Заканчивается учебник разделом, цель которого — обобщение и систематизация знаний по неорганической химии.
В учебнике есть Приложение 1 «Лабораторные опыты и практические работы и Приложение 2 «Для любознательных».
В приложении для любознательных помещен материал, расширяющий знания о строении металлов, об аллотропии олова, об электрохимических свойствах металлов (ряд напряжений), о токсичности ртути и способах устранения загрязнений окружающей среды, о минералах, комплексных соединениях, истории металлургии, металлах в окружающей среде, проблеме защиты окружающей среды [4].
В некоторых учебниках вместо познавательной задачи ставятся вопросы для актуализации знаний, полученных ранее. Такой прием тоже полезен, потому что способствует осознанию связей между параграфами, восприятию содержания предмета как единого целого, т. е. системности. Такой прием мы находим у Н. С. Ахметова [4], Н. Е. Кузнецовой, И. М. Титовой, Н. Н. Тары, А. Ю. Жегина [6].
В учебнике под редакцией Ахметова Н.С. [4]в каждой главе и параграфе цели конкретизированы в форме познавательных задач, которые могут носить проблемный характер, но, к сожалению, это пособиерассматривает только вопросы получения щелочноземельных металлов, их физические и химические свойства, применение, содержит материал для углубленного изучения, но не затрагивает экологические проблемы. Отличительностью особенностью этого учебника является высокий уровень упражнений и задач для закрепления изученного материала. Задания рассчитаны на самостоятельную работу учащихся и носят поисковый характер.
В настоящее время делаются попытки создать учебники, обеспечивающие дифференцированный подход к учащимся, так называемые двухуровневые и даже трехуровневые учебники. Примером могут служить учебники Л. С. Гузея, Р. П. Суровцевой и В. В. Сорокина [7], а также Е. Е. Минченкова и Л. С. Зазнобиной [8]. В них наряду с текстом, предназначенным для каждого ученика, специально отчеркнуты вертикальной чертой слева абзацы, в которых изложен материал для более глубокого изучения химии. Этот текст будут читать ученики, заинтересовавшиеся химией. Он значительно превышает обязательный минимум содержания. Такая же дифференциация предусмотрена и в системе заданий.
Учебник под редакцией Фельдмана Ф.Г., Рудзитиса Г.Е. представляет собой своего рода справочник, где приводится характеристика, свойства элементов, применение, способы получения. Задания и упражнения носят классический характер. Вопросы производства освещены слабо, экологические проблемы, связанные с элементами и их соединениями приводятся в общих чертах.
Таким образом, рассмотрение основных школьных пособий по химии позволяет сделать вывод, что в условиях экологизации химического образования возрастает роль теоретического и практического материала экологической направленности. Эта проблема должна решаться через экологизацию школьных учебников по химии, где должны рассматриваться сущности экологических проблем и способы их решения, что будет способствовать формированию экологического мировоззрения учащихся.
Глава II. ЭЛЕМЕНТЫ II ГРУППЫ ТАБЛИЦЫ Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА. ХИМИЯ И ЭКОЛОГИЯ
2.1 Общая характеристика
К щелочноземельным металлам относятся следующие элементы главной подгруппы II группы Периодической системы: кальций, стронций, барий и радий. Магний имеет ряд сходных со щелочными металлами свойств, бериллий по химическим свойствам ближе к алюминию. Щелочноземельные металлы являются электронными аналогами, внешний электронный уровень имеет строение ns2, в соединениях наиболее характерная степень окисления +2. В соединениях с неметаллами основой тип связи – ионный. Соединения щелочноземельных металлов окрашивают бесцветное пламя газовой горелки: кальция – в оранжево-красный, стронция – в темно-красный, бария – в светло-зеленый цвет. В природе щелочноземельные металлы встречаются только в виде соединений, основные минералы кальция – кальцит (известковый шпат, известняк, мрамор, мел) СаСО3, доломит CaMg(CO3)2, гипс CaSO42H2O, флюорит CaF2, гидроксиапатит (фосфорит) Ca5(PO4)3(OH), апатит Ca5(PO4)3F,Cl. Основные минералы стронция – стронцианит SrCO3 и целестин SrSO4, бария – витерит BaCO3 и барит BaSO4.
Физические свойства. Внешне – серебристо-белые блестящие металлы, твердость значительно выше, чем у щелочных металлов. Твердость по группе уменьшается сверху вниз, барий по твердости близок к свинцу. Температуры плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных и составляют: для кальция 851оС, стронция 770оС, бария 710оС. Плотности щелочноземельных металлов в подгруппе сверху вниз увеличиваются и равны для Са, Sr и Ва, соответственно 1,54, 2,63 и 3,76 г/см3.
Щелочноземельные металлы химически весьма активны, в реакциях проявляют свойства восстановителей. Взаимодействуют с
1. Кислородом (горят на воздухе)
2Са + О2 = 2СаО
2Sr + O2 = 2SrO
2Ba + O2 = 2BaO
При этом образуются и нитриды состава Me3N2. При контакте щелочноземельных металлов с воздухом при комнатной температуре на поверхности металлов образуетсяжелтоватая пленка, состоящая из оксидов, гидроксидов и нитридов.
Оксид бария при нагреваии до 500оС образуeт пероксид:
2BaO + O2 = 2BaO2
который разлагается при температуре выше 800оС:
2BaO2 = 2BaO + O2
2. С водородом при нагревании образуют гидриды
Ca + H2 = CaH2
Ba + H2 = BaH2
3. С серой реагируют в обычных условиях, образуя сульфиды
Ca + S = CaS
иполисульфиды
CaS + nS = CaSn+1
4. С азотом – при нагревании образуют нитриды
3Ca + N2 = Ca3N2
5. C фосфором – фосфиды
3Ca + 2Р = Ca3Р2
6. С углеродом – при нагревании образуются карбиды, которые являются производными ацетилена:
Са + 2С = СаС2
7. С водой – растворяются с выделением водорода, реакция протекает спокойнее, чем со щелочными металлами:
Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2
8. Восстанавливают другие металлы из их соединений, например:
UF4 + 2Ca = U + 2CaF2
Активность взаимодействия с водой возрастает от кальция к барию.
Кальций получают электролизом расплaва хлорида кальция СаCl2, к которому добавляют 5-7% CaF2 для снижения температуры плавления:
СаCl2 = Са(катод) + Cl2(анод)
Стронций и барий получают методом алюмотермии из оксидов:
3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3
Металлический кальций применяется как восстановитель и легирующая добавка к сплавам [9-12].
2.2 Химия и экология
В последнее время наиболее остро стал вопрос об экологических проблемах, и одна из них – тяжелые металлы.
Тяжелые металлы - это элементы периодической системы с относительной молекулярной массой больше 40. Не исключение, II группа таблицы Менделеева, в частности ртуть, цинк, кадмий.
Таким образом, к тяжелым металлам относят более 40 химических элементов с относительной плотностью более 6. Число же опасных загрязнителей, если учитывать токсичность, стойкость и способность накапливаться во внешней среде, а также масштабы распространения указанных металлов, значительно меньше.
Прежде всего представляют интерес те металлы, которые наиболее широко и в значительных объемах используются в производственной деятельности и в результате накопления во внешней среде представляют серьезную опасность с точки зрения их биологической активности и токсических свойств. К ним относят свинец, ртуть, кадмий, цинк, висмут, кобальт, никель, медь, олово, сурьму, ванадий, марганец, хром, молибден и мышьяк.
Формы нахождения в окружающей среде. В атмосферном воздухе тяжелые металлы присутствуют в форме органических и неорганических соединений в виде пыли и аэрозолей, а также в газообразной элементной форме (ртуть). При этом аэрозоли свинца, кадмия, меди и цинка состоят преимущественно их субмикронных частиц диаметром 0,5-1 мкм, а аэрозоли никеля и кобальта - из крупнодисперсных частиц (более 1 мкм), которые образуются в основном при сжигании дизельного топлива.
В водных средах металлы присутствуют в трех формах: взвешенные частицы, коллоидные частицы и растворенные соединения. Последние представлены свободными ионами и растворимыми комплексными соединениями с органическими (гуминовые и фульвокислоты) и неорганическими (галогениды, сульфаты, фосфаты, карбонаты) лигандами. Большое влияние на содержание этих элементов в воде оказывает гидролиз, во многом определяющий форму нахождения элемента в водных средах. Значительная часть тяжелых металлов переносится поверхностными водами во взвешенном состоянии.
Сорбция тяжелых металлов донными отложениями зависит от особенностей состава последних и содержания органических веществ. В конечном итоге тяжелые металлы в водных экосистемах концентрируются в донных отложениях и биоте.
В почвах тяжелые металлы содержатся в водорастворимой, ионообменной и непрочно адсорбированной формах. Водорастворимые формы, как правило, представлены хлоридами, нитратами, сульфатами и органическим комплексными соединениями. Кроме того, ионы тяжелых металлов могут быть связаны с минералами как часть кристаллической решетки.
Источники.
Добыча и переработка не являются самым мощным источником загрязнения среды металлами. Валовые выбросы от этих предприятий значительно меньше выбросов от предприятий теплоэнергетики. Не металлургическое производство, а именно процесс сжигания угля является главным источником поступления в биосферу многих металлов. В угле и нефти присутствуют все металлы. Значительно больше, чем в почве, токсичных химических элементов, включая тяжелые металлы, в золе электростанций, промышленных и бытовых топок. Выбросы в атмосферу при сжигании топлива имеют особое значение. Например, количество ртути, кадмия, кобальта, мышьяка в них в 3-8 раз превышает количество добываемых металлов. Известны данные о том, что только один котлоагрегат современной ТЭЦ, работающий на угле, за год выбрасывает в атмосферу в среднем 1-1,5 т паров ртути. Тяжелые металлы содержатся и в минеральных удобрениях.