Возможность улучшения качества учебно-воспитательной работы на уроках химии путем экологизации содержания темы "S-элементы"

При избытке ионов Sr2+ возникает эндемическая уровская болезнь. Это заболевание было обнаружено у населения, проживающего у реки Уровы в Восточной Сибири. Характерными особенностями болезни являются размягчение и искривление костей. Анализ почвы этой местности показал повышенное содержание в ней стронция. Вследствие этого в костной ткани происходило вытеснение ионов кальция ионами стронция, кот

орый не способен выполнять функции ионов Са2+. Результатом этого процесса является возникновение стронциевого рахита.

Токсичны и соли бария. Механизм действия этих солей заключается в том, что ионы Ва2+, имея одинаковый радиус с ионом К+, конкурируют с ним в биохимических процессах. В результате такой взаимозамещаемости возникает гипокалиемия. Ионы бария могут проникать и в костные ткани, вызывая эндемические заболевания (например, болезнь па-пинг).

Элементы ПА-группы, за исключением бериллия, обладают выраженными металлическими свойствами. В виде простых веществ они представляют собой серебристо-белые металлы с высокими температурами плавления. По плотности, за исключением радия, они относятся к легким элементам. Вследствие существенного различия в строении пространственных кристаллических решеток многие физические свойства в ряду Be—Ra изменяются незакономерно (плотность, температуры плавления и кипения).

Элементы IIА-группы — сильные восстановители, причем восстановительная активность с увеличением радиуса атома в ряду Be—Ra закономерно возрастает. Подобно щелочным металлам, они легко окисляются на воздухе, но при этом образуются оксиды ЭО, а не пероксиды:

Как и щелочные металлы, кальций, стронций, барий, радий вытесняют водород из воды даже при комнатной температуре. При этом образуются гидроксиды Э(ОН)г. Активность взаимодействия с водой в ряду Са—Sr—Ва—Ra существенно возрастает. В отличие от них бериллий не взаимодействует с водой, так как его поверхность покрыта плотной оксидной пленкой. Магний медленно взаимодействует с водой вследствие образования малорастворимого гидроксида Mg(OH)2, покрывающего поверхность металла и затрудняющего дальнейшее протекание реакции.

Среди оксидов элементов IIА-группы в качестве лекарственного препарата применяют магний оксид MgO. Основные свойства магния оксида и его нерастворимость в воде обуславливают его применение в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока:

MgO (т) + 2НС1 (жел. сок) = MgCl2 (р) + Н20 (ж)

Магний оксид имеет преимущество перед натрий водородкарбонатом NaНСОз, так как при взаимодействии MgO с кислотой желудочного сока не происходит выделение углерода диоксида. Поэтому при действии магния оксида не наблюдается гиперсекреции. Образующийся при реакции магний хлорид, переходя в кишечник, оказывает легкий послабляющий эффект (осмотическое действие).

Смесь магний оксида MgO (85%) и магний пероксида Mg02 (15%) является препаратом, известным под названием «магний перекись». Этот препарат применяют при желудочно-кишечных расстройствах. Эффект частично связан с антацидньгм действием MgO, а частично — с бактерицидным действием образующегося водородпероксида Н2О2 при растворении препарата в кислом содержимом желудка:

MgO2 (т) + 2НС1 (жел. сок) = Н202 (р) + MgCl2 (р)

Магний оксид входит и в состав цинкофосфатных цементов (порошок «фосфат») и поликарбосиликатных цементов, которые применяют в стоматологии в качестве постоянных пломбировочных материалов. Кроме того, MgO входит в состав пломбировочного материала «цемент фосфат для фиксации несъемных протезов». Этот материал быстро затвердевает, отличается прочностью, поэтому его используют для фиксации одиночных коронок, мостов и несъемных протезов.

В основе стоматологического применения MgO, как и других оксидов — ZnO, СаО, А120з, лежит реакция образования малорастворимых фосфатов при перемешивании порошка фосфатных и поликарбосиликатных цементов с жидкой фазой — НзР04∙xН20:

3MgO (т) + 2Н3Р04 (р) = Mg3(P04)2 (т) + ЗН20 (ж)

Оксиды бериллия и магния не соединяются с водой, в то время как оксиды щелочно-земельных металлов активно взаимодействуют с водой, образуя гидроксиды:

Основные свойства гидроксидов в ряду Ва—Ra закономерно усиливаются с ростом радиуса атомов. Оксиды и гидроксиды всех s-элементов ПА-группы, за исключением бериллия, проявляют только основные свойства. Бериллий оксид и гидроксид — амфотерны, они могут взаимодействовать как с кислотами

ВеО (т) + 2НС1 (р) = ВеС12 (р) + Н20 (ж)

Ве(ОН)2 (т) + 2НС1 (р) = ВеС12 (р) + 2Н20 (ж)

так и с щелочами:

ВеО (т) + 2NaOH (р) + Н2 0 (ж) = Na2[Be(OH)4 ] (р)

Ве(ОН)2 (т) +2NaOH (р) = Na2[Be(OH)4] (р)

Амфотерность бериллия проявляется и в том, что в отличие от остальных элементов этой группы он растворяется в щелочах:

Be (т) + 2NaOH (р) + 2Н20 (ж) = Na2[Be(OH)4] (р) + Н2 (г)

Из гидроксидов s-элементов ПА-группы в стоматологической практике используют кальций гидроксид, входящий в состав цемента и пасты, применяемые в качестве пломбировочного материала для лечебных прокладок.

Подобно щелочным металлам щелочно-земельные при высокой температуре окисляются водородом до гидридов ЭН2. При нагревании s-элементы ПА-группы взаимодействуют с азотом, фосфором, углеродом, галогенами и другими неметаллами. В медицинской практике эти соединения, за исключением галогенидов ЭГ2, не находят применения.

Многие соли элементов ПА-группы малорастворимы в воде. Так, среди галогенидов малорастворимы CaF2, MgF2; практически нерастворимы фосфаты магния и щелочно-земельных металлов Э3 (Р04)2, а из. сульфатов хорошо растворимы только BeS04 и MgS04. С ростом порядкового номера элемента растворимость этих солей обычно понижается. Такой характер изменения растворимости солей играет важную роль в биологическом действии катионов этой группы. Так, уменьшение растворимости кальция фосфата и карбоната по сравнению с аналогичными соединениями магния является, по-видимому, одной из причин формирования скелета всех живых организмов именно из этих соединений кальция.

В живых организмах из ионов кальция и фосфат-ионов образовался кристаллический минерал гидроксилапатит Са10(Р04) 6 (ОН)2 — основное вещество костной и зубной тканей.

Хотя магний является макроэлементом, его соединения не сыграли значительной роли в построении скелета. Очевидно, это связано с лучшей растворимостью магния фосфата Mg3(P04)2 и основного карбоната Mg(OH)2 ∙ 4MgC03 ∙ H20 по сравнению с кальцием фосфатом и карбонатом.

Так как микроэлементы стронций и барий по физико-химическим характеристикам (радиусы ионов, энергия ионизации, координационные числа и т. д.) сходны с кальцием, то, попадая в больших количествах в организм, они могут замещать ионы кальция в костной ткани. Такое замещение имеет место вследствие того, что растворимость фосфатов щелочно-земельных металлов уменьшается в ряду Са — Sr — Ва и равновесие: