Reakcje jakim ulegaja berylowce. Zastosowanie berylowców i ich związków

Reakcje berylowców z wodą

Wapń, stron i bar w sposób widoczny reagują z wodą w temperaturze pokojowej - reaktywność rośnie w dół grupy. Magnez z zimną wodą reaguje bardzo wolno, ale szybkość tej reakcji rośnie znacznie po ogrzaniu. Beryl jako jedyny z pierwiastków należących do 2 grupy układu okresowego nie reaguje z wodą zarówno na zimno, jak i po ogrzaniu. Produktami tych reakcji są odpowiednie wodorotlenki i wodór.

R1V0gakOv8FeX

Ilustracja przedstawiająca pięć probówek wypełnionych do połowy różowo‑fioletowym roztworem. W każdej probówce znajduje się woda oraz fenoloftaleina. W pierwszej probówce znajduje się beryl, w drugiej, magnez, w trzeciej, wapń, w czwartej stront, zaś w piątej bar. Pod probówką pierwszą zawierającą beryl znajduje się płomień palnika. — Schemat doświadczenia – reakcje berylowców z wodą
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

$Be + 2 H_{2} O \overset{T}{\to} nie zachodzi$

$Mg + 2 H_{2} O \overset{T}{\to} Mg {(OH)}_{2} + H_{2} ↑$

$Ca + 2 H_{2} O \to Ca {(OH)}_{2} + H_{2} ↑$

$Sr + 2 H_{2} O \to Sr {(OH)}_{2} + H_{2} ↑$

$Ba + 2 H_{2} O \to Ba {(OH)}_{2} + H_{2} ↑$

Powstające w reakcji z wodą wodorotlenki berylowców, począwszy od magnezu, tworzą roztwory zasadowe. Wodorotlenek magnezu jest wprawdzie bardzo słabo rozpuszczalny, a wodorotlenek wapnia słabo rozpuszczalny, niemniej ich wodne roztwory i tak przyjmują mocno zasadowy odczyn. Dzieje się tak dlatego, że wodorotlenki berylowców (z wyjątkiem wodorotlenku berylu) są mocnymi wodorotlenkami, o charakterze zasadowym, praktycznie całkowicie zdysocjowanymi w roztworze wodnym na jony.

$Ba {(OH)}_{2} \to {Ba}^{2 +} + 2 {OH}^{-}$

Wodorotlenek berylu jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, a charakter chemiczny tego wodorotlenku jest amfoteryczny.

Symulacja 1

Przeanalizuj poniższą symulację. Czy wiesz, jak zachowują się wybrane metale należące do berylowców, po dodaniu ich do wody oraz alkoholowego roztworu fenoloftaleiny w temperaturze 25°C? Zwróć uwagę na zmiany zachodzące w poszczególnych probówkach, a następnie rozwiąż ćwiczenia sprawdzające.

Przeanalizuj opis poniższej symulacji. Czy wiesz, jak zachowują się wybrane metale należące do berylowców, po dodaniu ich do wody oraz alkoholowego roztworu fenoloftaleiny w temperaturze 25°C? Zwróć uwagę na zmiany zachodzące w poszczególnych probówkach, a następnie rozwiąż ćwiczenia sprawdzające.

RkxRXFkf7sFSC

Symulacja interaktywna pt. „Czy berylowce reagują z wodą?"
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Podpowiedźgreenwhite

RSmzjxzoQPQuu

Ćwiczenie 1

Ćwiczenie 2

Jak zmienia się aktywność berylowców wraz ze wzrostem masy atomowej pierwiastka? Odpowiedz, posługując się przykładem reakcji berylowców z wodą.

R1UAs9rjivZch

Reakcje berylowców z tlenem

Berylowce reagują z tlenem. Magnez w reakcji z tlenem tworzy tlenek magnezu, podobnie jak wapń, bar i stront. Natomiast bar i stront mogą tworzyć nadtlenki.

$2 Mg + O_{2} \to 2 MgO$

$2 Ca + O_{2} \to 2 CaO$

$2 Ba + O_{2} \to 2 BaO$

$2 Sr + O_{2} \to 2 SrO$

$2 Ba + 2 O_{2} \to 2 {BaO}_{2}$

Wśród tlenków berylowców tylko tlenek berylu ma właściwości amfoteryczne, a pozostałe mają charakter zasadowy. Tlenki te w reakcji z kwasami tworzą sole, np.:

$MgO + 2 {HNO}_{3} \to Mg {({NO}_{3})}_{2} + H_{2} O$

$3 CaO + 2 H_{3} {PO}_{4} \to {Ca}_{3} {({PO}_{4})}_{2} + 3 H_{2} O$

Tlenek berylu, jako tlenek amfoterycznyamfoterycznośćamfoteryczny, reaguje z kwasami i zasadami, nie reaguje natomiast z wodą:

$BeO + 2 HCl \to {BeCl}_{2} + H_{2} O$

$BeO + 2 NaOH + H_{2} O \to {Na}_{2} [Be {(OH)}_{4}]$

Polecenie 1

Czy znasz ogólny zapis równania reakcji chemicznej pomiędzy berylowcami a tlenem? W którym kierunku wzrasta aktywność chemiczna berylowców? Jakie są zastosowania tlenków pierwiastków II grupy układu okresowego? Przeanalizuj mapę pojęć dotyczącą tlenków berylowców i ich zastosowań, a następnie stwórz na jej podstawie własną mapę pojęć zawierającą nazwę, charakter chemiczny oraz zastosowania odpowiednich tlenków berylowców. Kolejno przejdź do wykonania ćwiczeń sprawdzających.

Czy znasz ogólny zapis równania reakcji chemicznej pomiędzy berylowcami a tlenem? W którym kierunku wzrasta aktywność chemiczna berylowców? Jakie są zastosowania tlenków pierwiastków II grupy układu okresowego? Przeanalizuj opis mapy pojęć dotyczącej tlenków berylowców i ich zastosowań, a następnie stwórz listę wypunktowanych haseł zawierających nazwę, charakter chemiczny oraz zastosowania odpowiednich tlenków berylowców. Kolejno przejdź do wykonania ćwiczeń sprawdzających.

R1bUCf6fYIsYz1

Schemat dotyczy zastosowania tlenków berylowców. W centralnej części schematu w umieszczony jest pionowy szereg berylowców - od góry od berylu w dół do radu. Kolejno są beryl Be o liczbie atomowej 4, magnez Mg o liczbie atomowej 12, wapń Ca o liczbie atomowej 20, stront Sr o liczbie atomowej 38, bar Ba o liczbie atomowej 56 oraz rad Ra o liczbie atomowej 88. Po lewej i prawej stronie schematu są strzałki pionowe. Po lewej stronie jest pionowa strzałka skierowana w dół, dotyczy ona aktywności berylowców, która rośnie w miarę wzrostu liczby atomowej. Po prawej stronie schematu jest strzałka skierowana w górę - dotyczy elektroujemności, która rośnie wraz z malejącą liczbą atomową. Po prawej stronie schematu jest napis: berylowce to metale drugiej grupy, na drugim stopniu utlenienia, o elektroujemności od 0,9 do 1,5. Po lewej stronie schematu są wzory związków. Między innymi jest tlenek amfoteryczny BaO, są tlenki zasadowe CaO, BO, SrO oraz MgO. Opisano: 1. Ogólny zapis równania reakcji chemicznej berylowców z tlenem: dwa M, plus, O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, strzałka w prawo, dwa MO, 2. Tlenek berylu. Tlenek berylu w formie spieku, jest bardzo stabilnym materiałem ceramicznym. Używany jest on w silnikach rakietowych oraz wykorzystywany jest w aluminiowych zwierciadłach teleskopowych jako przezroczysta warstwa ochronna. Tlenek berylu znalazł zastosowanie do produkcji efektywnych części półprzewodnikowych, wykorzystywanych na przykład w sprzęcie radiowym, ze względu na jego dobrą przewodność cieplną. Ponadto jest on dobrym izolatorem elektrycznym. BeO wykorzystuje się jako wypełniacz w odpowiednich materiałach termicznych, na przykład w smarze termicznym. Jest również używany jako ceramika strukturalna do wysokoefektywnych urządzeń mikrofalowych, lamp próżniowych, magnetronów i laserów gazowych. Związek berylu został zaproponowany jako moderator neutronowy dla morskich wysokotemperaturowych reaktorów, chłodzonych gazem (MGCR), a także zastosowany został w reaktorze jądrowym Kilopower NASA do zastosowań kosmicznych. Zdjęcie przedstawia konstrukcję zbudowaną z połączonych ze sobą elementów przypominających rakiety., 3. Tlenek magnezu MgO jest cenionym materiałem ogniotrwałym, czyli jest stabilny fizycznie i chemicznie w wysokich temperaturach. Ma dwa użyteczne atrybuty: wysoką przewodność cieplną i niską przewodność elektryczną. Ważnym zastosowaniem tlenku magnezu jest wypełnienie spiralnych, górnych elementów grzejnych. MgO wchodzi w skład cementu portlandzkiego w zakładach przetwórczych. Ważnymi zastosowaniami związku magnezu wynikającymi z jego zdolności do buforowania kwasów i jego związaną efektywnością w stabilizacji rozpuszczonych gatunków metali ciężkich, są: uzdatnianie gleby i wód gruntowych, oczyszczanie ścieków, uzdatnianie wody pitnej, oczyszczanie emisji gazów do powietrza, przetwarzanie odpadów. Tlenek magnezu aplikuje się również w celu łagodzenia zgagi i niestrawności, jako środek neutralizujący kwas solny, suplement magnezu oraz jako krótkotrwały preparat przeczyszczający. Niestety używanie tlenku magnezu obejmuje również skutki uboczne takie jak nudności i skurcze. MgO jest wykorzystywany również jako dodatek do żywności i środek zapobiegający zbrylaniu, który jest znany pod numerem E530. Ponadto znalazł zastosowanie jako izolator elektryczny w rurowych elementach grzejnych, ze względu na jego wysoką wytrzymałość dielektryczną i średnie przewodnictwo cieplne. W żaroodpornym kablu elektrycznym związek magnezu jest stosowany jako izolator. Domieszkowanie ceramiki tlenkiem magnezu efektywnie hamuje w niej wzrost ziaren i ulepsza jej stabilność na pękanie. Związek magnezu stanowi również komercyjny nawóz dla roślin i paszę dla zwierząt. Aerozolowany roztwór MgO jest stosowany w bibliotekach w celu odkwaszenia zagrożonych przedmiotów papierowych. Zdjęcie przedstawia wnętrze biblioteki. Jest w nim dużo regałów na kolejnych piętrach. Przez środek pomieszczenia z regałami biegnie wysoka rura przypominająca komin. Ponadto tlenek magnezu znalazł zastosowanie jako powłoka ochronna w wyświetlaczach plazmowych., 4. Tlenek wapnia Głównym zastosowaniem wapna palonego jest wytwarzanie stali, w którym jego zawartość mieści się w zakresie od około 30 do 50 kilogramów na tonę stali. Zdjęcie przedstawia zabudowania cementowni. Wapno palone zobojętnia kwaśne tlenki: SiO₂, Al₂O₃ i Fe₂O₃, formując stopiony żużel. Mielony tlenek wapnia jest używany do wytwarzania bloczków z betonu komórkowego o gęstości ok. 0,6–1,0 g/cm³. Małe ilości wapna palonego są wykorzystywane w takich procesach jak produkcja szkła, cementu glinowo‑wapniowego i chemikaliów organicznych. CaO stanowi dodatek do żywności, gdzie używany jest jako regulator kwasowości, środek do przetwarzania mąki i jako środek spulchniający, o numerze E529. Po podgrzaniu tlenku wapnia do 2400°C, emituje ono intensywny blask, które jest znane jako światło reflektorów. Ten rodzaj oświetlenia był wykorzystywany w produkcjach teatralnych przed wynalezieniem oświetlenia elektrycznego. Tlenek wapnia stanowi ważny element podczas produkcji cementu. Związek wapnia jest składnikiem past do wykrywania wody wykorzystywanym w procesie naftowym. Podczas kontaktu tej pasty z wodą w zbiorniku paliwa, CaO wchodzi z nią w reakcję wydzielając wodorotlenek wapnia, który nadaje fenoloftaleinie żywy fioletowo‑różowy kolor. Podczas odsiarczania spalin stosowane są stałe aerozole lub zawiesiny tlenku wapnia, które prowadzą do usunięcia tlenku siarki(IV) ze strumienia spalin., 5. Tlenek baru Tlenek baru znalazł zastosowanie w lampach katodowych. Na zdjęciu w szklanej bańce wypełnionej powietrzem jest spiralnie skręcona, umieszczona poziomo pomiędzy dwoma drutami elektroda. Tlenek baru wyparł tlenek ołowiu(II) w produkcji pewnych typów szkła (np. optycznego szkła koronowego). W reakcji etoksylowania, ten związek chemiczny jest wykorzystywany jako katalizator, proces zachodzi w temperaturze między 150 a 200°C. Związek baru stanowi również źródło czystego tlenu otrzymywanego poprzez fluktuację ciepła. Ponadto tlenek baru ulega utlenieniu do BaO₂ z wytworzeniem jonu nadtlenkowego. BaO₂ rozkłada się do O₂ i BaO w temperaturze 1175 K. dwa B a O, plus, O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, ⇌ dwa B a O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego. Powyższa reakcja była wykorzystywana jako metoda produkcji tlenu na dużą skalą i była metodą dominującą na początku XX wieku (proces Brina)., 6. Tlenek strontu Od 1970 roku głównym zastosowaniem tlenku strontu była produkcja lamp katodowych, w składzie których ten związek chemiczny stanowił ok. 8% wagowych. Urządzenia takie jak telewizory kolorowe, które składały się z kolorowych lamp katodowych, sprzedawane w Stanach Zjednoczonych były zdeklarowane prawnie do wykorzystywania tlenku strontu na płycie czołowej, co miało na celu zablokowanie emisji promieniowania rentgenowskiego (telewizory emitujące promieniowanie rentgenowskie nie są już produkowane). Zdjęcie przedstawia dwóch małych chłopców oglądających telewizję. Siedzą obok siebie w pokoju na dywanie., 7. Aktywność berylowców. Aktywność berylowców rośnie w dół w obrębie grupy., 8. Elektroujemność. Elektroujemność zmniejsza się w dół w obrębie grupy, a zwiększa w kierunku od radu do berylu.

Zastosowania tlenków berylowców

Źródło: GroMar Sp. z o.o., na podstawie Bielański, A., Podstawy chemii nieorganicznej, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 2013; oraz K.D. Sharma, Inorganic Chemistry Book, 3 ed., 2015, ISBN: 978-93-272-4756-5, licencja: CC BY-SA 3.0.

Stwórz własną mapę pojęć

R1KbIOmyw8usw1

RcMub5p5BnDGQ

Reakcje berylowców z wodorem

Berylowce tworzą także związki chemiczne z wodorem, czyli wodorki. Wodorki berylowców to zwykle białe ciała stałe. Wodorki berylu i magnezu są kowalencyjne, a wodorki wapnia, strontu i baru to wodorki typu soli. Wodorki wapnia i magnezu można otrzymać w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury:

$Mg + H_{2} \to {MgH}_{2}$

$Ca + H_{2} \to {CaH}_{2}$

Wodorek wapnia łatwo reaguje z wodą:

${CaH}_{2} + 2 H_{2} O \to Ca {(OH)}_{2} + 2 H_{2} ↑$

Reakcja ta służy do otrzymywania wodoru.

Polecenie 2

Czy wiesz, dlaczego berylowce są mniej reaktywne niż litowce? Zapoznaj się z poniższym nagraniem, a następnie rozwiąż zadania.

R2GYJwxedSEwh

Dlaczego berylowce są mniej reaktywne niż litowce?

Berylowce, a więc: beryl, magnez, wapń, stront, bar i rad, są, podobnie jak litowce, metalami lekkimi. W porównaniu do metali grupy pierwszej układu okresowego pierwiastków, berylowce charakteryzują się większymi gęstościami, większą twardością oraz wyższymi temperaturami topnienia i wrzenia.

Obserwacje te wskazują jednoznacznie na to, że między atomami berylowców, w stanie stałym i ciekłym, występuje znacznie silniejsze oddziaływanie niż między atomami litowców. Wzrost siły wiązania metalicznego między atomami berylowców w stosunku do litowców można wyjaśnić odnosząc się do natury wiązania metalicznego. Chodzi bowiem o oddziaływanie elektrostatyczne między dodatnio naładowanymi rdzeniami atomowymi a zdelokalizowanymi elektronami walencyjnymi atomów, które tworzą tak zwaną chmurę elektronową. Jest więc ono tym silniejsze, im większa jest wartość ładunku rdzeni atomowych (oddziałujących z chmurą elektronową o większej gęstości) oraz im mniejsza jest odległość między oddziałującymi ładunkami, czyli im mniejszy rozmiar mają rdzenie atomowe w krysztale metalu. Analizując struktury atomów litowców i berylowców z łatwością zauważymy, że atomy berylowców posiadają w ramach swojej najbardziej zewnętrznej powłoki dwa elektrony, zwane elektronami walencyjnymi, w przeciwieństwie do atomów litowców o jednym elektronie walencyjnym. Ponadto atomy berylowców, ze względu na większy ładunek jądra w porównaniu z ładunkiem jąder atomów litowców przy takiej samej liczbie powłok elektronowych, charakteryzują się mniejszymi wymiarami ze względu na silniejsze przyciąganie elektronów walencyjnych przez jądro atomowe. Kationy berylowców są więc odpowiednio mniejsze względem kationów litowców, które leżą w tym samym okresie układu okresowego. Mniejszy promień kationów berylowców, w połączeniu z dwa razy większą gęstością elektronową chmury zdelokalizowanych elektronów walencyjnych względem kationów litowców, powoduje występowanie znacznie silniejszego wiązania metalicznego między atomami.

Mniejsze promienie atomowe berylowców względem litowców wpływają także na wartości energii jonizacji tych metali. Litowce stanowią w układzie okresowym grupę najbardziej elektrododatnich metali. Jest to związane z tym, że na ostatniej powłoce walencyjnej litowce posiadają tylko jeden elektron walencyjny, który dodatkowo jest silnie oddalony od jądra atomowego z powodu dużych rozmiarów atomów. Skutkuje to stosunkowo niewielkimi energiami jonizacji tych atomów – to znaczy, że aby wyrwać elektron walencyjny z atomu litowca, potrzebny jest niewielki nakład energetyczny. Atomy berylowców, w porównaniu do atomów litowców leżących w tym samym okresie układu okresowego, mają mniejsze rozmiary, a więc elektrony walencyjne znajdują się bliżej jądra, są silniej przez nie przyciągane, dlatego do ich wyrwania z atomu potrzeba większych nakładów energetycznych. Stąd pierwsza energia jonizacji dla atomów berylowców jest większa niż pierwsza energia jonizacji dla atomów litowców (zestawiając ze sobą pierwiastki tego samego okresu układu okresowego)

Warto także zwrócić uwagę na to, że sumaryczna energia, konieczna do odszczepienia dwóch elektronów od atomu berylowców, jest znacznie większa niż pierwsza energia jonizacji. W związku z tym, w stanie gazowym jednododatnie jony berylowców są trwalsze od jonów dwudodatnich. Zarówno znacznie większa dla jonów dwudodatnich energia sieci krystalicznej związków jonowych, jak i entalpia hydratacji stabilizują jednak jony M²⁺w stanie stałym i w roztworze wodnym. To z kolei wskazuje na to, że związki chemiczne o jednododatnich kationach berylowców M⁺ nie są trwałe.

Opisane zależności tłumaczą mniejszą reaktywność berylowców w porównaniu z litowcami. Wszystkie litowce chętnie reagują z tlenem oraz parą wodną zawartą w powietrzu, w związku z tym przetrzymuje się je w nafcie. Wszystkie litowce gwałtownie reagują z wodą, niektóre z nich nawet w sposób wybuchowy. W przypadku berylowców podobną, lecz i tak mniejszą reaktywność względem tlenu oraz wody wykazują jedynie metale leżące w dolnej części układu okresowego. Za to beryl i magnez pasywują w obecności tlenu, pokrywając się cienką warstwą tlenków, co skutecznie zabezpiecza je przed dalszą reakcją. Z tego względu nie ma potrzeby przechowywania berylu ani magnezu pod warstwą nafty. Metale te reagują z tlenem i wodą dopiero po podgrzaniu. Wapń, stront i bar, przez swoje większe promienie atomowe, a tym samym mniejsze energie jonizacji, wchodzą w reakcje z tlenem i wodą o wiele łatwiej. Sproszkowany stront i bar mogą nawet ulec samozapłonowi w kontakcie z tlenem.

Podsumowując: berylowce, tak jak litowce, są metalami o niskich elektroujemnościach oraz o niskich wartościach energii jonizacji. To spowodowane jest dużymi rozmiarami ich atomów (w porównaniu z atomami innych pierwiastków w danym okresie układu okresowego) oraz małą liczbą elektronów walencyjnych (dla litowców: 1, dla berylowców: 2), które znajdują się daleko od jądra atomowego, a co za tym idzie – są słabo przyciągane przez jądro. Atomy berylowców są jednak nieco mniejsze od atomów litowców (leżących w tym samym okresie) i posiadają dwa elektrony walencyjne. Przekłada się to na silniejsze wiązanie metaliczne, które musi ulec zerwaniu w momencie reakcji atomów berylowców z atomami niemetali, oraz na większy sumaryczny nakład energetyczny jaki trzeba ponieść, by z atomów berylowców wyrwać dwa elektrony walencyjne i utworzyć dwudodatnie jony. Oczywiście ta energia jest odzyskiwana z rekompensatą w momencie utworzenia kryształu jonowego, gdzie powstałe kationy berylowców silnie oddziałują elektrostatycznie z anionami niemetali. Sumaryczny zysk energetyczny jest jednak mniejszy niż w przypadku reakcji z udziałem atomów litowców. Właśnie dlatego berylowce są mniej reaktywne niż litowce.

Audiobook pt. Dlaczego berylowce są mniej reaktywne niż litowce?

Źródło: Piotr Dzwoniarek, opracowano na podstawie:
Kolditz L., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994, s. 33
Atkins P. W., Overton T. L., Rourke J. P., Weller M. T., Armstrong F. A., Shriver and Atkins' Inorganic Chemistry, Oxford 2010, s. 310.

Ćwiczenie 3

Poniżej podano siedem stwierdzeń, które opisują różnice między berylowcami a litowcami (porównując pierwiastki leżące w tym samym okresie układu okresowego). Wskaż te, które wyjaśniają, dlaczego dany berylowiec jest mniej aktywny od sąsiadującego z nim w układzie okresowym litowca.

R1cWyieLxKisu

Ćwiczenie 4

Zapoznaj się z tekstem, a następnie rozwiąż zadanie.

Beryl nie reaguje z wodą, za to lit bardzo gwałtownie. Jednym z powodów takiej różnicy w reaktywności między tymi dwoma pierwiastkami, które leżą obok siebie w układzie okresowym, jest to, że atom berylu charakteryzuje się dużo większą pierwszą energią jonizacji niż atom litu.

Wyjaśnij, dlaczego pierwsza energia jonizacji berylu jest większa od pierwszej energii jonizacji litu.

RFCnXdlEx4099

Wpływ berylowców na organizmy żywe i środowisko

Polecenie 3

Jaki wpływ na nasze zdrowie mają berylowce? Czy wszystkie pierwiastki z tej grupy są bezpieczne dla zdrowia człowieka? Zapoznaj się z grafiką interaktywną przedstawiającą wpływ berylowców na organizm ludzki, a następnie wykonaj ćwiczenia $1$ i $2$ .

Jaki wpływ na nasze zdrowie mają berylowce? Czy wszystkie pierwiastki z tej grupy są bezpieczne dla zdrowia człowieka? Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej przedstawiającej wpływ berylowców na organizm ludzki, a następnie wykonaj ćwiczenia $1$ i $2$ .

R1BymaV5CJIja1

Na ilustracji głównej są pierwiastki leżące w drugiej grupie układu okresowego pierwiastków. Od góry: beryl, magnez, wapń, stront, bar, rad. Po lewej stronie rzędu pierwiastków są dwa piktogramy: na wysokości berylu, magnezu i wapnia jest piktogram ostrzegający przed toksycznością ostrą; na wysokości strontu, baru i radu jest piktogram ostrzegający przed rakotwórczym działaniem. Po prawej stronie ilustracji jest fragment budowy anatomicznej człowieka z wyróżnionym układem oddechowym. Poniżej jest zdjęcie rafy koralowej. 1. Beryl Beryl nie jest pierwiastkiem kluczowym dla człowieka, a w rzeczywistości jest to jeden z najbardziej toksycznych chemikaliów. Jest to metal, który może być bardzo szkodliwy przy wdychaniu go przez ludzi, ponieważ może uszkodzić płuca i wywołać ich zapalenie.

Najbardziej znanym efektem wdychania berylu jest beryloza, niebezpieczna i uporczywa choroba płuc, która może również uszkadzać inne narządy, takie jak serce. W około dwadzieścia % przypadków, wynikiem tej choroby jest śmierć. Wdychanie berylu w miejscu pracy jest jej główną przyczyną. Najbardziej podatni na tę chorobę są ludzie, którzy mają osłabiony układ odpornościowy.
Zdjęcie mikroskopowe komórek. Są wybarwione na kolor różowy, ale niektóre tworzą fioletowe pasma. Pomiędzy miejscami zagęszczenia komórek są wolne przestrzenie. _{Indeks dolny Mikroskopijne cechy przewlekłej choroby wywołanej berylem są bardzo podobne do cech sarkoidozy. Źródło: wikipedia.org; Autor: Yale Rosen; Licencja: CC BY‑SA 2.0;}

Beryl może również wywoływać reakcje alergiczne u osób nadwrażliwych na tę substancję chemiczną. Reakcje te mogą być bardzo ciężkie, czego efektem może być stan zapalny znany jako przewlekła choroba berylowa. Objawy to osłabienie, zmęczenie i problemy z oddychaniem. U niektórych osób, które cierpią na te schorzenie, rozwija się anoreksja, zasinienie dłoni i stóp, a czasami może prowadzić ona do śmierci.

Beryl może również zwiększać ryzyko rozwoju raka i uszkodzenia DNA., 2. Magnez Magnez (występujący w formie kationów M g indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego) to czwarty pod względem ilości minerałów w organizmie, który jest dostarczany między innymi z pożywieniem. Jony magnezu biorą udział w ponad sześćset reakcjach komórkowych, od tworzenia DNA po pomoc w kurczeniu się mięśni.
Zdjęcie przedstawia różne produkty i dania leżące na stole, między innymi babeczki, jogurt, pestki, ryba, jarmuż. _{Indeks dolny Produkty bogate w jony magnezu: babeczki z otrębami, pestki dyni, jęczmień, mąka gryczana, niskotłuszczowy jogurt waniliowy, steki halibutowe, fasola garbanzo, fasola lima, soja i szpinak. Źródło: pixabay.com; Licencja: domena publiczna;}

Obecność jonów magnezu w ciele człowieka:

utrzymuje zdrowe funkcje mózgu;

usprawnia pracę serca;

pomaga regulować skurcze mięśni;

może obniżyć ciśnienie krwi;

może zmniejszyć ryzyko chorób serca;

może poprawić kontrolę poziomu cukru we krwi, w cukrzycy typu drugiego;

może poprawić jakość snu;

może pomóc w walce z migrenami;

może pomóc zmniejszyć objawy depresji;

Niski poziom kationów magnezu wiąże się z wieloma negatywnymi skutkami zdrowotnymi, w tym z osłabieniem, depresją, wysokim ciśnieniem krwi i chorobami serca., 3. Wapń Wapń (występujący w postaci kationów C a indeks górny, dwa, plus, koniec indeksu górnego), minerał występujący w największej ilości w organizmie, znajduje się w niektórych pokarmach, a do innych jest dodawany, dostępny jest jako suplement diety i jest obecny w niektórych lekach (takich jak leki zobojętniające).

Jony wapnia:

są budulcem kości i zębów;

są składową naczyń krwionośnych;

kontrolują proces krzepnięcia krwi;

biorą udział w regulacji hormonalnej;

są niezbędne dla zachowania homeostazy (równowagi wewnętrznej organizmu);
Zdjęcie przedstawia głowę i szyję człowieka z zaznaczonymi gruczołami: skóra - kalcydiol, tarczyca - kalcytonina, przytarczyca - parathormon PTH._{Indeks dolny Gruczoły uczestniczące w utrzymaniu prawidłowego poziomu wapnia. Autor: LadyofHats; Źródło: wikipedia.org; Licencja: domena publiczna;}

zapewnia odpowiednią przepuszczalność błon komórkowych;

utrzymuje prawidłową akcję serca, reguluje kurczliwość mięśni i przewodnictwo bodźców nerwowych;

Obecność kationów wapnia w surowicy jest bardzo ściśle regulowana i nie zmienia się ona wraz ze zmianami w dawkowaniu. Organizm wykorzystuje tkankę kostną jako rezerwuar i źródło wapnia do utrzymania jego stałego stężenia we krwi, mięśniach i płynach międzykomórkowych., 4. Stront Istotną funkcję w morskim życiu wodnym odgrywa stront, głównie w przypadku twardych koralowców, które używają go do budowy swoich egzoszkieletów.

Związki strontu, które są nierozpuszczalne w wodzie, mogą stać się w niej rozpuszczalne w wyniku reakcji chemicznych. Związki rozpuszczalne w wodzie stanowią większe zagrożenie dla zdrowia ludzi, niż związki w niej nierozpuszczalne. Dlatego też rozpuszczalne w wodzie formy strontu mogą zanieczyszczać wodę pitną. Na szczęście stężenia w wodzie pitnej są zwykle dość niskie.

Ludzie mogą być narażeni na niewielki poziom (radioaktywnego) strontu poprzez wdychanie powietrza lub pyłów, spożywanie żywności, picie wody zawierającej jego śladowe ilości lub kontakt z glebą zawierającą stront.

Produkty spożywcze, które zawierają wysokie stężenia strontu to zboża, warzywa liściaste i produkty mleczne.
Zdjęcie przedstawia dojrzałe kłosy zbóż w słońcu. _{Indeks dolny Pole pszenicy. Źródło: pixabay.com; Licencja: domena publiczna;}

Jedynym związkiem strontu uważanym za niebezpieczny dla zdrowia ludzkiego, nawet w niewielkich ilościach, jest chromian(sześć) strontu, który powoduje raka płuc, ale ryzyko narażenia zostało znacznie zmniejszone dzięki procedurom bezpieczeństwa.

Dla dzieci przekroczenie wychwytu strontu może stanowić zagrożenie dla zdrowia, ponieważ może powodować problemy ze wzrostem kości (efekt występuje, gdy pobór strontu jest w zakresie tysięcy ppm). Sole strontu nie powodują wysypek skórnych ani innych problemów skórnych.

Radioaktywny stront (izotop indeks górny, osiemdziesiąt dziewięć, koniec indeksu górnego, S r, o czasie połowicznego rozpadu ok. pięćdziesiąt dni) stanowi znacznie większe zagrożenie dla naszego zdrowia niż stabilny stront. Wysokie stężenie radioaktywnego strontu może powodować anemię i niedobory tlenu, a nawet może prowadzić do choroby nowotworowej, w wyniku uszkodzenia materiału genetycznego w komórkach., 5. Bar Ilość baru wykrywana w żywności i wodzie zwykle nie jest wystarczająco duża, aby stanowić zagrożenie dla zdrowia. Osoby z największym ryzykiem narażenia na bar z dodatkowymi skutkami zdrowotnymi to osoby pracujące w przemyśle chemicznym związków baru. Większość zagrożeń dla zdrowia, którym mogą oni podlegać, jest spowodowanych wdychaniem powietrza zawierającego siarczan(sześć) baru lub węglan baru.
Ilustracja przedstawia prostopadłościan. Wypełniony jest pojedynczymi zielonymi kulkami oraz cząsteczkami, w których jedna żółta kulka łączy się z czterema czerwonymi kulkami. _{Indeks dolny Siarczan(sześć) baru - struktura molekularna kryształu. Autor: Benjah‑bmm27; Źródło: wikipedia.org; Licencja: domena publiczna;}

Wiele składowisk odpadów niebezpiecznych zawiera określone ilości baru. Osoby mieszkające w ich pobliżu mogą być narażone na ich szkodliwe poziomy, które mogą być spowodowane wdychaniem pyłu, jedzeniem gleby, roślin lub picie wody zanieczyszczonej barem. Może również wystąpić kontakt ze skórą.

Skutki zdrowotne baru zależą od rozpuszczalności związków w wodzie. Związki baru, które się w niej rozpuszczają, mogą być szkodliwe dla zdrowia ludzkiego. Wychwyt bardzo dużych ilości baru, który jest rozpuszczalny w wodzie, może powodować paraliż, a w niektórych przypadkach nawet śmierć.

Małe ilości rozpuszczalnego w wodzie baru mogą powodować trudności w oddychaniu, podwyższone ciśnienie krwi, zmiany rytmu serca, podrażnienie żołądka, osłabienie mięśni, zmiany w odruchach nerwowych, obrzęk mózgu i wątroby, uszkodzenie nerek i serca., 6. Rad Rad jest naturalnie obecny w środowisku w bardzo małych ilościach. Z tego powodu zawsze jesteśmy narażeni na ten pierwiastek chemiczny i niewielkie ilości jego promieniowania, które uwalnia on do środowiska.

Poziom radu w środowisku znacznie wzrósł w wyniku działalności człowieka. Ludzie uwalniają rad do środowiska, spalając węgiel i inne paliwa. Poziom radu w wodzie pitnej może być wysoki, gdy jest on wydobywany z głębokich studni, które znajdują się w pobliżu miejsc składowania odpadów radioaktywnych.

Ekspozycja na wyższe poziomy radu może powodować skutki zdrowotne, takie jak złamania zębów, anemia i zaćma. Kiedy narażenie trwa przez długi czas, rad może nawet prowadzić do choroby nowotworowej, a ekspozycja może ostatecznie doprowadzić do śmierci. Efekty te mogą rozwijać się latami i zwykle są spowodowane przez promieniowanie gamma radu, którego fale mogą przemieszczać się w powietrzu na dość duże odległości. Dlatego kontakt z radem nie jest konieczny, aby rad powodował negatywne skutki zdrowotne.

Grafika interaktywna pt. „Wpływ berylowców na organizm ludzki”

Źródło: GroMar Sp. z o.o. (wykorzystano grafiki dostępne na pixabay.com, licencja domena publiczna), informacje na podstawie Jakubke, Hans-Dieter; Jeschkeit, Hans, eds. (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter, dostępny w internecie: scientificanimations.com, licencja: CC BY 4.0.

Polecenie 4

Czy beryl ma szkodliwy wpływ na środowisko? Czy można go znaleźć w glebie, w wodzie, a może w roślinach? Zapoznaj się z grafiką interaktywną przedstawiającą informacje na temat wpływu tego pierwiastka na środowisko naturalne, a następnie wykonaj ćwiczenie $3$ .

Czy beryl ma szkodliwy wpływ na środowisko? Czy można go znaleźć w glebie, w wodzie, a może w roślinach? Zapoznaj się z opisem grafiki interaktywnej przedstawiającej informacje na temat wpływu tego pierwiastka na środowisko naturalne, a następnie wykonaj ćwiczenie $3$ .

Ri3hvE5MWyVvg1

Ilustracja główna przedstawia krowy pasące się na łące. Opisano: 1. Beryl - metal przemysłowy. Beryl jest ważnym metalem przemysłowym ze względu na niezwykłe właściwości materiału: jest lżejszy niż glin; jest wytrzymalszy niż stal. Beryl jest często stapiany z innymi metalami, takimi jak miedź, jest kluczowym składnikiem materiałów stosowanych w przemyśle lotniczym i elektronicznym. Ze względu na wychwyt neutronów (neutron/neutrony przyłącza/ają się do jądra atomowego, co prowadzi do powstania nowego cięższego jądra atomowego) podczas małego strumienia neutronów (mała objętość neutronów), jest użyteczny w produkcji broni jądrowej oraz w zamkniętych źródłach neutronów. Na zdjęciu jest ludzka dłoń w lateksowej rękawiczce. Na dłoni leży metalowa kula. Podpis pod zdjęciem: Kula berylowa stosowana w żyrokompasie samolotu Boeing B‑52. Niestety, beryl jest jednym z najbardziej toksycznych pierwiastków układu okresowego, a dostaje się do powietrza, wody i gleby w wyniku naturalnych procesów i działalności człowieka. Występuje naturalnie w środowisku w niewielkich ilościach. Elektrownie opalane węglem, produkcja przemysłowa oraz produkcja broni jądrowej i operacje jej unieszkodliwiania uwolniły beryl do środowiska., 2. Beryl w powietrzu. Beryl dostaje się do powietrza, wody i gleby w wyniku działań naturalnych i ludzkich. Emisje ze spalania węgla i ropy zwiększają poziom berylu w powietrzu. Zdjęcie przedstawia dymiące kominy zakładu o zachodzie słońca. Podpis pod zdjęciem: Fabryki przemysłowe. W powietrzu związki berylu występują głównie w postaci drobnych cząstek pyłu. Pył ostatecznie osiada na lądzie i w wodzie. Deszcz i śnieg pomagają usuwać beryl z powietrza. Niezwykle małe cząsteczki berylu mogą pozostawać w nim przez około 10 dni. Ilość berylu, która została zmierzona w powietrzu w różnych częściach Stanów Zjednoczonych przez Agencję Ochrony Środowiska waha się od niewykrytych do 2 milionowych grama na metr sześcienny. Bardzo małe cząsteczki pyłu berylu w powietrzu dostają się do wód powierzchniowych, osadzają się na powierzchni roślin i gleby, same lub podczas opadów deszczu lub śniegu. Te cząsteczki metalu ostatecznie trafiają z powrotem do gleby lub dna jezior, rzek i stawów, gdzie pozostają i mieszają się z berylem, który już tam jest., 3. Beryl w wodzie. Beryl przedostaje się do dróg wodnych w wyniku ścierania się skał i gleby. Większość produktów berylu pochodzenia ludzkiego, które dostają się do wody, pochodzi ze ścieków przemysłowych i pyłu berylowego, który dostaje się do powietrza z działalności przemysłowej i osadza się wówczas na powierzchni wody. Beryl zawarty w wodzie osadza się na dnie zbiornika wodnego z osadem. Nierozpuszczalne związki berylu pozostają w wodzie oceanicznej przez kilkaset lat, zanim osiądą na dnie oceanu. Ryby w żadnym stopniu nie gromadzą berylu z wody w swoich organizmach. Niektóre owoce i warzywa, takie jak groszek ogrodowy, fasola i gruszki, mogą zawierać ponadprzeciętne poziomy berylu. Większość berylu, który dostaje się do zwierząt gospodarskich z pożywieniem, jest szybko wydalana z moczem i kałem. Zdjęcie przedstawia otwarty strąk groszku. W środku są okrągłe, zielone kulki., 4. Beryl w glebie. Beryl, jako składnik chemiczny, występuje naturalnie w glebie, jednak usuwanie popiołu węglowego, popiołu ze spalarni i odpadów przemysłowych może zwiększyć w niej jego ilość. Większa część metalu w glebie nie rozpuszcza się w wodzie i pozostaje z nią związana, więc jest mało prawdopodobne, aby przedostał się on głębiej w ziemię i dostał się do wód gruntowych. W środowisku reakcje chemiczne mogą zmienić rozpuszczalne w wodzie związki berylu w jego nierozpuszczalne formy, które w niektórych przypadkach mogą zmienić się w związki rozpuszczalne. Narażenie na rozpuszczalne w wodzie związki berylu w środowisku stanowi większe zagrożenie dla zdrowia ludzi, niż jego formy nierozpuszczalne w wodzie. Beryl znajduje się w glebie w ilościach zmieniających się w szerokim zakresie, ale jego typowe stężenie wynosi 3 tysięczne g/kg gleby. Dodatkowy beryl można dodać w wyniku działalności przemysłowej. Związki berylu mogą pozostawać w glebie przez tysiące lat bez przedostawania się do wód gruntowych. Oprócz berylu występującego naturalnie w minerałach, beryl metaliczny i związki pozostałe po wydobywaniu i przetwarzaniu przez ludzi minerałów mogą być uwalniane z powrotem do środowiska jako odpady występujące na wysypiskach. Zdjęcie przedstawia kawałek szarej, z metalicznym połyskiem skały. Podpis pod zdjęciem: Metaliczny beryl., 5. Wpływ na zwierzęta. Przyjmowanie berylu ma konsekwencje głównie dla zdrowia ludzi (choroba berylowa). Jednak testy laboratoryjne wykazały, że beryl może powodować raka i zmiany DNA również u zwierząt. Jak dotąd nie ma dowodów terenowych na poparcie tych ustaleń.

Grafika interaktywna pt. „Wpływ berylu na środowisko naturalne”

Źródło: GroMar Sp. z o.o. (ilustracja pochodzi ze strony internetowej pixabay.com; Licencja: domena publiczna;), informacje na podstawie Public health statement beryllium, 2002, dostępny na stronie internetowej Agency for Toxic Substances and Disease Registry Division of Toxicology and Human Health Sciences: atsdr.cdc.gov, licencja: CC BY-SA 3.0.

RNt047Jx4QB4V

Ćwiczenie 5

R1NBhXbIJFlMu

Ćwiczenie 6

REbaqb4OXn5if

Ćwiczenie 7

Uzupełnij poniższy tekst poprawnymi sformułowaniami. Niestety beryl jest jednym z najbardziej 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka pierwiastków układu okresowego, a dostaje się do powietrza, wody i gleby w wyniku naturalnych procesów i 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka. Emisje ze spalania węgla i ropy 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka poziom berylu w powietrzu.

Beryl przedostaje się do dróg wodnych w wyniku ścierania się 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka i gleby. Większość produktów berylu pochodzenia ludzkiego, które dostają się do dróg wodnych, pochodzi ze zrzutów 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka i pyłu berylowego z powietrza, z działalności przemysłowej osadzającej się na wodzie.

Niektóre owoce i warzywa, takie jak 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka, fasola i gruszki, mogą zawierać 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka poziomy berylu. Większość berylu, który dostaje się do 1. nietoksycznych, 2. zmniejszają, 3. ponadprzeciętne, 4. toksycznych, 5. skał, 6. organizmów zwierząt gospodarskich, 7. zwiększają, 8. jabłka, 9. przemysłowych ścieków, 10. powietrza, 11. przeciętne, 12. groszek ogrodowy, 13. roślin, 14. działalności człowieka z pożywieniem, jest szybko wydalana z moczem i kałem.

Polecenie 5

Sporządź mapę pojęciową, która zobrazuje zastosowania berylowców jako pierwiastków. Odszukaj niezbędne informacje w dostępnych źródłach.

RUEGVS4LJ4HMP

Polecenie 6

Sporządź mapę pojęciową, która zobrazuje zastosowania ważniejszych związków berylowców. Odszukaj niezbędne informacje w dostępnych źródłach.

RST61E76594V5

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Berylowce - właściwości fizykochemiczne i otrzymywanie

Słownik pojęć