§10. ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ В ПРИРОДЕ И ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ И ЧЕЛОВЕКА

Вам известно, что в результате химических явлений одни вещества пре­вращаются в другие, отличающиеся от исходных веществ по составу. Это вы можете наблюдать в окружающей среде каждодневно. Например: ржавление железного гвоздя, потускнение серебряных украшений и предметов кухон­ной утвари, позеленение тазика из латуни, горение дров и газа на плите. Что общего между ними? Все эти процессы происходят под действием кислорода воздуха, т. е. идет окисление.

Химия в природе. В природе непрерывно идут реакции образования ор­ганических веществ из простых неорганических соединений, т. е. идут реак­ции синтеза (рис. 12):

Такой процесс идет в зеленых растениях и водорослях. Хлорофилл на­ходится в хлоропластах зеленых листьев, поэтому они окрашены в зеленый цвет.

Во время грозы в летний период воздух становится свежее и чище в ре­зультате следующих реакций:

O2  → O + O     O + O2  → O₃

При разложении кислорода получаем атомарный кислород. Атомарный кислород, соединяясь с молекулой кислорода, образует озон.

Озон — это газ синего цвета с характерным запахом свежести. Нака­пливается в верхних слоях атмосферы и образует озоновый слой, который выполняет роль щита нашей планеты. Озон защищает Землю от солнечной радиации из космоса и не допускает остывание Земли, поглощая инфракрас­ное излучение.

Гниение также относится к реакциям окисления. В отличие от горения, гниение — это медленно протекающие процессы. В результате гниения слож­ные азотсодержащие вещества взаимодействуют с кислородом при участии микроорганизмов. Для того чтобы шел процесс гниения, кроме микроорга­низмов, необходимо наличие влаги. Это уникальный, сложный многоступен­чатый процесс, позволяющий перерабатывать белки погибших животных и растений в соединения, пригодные к усвоению растениями.

На реакциях, лежащих в основе брожения сахаристых веществ, основа­ны многие производства, например, хлебобулочных изделий и напитков.

В результате реакции окисления глюкозы образуется углекислый газ, вода и большое количество тепла:

с₆н₁₂о₆ + 6О₂ = 6СО₂↑ + 6Н₂О + Q

Это является источником энергии, необходимой для физической и ум­ственной деятельности в повседневной жизни человека.

Использование пищевой соды способствует поднятию теста, так как при взаимодействии с органическими кислотами выделяется углекислый газ.

Выделяющийся углекислый газ (СО₂) разрыхляет тесто, поэтому булочки получаются мягкими и пышными.

Химия в живых организмах. С точки зрения химика, дыхание — также процесс окисления органических веществ: углеводов, жиров, белков.

Часть энергии, выделенной в результате этой реакции, организм использует для совершения умственной, физической работы.

А вторая часть запасается в организме для того, чтобы можно было использовать ее при синтезе характерных для данного организма белков, углеводов и жиров. Таким образом, энергия, необходимая для жизнедея­тельности, получается из питательных веществ, поступающих в организм из окружающей среды.

Антацидные вещества — лекарственные средства для лечения желудочно­кишечных заболеваний. Они нейтрализуют соляную кислоту, которая вхо­дит в состав желудочного сока.

Химия в быту. Работа двигателей внутреннего сгорания основана на ре­акции горения углеводородов (топлива).

СnН2n(углеводороды) + 2 + 2пО2 = пСО2 + (п+1)Н2О

Вы, наверное, заметили, что на стенках чайника через некоторое вре­мя образуется накипь. При этом идет реакция разложения солей магния и кальция, обусловливающих временную жесткость воды. В результате этих реакций образуются нерастворимые соли кальция и магния.

Из-за накипи выходят из строя нагревательные элементы в стиральных и посудомоечных машинах, утюгах, а также промышленные котлы.

Для очистки чайника от накипи достаточно прокипятить воду, в кото­рую добавлена уксусная кислота.

Для этой цели можно использовать и лимонную кислоту.

«Гашение» соды уксусом — часто наблюдаемая на кухне реакция: сода + уксусная кислота → соль + вода + углекислый газ

Хозяйственное мыло не мылится в жесткой воде, т. к. идет реакция об­мена с солями кальция и магния и образуется нерастворимая соль, которая «всплывает». Это объясняется тем, что натриевые соли органических кислот растворимые, а кальциевые, магниевые соли — нерастворимые в воде.

Санатории для больных туберкулезом обычно расположены в сосновых борах. Почему? Потому что в хвойных растениях содержится соединение, которое при окислении озоном (после грозы) выделяет атомарный кислород, который обладает дезинфицирующим и отбеливающим свойствами.

Еще одно интересное природное явление — образование в пещерах сталак­титов и сталагмитов — это осадок карбоната кальция СаС0₃. Сталактиты растут сверху вниз как сосульки, а сталагмиты — снизу вверх (рис. 13).

Химия дает человечеству огромные возможности и силы, но только она требует грамотного и ответственного отношения к ней. За день в мире проис­ходят тысячи различных (опасных для человечества, в то же время интерес­ных) химических реакций. Не зря говорится в изречении М. В. Ломоносова: «Широко распространяет химия руки свои в дела человеческие».

А

1. Назовите известные вам химические реакции, идущие в природе, быту и в живых организмах.
2. Назовите условия и признаки протекания реакций в природе.

В

1. При «гашении» негашеной извести (СаО) водой образуется гашеная известь (Са(ОН)₂). Напишите уравнение реакции. Определите тип реакции.
2. Определите типы химических реакций:

C

1. Как изменится под воздействием «кислых» дождей масса мраморной скуль­птуры? Какой газ выделится? Напишите уравнение реакции, определите тип реакции.
2. Образование кислотных дождей в природе. Рассмотрите рисунок 14 и со­ставьте рассказ об этом.

Словарь по темам «Составление уравнений химических реакций», «Типы химических реакций»

№ п/п	Русский	Казахский	Английский
1.	закон сохранения массы веществ	зат массасының сақталу заңы	law of conservation of mass
2.	закон постоянства со­става	құрам тұрақтылығы заңы	law of definite proportions
3.	реакция соединения	қосылу реакциясы	composition reaction
4.	реакция разложения	айырылу реакциясы	decomposition reaction
5.	реакция замещения	орын басу реакциясы	displacement reaction
6.	реакция обмена	алмасу реакциясы	exchange reaction

ДЕЛАЕМ ВЫВОДЫ

1. Обозначения качественного и количественного состава простых и сложных веществ с помощью символов элементов и индексов называ­ются химическими формулами.
2. Химическое уравнение — условная запись химической реакции с помощью химических формул и знаков.
3. По числу и составу реагентов, вступивших в реакцию, и продук­тов реакций различают четыре типа химических реакций: реакция со­единения, реакция разложения, реакция замещения, реакция обмена.
4. Масса веществ, вступивших в реакцию, равна массе веществ, образовавшихся в результате реакции. Эта формулировка называется законом сохранения масс веществ.

Состав химически чистого, имеющего молекулярное строение ве­щества, независимо от способа получения, остается постоянным. Хими­чески чистое вещество имеет постоянный качественный и количествен­ный состав.

Глава III. ХИМИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ МЕТАЛЛОВ

§11. РЕАКЦИИ МЕТАЛЛОВ С КИСЛОРОДОМ И ВОДОЙ

Что вы знаете о ржавлении железа? Расскажите о разрушении металлов? Как вы думаете, как можно защитить металлы от разрушения? Где приме­няются металлы? Приведите примеры из жизни.

Металлы мы часто применяем в повседневной жизни. Это алюминий, медь, железо, золото, серебро и т. д. Алюминий и медь применяются для изготовле­ния проводов. Алюминиевой фольгой упаковывают лекарства. В домашнем обиходе вы часто встречаете алюминиевую посуду и упаковки для напит­ков. Но больше всего применяется железо для изготовления различных ме­таллоконструкций, трубопроводов, деталей машин и т. д. Этот металл от воды и кислорода воздуха приходит в негодность, изменяет цвет и тускнеет. Железо покрывается ржавчиной красно-бурого цвета. Железо + вода + воз­дух → ржавчина. Такой химический процесс называется коррозией (от лат. сorrodere — разъедать).

Самопроизвольное разрушение металлов в результате их взаимодей­ствия с веществами окружающей среды называется коррозией.

Поверхность алюминия покрывается оксидной пленкой, которая препят­ствует коррозии:

4А1 + 3O2 = 2А12О₃

Химические активные металлы легко окисляются кислородом воздуха (Na, Mg, Са). Железо и медь окисляются только при нагревании:

А золото и некоторые благородные металлы вообще не окисляются кислородом.

Рассмотрите рисунок 15 и сами сделайте выводы.

Ежегодно четвертая часть всего производимого ме­талла из-за коррозии приходит в негодность (рис. 16).

Знаменитую Эйфелеву башню в Париже красили уже 18 раз, в результате чего ее масса увеличилась на 70 т.

Коррозия вызывает серьезные экологические ката­строфы. Из разрушенных трубопроводов может быть утечка газа, нефти, опасных химических продуктов.

Это приводит к загрязнению окружающей среды, что отрицательно влияет на здоровье и жизнь людей.

Металлы защищают от коррозии нанесением покрытий на поверхность изделия: окраска металла лаками, красками, эмалями. Но это покрытие недолговечно. Предохраняют металл покрытием другого металла, менее подверженного коррозии. Это — золото, серебро, хром, никель, олово, цинк и др. В повседневной жизни часто применяют оцинкованные ведра, нике­лированные кровати. Для консервных банок применяют железо, покрытое оловом. Такое железо называют белой жестью. Белую жесть получают в г. Темиртау Карагандинской области на металлургическом заводе. Мож­но уменьшить коррозию железа, добавляя другие металлы: никель, хром, молибден. Таким образом, получают сплав, который называется нержаве­ющей сталью. Из этой стали изготавливают столовые приборы, трубы и другие изделия.

Это интересно!

Олово — достаточно редкий, но очень полезный металл. Известно, что его начали добывать раньше, чем железо.

Олово — это мягкий белый металл, который можно сплавлять с медью, чтобы получить бронзу. Олово — один из первых освоенных человеком ме­таллов. Оно не подвержено коррозии, поэтому из него делают тару для упа­ковки. Слой олова, нанесенный на другие металлы, делает их поверхность гладкой и блестящей. Банки для хранения консервов и напитков также делают из тонкого стального листа, покрытого оловом.

Взаимодействие воды с некоторыми металлами (рис. 17).

1. Взаимодействие воды с активными металлами в обычных условиях идет очень интенсивно.

При этом протекают реакции замещения:

При проведении таких опытов необходимо соблюдать меры предосторожности.

1. При взаимодействии металлов средней активности с водой вместо щелочи выделяется оксид металла:

Мg + НОН = МgО + Н2↑

Малоактивные металлы (Си) с водой не реагируют.

Коррозия, ржавчина, защита от коррозии, белая жесть, алюминиевая фольга, сплав.

А

1. Что такое коррозия? Дайте определение. Какая часть металла ежегодно теряется из-за коррозии?

1. К какому типу реакции относится взаимодействие металлов с кислородом?
2. К какому типу реакции относится реакция взаимодействия металлов с во­дой?
3. Классифицируйте элементы на металлы и неметаллы: S, Мg, С1, А1, Н, Са, N, О, Аs, Р, Аu, Fе.

В

1. Как можно защитить металл от коррозии?
2. Чем отличаются металлы и неметаллы по электронному строению атомов?

Составьте формулы оксидов методом «нулевой суммы»:

Какой из этих металлов в обычных условиях интенсивно реагирует с во­дой:

Аu, Мg, Nа, Fе, Са, А1?

С

1. Расположите формулы приведенных оксидов по возрастанию в них массо­вых долей металлов.

2. Рассмотрите рис. 15. Сделайте выводы.
3. Подготовьте эссе о защите металлов от коррозии. Какой вред наносит кор­розия народному хозяйству?

Это интересно!

Свинец — тяжелый голубовато-серый металл, который не ржавеет. Он ис­пользуется в автомобильных аккумуляторах. Свинцовые экраны защищают людей от опасной радиации. Но свинец токсичен и ядовит для человека.

Демонстрация №2

Взаимодействие активных металлов с холодной и горячей водой

Демонстрацию выполняет учитель, учащиеся наблюдают, делают выво­ды.

Цель: узнать, как реагируют активные металлы с холодной и горячей водой.

Реактивы

Натрий N8, кальций Са, вода Н2О, индикаторы — фенолфталеин, мети­лоранж

Химическая посуда, оборудование

Кристаллизатор, скальпель, фильтровальная бумага, пинцет

Обрежьте кусочек натрия скальпелем, высушите фильтровальной бума­гой. Высушенный кусочек натрия следует бросить в кристаллизатор с холод­ной, а затем горячей водой. Наблюдать за ходом реакции через стекло вы­тяжного шкафа. Такую же реакцию проделать и с металлическим кальцием. Испытать полученные растворы двумя индикаторами.

Задание

1. Сравните интенсивность выделения газа с холодной и горячей водой.
2. Какой из этих металлов более активный?
3. Напишите уравнения реакций.