Круговорот углерода в природе

Круговорот химических элементов в природе (на примере углерода или азота). Роль живых существ в круговороте химических элементов.

Билет № 23

Билет № 22

1. Натрий: положение этого химического элемента в периодической системе, строение его атома, физические свойства. Химические свойства натрия: взаимодействие с неметаллами, водой.

Положение в периодической системе: натрий находится в 3 периоде, I группе, главной (А) подгруппе.

Атомный номер натрия 11, следовательно, заряд атома натрия равен + 11, число электронов 11. Три электронных уровня (равно периоду), на внешнем уровне 1 электрон (равно номеру группы для главных подгрупп).

Схема расположения электронов по уровням:
₁₁Na)))
^{2 8 1}

Ядро атома натрия ²³Na содержит 11 протонов (равно заряду ядра) и 12 нейтронов (атомная масса минус число протонов: 23 – 11 = 12).

Простое вещество натрий – металл серебристо-белого цвета, легкий (плотность 0,97 г/см³ – легче воды), мягкий (легко режется ножом), легкоплавкий (температура плавления 98^оC).

Натрий, как и все щелочные металлы, – сильный восстановитель. Он энергично реагирует с неметаллами:

1. При нагревании до 180^оС в умеренном количестве кислорода образуется оксид натрия:
4Na + O₂ = 2Na₂O

2. Натрий горит на воздухе с образованием пероксида натрия:
2Na + O₂ = Na₂O₂
Натрий хранят под слоем керосина.

3. Расплавленный натрий в хлоре сгорает с ослепительной вспышкой (можно говорить проще – реагирует с хлором при нагревании), на стенках сосуда образуется белый налет хлорида натрия:
2Na + Cl₂ = 2NaCl

Натрий может взрываться при растирании с порошком серы (образуется сульфид натрия):
2Na + S = Na₂S

Натрий при нагревании восстанавливает водород, образуется гидрид натрия:
2Na + H₂ = 2NaH

Если небольшой кусочек натрия поместить в воду, он бурно реагирует с водой. Металл плавится от выделяющейся теплоты и «бегает» по поверхности воды. Образуется раствор гидроксида натрия:
2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

Натрий в природе содержится в различных минералах, в виде соли в морской воде. В человеческом организме соли натрия входят в состав плазмы крови, лимфу.

Применяется в атомной энергетике и в виде соединений (поваренной соли NaCl, соды Na₂CO₃ и др.)

2. Опыт. Осуществление превращения: соль → нерастворимое основание → оксид металла.

Для получения нерастворимого основания, к раствору соли добавляем гидроксид натрия. Полученный осадок нагреваем на спиртовке, он разлагается с образованием оксида.

Лучше взять сульфат или хлорид меди (II):

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄

Выпадает синий осадок гидроксида меди (II). При нагревании осадок чернеет в результате образования черного оксида меди (II):

Cu(OH)₂ = CuO + H₂O

Углерод в природе содержится в различных осадочных горных породах: меле, известняке. Большое количество углерода входит в состав растительной биомассы. Содержание в атмосфере углекислого газа сравнительно невелико – менее 1 % (точнее 0,03 % по объему), но именно этот углерод приковывает сегодня внимание ученых.

Углекислый газ необходим растениям для фотосинтеза. В процессе фотосинтеза образуются органические вещества, служащие источником питания для всех живых организмов. В то же время углекислый газ способен вызывать парниковый эффект.

Это связано с тем, что солнечный свет проходит сквозь атмосферу, нагревает земную поверхность, которая отдает в космос избыток тепла в виде инфракрасных тепловых лучей. Углекислый газ пропускает солнечный свет, но задерживает инфракрасное излучение. В результате повышения концентрации CO₂ может произойти глобальное потепление климата, угрожающее таянием полярных льдов. Это вызовет подъем уровня океана и затопление больших площадей суши.

Фотосинтез – основной процесс, постоянно изымающий углекислый газ из атмосферы. В настоящее время происходит сокращение площади лесов, что особенно пагубно – влажных тропических лесов. Загрязнение поверхности океана нефтепродуктами препятствует нормальному газообмену и фотосинтезу водорослей.

В то же время неуклонно растет потребление ископаемого топлива: природного газа, нефти, каменного угля, – при сжигании которого в атмосферу выбрасывается углекислый газ. Углекислый газ выделяется также при гниении органических веществ, дыхании животных и человека.

В создавшейся ситуации, важную роль в регуляции содержания CO₂ в атмосфере играют донные отложения карбоната кальция, образующиеся при отмирании мелких морских беспозвоночных. При повышении содержания в атмосфере углекислого газа, он растворяется в воде, известняк вступает с ним в реакцию с образованием гидрокарбонатов, что связывает избыток углекислоты:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O Ca(HCO₃)₂

Если в атмосфере возникает недостаток углекислого газа, равновесие смещается влево, гидрокарбонаты разлагаются с освобождением CO₂.

Эти процессы можно представить в виде схемы:

Если попросят написать уравнения, можно привести суммарное уравнение образования глюкозы при фотосинтезе:

6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂

Сжигание метана в составе природного газа:

CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Обжиг известняка:

CaCO₃ = CaO + CO₂↑

Дата добавления: 2015-04-24