Установление и использование межпредметных связей при изучении элементов III и V группы периодической системы Д.И. Менделеева (стр. 6 из 9)
Антропогенное влияние на круговорот азота определяется следующими процессами:
1. Сжигание топлива приводит к образованию оксида азота, а затем реакциям:
2NO + O2® 2NO2 ,
4NO2 + 2H2O + O2® 4HNO3,
способствуя выпадению кислотных дождей;
2. В результате воздействия некоторых бактерий на удобрения и отходы животноводства образуется закись азота – один из компонентов, создающих парниковый эффект;
3. Добыча полезных ископаемых, содержащих нитрат-ионы и ионы аммония, для производства минеральных удобрений;
4. При сборе урожая из почвы выносятся нитрат-ионы и ионы аммония;
5. Стоки с полей, ферм и из канализаций увеличивают количество нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах, что ускоряет рост водорослей и других растений; при разложении последних расходуется кислород, что приводит к гибели рыб. [12]
3.2.3 Соединения азота
Оксид азота(I) относительно инертен, а потому «экологически нейтрален». Однако на человека он оказывает наркотическое действие, начиная от просто веселья (за что он и был прозван «веселящим газом») и, заканчивая глубоким сном, что нашло свое применение в медицине. Интересно, что он безвреден, и для медицинского наркоза применяют смесь оксида азота(I) с кислородом в таком же соотношении, что и соотношение азота и кислорода в воздухе. Наркотическое действие снимается сразу после прекращения вдыхания этого газа.
Два других устойчивых оксида азота легко переходят один в другой, затем в кислоты, а затем в анионы NO2- и NO3-. Таким образом, эти вещества представляют собой естественные минеральные удобрения, если находятся в естественных количествах. В «неестественных» количествах эти газы редко попадают в атмосферу в одиночестве. Как правило, образуется целый «букет» ядовитых соединений, которые действуют комплексно.
Например, всего один завод азотных удобрений выбрасывает в воздух кроме оксидов азота, азотной кислоты, аммиака и пыли от удобрений еще и оксиды серы, соединения фтора, некоторые органические соединения. Ученые выясняют устойчивость различных трав, кустов и деревьев к подобным «букетам». Уже известно, что, к сожалению, ель и сосна неустойчивы и быстро погибают, однако белая акация, канадский тополь, ивы и некоторые другие растения могут существовать в таких условиях, более того, они способствуют удалению из воздуха этих веществ.
Сильное отравление оксидами азота можно получить в основном при авариях на соответствующих производствах. Ответная реакция организма будет разной из-за различия в свойствах этих газов. «Едкий» NО2 в первую очередь действует на слизистые оболочки носоглотки, глаз, вызывает отек легких; NО, как малорастворимое в воде и не едкое вещество, проходит через легкие и попадает в кровь, вызывая нарушения в центральной и периферийной нервных системах. Оба оксида реагируют с гемоглобином крови, результат – гемоглобин перестает переносить кислород.
Экологические свойства азотной кислоты складываются из двух «половинок». Как сильная кислота, она разрушающе действует не только на живые ткани (кожу человека, лист растения), но и на почву, что достаточно актуально – кислотные (из-за присутствия оксидов азота и серы) дожди, увы, не редкость. При попадании кислоты на кожу возникает химический ожог, который болезненнее и заживает значительно дольше, чем термический. Это были основные экологические свойства катиона водорода.
3.2.3.1 Взаимодействие нитрат-иона с фауной и флорой
Нитрат-ион – неотъемлемая часть круговорота азота в природе. В обычных условиях и в разбавленных растворах устойчив, слабо проявляет окислительные свойства, не осаждает катионы металлов, тем самым способствуя транспортировке этих ионов с раствором в почве, растениях и т. п.
Нитрат-ион становится ядовитым только в больших количествах, нарушающих баланс других веществ. Например, при избытке нитратов в растениях уменьшается количество аскорбиновой кислоты. (Стоит напомнить, что живой организм настолько тонко организован, что любое вещество в больших количествах нарушает равновесие и, следовательно, становится ядовитым.)
Растения и бактерии используют нитраты для построения белков и других необходимых органических соединений. Для этого надо перевести нитрат-ион в ион аммония. Эта реакция катализируется ферментами, содержащими ионы металлов (меди, железа, марганца и др.). Из-за гораздо большей ядовитости аммиака и иона аммония в растениях хорошо отработана и обратная реакция перевода иона аммония в нитрат.
Животные не умеют строить все необходимые им органические соединения из неорганических – отсутствуют соответствующие ферменты. Однако микроорганизмы, живущие в желудке и кишечнике, этими ферментами обладают и могут переводить нитрат-ион в нитрит-ион. Именно нитрит-ион и действует как отравитель, переводя железо в гемоглобине из Fe2+ в Fe3+.
Соединение, содержащее Fe3+ и называемое метгемоглобином, слишком прочно связывает кислород воздуха, следовательно, не может отдавать его тканям. В результате организм страдает от недостатка кислорода, при этом происходят нарушения в работе мозга, сердца и других органов.
Обычно нитрит-ион образуется не в желудке, а в кишечнике и не успевает перейти в кровь и произвести все эти разрушения. Поэтому отравления нитратами достаточно редки. Существует, правда, и другая опасность: в нашем организме есть много веществ, в которых атомы водорода аммиака замещены на органические радикалы. Такие соединения называют аминами. При реакции аминов с нитрит-ионами образуются нитрозамины – канцерогенные вещества:
Они действуют на печень, способствуют образованию опухолей в легких и почках. Интересно, что активным замедлителем реакции образования нитрозаминов является давно нам знакомая аскорбиновая кислота [4, 11-14].
ГЛАВА 4. МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ ПО ТЕМЕ «р-ЭЛЕМЕНТЫ»
4.1 Урок на тему «III-А группа периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева»
Занятие 1. Характеристика химических элементов III-а группы периодической системы
Алюминий
Основные цели. Формирование основополагающих понятий, умений и навыков. Характеристика химических элементов III-a группы периодической системы. Строение атома, физические и химические свойства, применение и получение алюминия.
Оборудование. Периодическая система химических элементов, рис. 2, 1 б.
Вещества. Алюминий.
ХОД ЗАНЯТИЯ
| Основное содержание | Формы обучения | Методы обучения | Средства обучения |
| 1. Актуализация знаний, умений и навыков учащихся.1) Перечислите химические элементы IIIa группы периодической системы в порядке усиления их металлических свойств. | Рис. 2 | ||
| 2) Электронная формула внешнего энергетического уровня 3s23p1 принадлежит атому:а) бора; б) алюминия; в) галлия; г) таллия. | |||
| 3) Перечислите физические и химические свойства и области применения алюминия, используя рис. 21.3 | |||
| 2. Получение алюминия | Рис. 1, б | ||
| 3. Подведение итогов |
Краткое сообщение на тему «Металлы III группы с точки зрения химика-эколога»
Опросить учащихся.
Информация о домашнем задании. § 50 ([3]). Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения веществ:
Занятие 2. Оксиды и гидроксиды алюминия
Основные цели. Формирование основополагающих понятий, умений и навыков. Углубить знания учащихся об амфотерности оксидов и гидроксидов. Аквакомплексы, гидроксокомплексы, химизм производства алюминия электролизом оксида алюминия.
Оборудование. Схема производства алюминия (процесс электролиза), штатив с пробирками, рис. 1, а.
Вещества. Растворы AlCl3, NaOH, H2SO4.
| Основное содержание | Формы обучения | Методы обучения | Средства обучения |
| 1. Амфотерность оксида алюминия | |||
| 2. Запись уравнений реакций взаимодействия оксида алюминия с гидроксидом натрия и азотной кислотой | |||
| 3. Амфотерность гидроксида алюминия. Запись ионных уравнений реакций. Разбор образования аква- и гидроксокомплексов. Сверить запись уравнений реакций с домашним заданием. Коллоидные частицы | Лабораторный опыт 21 | ||
| 4. Разбор химизма образования гидроксида алюминия в производстве алюминия | рис. 3 | ||
| 5. Подведение итогов |
Сообщение на тему «Экологические аспекты переработки алюминийсодержащих руд»
Опросить учащихся.
Информация о домашнем задании. § 50; таблица 21.1 ([13, 28]).
Самоанализ урока
Занятие 3. Гидролиз солей алюминия
Основные цели. Формирование основополагающих понятий, умений и навыков. Расширить знания о гидролизе солей. Применение гидролиза солей.
Оборудование. Штатив с пробирками, схема «Гидролиз солей».
Вещества. Растворы сульфата или хлорида алюминия, лакмусовая бумага (лакмус) синяя, фиолетовая.