Медико биологическое значение металлов
Обновлено: 18.05.2024
Тема урока «Значение некоторых ионов металлов для организма человека» в настоящее время является достаточно важной, так как связана с повседневной жизнью человека и на протяжении всей истории развития человеческого общества. По мере развития наук, значение металлов для жизни и жизнедеятельности организма становилось всё более очевидным, т.к. выяснялись их новые свойства.
Та информация, которая представлена в данном плане-конспекте, может быть использована учителями химии и биологии независимо от того каким УМК он пользуется.
Данная разработка предназначена для двух академических часов в 8 или 9 классе. Использовать материал конспекта можно после того, как будет изучены темы по курсу «Биология. Человек»: опорно-двигательная система, внутренняя среда организма, обмен веществ и энергии.
После изучения темы по химии «Простые вещества. Металлы».
В разработанном плане-конспекте подразумевается знание учащимися 8 класса понятий макро-, микро- и ультромикроэлементы ,если дать эти понятия, изучая тему «Обмен веществ и энергии. Если урок проводить в 9 классе, то его можно брать как обобщения и закрепления знаний перед изучением раздела «Металлы».
Для повышение качества образования, обеспечения образовательно-воспитательного процесса, использовались современные и эффективные педагогические методы, приемы и технологии:
использование технологии проектной деятельности, которая позволяет
индивидуализировать учебный процесс, дает возможность проявить творческую самостоятельность в планировании, организации и контроле своей деятельности, развивает критическое мышление, формирует коммуникативную компетентность;
информационно-коммуникационные технологии, позволяющие
формировать информационную компетентность, обеспечивающую повышение качества обучения, личностно-ориентированное обучение;
групповая работа учащихся (технология сотрудничества), которая
повышает мотивацию, позволяет выбирать индивидуальный темп, решать творческие задачи, реализовывать принцип партнерства, формирует навыки самоорганизации и самообразования;
опережающие задания, обеспечивающие «погружение» в проблему и
способствующие личностному росту учащихся;
практические технологии, способствующие формированию устойчивого
интереса к рассматриваемым вопросам.
Вышеперечисленные методы, приемы и технологии обеспечивают деятельностный и личностно-ориентированный подход, который является неотъемлемой частью современного образования. Школьники должны не только усвоить систему знаний о значении ионов металлов для жизнедеятельности организма, но и уметь правильно ориентироваться в изученном материале. Активная, осознанная познавательная практическая деятельность учащихся формирует в них способность и готовность к использованию биологических и химических знаний и умений в повседневной жизни человека.
Эффективность урока можно будет легко проследить проверив и проанализировав рабочие карточки учащихся, т.к. в них заносятся все результаты деятельности каждого ученика и результаты работы группы, а также по рабочим карточкам можно проследить вклад каждого члена группы.
Очень важно чтобы в ходе работы учебный материал стал предметом активных мыслительных и практических действий каждого ученика.
Эпиграф урока:
«Настоящий ученик учится открывать неизвестное с помощью известного и тем самым приближается к учителю»
Цель: Познакомить учащихся с различными функциями ионов металлов с точки зрения химии, биологии, диетологии.
Задачи:
· показать единство живой и неживой природы;
· углубить представление о многообразии металлов и их значении;
· сформировать основу для изучения последующих тем курса химии и биологии;
· продолжить развивать умение работать с дополнительными источниками информации;
· развивать познавательный интерес, реализуя межпредметные связи курсов химии, биологии.
Оборудование:
· у учащихся - набор химического оборудования, рабочие карточки, учебники, географический атлас, таблички с надписями лабораторий;
· у учителя – компьютер, проектор для презентации материалов урока;
- около доски - модель скелета человека, экран для проектора.
Организация: класс делится на 3 группы; ученики выступают в роли научных сотрудников, которые представляют лаборатории химии, биохимии, диетологии.
Время проведения: урок рассчитан на два академических часа.
Тип урока: урок применения знаний, умений и навыков.
Используемый учебно-методический комплекс:
1. Учебник: Габриелян О.С. Химия. 8 класс.- М.: Дрофа, 2010.
2. Химия. 8 класс: Поурочные разработки к учебнику О.С. Габриеляна, Л.С. Гузея и др., - М.: ВАКО, 2008.
4. Исследовательская деятельность учащихся по химии: метод. пособие/Е.В. Тяглова. – 2-е изд. – М.: Глобус, 2007.
5. Биология. 5-9 классы: программы для общеобразоват. учреждений к комплекту учебников, созданных под руководством авт.Пономарёвой И.Н.- – изд.»Вентана-Граф»,2012г,соответствует ФГОС ООО.
6. Биология. Человек. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений/Драгомилов А.Г., Р.Д. Маш,. – изд.»Вентана-Граф», .
8. В помощь учителю биологии: Методические рекомендации. – Калуга: Институт повышения квалификации работников образования, 2008. – 136 с.
9. Исследовательская и проектная деятельность учащихся по биологии: метод. пособие/ Е.В. Тяглова. – 2-е изд., стереотип. – М.: Планета, 2010. – 255 с.
Ход урока:
1. Организация начала урока (психологический настрой учащихся).
2. Введение в тему, определение задач, деление на группы, представление специалистов: химик, биохимик, диетолог
3. Изучение новых знаний, необходимых для формирования умений.
3.1. Творческий поиск учащихся по различным источникам информации, о разных видах смягчения воды.
3.2. Совместное обсуждение представленного материала, выявление наиболее простого способа смягчения воды и возможности его использования.
4. Творческое применение знаний и умений при выполнении заданий после изучения материала.
5. Домашнее задание: найдите информацию о других металлах (которые сегодня не изучали), влияющие на здоровье человека и которые человек использовал с древних времен.
1. Организация начала урока (психологический настрой уч-ся).
Учитель химии : Сегодня у нас необычный урок это - урок-конференция (слайд 1,2) «Значение некоторых ионов металлов для организма человека»
В конференции принимают участие научные сотрудники лабораторий химии, биологии, диетологии (представление детей), вести конференцию будут ваши учителя. Что всегда люди чаще желают друг другу? Здоровья! – Это и есть самое важное для человека в жизни. На нашей конференции мы познакомимся с различным действием ионов металлов на здоровье человека.
Учащиеся входят в класс и рассаживаются согласно поставленным табличкам.
Каждый из вас в ходе урока должен заполнить рабочую карточку которая лежит у вас на столе.
Учащиеся внимательно слушают учителей и настраиваются на соответствующий предметный материал.
Учащиеся рассматривают рабочую карточку
3. Изучение новых знаний, необходимых для формирования умений.
4. Формирование,
закрепление первичных умений.
I. Выступление учителя биологии .
В периодической системе Д.И. Менделеева 116 элементов, 87 из них обнаружены в организме человека. По количественному содержанию они делятся на макро-, микро- и ультромикроэлементы. Макроэлементы – это С, H , О, N , М g , K , Ca , Fe , Na , P , S , Cl . Они составляют 99% массы клетки и являются главными компонентами органических соединений. Микроэлементы содержатся в клетке в малых количествах: 0,001 до 0,000001%. К ним относятся Zn , Mn , Cu , Al , F , Y . Но даже те элементы, которые содержатся в малых количествах, необходимы для жизни и ничем не могут быть заменены .(слайд 5 )
Учитель химии . Заслушивать информацию о 87 химических элементах мы не можем, так как находимся во временных рамках урока, поэтому обсудим лишь некоторые из них, а именно, остановимся на металлах: С u , Fe , Ca , K , Na .
Учащиеся заполняют строки в рабочей карточке
Учитель биологии:
В таблице Менделеева трудно найти какой-либо иной элемент, с которым так неразрывно связывалась бы жизнь всего человечества. Нет другого элемента, при участии которого проливалось бы так много крови, терялось бы столько жизней, происходило бы столько несчастий. Давайте послушаем о нем.
Уч-ся - химик : Еще в глубокой древности человеку известно было 7 металлов: золото, серебро, медь, ртуть, олово, свинец и железо. Век каменный на часах истории сменялся веком медным.
Ученик читает стихотворение:
-Давно известна человеку
-Она тягуча и красна
-Ещё по бронзовому веку
-Знакома в сплавах всем она
-Иду на мелкую монету
-В колоколах люблю звенеть
-Мне ставят памятник за это
-И знают имя моё - медь( Cu )
Мой род очень древний, ему примерно 7тыс. лет. С моей помощью 5 тыс. лет назад соорудили 147 метровую пирамиду Хеопса. Из меня изготовили щит герою Троянской войны Ахиллу. Я очень музыкальна, у меня прекрасный голос. В древности люди делали из меня топоры, щиты, копья, чеканили монеты. Так кто же я?
Ученик (химик)
Сегодня предпочтение отдаётся сплавам меди с другими металлами. Из бронзы (сплав Cu с оловом) была изготовлена Царь – пушка, её масса 40т отлита в 1586году Андреем Чоховым. В 1735году был отлит и Царь – колокол массой 200т. Памятник Петру I в Санкт-Петербурге так и называется Медный всадник. На территории Рязанского Кремля находится памятник С. Есенину из бронзы. Для сооружения46м. статуи Свободы в Америке потратили 225т.листовой меди. Специальную колокольную бронзу используют для литья колоколов. Колокольным звоном тревожным и радостным, праздничным и печальным на протяжении столетий сопровождались важнейшие события нашей истории. В народе говорят, что колокольный звон делает человека добрее. Из сплава меди с цинком (латунь) чеканили монеты. Медь и её сплавы имеют солидный стаж работы в строительстве, военном и ювелирном деле. Без меди нельзя себе представить электротехнику, машиностроение, в общем медь- старый и преданный друг человека.
Учитель биологии: На смену веку медному пришёл век железный.
Ученик: В древности некоторые народы ценили меня больше чем золото. Считается, что я пришелец из космоса. Я и воин, и труженик. У меня настоящая мужская работа, без меня человек слаб и немощен. Мой покровитель бог войны -Марс. Кто я?
Самые древние предметы из железа имеют возраст 3,5 тыс. лет. Железный век продолжается и сейчас, так как 9/10 всех используемых человеком сплавов – сплавы на основе железа. (слайд 6 ) Железо не образует самородков, поэтому в древние времена оно было очень дорогим. В 14 веке до нашей эры железо стоило в 5 раз дороже, чем золото, в 20 раз дороже серебра, в 400 раз дороже меди. Железо занимает 2 место по распространению среди металлов после алюминия. Оно образует множество минералов:
Fe 2 O 3 – красный железняк, Fe 3 O 4 – магнитный железняк, FeS 2 – железный колчедан, Fe 2 O 3 H 2 O – бурый железняк. (слайд 7 )
Миллионы тонн железа были затрачены на создание вооружения и служили разрушению и смерти. Однако железо – это не только средство ведения войн, это основа современной техники и сельскохозяйственного машиностроения, транспорта, средств связи, космических кораблей и вообще цивилизации. Человек использует в основном не чистое железо, а его сплавы- чугун и сталь. Современный век железа – это ржавчина, поэтому изделия из железа покрывают краской, лаком, эмалью, выплавляют специальную нержавеющую сталь. Железо-самый необходимый сегодня металл, и ему ещё долго быть фундаментом цивилизации.
Уч-ся - биохимик . Железо защищает человека снаружи, но так же защищает и поддерживает его изнутри. (слайд 8 ) В организме человека содержится 4,2 г железа. Оно сосредоточено в эритроцитах, мышцах, костях. При его недостатке возникает железодефицитная анемия, сопровождающаяся усталостью и апатией. Красноватую окраску придает эритроцитам гемоглобин, который состоит из белка и глобина и пигмента гема. Гемм содержит атом железа, способный присоединять и отдавать молекулу кислорода. При прохождении крови по легочным капиллярам железо гемоглобина соединяется с кислородом, образуя оксигемоглобин, который разрушается в клетках организма, отдавая им кислород. При соединении гемоглобина с углекислым газом образуется карбогемоглобин, а может гемоглобин соединяться с угарным газом, образуя соединение карбоксигемоглобина, который вызывает смерть организма. (слайд 9)
Уч-ся - диетолог . Железом богаты продукты ярко пигментированные: свекла, хурма, гранат, Яблоки, печень, красная икра, мясо (говядина), зеленые листья овощей. (слайд 10 )
VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016
Щелочные металлы играют большую роль в биохимических и агрохимических процессах. В природе эти металлы в свободном виде не встречаются, они входят в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NаС1, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.) Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках. Обычно верхние слои залежей содержат калийные соли. Они имеются в морской воде, однако в значительно меньших количествах, чем соли натрия. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска (минералы сильвинит NаС1 ∙ КС1 ∙МgС1 ∙6Н2О).
Натрий и калий относятся к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия - 2,6%.
Натрий образует соли со всеми кислотами. Почти все его соли растворимы в воде. Важнейшие из них - хлорид натрия (поваренная соль), сода и сульфат натрия. Хлорид натрия NаС1 - необходимая приправа к пище, используется для консервирования пищевых продуктов, а также служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др. Сульфат натрия Na2SО4 применяется в производстве соды и стекла. Из водных растворов кристаллизуется десятиводный гидрат Na2SО4 ∙ 10Н2О, называемый глауберовой солью. Глауберова соль применяется в медицине как слабительное.
Значительное содержание солей натрия характерно для засоленных почв. Наиболее вреден для растений в почве гидрокарбонат натрия, присутствие которого даже в небольших количествах вызывает их гибель.
В организме человека натрий участвует в образовании желудочного сока, регулирует выделение почками многих продуктов обмена веществ, активирует ряд ферментов слюнных желез и поджелудочной железы, а также более чем на 30% обеспечивает щелочные резервы плазмы крови. Кроме того, ионы натрия способствуют набуханию коллоидов тканей, это задерживает воду в организме. Содержание природного натрия в пищевых продуктах относительно невелико - 15-80 мг%; его потребляют не более 0,8 г в день. Но обычно взрослый человек "съедает" натрия больше - 4-6 г в день, в том числе около 2,4 г натрия с хлебом и 1-3 г при подсаливании пищи. Основное количество натрия - около 80% - организм получает при поглощении продуктов с добавлением поваренной соли.
С наличием натрия в организме связывают также способность тканей удерживать воду. В связи с этим избыточное потребление поваренной соли перегружает почки; при этом страдает и сердце. Вот почему при заболеваниях почек и сердца рекомендуется резко ограничить потребление соли. Для большинства людей совершенно безвредно 4 г натрия в день.
Ион калия необходим для минерального питания растений. Калий вносят в почву в виде калийных удобрений: калийная селитра - КNO3, сульфат калия - K2SO4, хлорид калия - KCI.
В организме человека калий является внутриклеточным элементом, регулирующим кислотно-щелочное равновесие крови; участвующим в передаче нервных импульсов и активировании работу ряда ферментов. Считается, что калий обладает защитным действием против нежелательного действия избытка натрия и нормализует давление крови. По этой причине в некоторых странах предложено выпускать поваренную соль с добавлением хлорида калия. В большинстве продуктов содержание калия колеблется в пределах 150-170 мг %. Заметно больше его лишь в бобовых, например в горохе - 870, фасоли - 1100 мг %. Много калия содержится в картофеле - 570, яблоках и винограде – около 250 мг %.
Библиографический список:
Саргаев, П. М. Неорганическая химия : учеб. пособие для студентов вузов по специальности 310800 "Ветеринария" / П. М. Саргаев. - М. : КолосС, 2005. - 271 с. - (Учебники и учебные пособия для студентов вузов. Гр. МСХ РФ).
X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018
Щелочные металлы находятся в первой группе главной подгруппе Д.И. Менделеева. Эти металлы и их соединения играют важную роль в организме человека.
Натрий широко распространен во всех органах, тканях и биологических жидкостях организма человека. Достаточная концентрация натрия содержится в желудочном соке. Большая же часть натрия находится во внеклеточных жидкостях - около 50%, в костях и хрящах - около 40% и до 10% - внутри клеток. В процессе внутриклеточного и межклеточного обмена натрий играет важную роль. Вместе с калием он участвует в возникновении нервного импульса, занимает важное место в механизме кратковременной памяти, оказывает воздействие на состояние мышечной и сердечно - сосудистой систем; ионы натрия и хлора также играют важную роль в секреции соляной кислоты в желудке. Взаимодействие ионов натрия и калия выполняет два важных взаимосвязанных процесса: во-первых, поддерживает постоянное осмотическое давление, а во-вторых, поддерживает постоянный объем жидкости. Потребление натрия в большом количестве ведет к потере калия. Именно для этого важно сбалансированное поступление в организм, как калия, так и натрия. Суточная потребность человека перекрывается потреблением поваренной соли, которая является главным источником натрия. В сутки человек употребляет около 10-12 г поваренной соли, в том числе в хлебе и натуральных пищевых продуктах. Роль поваренной соли в организме неоднозначна. Многие ученые высказывают мнение, что количество потребляемой соли в сутки должно быть значительно меньше и ограничиваться содержанием ее в продуктах питания. Считается, что употребление поваренной соли в больших количествах является одним из основных факторов развития гипертонической болезни и отложения солей в организме, что пагубно сказывается на работе суставов и их подвижности, а также двигательного аппарата в целом. В то же время установлено, что потребность в натрии увеличивается пропорционально его потере с потом и мочой. При значительных физических нагрузках, особенно в жаркое время года или во время работы в горячих цехах, потребность в поваренной соли увеличивается до 20 г в сутки. Необходимо восполнять запас необходимых солей. В противном же случае недостаток солей этих щелочных элементов может привести к необратимым последствиям: вплоть до обезвоживания организма. Важная роль натрия в организме – регулирование водно-солевого баланса. Поэтому в жаркое время рекомендуется пить минеральную воду, для восполнения дефицита утраченных элементов.
Главными источниками калия являются картофель, хлеб, крупы, абрикосы, бананы и другие продукты. Суточная норма потребления калия для взрослого человека 2-3 г, для ребенка - 16-30 мг на кг массы тела. Необходимый минимум потребления калия для человека в сутки составляет около 1 г. При нормальном пищевом рационе суточная потребность в калии полностью удовлетворяется, но отмечаются также колебания в потреблении калия в зависимости от сезона. Для нормального обмена веществ в пищевом рационе необходимо соотношение между калием и натрием - 1:2. В настоящее время из-за употребления людьми с пищей большого количества поваренной соли, также возрастает и потребность в калии, который может нейтрализовать неблагоприятное влияние избытка количества натрия на организм. Недостаток калия в рационе может привести к дистрофии, даже несмотря на нормальное содержание белков в пище. Нарушение обмена калия проявляется при хронических заболеваниях почек и сердечно-сосудистой системы, при рвоте и диарее, а также других заболеваниях.
Цезий и рубидий малоизучены. Эти элементы находятся в окружающей среде и поступают в организм в основном с пищей. Установлено их постоянное наличие в организме. Однако до сих пор эти элементы не считаются биотическими. Рубидий и цезий найдены во всех исследованных органах млекопитающих и человека. Поступая в организм с пищей, они быстро всасываются из желудочно-кишечного тракта в кровь. Средний уровень рубидия в крови составляет 2,3-2,7 мг/л, причем его концентрация в эритроцитах почти в три раза выше, чем в плазме. Рубидий и цезий равномерно распределяются в органах и тканях, причем, рубидий, в основном, накапливается в мышцах, а цезий поступает в кишечник и реабсорбируется в нисходящих петлях его отдела. В лаборатории И. П. Павлова Боткин установил: хлориды цезия и рубидия вызывают повышение артериального давления на длительное время, и, что это действие связано, главным образом, с усилением сердечнососудистой деятельности и сужением периферических сосудов. Это открытие стали применять в фармацевтике.
Установлено адреноблокирующее и симпатомиметическое воздействие солей цезия и рубидия на центральные и периферические адренореактивные структуры, которое особенно ярко выражено при подавлении тонуса симпатического отдела центральной нервной системы и дефиците катехоламинов. Солям этих металлов свойственен, главным образом, бетта-адреностимулирующий эффект.
Соли рубидия и цезия воздействуют также на неспецифические показатели иммунобиологической резистентности - они вызывают значительное увеличение титра комплемента, активности лизоцима, фагоцитарной активности лейкоцитов. Есть указание на стимулирующее влияние солей рубидия и цезия на функции кроветворных органов. В микродозах они вызывают стимуляцию эритро- и лейкопоэза (на 20-25%), кроме того, заметно повышают резистентность эритроцитов, увеличивают содержание в них гемоглобина.
Франций является радиоактивным элементом. Его соли использовались для обнаружения раковых опухолей, но по причине чрезвычайно высокой стоимости эту соль в масштабных разработках использовать невыгодно.
Список литературы:
4. Химия. Учебное пособие /А.Н. Шипуля, Ю.А. Безгина, Е.В. Волосова, Н.Н. Францева, Е.В. Пашкова // - Ставрополь, -2015.
6. Эффективные технологии в учебном процессе / Е.В. Волосова, Ю.А. Безгина, Е.В. Пашкова, А.Н. Шипуля// в сборнике: Применение современных ресурсосберегающих инновационных технологий в АПК 2016. С. 74-75.
О 10 важных металлах в организме человека
Металлы способны повлиять на биохимические цепи и реакции организма, их дефицит отразится на жизнедеятельности человека. Дефицит любого элемента способен нарушить целостность уникальной системы организма.
Металлы попадают в наш организм через несколько основных каналов:
- продукты питания;
- воду;
- воздух;
- прием лекарственных препаратов и БАД;
- использование косметических средств;
- введение вакцин.
Рассмотрим подробнее 10 важных элементов, которые необходимы человеку:
Кальций
Только представьте, 1 кг вашего веса забирает данный металл. Этот элемент является составляющим каждой клетки. Основная локализация - кости, но он участвует не только в формировании скелета. Кальций отвечает за систему гемостаза и регуляцию гормонов. Важной особенностью кальция является тот факт, что кальций не синтезируется в организме самостоятельно, этот элемент необходимо постоянно восполнять.
Калий
Содержится в клетках, регулирует водный баланс в организме и нормализует ритм сердца. Калий влияет на работу многих клеток в организме, особенно нервных и мышечных. Биологическая роль калия в организме человека велика. Калий способствует ясности ума, улучшает снабжение мозга кислородом, помогает избавляться от шлаков, действует как иммуномодулятор, способствует снижению давления крови и помогает при лечении аллергических реакций. Так же, чем выше физические нагрузки - тем выше потеря калия.
Натрий
В тандеме с калием отвечает за движение жидкости. Калий содержится внутри клетки, натрий - снаружи. Пара калий/натрий отвечает за повышение или снижение артериального давления. Утренние отеки на лице говорят о скоплении натрия, вечерние - накоплении калия.
Магний
Колоссально важный макроэлемент. Магний играет важнейшую роль в организме человека, однако всего 50 грамм, которые содержатся в сердечной мышце, головном мозге и костях, к сожалению, не способны восполнить постоянный расход при стрессах, физических нагрузках, во время беременности и в период активного роста.
Железо
Принимает участие во многих процессах нашего организма. Самый важный из них- передача кислорода в ткани и мышцы. Так же является частью ферментов и белков, которые необходимы для процессов обмена в организме, например, превращение калорий в энергию.
1,5-2 грамма металла локализованы в предстательной железе и мышечной ткани. Минерал участвует в реакциях иммунного ответа, способен сократить продолжительность вирусного заболевания. Важная функция цинка - улучшение фертильности.
Участвует в синтезе эритроцитов, а значит неразрывно связана с железом. Дефицит меди неизбежно приведёт к дефициту железа и кальция. Также, этот металл необходим при синтезе коллагеновый волокон и меланина.
Марганец
Почти невесомый элемент, но является частью вестибулярного анализатора, влияя на уровень нейромедиаторов. Нехватка марганца способна привести к развитию диабета.
Молибден
Кофактор обменных процессов, он ускоряет ферментативные реакции организма и снижает риск развития заболеваний.
Кобальт
Этот металл является частью структуры витамина В12 и помогает исправно работать поджелудочной железе.
Нынешняя экологическая ситуация, стрессы, темп жизни и недоброкачественные продукты питания неизбежно приводят к потери столь драгоценного строительного материала, как металлы. Пусть микроэлементов в процентном соотношении немного, но их важность очень велика.
Химия. 11 класс
§ 50.3. Применение и биологическая роль металлов В-групп и их соединений
Применение металлов и их соединений
Из материала § 43 и § 49 вы уже знаете практическое применение сплавов на основе меди на примере бронзы и латуни, какую огромную роль играет производство сплавов железа—чугуна и стали для нужд машино-, станко-, тракторо-, приборо- и судостроения, в строительстве, производстве бытовой техники и сантехнического оборудования, железнодорожного транспорта.
Рассмотрим области использования других металлов В-групп , а также их соединений.
Хром. Этот металл находит применение в металлургии как легирующий компонент при получении специальных сталей и других сплавов. Нержавеющие стали, содержащие до 23 % хрома, устойчивы к коррозии и действию высоких температур. Их используют в химической и нефтяной промышленности для производства различных аппаратов. Хромомолибденовые и никельмолибденовые стали необходимы для изготовления брони, стволов орудий.
Благодаря блеску, устойчивости к коррозии, износостойкости защитно-декоративные покрытия из хрома применяют на стадии финишной обработки деталей автомобилей, велосипедов, инструмента, а также для восстановления изношенных деталей машин. Различные хроматы используют для подготовки тканей к крашению. Хроматы вводят в состав лаков и красок, чтобы придать им окраску. Хромовые квасцы используют для выделки кож. Очень твёрдый и тугоплавкий порошок оксида хрома(III) Сr2O3 применяют в составе полирующих средств, для приготовления красок, как катализатор в ряде органических реакций, как компонент керамики.
Марганец. Около 90 % марганца применяют в металлургии для легирования сталей. Он придает сплавам коррозионную стойкость, вязкость и твёрдость. Например, марганцевую сталь, содержащую 12–15 % марганца, используют для изготовления железнодорожных рельсов. Из сплава манганина (83 % Сu, 13 % Мn, 4 % Ni) делают проволоку для катушек сопротивления, так как электрическая проводимость такой проволоки почти не меняется с температурой.
Оксид марганца(IV) MnO2 применяют в качестве катализатора, окислителя в химических источниках тока, для обесцвечивания стекла и в производстве спичек.
KМnO4 используется в качестве реагента в аналитической химии. На окислительном действии перманганата калия основано его применение в качестве наружного препарата, обладающего противомикробными свойствами.
Серебро. Из этого драгоценного металла изготавливают ювелирные изделия, столовые приборы. Благодаря высокой электропроводности и устойчивости к коррозии серебро применяют как материал контактов электротехнических изделий. Серебро входит в состав припоев — легкоплавких сплавов с медью, оловом. В химической промышленности серебро используют в качестве катализатора в реакциях окисления, например при производстве формальдегида из метанола.
Бромид серебра(I) с добавками его хлорида или йодида — основной компонент галоидосеребряных фотоматериалов для записи голограмм и результатов рентгенологических исследований в медицинской диагностике.
Серебро входит в состав некоторых медицинских препаратов (колларгол, протаргол) из-за своего бактерицидного действия.
Медь. Благодаря исключительно высокой электро- и теплопроводности, около 40 % всей добываемой меди используется для изготовления электрических проводов и кабелей, различных соединительных устройств, например печатных плат в электроприборах, кредитных карточках, изделиях электронной техники. Из меди изготавливают нагревательные аппараты.
Сплав меди с оловом, бронзу, благодаря её коррозионной стойкости, устойчивости к истиранию используют в машиностроении для изготовления трущихся деталей, в авиации, судостроении, изготовлении скульптур, памятников, домашней утвари, люстр. Из латуни, сплава меди с цинком, отличающейся также коррозионной устойчивостью, пластичностью, декоративным внешним видом, изготавливают детали машин, приборов и различного оборудования, в том числе сантехнического, различные трубы и змеевики, фурнитуру, посуду, ювелирные изделия.
Широкое применение находят сплавы меди с никелем (мельхиор), меди с марганцем и небольшой добавкой никеля (манганин), меди с цинком и никелем (нейзильбер). Они обладают стойкостью к атмосферной коррозии. Мельхиор применяют в судо- и аппаратостроении, изготовлении медицинского инструмента. Манганин нужен для изготовления электроизмерительных приборов. Нейзильбер востребован в производстве деталей точных приборов, медицинских инструментов.
Оксид меди(II) CuO применяют в стекольной промышленности для окраски стёкол и эмалей, как окислитель в органическом анализе. Сульфат или хлорид меди(II) — основной компонент процесса электрохимического осаждения медных покрытий. Медный купорос применяют в сельском хозяйстве для уничтожения вредителей растений, в медицине как антисептическое и вяжущее средство для наружного применения.
Цинк. Цинковыми покрытиями защищают изделия из стали от коррозии. Цинк входит в состав сплавов с медью, алюминием и магнием. Большое количество цинка расходуется на изготовление анодов гальванических элементов.
Цинковый купорос ZnSО4 ∙ 7H2О применяют для крашения тканей, в медицине, для электролитического получения цинка. Оксид цинка ZnO используют в производстве автомобильных шин, а также в изготовлении белой масляной краски (цинковые белила).
Титан. Этот металл по внешнему виду похож на полированную сталь. Химически он достаточно активен, однако из-за образования на его поверхности плотной оксидной плёнки титан более стоек к коррозии, чем нержавеющая сталь. Он также жаростоек, устойчив к действию морской воды и к ряду агрессивных химических сред (азотная кислота, царская водка и др.). Это позволяет использовать его для изготовления химической аппаратуры, подводных лодок.
Плотность титана ( 4,5 г/см 3 ) в 1,7 раза больше плотности алюминия, но титан в 3 раза прочнее алюминия. Это открывает перспективы применения титана в качестве конструкционного материала для двигателей и корпусов летательных аппаратов.
Часто говорят, что титан — металл хирургов. Из него изготавливают вживляемые в организм человека прочные и лёгкие протезы и имплантаты. Благодаря прочной оксидной плёнке на поверхности титан устойчив в агрессивных средах организма человека, не вызывает аллергии, а ткани вокруг титановых протезов и имплантатов не воспаляются.
Оксид титана(IV) используют при изготовлении тугоплавкого стекла, глазури, эмали, керамики, термостойкой лабораторной посуды, а также для приготовления белой масляной краски — титановых белил. Полупроводниковые свойства диоксида титана делают возможным его применение в газовых сенсорах, в ряде каталитических окислительно-восстановительных процессов, для фотокаталитической очистки воды.
Кристаллы титаната бария ВаТiO3 обладают особенными электрическими свойствами, и поэтому из них изготавливают чувствительные элементы в ультразвуковой и гидроакустической аппаратуре.
Никель. Это серебристо-белый металл, обладает ферромагнитными свойствами, довольно пластичен. Компактный никель химически малоактивен. При обычных условиях покрывается тонкой плёнкой NiO, которая защищает его от действия воздуха и воды. Эти свойства определяют области применения никеля.
Никель — важный компонент конструкционных, нержавеющих и жаропрочных сталей, входит в состав константана, используемого в приборостроении. Из жаропрочных никелевых сплавов, содержащих до 80 % никеля, делают лопатки турбин и детали камер сгорания реактивных двигателей летательных аппаратов и многие детали в атомных реакторах. Никель — основной компонент постоянных магнитов.
Широкое применение нашли защитно-декоративные покрытия из никеля и его сплавов с фосфором или бором на изделиях из металлов, полимеров, стекла, керамики. Дисперсный никель используют как катализатор во многих химико-технологических процессах получения водорода, гидрирования или восстановления водородом органических соединений.
Сульфат и хлорид никеля применяют в гальванотехнике для осаждения никелевых покрытий.
Читайте также: