Задание, страница 145 - гдз по химии 11 класс учебник Кузнецова, Левкин

Задания в параграфе. Параграф 20. Металлы ІА-ІIIА-групп. Глава 5. Металлы и неметаллы - страница 145.

Условие.

Задание. Подготовьте сообщения о распространении и роли в природе интересующих вас металлов IA–IIIA-групп и их соединений.

Решение.

Решение 2.

Металлы IA-группы: Натрий (Na) и Калий (K)

Распространение в природе: Натрий и калий — одни из самых распространенных элементов в земной коре. Содержание натрия составляет около 2,36% (6-е место), а калия — 2,09% (7-е место). В свободном виде из-за высокой химической активности они не встречаются. Основным источником натрия являются огромные залежи каменной соли (галита), состоящей из хлорида натрия ($NaCl$), а также такие минералы, как полевые шпаты (например, альбит $NaAlSi_3O_8$). Значительные количества ионов натрия ($Na^+$) растворены в водах морей и океанов, обусловливая их соленость. Калий также входит в состав многих минералов, в первую очередь алюмосиликатов, таких как полевые шпаты (ортоклаз $KAlSi_3O_8$) и слюды. Важными промышленными минералами калия являются сильвин ($KCl$) и карналлит ($KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O$).

Роль в природе: Натрий и калий являются жизненно важными элементами для всех живых организмов.

• Биологическая роль: Ионы $Na^+$ и $K^+$ играют ключевую роль в поддержании водно-солевого баланса и осмотического давления в клетках. Знаменитый натрий-калиевый насос ($Na^+/K^+$-АТФаза) активно перекачивает эти ионы через клеточные мембраны, создавая электрохимический градиент, который необходим для передачи нервных импульсов и мышечных сокращений. Калий является важнейшим макроэлементом для растений: он активирует ферменты, участвует в процессе фотосинтеза и регулирует открытие и закрытие устьиц, контролируя водный обмен.
• Геологическая роль: Как составные части породообразующих минералов (полевых шпатов, слюд), натрий и калий участвуют в геологических циклах. Процессы выветривания этих минералов приводят к высвобождению ионов в почву и воду, что напрямую влияет на плодородие почв и химический состав природных вод.

Ответ: Натрий и калий широко распространены в литосфере и гидросфере в виде соединений (хлоридов, алюмосиликатов) и играют незаменимую биологическую роль, обеспечивая ключевые физиологические процессы в животных и растениях, а также влияют на плодородие почв.

Металлы IIA-группы: Магний (Mg) и Кальций (Ca)

Распространение в природе: Кальций и магний также относятся к числу наиболее распространенных элементов. Кальций занимает 5-е место по содержанию в земной коре (около 4,15%), а магний — 8-е (около 2,33%). Основная масса кальция сосредоточена в осадочных породах в виде карбоната кальция ($CaCO_3$), образующего известняк, мел и мрамор. Также он встречается в виде гипса ($CaSO_4 \cdot 2H_2O$) и флюорита ($CaF_2$). Магний входит в состав таких минералов, как магнезит ($MgCO_3$), доломит ($CaMg(CO_3)_2$) и оливин ($(Mg,Fe)_2SiO_4$). Ионы $Mg^{2+}$ и $Ca^{2+}$ в значительных количествах растворены в морской воде и определяют ее жесткость.

Роль в природе:

• Биологическая роль: Кальций является основным строительным материалом для костей и зубов позвоночных (в виде минерала гидроксиапатита $Ca_{10}(PO_4)_6(OH)_2$), а также раковин моллюсков и скелетов кораллов (в виде $CaCO_3$). Ионы $Ca^{2+}$ служат важнейшим вторичным посредником в передаче сигналов внутри клеток, необходимы для свертывания крови и сокращения мышц. Магний играет уникальную роль в мире растений, так как он является центральным атомом в молекуле хлорофилла, без которого невозможен фотосинтез. У животных ионы $Mg^{2+}$ являются кофактором для сотен ферментов, участвуют в синтезе АТФ, работе нервной системы и расслаблении мышц.
• Геологическая роль: Карбонат кальция формирует огромные геологические структуры, такие как коралловые рифы и горные хребты. Карстовые процессы, связанные с растворением и переотложением $CaCO_3$, создают пещеры со сталактитами и сталагмитами. Круговорот кальция тесно связан с глобальным углеродным циклом.

Ответ: Кальций и магний распространены в виде карбонатных и сульфатных минералов. Они выполняют важнейшие структурные и регуляторные функции в живых организмах (скелеты, фотосинтез, работа мышц) и играют ключевую роль в формировании осадочных пород и ландшафтов.

Металл IIIA-группы: Алюминий (Al)

Распространение в природе: Алюминий — самый распространенный металл и третий по распространенности химический элемент в земной коре после кислорода и кремния. Его содержание оценивается в 8,23%. Из-за высокой реакционной способности он встречается исключительно в виде соединений. Главной рудой для получения алюминия является боксит — порода, состоящая в основном из гидратированных оксидов алюминия ($Al_2O_3 \cdot nH_2O$). Алюминий является основой огромного класса минералов — алюмосиликатов, к которым относятся полевые шпаты, слюды и глинистые минералы. Такие драгоценные камни, как рубин и сапфир, являются разновидностями минерала корунда ($Al_2O_3$).

Роль в природе:

• Биологическая роль: В отличие от металлов IA и IIA групп, алюминий не выполняет какой-либо известной полезной биологической функции. В составе алюмосиликатов он химически инертен и недоступен для живых организмов. Однако в кислых средах (например, в почвах с $pH < 5,0$) алюминий может переходить в растворимую ионную форму ($Al^{3+}$), которая токсична для большинства растений и водных организмов. Ионы алюминия могут повреждать корневую систему растений и мешать усвоению кальция и магния.
• Геологическая роль: Алюминий имеет фундаментальное значение в геологии. Алюмосиликаты составляют значительную часть литосферы. Процессы их химического выветривания являются основой почвообразования. В результате выветривания образуются глинистые минералы, которые определяют структуру, плодородие и влагоудерживающую способность почв. Таким образом, алюминий играет пассивную, но критически важную роль в формировании среды обитания для наземных экосистем.

Ответ: Алюминий, самый распространенный металл в земной коре, встречается в виде оксидов и алюмосиликатов. Он не играет активной биологической роли и может быть токсичен в кислой среде, однако его соединения являются основой большинства горных пород и почв, определяя их физические и химические свойства.