Елементи першої, другої групи. Засвоюваність найважливіших сполук

Натрій вперше був отриманий англійським хіміком Гемфрі Деві в 1807 році електролізом твердого NaOH.

Натрій належать до найбільш поширених елементів. На нього припадає 2, 64% маси земної кори. У зв'язку з високою хімічною активністю він зустрічаються тільки у вигляді різних сполук. Деякі з них, як хлорид натрію, сульфат натрію, утворюють потужні родовища.

Найбільші поклади хлориду натрію NaCl (кам'яна сіль, або галіт) є на Уралі в районах м. Солікамська та м. Сольілецька, на Донбасі та в інших місцях. Значні кількості хлориду натрію добуваються у вигляді самосадної солі з соляних озер Ельтон і Баскунчак у західному Казахстані. Величезні запаси сульфату натрію Na2SO4•10H2O (мірабіліт) нагромаджені в затоці Кара-Богаз-Гол у східній частині Каспійського моря.

У вільному стані натрій – сріблясто-білий легкий і м'який метал. Густина – 0, 968 г/см3. Температура плавлення – 97, 83°С.

Натрій належить до головної підгрупи першої групи періодичної системи Менделєєва. Його атоми мають на зовнішньому електронному шарі по одному електрону, який вони легко втрачають і перетворюються в іони з одним позитивним зарядом. Тому в своїх сполуках натрій буває лише позитивно одновалентним.

Натрій – дуже активний метал. Легко втрачаючи свої валентні електрони, він є дуже сильним відновником. В електрохімічному ряді напруг він займає друге місце зліва від водню.

У сухому повітрі натрій енергійно взаємодіє з киснем повітря і перетворюється в геміоксид:

 

4Na + O2 = 2Na2O

 

Тому його зберігають під шаром гасу або мінеральної оливи. З галогенами натрій реагує дуже енергійно з утворенням солей галогеноводневих кислот: NaCl, NaBr тощо. З рідким бромом він сполучаються навіть з вибухом. З сіркою при деякому нагріванні утворює сульфіди: Na2S. З водою реагує дуже бурхливо, навіть з вибухом. Ще більш бурхливо реагує з кислотами (теж з вибухом). У вологому повітрі метал легко перетворюється в гідроксид:

 

2Na + 2H2O = 2NaOH + H2 ↑

 

а останній, взаємодіючи з вуглекислим газом повітря, – в карбонат:

 

2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O

 

При високій температурі натрій може відновлювати оксиди алюмінію, силіцію тощо до вільних елементів:

 

Al2O3 + 6Na = 2Al + 3Na2O

 

У вільному стані натрій одержують електролізом розплавлених хлоридів або гідроксидів. При електролізі розплавлених їдких лугів позитивно заряджені іони металів притягаються до негативно зарядженого катода, приєднують по одному електрону (відновлюються) і перетворюються в атоми вільних металів, а негативно заряджені іони гідроксилу притягуються до позитивно зарядженого анода, віддають йому по одному електрону і перетворюються в електро-нейтральні групи OH, які розкладаються з утворенням води і кисню, що виділяється на аноді. Одержання металічного натрію електролізом NaOH можна зобразити такими рівняннями:

 

NaOH

↑↓

– Катод <- Na+ + OH- -> Анод +

4Na+ + 4e = 4Na° 4OH- – 4е = 4OH°

4OH° = 2H2O + O2 ↑

 

Металічний натрій використовують при синтезі багатьох органічних речовин, для виготовлення деяких сплавів, а також у металургії для одержання ряду металів із їх сполук, наприклад титану за реакцією

 

TiCl4 + 4Na = Ti + 4NaCl

 

Кальцій (рос. кальций, англ. calcium, нім. Kalzium n) – хімічний елемент, належить до лужноземельних металів, символ Са, ат. н. 20; ат. м. 40, 08. Сріблясто-білий м'який метал. Хімічно активний, легко окиснюється. Густина 1, 55., температура плавлення 842оС, температура кипіння 1491оС. Твердість К. за Брінеллем 200-300 МПа.

Назва елементу походить від латинського calx, calcis – вапно («м'який камінь»). Воно було запропоноване англ. хіміком Р. Деві, в 1808 р. що виділив металевий кальцій електролітичним методом. Деві змішував вологе гашене вапно з оксидом ртуті HgO на платиновій пластині, яка була анодом. Катодом служив платиновий дріт, занурений в рідку ртуть. В результаті електролізу виходила амальгама кальцію.

За поширеністю в природі кальцій займає п'яте місце серед хімічних елементів (3, 6% маси земної кори). У зв'язку з високою хімічною активністю у вільному стані він не зустрічається. Найбільш поширеними його сполуками є вапняк, крейда та мармур, які мають однаковий хімічний склад CaCO3, але різну кристалічну будову.

Кларк К. в кам'яних метеоритах 1, 4%, ультраосновних – 0, 7%, основних – 6, 72%, середніх – 4, 65%, кислих породах – 1, 58%.

Кальцій входить до складу багатьох мінералів (силікати, алюмосилікати, боросилікати, карбонати, сульфати, фосфати, ванадати, вольфрамати, молібдати, титанати, ніобати, флуориди, хлориди та ін.). Складова частина вапняків, мармуру тощо. Ці мінерали часто утворюють цілі гірські масиви. У великих кількостях зустрічаються також апатити і фосфорити, основою яких є фосфат кальцію Са3 (РО4) 2. Досить поширеним є мінерал гіпс CaSO4 • 2Н2О.

Крім того, значні кількості сполук кальцію містяться в ґрунті і природних водах, а також входять до складу тваринних і рослинних організмів. Так, наприклад, мінеральна маса кісток і зубів тварин містить близько 80% фосфату кальцію Са3 (РО4) 2, а шкаралупа яєць майже повністю складається з карбонату кальцію СаСО3.

У вільному стані кальцій – сріблясто-білий легкий метал. Густина його 1, 55 г/см3. Температура плавлення 851°С. Твердість кальцію невелика, він лише трохи твердіший за свинець та натрій. Пластичність досить висока: кальцій легко можна пресувати і розкатувати в тоненькі листочки.

Ба́рій (рос. барий, англ. barium; нім. Barium) – хімічний елемент. Символ Ва, ат. н. 56, ат. маса 137, 34. належить до групи лужно-земельних металів, зустрічається природі в вигляді карбонату барію і сульфату барію. Барій – м'який сріблясто-білий метал, густина 3760 кг/м3. Хімічно дуже активний. Кларк 5•10-2% за масою. Найвідоміший мінерал – барит. Розвідані запаси бариту бл. 115 млн. т., загальні запаси – бл. 300 млн. т.

Добувають Барій нагріванням BaO з алюмінієм у вакуумі (Бекетов, 1865) або електролізом розплавленої суміші хлоридів Б. і калію.

Барит застосовують у техніці високого вакууму, сполуки барію – у ядерній техніці, піротехніці, у сплавах, фарбах, безпечних сірниках, зі стронцієм утворює емісійну поверхню електронно-променевих трубок. Сульфат барію застосовується в медицині як суспензія («баріумна каша» при рентгенівському дослідженні шлунка).

Добова потреба кальцію становить до 1 г, надходячи з їжею, кальцій всмоктується у кишечнику. Для засвоєння кальцію необхідні жири (на 10 г кальцію 1 г жиру) і фосфати (на 1 г кальцію 2 г фосфатів). Всмоктування кальцію зменшується при підвищеній кількості магнію, калію і органічних кислот. Для кращого всмоктування іонів кальцію необхідний вітамін D. Виводиться кальцій в основному кишечником, а частково – нирками.

Кальцій бере участь у біохімічних і фізіологічних процесах.

Вміст кальцію у рідині, яка оточує нервову клітину, суттєво впливає на проникливість клітинних мембран для іонів натрію і калію. Зниження рівня кальцію викликає підвищення проникливості мембран для натрію і підвищення збудливості нейрона. Кальцій бере участь у регуляції тонусу вегетативної нервової системи – підвищує тонус симпатичної нервової системи. Іони кальцію підвищується рефлекторну збудливість спинного мозку.

Кальцій необхідний для синтезу ацетилхоліну, виділення медіатору із нервового закінчення і для взаємодії ацетилхоліну з холінорецепторами, для здійснення секреторної функції екзо- і ендокринних залоз.

Іони кальцію беруть участь у м’язовому скороченні, вони зв’язуються з білками – тропоніном, який блокує активні центри актину, в результаті цього активні центри звільняються і настає можливість утворення актинміозинового комплексу. Під впливом солей кальцію посилюється серцева діяльність, підвищується збудливість міокарда.

Іони кальцію є одним із основних факторів зсідання крові (IV фактор), регулюють активність деяких ферментів.

Якщо вміст кальцію у крові знижується, то нормалізація концентрації його відбувається за участі паратгормону. При недостатній функції прищитовидних залоз розвивається гіпокальціемія (підвищується збудливість ЦНС і м’язів, у важких випадках розвивається кома). Гіпокальціемія спостерігається також при спазмофілії, порушеннях всмоктування кальцію у кишечнику, дефіциті вітаміну D, цукровому діабеті, прийомі великих доз глюкокортикоїдів, потраплянні в організм речовин, які зв’язують іони кальцію при переливанні великої кількості цитратної крові – містить цитрат натрію, який зв’язує іони кальцію, отруєння фторидами, оксалатами, етиленгліколем.

Сік з листя петрушки містить, мг%: калій – 500- 600, натрій – 20-25, магній – 30-35, фосфор – 70-90, кальцій – 190 – 200 і залізо – 5-6, а також вітаміни В1 – 0, 08, В2 – 0, 2, В6 – 0, 1, РР – 0, 6-0, 8, З – 90-120 і каротин – 3-4. Корисний при серцево-судинних і ниркових захворюваннях.