов:
- Абиотические факторы — факторы неживой природы, прямо или косвенно действующие на организм.
Примеры: рельеф, температура и влажность воздуха, освещенность, течение и ветер. - Биотические факторы — факторы живой природы, влияющие на организм.
Примеры: микроорганизмы, животные и растения. - Антропогенные факторы — факторы, связанные с деятельностью человека.
Примеры: строительство дорог, распашка земель, промышленность и транспорт.
Абиотические факторы
- климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха;
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к водному обмену различают следующие экологические группы растений:
гидратофиты — растения, постоянно живущие в воде;
гидрофиты — растения, частично погруженные в воду;
гелофиты — болотные растения;
гигрофиты — наземные растения, обитающие в чрезмерно увлажненных местах;
мезофиты — растения, предпочитающие умеренное увлажнение;
ксерофиты — растения, приспособленные к постоянном недостатку влаги (в том числе суккуленты --растения, накапливающие воду в тканях своего тела (например, толстянковые и кактусы);
склерофиты — засухоустойчивые растения с жесткими, кожистыми листьями и стеблями.
- эдафические (почвенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы;
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
По отношению к плодородию почвы различают следующие экологические группы растений:
олиготрофы — растения бедных, малоплодородных почв (сосна обыкновенная);
мезотрофы — растения с умеренной потребностью в питательных веществах (большинство лесных растений умеренных широт);
эвтрофы — растения, требующие большого количества питательных веществ в почве (дуб, лещина, сныть).
- орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона;
- химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность;
- физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоемкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ГРУППЫ РАСТЕНИЙ
Все растения по отношению к свету можно разделить на три группы: гелиофиты, сциофиты, факультативные гелиофиты.
Гелиофиты — светолюбивые растения (степные и луговые злаки, растения тундр, ранневесенние растения, большинство культурных растений открытого грунта, многие сорняки).
Сциофиты — тенелюбивые растения (лесные травы).
Факультативные гелиофиты — теневыносливые растения, способны развиваться как при очень большом, так и при малом количестве света (ель обыкновенная, клен остролистный, граб обыкновенный, лещина, боярышник, земляника, герань полевая, многие комнатные растения).
Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Определенный биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия.
Однако существуют виды-космополиты, занимающие обширный ареал обитания. Например, двустворчатый моллюск мидия живет в морях и океанах обоих полушарий от полярных областей до экватора. Многие из космополитов являются синантропными видами, т.е. обитают рядом с человеком. Примеры: комнатная муха, серая крыса, конопля и подорожник. К космополитам относятся и большинство паразитов человека: дизентерийная амеба, детская острица, аскарида, вши.
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
- фитогенные — влияние растений;
- микогенные — влияние грибов;
- зоогенные — влияние животных;
- микробиогенные — влияние микроорганизмов.
Биотические факторы разделяются на антагонистические (отрицательно влияющие на организм, например хищничество, паразитизм и конкуренция) и симбиотические (положительно влияющие на организм, например комменсализм и мутуализм).
АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Хотя человек влияет на живую природу через изменение абиотических факторов и биотических связей видов, деятельность людей на планете выделяют в особую силу.
- физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолетах, влияние шума и вибрации;
- химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта;
- биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания;
- социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе: взаимодействие с домашними животными, синантропными видами (мухи, крысы и т. п.), использование цирковых и сельскохозяйственных животных.
Основными способами антропогенного влияния являются: завоз растений и животных, сокращение ареалов и уничтожение видов, непосредственное воздействие на растительный покров, распашка земель, вырубка и выжигание лесов, выпас домашних животных, выкашивание, осушение, орошение и обводнение, загрязнение атмосферы, создание мусорных свалок и пустырей, создание культурных фитоценозов. К этому следует добавить многообразные формы растениеводческой и животноводческой деятельности, мероприятия по защите растений, охране редких и экзотических видов, промысел животных, их акклиматизацию и т. п.
Влияние антропогенного фактора с момента появления человека на Земле постоянно усиливалось.
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ ВИДА
Можно установить общий характер воздействия экологических факторов на живой организм. Любой организм имеет специфический комплекс приспособлений к факторам среды и благополучно существует лишь в определенных границах их изменяемости.
Экологический оптимум — значение одного или нескольких экологических факторов, наиболее благоприятных для существования данного вида или сообщества.
БИОЦЕНОТИЧЕСКИЙ ОПТИМУМ
Биоценотический оптимум — условия среды, способствующие развитию максимально устойчивого биогеоценоза.
Условия экологического оптимума не всегда соответствуют биоценотическому оптимуму. Так, Festuca sulcata лучшие условия для своего развития может найти (при отсутствии конкуренции) в условиях более влажных, чем те, при которых она создает устойчивые сообщества.
Зона оптимума — это тот диапазон действия фактора, который наиболее благоприятен для жизнедеятельности данного вида.
Отклонения от оптимума определяют зоны угнетения (зоны пессимума). Чем сильнее отклонение от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы.
Критические точки — минимально и максимально переносимые значения фактора, за которыми организм гибнет.
Область толерантности — диапазон значений экологического фактора, при котором возможно существование организма.
Для каждого организма характерны свои максимумы, оптимумы и минимумы экологических факторов. Например, комнатная муха выдерживает колебание температуры от 7 до 50 °С, а человеческая аскарида живет только при температуре тела человека.
ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ НИША
Экологическая ниша — совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования определенного вида.
Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от ниши понятие местообитание обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей — корова и кенгуру — занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса — белка и лось, относящиеся также к травоядным животным — занимают разные экологические ниши.
Экологическая ниша всегда определяет распространение организма и его роль в сообществе.
В одном сообществе два вида не могут занимать одну и ту же экологическую нишу.
ЛИМИТИРУЮЩИЙ ФАКТОР
Лимитирующий (ограничивающий) фактор — любой фактор, который ограничивает процесс развития или существования организма, вида или сообщества.
Например, если в почве недостает какого-то определенного микроэлемента, это вызывает снижение урожайности растений. Из-за отсутствия пищи гибнут насекомые, которые питались этими растениями. Последнее отражается на выживаемости хищников-энтомофагов: других насекомых, птиц и земноводных.
Ограничивающие факторы определяют ареал расселения каждого вида. Например, распространение многих видов животных на север сдерживается нехваткой тепла и света, на юг — дефицитом влаги.
Закон толерантности Шелфорда
Лимитирующим фактором, ограничивающим развитие организма, может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия.
Закон толерантности можно сформулировать проще: плохо как недокормить, так и перекормить растение либо животное.
Из этого закона вытекает следствие: любой избыток вещества или энергии является загрязняющим среду компонентом. Например, в засушливых областях избыток воды вреден, и вода может рассматриваться как загрязнитель.
Итак, для каждого вида существуют пределы значений жизненно необходимых факторов абиотической среды, которые ограничивают зону его толерантности (устойчивости). Живой организм может существовать в определенном интервале значений факторов. Чем шире этот интервал, тем выше устойчивость организма. Закон толерантности является одним из основополагающих в современной экологии.
ЗАКОНОМЕРНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
ЗАКОН ОПТИМУМА
Закон оптимума
Любой экологический фактор имеет определенные пределы положительного влияния на живые организмы.
Факторы положительно влияют на организмы лишь в определенных пределах. Недостаточное либо избыточное их действие сказывается на организмах отрицательно.
Закон оптимума универсален. Он определяет границы условий, в которых возможно существование видов, а также меру изменчивости этих условий.
Стенобионты — узкоспециализированные виды, которые могут жить только в относительно постоянных условиях. Например, глубоководные рыбы, иглокожие, ракообразные не переносят колебания температуры даже в пределах 2–3 °C. Растения влажных местообитаний (калужница болотная, недотрога и др.) моментально вянут, если воздух вокруг них не насыщен водяными парами.
Эврибионты — виды с большим диапазоном выносливости (экологически пластичные виды). Например, виды-космополиты.
Если нужно подчеркнуть отношение к какому-либо фактору, используют сочетания «стено-» и «эври-» применительно к его названию, например стенотермный вид — не переносящий колебания температур, эвригалинный — способный жить при широких колебаниях солености воды и т. п.
ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА
Закон минимума Либиха, или закон ограничивающего фактора
Наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения.
Именно от этого минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки — зимняя температура; а для хариуса — концентрация растворенного в воде кислорода.
Этот закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус фон Либих установил, что продуктивность культурных растений в первую очередь зависит от того питательного вещества (минерального элемента), которое представлено в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.
По имени ученого названо образное представление этого закона — так называемая «бочка Либиха» (см. рис.). Суть модели состоит в том, что вода при наполнении бочки начинает переливаться через наименьшую доску в бочке и длина остальных досок уже не имеет значения.
ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
Изменение интенсивности одного экологического фактора может сузить предел выносливости организма к другому фактору или, наоборот, увеличить его.
В природной среде действие факторов на организм может суммироваться, взаимно усиливаться или компенсироваться.
Суммация факторов. Пример: высокая радиоактивность среды и одновременное содержание нитратного азота в питьевой воде и пище в несколько раз увеличивают угрозу здоровью человека, чем каждый из этих факторов в отдельности.
Взаимное усиление (явление синергизма). Следствием этого является снижение жизнеспособности организма. Повышенная влажность значительно снижает устойчивость организма к перенесению высоких температур. Уменьшение содержания азота в почве приводит к снижению засухоустойчивости злаков.
Компенсация. Пример: утки, оставшиеся зимовать в умеренных широтах, недостаток тепла возмещают обильным питанием; бедность почвы во влажном экваториальном лесу компенсируется быстрым и эффективным круговоротом веществ; в местах, где много стронция, моллюски могут заменять в своих раковинах кальций стронцием. Оптимальная температура повышает выносливость к недостатку влаги и пищи.
В то же время ни один из необходимых организму факторов не может быть полностью заменен другим. Например, недостаток влаги замедляет процесс фотосинтеза даже при оптимальной освещенности и концентрации
Интенсивность воздействия факторов среды находится в прямой зависимости от продолжительности этого воздействия. Длительное действие высоких или низких температур губительно для многих растений, тогда как кратковременные перепады растения переносят нормально.
Таким образом, факторы среды действуют на организмы совместно и одновременно. Присутствие и процветание организмов в том или ином местообитании зависят от целого комплекса условий.
ГРУППА 208 БИОЛОГИЯ 26,27
ТЕМА: Химические свойства металлов: меди, цинка, железа, хрома, никеля, платины.
Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: урок посвящён изучению основных металлов побочной подгруппы или Б-группы: меди, цинка, титана, хрома, железа, никеля и платины, их физическим и химическим свойствам, способам получения и применению.
Глоссарий
Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.
Пассивация – переход металла в неактивное состояние из-за образования на его поверхности оксидной плёнки. Может усиливаться концентрированными кислотами.
Проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек.
Хромирование/никелирование – покрытие поверхности металла другим, более устойчивым, для предотвращения коррозии.
Цинковая обманка (ZnS) – сложно идентифицируемое соединение цинка, подверженное сильному влиянию примесей на ее внешний вид.
Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ
Медь
Электронная конфигурация
Медь является металлом, расположенным в I группе побочной подгруппе и имеет следующую электронную конфигурацию:
1s2
Рисунок 1 – Электронная конфигурация атома меди
Мы видим, что у меди наблюдается проскок электрона – отступление от общей для большинства элементов последовательности заполнения электронных оболочек. По принципу наименьшей энергии электронные орбитали должны заполняться в следующем порядке:
1s → 2s → 2p → 3s → 3p → 4s → 3d …
Но для некоторых атомов энергетически более выгодно иметь наполовину (5 электронов, дальше увидим у хрома) или полностью заполненную (10 электронов, как у меди) 3d-орбиталь.
Медь имеет две валентности: 1 и 2 и проявляет степени окисления +1 и +2.
Физические свойства
Медь обладает следующими физическими свойствами
Таблица 1 – Основные физические свойства меди
Свойство | Значение |
Цвет | Светло-розовый |
Структура | Тягучая, вязкая, легко прокатывается |
Температура плавления, °С | 1083 |
Нахождение в природе
В природе медь встречается в самородном виде, а также в составе некоторых минералов:
- медный блеск, Cu2S;
- куприт, Cu2O;
- медный колчедан, CuFeS;
- малахит, (CuOH)2CO3.
Способы получения меди
Основными способами получения меди являются:
- Восстановление коксом и оксидом углерода (II). Таким образом получают медь из куприта:
Cu2O + С = 2Сu + CO
Cu2O + CO = 2Cu + CO2
- Обжиг в специальных печах до оксидов. Данный способ подходит для сульфидных и карбонатных руд.
- Электролиз. Единственный из перечисленных способов, который позволяет получить медь без примесей.
Химические свойства
При комнатной температуре медь не вступает в реакции с большинством соединений. При повышенной температуре ее реакционная способность резко возрастает.
Реакции с простыми веществами:
2Cu + O2 = 2CuO
2Cu + Cl2 = 2CuCl2
Cu + S = CuS
Реакции со сложными веществами:
Cu + 2H2SO4(конц) = CuSO4 + SO2↑ +2H2O
Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
3Cu + 8HNO3(разб) = 3Cu(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
Применение
Широкое применение находит как сама медь, так и её соединения. В чистом виде она используется для производства проводов, кабелей, теплообменных аппаратов, а также входит в состав многих сплавов.
Соединения меди, например, медный купорос CuSO4∙5H2O используется для защиты растений, а гидроксид меди является качественным реагентом для определения альдегидной группы у органических соединений, а также наличия глицерина (дает голубое окрашивание раствора).
Цинк
Электронная конфигурация
Цинк является металлом, расположенным в II группе побочной подгруппе, и имеет следующую электронную конфигурацию:
Рисунок 2 – Электронная конфигурация атома цинка
В связи с тем, что 4s-орбиталь заполнена, цинк может находиться в единственной степени окисления, равной +2.
Физические свойства
Цинк обладает следующими физическими свойствами
Таблица 2 – Основные физические свойства цинка
Свойство | Значение |
Цвет | Голубовато-серебристый |
Структура | Хрупок |
Температура плавления, °С | 419,5 |
Нахождение в природе
В природе цинк встречается только в связанном состоянии, а именно в цинковом шпате ZnCO3 и цинковой обманке ZnS. Свое название цинковая обманка получила за то, что его сложно идентифицировать, поскольку он может выглядеть совершенно по-разному: быть различного цвета и структуры в зависимости от посторонних примесей.
Способы получения цинка
Чистый цинк получают обжигом с последующим восстановлением:
ZnS + O2 = ZnO + SO2↑
ZnO + C = Zn + CO↑
Химические свойства
Цинк является довольно устойчивым металлом, поскольку на воздухе покрывается оксидной пленкой, и в дополнение практически не взаимодействует с водой при нормальных условиях. Но так же, как и медь, становится более активным при повышении температуры.
Реакции с простыми веществами:
2Zn + O2 = 2ZnO
2Zn + Cl2 = 2ZnCl2
Zn + S = ZnS
Реакции со сложными веществами:
Zn + 2NaOH(крист) = NaZnO2 + H2↑
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
Применение
Цинк является коррозионно-устойчивым металлом, поэтому он нашёл применение в производстве защитных покрытий металлов, гальванических элементов, а также как компонент сплавов.
Титан
Электронная конфигурация
Титан является элементом IV группы побочной подгруппы и имеет следующее электронное строение:
Рисунок 3 – Электронная конфигурация атома титана
Данная конфигурация позволяет атому титана проявлять две степени окисления: +2 и +4.
Физические свойства
Титан обладает следующими физическими свойствами:
Таблица 3 – Основные физические свойства титана
Свойство | Значение |
Цвет | Серебристо-белый |
Структура | Высокая прочность и взякость |
Температура плавления, °С | 1665 |
Нахождение в природе
В природе титан можно найти в составе таких минералов, как:
- титаномагнетит, FeTiO3∙Fe3O4;
- ильменит, FeTiO3;
- рутил, TiO2.
Способы получения титана
В связи с тем, что в природе не существует титановых руд, человеку приходится извлекать его путём хлорирования рудных концентратов с их последующим восстановлением с помощью магния или натрия.
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2
Для удаления примесей магния и его соли полученную смесь продуктов нагревают под вакуумом.
Химические свойства
Титан является очень активным металлом, но его оксидная пленка не даёт ему взаимодействовать при нормальных условиях ни с морской водой, ни даже с «царской водкой». Поэтому все реакции протекают при повышенных температурах.
Реакции с простыми веществами:
Ti + 2Cl2 = TiCl4
Ti + O2 = TiO2
Азотная кислота действует на титан только в форме порошка, в то время как разбавленная серная кислота реагирует с металлом:
2Ti + 3H2SO4 = Ti2(SO4)3 + 3H2↑
Применение
Титан и его сплавы отличает не только коррозионная стойкость, но и лёгкость, прочность. В связи с этим он активно используется при построении космических ракет, самолётов, подлодок и морских судов. Титан не взаимодействует с тканями организмов, из-за чего используется в хирургии.
Хром
Электронная конфигурация
Хром находится в IV группе побочной подгруппе и имеет следующее электронное строение:
Рисунок 4 – Электронная конфигурация атома хрома
Так как для атома хрома энергетически более выгодно иметь наполовину заполненную 3d-орбиталь, у него, как и у меди, наблюдается проскок электрона, что позволяет ему находиться в степенях окисления от +1 до +6, но наиболее устойчивыми являются +2, +3, +6.
Физические свойства
Хром обладает следующими физическими свойствами:
Таблица 4 – Основные физические свойства хрома
Свойство | Значение |
Цвет | Серебристо-белый с металлическим блеском |
Структура | Твердый |
Температура плавления, °С | 1890 |
Нахождение в природе
В природе большая часть хрома заключена в составе хромистого железняка Fe(CrO2)2. Иногда может встречаться в виде оксида хрома (III) и других соединениях.
Способы получения хрома
Из хромистого железняка путем восстановлением углем при высоких температурах получают смесь железа и хрома – феррохром:
FeO + Cr2O3 + 3C = Fe + 2Cr + 3CO↑
Для получения чистого хрома проводят восстановление оксида хрома (III) алюминием:
Cr2O3 + 2Al = 2Cr + Al2O3
Химические свойства
Как и все вышеописанные металлы, хром покрыт оксидной плёнкой, которую трудно растворить даже сильными кислотами. Благодаря ней он обладает высокой стойкости к коррозии, поэтому начинает реагировать с разбавленными растворами кислот лишь спустя время. Концентрированные кислоты, такие как HNO3 и H2SO4, пассивируют оксидную пленку (укрепляют ее).
Применение
Благодаря своей коррозионной стойкости, хром используют в качестве защитных покрытий (хромируют поверхности металлов и сплавов). Также используется для создания легированных сталей, речь о которых пойдет в следующем уроке.
Железо
Железо – металл, с которым мы чаще всего сталкиваемся в нашей жизни, поэтому переоценить его значимость для человека невозможно. Он является самым распространенным после алюминия и составляет 5% земной коры. Теперь перейдем к рассмотрению его строения и свойств.
Электронная конфигурация
Железо находится в VII группе Б-подгруппе и имеет такое электронное строение, которое позволяет ему находиться в двух степенях окисления: +2 и +3. Конечно, в теории железо может выступать в качестве шестивалентного металла, но из-за пространственных затруднений ему не удается образовать такое количество связей. Поэтому такое состояние является неустойчивым для данного металла.
Рисунок 5 – Электронная конфигурация атома железа
Физические свойства
Железо обладает следующими физическими свойствами:
Таблица 5 – Основные физические свойства железа
Свойство | Значение |
Цвет | Серебристо-белый |
Структура | Мягкий, пластичный |
Температура плавления, °С | 1539 |
Нахождение в природе
Встречается железо в виде различных соединений: оксидов, сульфидов, силикатов. В свободном виде железо находят в метеоритах, изредка встречается самородное железо (феррит) в земной коре как продукт застывания магмы.
Способы получения железа
Существует множество способов получения железа, и отличаются они друг от друга степенью его чистоты и требуемым типом конечного продукта.
- Восстановлением из оксидов (железо пирофорное).
- Электролизом водных растворов его солей (железо электролитическое).
- Разложением пентакарбонила железа Fe(CO)5 при нагревании до t 250°С.
- Методом зонной плавки (получение особо чистого железа).
- Технически чистое железо (около 0,16% примесей углерода, кремния, марганца, фосфора, серы и др.) выплавляют, окисляя компоненты чугуна в мартеновских сталеплавильных печах и в кислородных конверторах.
- Сварочное или кирпичное железо получают, окисляя примеси малоуглеродистой стали железным шлаком или путём восстановления руд твёрдым углеродом.
Химические свойства
Под воздействием высоких температур железо взаимодействует с простыми веществами:
2Fe + 3O2 = Fe2O3 ∙FeO
В ходе данной реакции происходит получение смеси оксидов, которую иногда записывают в виде общей формулы Fe3O4.
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Fe + S = FeS
Взаимодействует с разбавленными кислотами, причем с соляной кислотой происходит образование соли только двухвалентного железа:
Fe + 2HCl(разб) = FeCl2 + H2↑
При комнатной температуре железо пассивируется концентрированными кислотами, но при высоких температурах вступает в реакцию окисления:
2Fe + 6H2SO4(конц) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Вступает в реакцию обмена с солями, образованными катионами более слабых металлов:
Fe + CuSO4 = FeSO4 + Cu↓
Применение
Про области применения железа можно говорить достаточно долго, поэтому выделим основные направления:
- В связи с его способностью быстро намагничиваться, его используют в трансформаторах и электромоторах.
- Основная масса железа расходуется на производство различных сплавов, таких как чугун и сталь.
Никель и платина
Далее стоит обратить на два металла: никель и платина. Как нам известно, они имеют схожие области применения, но отличаются по цене и качеству, потому предлагаю сравнить их.
Электронная конфигурация
Электронное строение металлов выглядит следующим образом:
Ni …3s2 3p6 3d8 4s2
Характерные степени окисления: + 2 и +3, но последняя является неустойчивой.
Pt …5s2 5p6 5d9 6s1
Характерные степени окисления: + 2 и +4.
Физические свойства
Таблица 5 – Основные физические свойства железа
Свойство | Значение | |
Ni | Pt | |
Цвет | Серебристо-белый | Белый |
Структура | Очень твердый | Пластичный |
Температура плавления, °С | 1453 | 1769 |
Химические свойства
Никель при повышенных температурах реагирует с галогенами с образованием солей, и с кислородом с образованием оксида никеля (II), в то время как платина очень устойчива к любым взаимодействиям. Реагирует с серой и галогенами в мелкораздробленном виде.
Никель медленно взаимодействует с разбавленными кислотами, когда платина реагирует только с «царской водкой».
Применение
Оба металла активно используются в переработке нефти в качестве катализаторов.
Катализатор – вещество, которое ускоряет химическую реакцию.
Каждые 2-3 года закупаются тонны реагентов, в составе которых всего несколько десятых процента платины или никеля, но именно они определяют их стоимость.
Также они используются в составе высококачественных сплавов, а никель – как антикоррозионное покрытие.
ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЙ ЗАДАЧ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ
- Решение задачи на вычисление количества исходного реагента.
Условие задачи: При растворении меди в растворе концентрированной азотной кислоты выделилось 2 л газа. Вычислите массу прореагировавшей меди.
Шаг первый. Напишем уравнение реакции и определим, какой газ выделился, расставим коэффициенты.
Cu + 4HNO3(конц) = Cu(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O
Шаг второй. Вычислим количество вещества газа:
Шаг третий. Вычислим количество вещества меди:
По уравнению реакции: n(Cu) = 0,5n(NO2), тогда
n(Cu) = 0,5 ∙ 0,089 = 0,044 (моль)
Шаг четвёртый. Вычислим массу меди:
m(Cu) = 0,044 ∙ 46 = 2,024 (г)
Ответ: 2,024 (г).
ТЕМА:Оксиды и гидроксиды металлов.
Оксиды, образованные типичными металлами, относят к солеобразующим, основным по характеру свойств. Как вы знаете, им соответствуют гидроксиды, являющиеся основаниями, которые в случае щелочных и щелочноземельных металлов растворимы в воде, являются сильными электролитами и называются щелочами.
Например:
Оксиды и гидроксиды некоторых металлов (Be, Аl, Zn, Ge, Sn и др.) амфотерны, т. е. могут проявлять и основные, и кислотные свойства в зависимости от веществ, с которыми они взаимодействуют.
Например:
Многие металлы побочных подгрупп, имеющие в соединениях переменную степень окисления, могут образовывать несколько оксидов и гидроксидов, характер которых зависит от степени окисления металла.
Например, хром в соединениях проявляет три степени окисления: +2, +3, +6, поэтому он образует три ряда оксидов и гидроксидов, причем с увеличением степени окисления усиливается их кислотный характер и ослабляется основный.
Обратите внимание на то, что металлы побочной подгруппы в своей высшей степени окисления образуют соединения, по форме и свойствам сходные с аналогичными соединениями элементов главных подгрупп. В нашем случае хром образует кислотный оксид и кислоту, подобно сере, элементу главной подгруппы VI группы: сравните
ГРУППА 401 ХИМИЯ 25
ТЕМА:Вода. Растворы. Растворение. Вода как растворитель. |
Источник жизни, одновременно самое распространенное и загадочное вещество на Земле – это вода. Именно о ней пойдет речь в данном уроке. Казалось, привычное для каждого вещество, а до сих пор все свойства воды до конца не изучены и не объяснены. Из материалов урока вы узнаете, какими свойствами обладает это привычное, но необычное вещество, и в чем же заключается его удивительность.
А видел ли кто-нибудь из вас воду?
Вопрос показался вам нелепым? Но он относится к совершенно чистой воде, в которой нет никаких примесей. Если быть честным и точным в ответе, то придется сознаться, что такую воду ни я, ни вы пока не видели. Именно поэтому на стакане с водой после надписи «Н2О» стоит знак вопроса. Значит, в стакане не чистая вода, а что тогда?
В этой воде растворены газы: N2, O2, CO2, Ar, соли из почвы, катионы железа из водопроводных труб. Кроме того, в ней взвешены мельчайшие частицы пыли. Вот что мы называем ч и с т о й в о д о й! Много ученых работает над решением трудной проблемы – получить абсолютно чистую воду. Но пока получить такую ультрачистую воду не удалось. Однако вы можете возразить, что есть дистиллированная вода. Кстати, что она собой представляет?
На самом деле мы получаем такую воду, когда стерилизуем банки перед консервированием. Переворачиваем банку вверх дном, помещаем ее над кипящей водой. На донышке банки появляются капельки, это и есть дистиллированная вода. Но как только мы перевернем банку, в нее заходят газы из воздуха, и снова в банке – раствор. Поэтому грамотные хозяйки стараются сразу после стерилизации заполнить банки нужным содержимым. Говорят, что продукты в этом случае будут храниться дольше. Возможно, они правы. Можете поэкспериментировать! Именно потому, что вода способна растворять в себе различные вещества, ученые не могут до сих пор получить идеально чистую воду в больших объемах. А она бы так пригодилась, например, в медицине для приготовления лекарств.
Кстати, находясь в стакане, вода «растворяет» стекло. Поэтому чем толще стекло, тем дольше прослужат стаканы. А что такое морская вода?
Это раствор, в котором содержится много веществ. Например, поваренная соль. А как можно выделить поваренную соль из морской воды?
Выпариванием. Кстати, именно так поступали наши предки. В Онеге были солеварни, где из морской воды выпаривали соль. Соль продавали новгородским купцам, покупали своим невестам и женам дорогие украшения, шикарные ткани. Таких нарядов, как у поморок, не было даже у московских модниц. А все лишь благодаря знаниям свойств растворов! Итак, сегодня мы с вами говорим о растворах и растворимости.
При смешивании на стройке песка с цементом и водой строители получают так называемый «цементный раствор». Раствор ли это с химической точки зрения?
Признаки раствора:
1) раствор содержит два или более компонентов,
2) раствор – однородная система, в которой нет границы раздела веществ.
Раствор может образоваться не только при смешивании жидкого и твердого вещества. Некоторые жидкости тоже могут образовать раствор. Например, ацетон и вода – две растворимые друг в друге жидкости, при их перемешивании не видна граница раздела.
А вот бензин и вода раствора не образуют, т.к. нерастворимы друг в друге. Некоторые твердые вещества тоже могут образовывать растворы. Например, сплавы металлов – это однородные смеси, их можно назвать твердыми растворами.
Газообразные вещества также могут растворяться в жидкостях. Например, вы знаете, что рыбы дышат кислородом, растворенным в воде. Границы раздела между водой и содержащимся в ней кислородом нет. Газы смешиваются между собой всегда. Но однородные смеси газов не принято называть растворами.
Цемент и песок не растворяются друг в друге и воде, а значит, между ними существуют границы разделы. Т.е. строители называют эту смесь раствором условно.
II. Классификация растворов
Раствор – однородная система, состоящая из молекул растворителя и растворённого вещества, между которыми происходят физические и химические взаимодействия.
Растворы могут образовать:
- жидкость и твердое вещество;
- две жидкости;
- жидкость и газ;
- два твердых вещества.
Если в определённом объёме раствора содержится мало растворённого вещества, то такой раствор называют разбавленным, если много – концентрированным.
Насыщенный раствор – это раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется.
Ненасыщенный раствор - это раствор, в котором при данной температуре вещество ещё может растворяться.
Суспензией называют взвесь, в которой мелкие частицы твёрдого вещества равномерно распределены между молекулами воды.
Эмульсией называют взвесь, в которой мелкие капельки какой-либо жидкости распределены между молекулами другой жидкости.
Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворенного вещества.
Концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества.
Определите, где какой раствор?
Не следует смешивать понятия «насыщенный» и «концентрированный» раствор, «ненасыщенный» и «разбавленный» раствор.
III. Растворимость веществ в воде
Одни вещества хорошо растворяются в воде, другие мало, а третьи – не растворяются совсем.
Посмотрите видео: "Растворимость твердых веществ в воде"
Задание:
Распределите предложенные вещества - СO2 , H2, O2 ,H2SO4, уксус, NaCl, мел, ржавчина, растительное масло, спирт в пустые столбики таблицы 1, используя свой жизненный опыт.
Растворенное | Примеры веществ | |
Растворимые | Малорастворимые | |
Газ | ||
Жидкость | ||
Твердое вещество | ||
А можете ли вы сказать о растворимости FeSO4?
Для того чтобы определить растворимость веществ в воде, мы будем пользоваться таблицей растворимости солей, кислот и оснований в воде.
Растворимость увеличивается с ростом температуры (бывают исключения). Вы прекрасно знаете, что удобнее и быстрее растворять сахар в горячей, а не в холодной воде.
Посмотрите анимацию: "Тепловые явления при растворении"
Задание
Определить растворимость следующих веществ: AgNO3, Fe(OH)2, Ag2SO3, Ca(OH)2, CaCO3, MgCO3, KOH.
IV. Дополнительный материал
По соотношению преобладания числа частиц, переходящих в раствор или удаляющихся из раствора, различают растворы насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные. По относительным количествам растворенного вещества и растворителя растворы подразделяют на разбавленные и концентрированные.
Раствор, в котором данное вещество при данной температуре больше не растворяется, т.е. раствор, находящийся в равновесии с растворяемым веществом, называютнасыщенным, а раствор, в котором еще можно растворить добавочное количество данного вещества, - ненасыщенным.
Насыщенный раствор содержит максимально возможное (для данных условий) количество растворенного вещества. Следовательно, насыщенным раствором является такой раствор, который находится в равновесии с избытком растворенного вещества. Концентрация насыщенного раствора (растворимость) для данного вещества при строго определенных условиях (температура, растворитель) - величина постоянная.
Раствор, содержащий растворенного вещества больше, чем его должно быть в данных условиях в насыщенном растворе, называется пересыщенным. Пересыщенные растворы представляют собой неустойчивые, неравновесные системы, в которых наблюдается самопроизвольный переход в равновесное состояние. При этом выделяется избыток растворенного вещества, и раствор становится насыщенным.
Насыщенный и ненасыщенный растворы нельзя путать с разбавленным и концентрированным. Разбавленные растворы - растворы с небольшим содержанием растворенного вещества; концентрированные растворы - растворы с большим содержанием растворенного вещества. Необходимо подчеркнуть, что понятие разбавленный и концентрированный растворы являются относительными, выражающими только соотношение количеств растворенного вещества и растворителя в растворе.
V. Тренажёр
ЦОРы
Видео: "Растворимость твердых веществ в воде"
Видео:“Растворимость веществ. Виды растворов. Насыщенность растворов”
Анимация: "Тепловые явления при растворении"
ГРУППА 403 ХИМИЯ 36,37
ТЕМА: Химические свойства кислот в свете теории
электролитической диссоциации.
 Классификация кислот  1. По числу атомов водорода: число атомов водорода (n) определяет основность кислот: n = 1 одноосновная n = 2 двухосновная n = 3 трехосновная 2. По составу: а) Таблица кислородсодержащих кислот, кислотных остатков и соответствующих кислотных оксидов:
б) Таблица бескислородных кислот
Физические свойства кислот Многие кислоты, например серная, азотная, соляная – это бесцветные жидкости. известны также твёрдые кислоты: ортофосфорная, метафосфорная HPO3, борная H3BO3. Почти все кислоты растворимы в воде. Пример нерастворимой кислоты – кремниевая H2SiO3. Растворы кислот имеют кислый вкус. Так, например, многим плодам придают кислый вкус содержащиеся в них кислоты. Отсюда названия кислот: лимонная, яблочная и т.д. Способы получения кислот
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ №1. Распределите химические формулы кислот в таблицу. Дайте им названия: LiOH, Mn2O7, CaO, Na3PO4, H2S, MnO, Fe(OH)3, Cr2O3, HI , HClO4 ,HBr , CaCl2, Na2O, HCl , H2SO4 , HNO3 , HMnO4 , Ca(OH)2, SiO2, H2SO3 , Zn(OH)2, H3PO4 , HF , HNO2 ,H2CO3 , N2O, NaNO3 ,H2S , H2SiO3
ТРЕНАЖЁРЫ Тренажёр №1. "Формулы и названия кислот" Тренажёр №2. " Установление соответствия: формула кислоты - формула оксида" Тренажёр №3. "Действие кислот на индикаторы" Тренажёр №4. "Классификация кислот по наличию кислорода в кислотном остатке" Тренажёр №5. "Классификация кислот по основности" Тренажёр №6. "Классификация кислот по растворимости в воде" Тренажёр №7. "Классификация кислот по стабильности" Техника безопасности - Оказание первой помощи при попадании кислот на кожу Техника безопасности - Правила техники безопасности при работе с кислотами файл Техника безопасности - Правило разбавления концентрированной серной кислоты водой Тема: Особенности взаимодействия концентрированной серной и азотной кислот с металлами. Основные способы получения кислоты |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Металлы особо реагируют с серной концентрированной и азотной кислотами:
H2SO4 (конц.) + Me = Сульфат + H2O + Х
2H2SO4 (конц.) + Cu =t°C= CuSO4 + 2H2O + SO2↑
8Na0 + 5H2+6SO4 = 4Na2+1SO4 + H2S-2↑ + 4H2O
Окислительные свойства концентрированной серной кислоты
Особые свойства концентрированной серной кислоты
1. С водой образуются гидраты:
H2SO4 + nH2O = H2SO4 · nH2O + Q
"Гигроскопичность серной кислоты"
2. Органические вещества обугливаются
C12H22O11 (сахароза) - H2SO4(конц., -11H2O → 12С (уголь)
Поведение металлов в концентрированной серной кислоте и её растворе
3. Серная кислота окисляет неметаллы и металлами:
а) концентрированная H2+6SO4 – сильный окислитель; при взаимодействии с металлами (кроме Au, Pt) может восстанавливаться до S+4O2, S0 или H2S-2 (без нагревания не реагируют также Fe, Al, Cr - пассивируются):
H2SO4 (конц.) + Me = соль + H2O + Х
, где Х – H2S, S, SO2
2Ag0 + 2H2+6SO4 = Ag2+1SO4 + S+4O2 + 2H2O
8Na0 + 5H2+6SO4 = 4Na2+1SO4 + H2S-2 + 4H2O
б) концентрированная H2S+6O4 реагирует при нагревании с некоторыми неметаллами за счет своих сильных окислительных свойств, превращаясь в соединения серы более низкой степени окисления, (например, S+4O2):
неМе + H2SO4(конц.) = H2O + SO2 + кислородсодержащая кислота неМе
, где неметалл в высшей валентности
С0 + 2H2S+6O4(конц) = C+4O2 + 2S+4O2 + 2H2O
S0 + 2H2S+6O4(конц) = 3S+4O2 + 2H2O
2P0 + 5H2S+6O4(конц) = 5S+4O2 + 2H3P+5O4 + 2H2O
Тренажёр - Обобщающий тест "Элементы подгруппы кислорода и их соединения"
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
№1. Запишите уравнения реакций между серной концентрированной кислотой и следующими веществами: натрия, ртуть, сера.
Расставьте коэффициенты методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель.
№2. Вычислите объём газа (н.у.), который образуется при взаимодействии 15% - ного раствора серной кислоты массой 900 г с цинком?
№3. Осуществите превращения по схеме:
Сu → CuSO4 → Cu(OH)2 → CuO → CuSO4 → BaSO4
2. Кислородсодержащие кислоты можно получить взаимодействием соответствующих кислотных оксидов с водой:
Комментариев нет:
Отправить комментарий