ОГЭ 2018 по химии › Подготовка к ОГЭ 2018

Человек в мире веществ, материалов и химических реакций

Как отмечалось ранее, в процессе жизнедеятельности человеческого организма реализуется около миллиона различных химических процессов. В любой живой клетке человеческого организма могут протекать тысячи химических реакций.

Понимание химических процессов, лежащих в основе болезни, помогает поиску способов её лечения. Основоположником медицинского направления в химии был швейцарский врач Т. Парацельс. Именно ему принадлежит высказывание, что цель химии состоит не в изготовлении золота и серебра, а в изготовлении лекарств. Парацельс впервые стал систематически применять для лечения больных неорганические вещества.

В результате естественного отбора основу живых организмов составляют только шесть элементов. Это углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера. Их общее групповое название — органогены. Человеческий организм на 97,4% состоит из органогенов.

Жизненно необходимыми (незаменимыми) элементами являются водород, кислород, азот, фосфор, сера, натрий, калий, магний, кальций, хлор, йод, марганец, медь, кобальт, железо, цинк, молибден и ванадий. Они постоянно содержатся в организме. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

Ниже приведены сведения о некоторых практически значимых и биологически активных неорганических веществах, которые носят прежде всего справочный характер. Сведения об элементах и их соединениях приведены в соответствии с их расположением в таблице Д.И. Менделеева.

Содержание

Натрий и его соединения
Калий и его соединения
Магний и его соединения
Кальций и его соединения
Алюминий и его соединения
Углерод и его соединения
Кремний и его соединения
Азот и его соединения
Фосфор и его соединения
Кислород и его соединения
Сера и её соединения
Фтор и его соединения
Хлор и его соединения
Бром и его соединения
Йод и его соединения
Железо и его соединения
Тренировочные задания
Ответы

Натрий и его соединения

Гидроксид натрия применяют в качестве реагента в химической промышленности, в производстве бумаги, искусственных волокон, для очистки нефти, масел и т. д.

В практике широко используют следующие соединения натрия.

Пероксид натрия Na₂O₂, используют для отбеливания различных материалов, для регенерации кислорода в дыхательных приборах изолирующего типа по реакции:

Карбонат и гидрокарбонат натрия Na₂CO₃ и NaHCO₃ относятся к многотоннажным продуктам химической промышленности, применяются в различных отраслях химической, мыловаренной, бумажной, текстильной и пищевой промышленности.

Нитрат натрия NaNO₃ применяют как удобрение, в производстве стекла, как консервант пищевых продуктов и т. д.

Хлорид натрия NaCl (поваренная соль) применяют в технике, пищевой промышленности и т. д.

Натрий относится к жизненно важным элементам. Он распределён по всему организму и является основным внеклеточным ионом. Ион натрия участвует в регуляции водного обмена и влияет на работу ферментов.

В медицине применяют растворы хлорида натрия различной концентрации для инъекций, промывания ран, компрессов и т. д. Кроме того, в медицине применяют питьевую соду NaHCO₃ при различных заболеваниях, сопровождающихся повышенной кислотностью, а также бромид натрия как седативное средство и иодид натрия при лечении зоба.

Калий и его соединения

Гидроксид калия применяют для получения мыла, в щелочных аккумуляторах, как поглотитель кислых газов и т. д.

Около 90% добываемых солей калия потребляются в качестве удобрений.

Калий ускоряет процесс фотосинтеза и содействует накоплению углеводов в растениях. В качестве калийных удобрений используют природные (сырые) калийные соли и промышленные концентрированные удобрения.

Концентрированными удобрениями являются хлорид и сульфат калия.

Хлорат калия KClO₃ (бертолетова соль) и нитрат калия KNO₃ используют в пиротехнике.

Катион K⁺ является основным внутриклеточным катионом. Этот катион играет важную роль в нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, активизации ферментов.

В медицинской практике применяют хлорид калия при калиевом истощении, бромид калия KBr как седативное средство, а также некоторые другие соединения калия.

Магний и его соединения

Магний в основном используют для производства «сверхлёгких» сплавов. Одним из наиболее важных является сплав электрон, который применяют в ракетной технике и авиастроении. Кроме того, магний используют в металлотермии, при изготовлении осветительных и зажигательных ракет, снарядов и т. д.

Магний играет важную роль в жизнедеятельности живых организмов и человека. В медицинской практике используют оксид магния при избыточной кислотности, а также сульфат магния MgSO₄ × 7H₂O в качестве слабительного и желчегонного средства.

Кальций и его соединения

Гидроксид кальция Ca(OH)₂ (известковое молоко, гашеная известь) — белое кристаллическое вещество, плохо растворимое в воде. Получают его из соответствующего оксида. Является сильным основанием. Применяют как вяжущий материал в строительстве, для раскисления почв, в производстве стекла, сахара и т. д.

Природные соединения кальция широко применяют в производстве вяжущих материалов. Вяжущими материалами называют порошкообразные вещества, образующие при смешении с водой пластичную массу, затвердевающую в твёрдое камневидное тело. Их широко используют для изготовления бетона, строительных деталей и конструкций, а также для сцепления отдельных элементов сооружений. К вяжущим веществам относятся цементы, гипсовые материалы, известь и др.

Кальций играет исключительно важную роль в жизнедеятельности человеческого организма. Катион Ca²⁺ присутствует в каждой клетке человеческого организма, а основная его масса сосредоточена в костной и зубной ткани в виде нерастворимого кристаллического минерала — гидроксилапатита Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂. Ионы кальция принимают активное участие в сокращении мышц, передаче нервных импульсов и т. д.

В медицинской практике широко применяют ряд препаратов, являющихся кальциевыми солями различных органических кислот: глутаминовой, молочной и т. д. Из используемых в медицине неорганических солей кальция наиболее известен жжёный гипс CaSO4 × ½H₂O (гипсовые повязки при переломах), а также хлорид кальция.

Алюминий и его соединения

Алюминий широко применяют как конструкционный материал, основу для создания лёгких сплавов (например, дюралюминий; силумин). Сплавы алюминия используются в авиастроении, автомобилестроении и судостроении. Из алюминия изготавливают электрические провода, алюминиевую фольгу используют в пищевой промышленности.

Из солей алюминия отметим его сульфат Al₂(SO₄)₃ и алюминиевые квасцы общей формулы MAl₂(SO₄)₃ × 12H₂O, где М = K, NH₄, Na. Так, алюмо-калиевые квасцы KAl(SO₄)₂ × 12H₂O используют как дубитель, протраву при крашении, для проклейки бумаги и т. д.

Биологическая роль алюминия выяснена недостаточно подробно. Известно, что алюминий влияет на развитие эпителиальной и соединительной ткани, ряд ферментативных процессов и т. д.

В медицинской практике применяют гидроксид алюминия и различные препараты на его основе в качестве обволакивающих, абсорбирующих и антацидных средств. Алюмо-калиевые квасцы применяют как кровоостанавливающее средство.

Углерод и его соединения

Их широко используют во всех отраслях промышленности. Так, алмаз применяют для обработки особо твердых материалов, при буровых работах. Кристаллы алмаза после огранки и шлифования называются бриллиантами и применяются для изготовления ювелирных изделий.

Графит используют для приготовления электродов, плавильных тиглей, в качестве замедлителя нейтронов в атомных реакторах, для изготовления карандашей, как смазочный материал и т. д.

Технические сорта графита: кокс, древесный уголь, животный уголь — сажу используют в металлургии, для изготовления красок, чёрной резины, в качестве адсорбентов и т. д.

Углерод является органогеном. На его основе построены все органические соединения. Он входит в состав тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов и гормонов.

В медицинской практике при различных отравлениях применяют специально обработанный уголь животного или растительного происхождения, так называемый активированный уголь.

Кремний и его соединения

Их широко применяют в технике как основу полупроводниковых материалов, как легирующие добавки к сталям и т. д.

Карбид кремния SiC (карборунд) применяют как абразивный и огнеупорный материал, в радиотехнике и т. д.

Нитрид кремния Si₃N₄ используют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала, в создании тугоплавких сплавов, в качестве высокотемпературного полупроводника.

Огромный научный интерес представляют кремнийорганические соединения.

Биологическая роль кремния выяснена недостаточно. Убедительных данных о заболеваниях, вызванных недостатком кремния, нет.

Вдыхание пыли, содержащей SiO₂, приводит к силикозу.

В медицинской практике применяют карбид кремния SiC для шлифовки пломб и пластмассовых протезов.

Азот и его соединения

Нитраты широко используются в производстве легко воспламеняющихся и взрывчатых веществ. Так, черный порох имеет следующий состав: 68% KNO₃, 15% S, 17% С.

Азотную кислоту широко используют в производстве взрывчатых веществ, искусственных волокон и пластических масс, для травления металлов, в ракетной технике.

Особую роль играют азотные удобрения, которые очень широко применяются в сельском хозяйстве. Из них отметим нитрат натрия NaNO₃, нитрат калия KNO₃, нитрат аммония NH₄NO₃, сульфат аммония (NH₄)₂SO₄ и карбамид (мочевину) OC(NH₂)₂.

Азот является органогеном. Он входит в состав всех важнейших органических соединений. В медицинской практике применяют 10%-ный раствор NH₃ как средство скорой помощи для возбуждения дыхания и выведения больных из обморочного состояния, хлорид аммония NH₄Cl как диуретик, оксид азота (I) N₂O (веселящий газ) при простых операциях, в стоматологической практике и т. д.

Многие оксиды азота в высоких концентрациях являются высокотоксичными соединениями.

Фосфор и его соединения

Ортофосфорную кислоту применяют как реагент в неорганическом и органическом синтезе, полупродукт для получения минеральных удобрений, как компонент антикоррозийных покрытий, в пищевой промышленности и т. д.

Особое значение имеют фосфорсодержащие минеральные удобрения. Фосфор является необходимым элементом для жизнедеятельности растений, улучшения качества почв.

Соли фосфорной кислоты входят в состав азотно-фосфорных и азотно-фосфорно-калийных удобрений. Из них отметим аммофос, представляющий смесь моно- и диафосфатов аммония NH₄H₂PO₄ и (NH₄)₂HPO₄, а также нитрофоску — смесь NH₄H₂PO₄, (NH₄)₂HPO₄, CaHPO₄, NH₄NO₃, KNO₃, KCl.

Фосфор относится к органогенам. Его соединения составляют основу скелета и зубов животных и человека. Фосфор входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Сахара и жирные кислоты могут быть использованы клетками в качестве источника энергии только при предварительном фосфорилировании.

Огромный интерес представляют фосфорорганические соединения. Среди них найдены эффективные лекарственные препараты, химические средства защиты растений. Наиболее токсичные и эффективные боевые отравляющие вещества (зарин, зоман, VX) также являются фосфорорганическими соединениями. Химия фосфорорганических соединений представляет собой огромный самостоятельный раздел элементоорганической химии.

Из неорганических соединений фосфора в медицинской практике применяют фосфаты алюминия AlPO₄ и цинка Zn₃(PO₄)₂, которые входят в состав фосфат-цементов, применяемых в стоматологии в качестве пломбировочного материала.

Кислород и его соединения

Кислород является органогеном. Он входит в состав всех жизненно важных органических веществ: белков, жиров и углеводов.

Без кислорода невозможны многочисленные жизненно важные процессы: дыхание, окисление аминокислот, жиров, углеводов.

В медицинской практике кислород применяют для вдыхания при болезненных состояниях, сопровождающихся кислородной недостаточностью, например заболевания дыхательных путей, сердечно-сосудистой системы и др.

Озон используют для дезинфекции помещений, обеззараживания воздуха и очистки питьевой воды. Небольшие примеси озона в воздухе улучшают состояние человека, особенно легочных больных.

Сера и её соединения

Сульфат кальция CaSO₄ существует в виде двух кристаллогидратов: гипса CaSO₄ × 2H₂O и алебастра 2CaSO₄ × H₂O, применяют в строительстве и медицине для изготовления шин, повязок и т. д.

Сульфаты меди и железа используют для борьбы с вредителями растений.

Сульфат цинка ZnSO₄ × 7H₂O используют в качестве протравы для крашения тканей.

Сера относится к органогенам. Она входит в состав белков, аминокислот, гормонов, витаминов.

В медицинской практике применяют осаждённую серу как противоглистное средство. Осаждённая сера входит в состав ряда мазей и присыпок при лечении кожных заболеваний. Сульфат натрия Na₂SO₄ × 10H₂O (глауберова соль) используется в качестве слабительного. Реже в медицинской практике применяют и другие соединения серы.

Фтор и его соединения

Соли фтористоводородной кислоты — неорганические фториды широко применяются в различных областях техники, например для разделения изотопов урана, синтеза хладагентов и т. д.

Жидкий фтор и некоторые из его соединений применяют в качестве окислителей ракетного топлива.

Соединения фтора обладают разнообразной биологической активностью. Фтор относят к микроэлементам. Его недостаток приводит к заболеванию, называемому гипофторозом, и проявляется кариесом зубов. При избыточном поступлении фтора в организм возникают различные формы флюороза и ряд профессиональных заболеваний. Практически все неорганические фториды являются высокотоксичными соединениями.

В медицинской практике используют фторид натрия NaF в виде полосканий, а также как добавку к зубной пасте.

Хлор и его соединения

Важное значение имеют следующие соединения хлора:

Хлорид натрия NaCl применяют для получения гидроксида натрия, соляной кислоты, хлора, карбоната натрия, в мыловаренной и пищевой промышленности.
Хлорид калия KCl применяют как калийное удобрение, для получения гидроксида и солей калия.
Хлорид магния MgCl₂ применяют для получения магния, цементов, в виде водных растворов — как средство против обледенения.
Хлорид кальция CaCl₂ применяют для получения кальция, как осушающий агент, его водные растворы используют в качестве хладагентов, средства против обледенения.
Хлорид серебра AgCl применяют в фотографии.
Хлорид алюминия AlCl₃ применяют как катализатор в органическом синтезе.
Хлорид железа (III) FeCl₃ применяют как коагулянт при очистке воды, протраву при крашении.
Хлорид ртути (I) Hg₂Cl₂ применяют как катализатор органических реакций, антисептик.
Хлорид ртути (II) Hg₂Cl применяют как протраву для семян, как катализатор в органическом синтезе.
Хлорат калия KClO₃ применяют в производстве взрывчатых веществ, спичек, для получения кислорода в лабораторных условиях.
Хлорат кальция Ca(ClO₃)₂ применяют как окислитель в пиротехнике, гербицид, дефолиант для хлопчатника.

Хлор и его соединения обладают высокой биологической активностью и играют в организме человека важную роль. Хлор относится к сильнодействующим ядовитым веществам. Во время Первой мировой войны его использовали как боевое отравляющее вещество.

Хлорид-ион активирует некоторые ферменты, участвует в поддержании осмотического давления. В медицинской практике при недостаточной кислотности желудочного сока применяют разведенную соляную кислоту.

Раствор хлорида натрия 0,9% (изотонический) применяют при кровопотерях, интоксикациях, для растворения различных лекарственных веществ.

Гипертонические растворы хлорида натрия (3, 5, 10% соответственно) применяют в виде компрессов при лечении гнойных ран.

Хлорид кальция CaCl₂ × 6H₂O широко применяют как кровоостанавливающее средство, при аллергических заболеваниях и т. д.

Бром и его соединения

Применяют бром как бромирующий агент в органическом синтезе, для изготовления красителей и т. д.

Биологическая роль соединений брома выяснена недостаточно. В прошлом препараты брома NaBr и KBr широко применялись в качестве успокаивающих и противосудорожных средств. В настоящее время ими пользуются реже, но своего значения они не потеряли.

Йод и его соединения

Йод широко применяют в аналитической химии, в промышленности — для рафинирования тугоплавких металлов, как реагент в синтезе лекарственных препаратов.

Йод относится к числу незаменимых биогенных элементов. В организме он находится в связанном состоянии — в виде некоторых гормонов. Пары йода ядовиты. Как избыток, так и недостаток йода в организме приводит к различным заболеваниям.

В медицинской практике используют спиртовой раствор йода как антисептическое средство, а также йодид калия KI.

Железо и его соединения

Важнейшей областью применения железа является получение чугуна, стали и специальных сплавов.

Из солей железа в промышленности применяют железный купорос FeSO₄ × 7H₂O для приготовления минеральных красок, борьбы с вредителями растений; хлорид железа (III) FeCl₃ как протраву при крашении ткани, коагулянт при очистке воды; сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃ × 9H₂O как коагулянт и для травления металлов.

Железо является важнейшим биогенным элементом. Его общее содержание в организме человека составляет около 5 г. Большая часть железа содержится в гемоглобине крови, который обратимо связывает кислород и переносит его от легких к тканям. Кроме того, железо входит в состав ряда ферментов. Как избыток, так и недостаток железа в организме приводит к различным заболеваниям. Одним из самых серьёзных заболеваний, вызванных недостатком железа в организме, является гипохромная анемия. В медицинской практике используют более десяти различных препаратов железа, основу которых составляют FeCl₃ × 4H₂O, FeSO₄ × 7H₂O, лактат железа (II) [H₃C–CH(OH)–COO]₂Fe × 3H₂O.

Тренировочные задания

1. Верны ли следующие суждения о правилах безопасного обращения с веществами в быту?

А. При работе с жидкими чистящими препаратами для ванн и раковин рекомендуется использовать резиновые перчатки.
Б. Растительное масло следует хранить вместе с препаратами бытовой химии.