Цели урока: 1. Обобщить знания учащихся о периодическом законе, строении атомов, состоянии в

атомах электронов.

2. Закрепить умение составлять электронную схему, формулы, ячеистые структуры, сравнивать химические элементы по химической активности.

3. На основании положения элементов- металлов в периодической системе ознакомить учащихся с некоторыми закономерностями, обусловливающими распространённость металлов в природе, их токсичность, долю участии в метаболизме живых организмов.

4. Раскрыть причины загрязнения окружающей среды d-элементами, указать основные источники загрязнения.

5. Научить школьников прогнозировать и анализировать последствия загрязнения природной среды металлами.

6. Ознакомить учащихся с основными направлениями по предупреждению загрязнения окружающей среды металлов, способствовать формированию экологической культуры.

Оборудование: ПК, таблицы, муляжи, планшеты с тестовыми заданиями, магнитная доска, магниты.

1) Положение d-элементов в периодической системе.2) Особенности строения атомов d-элементов, их свойства.3) d-элементы и живой организм.4) Биологическая роль и токсическое действие d-элементов.5) Проблемы загрязнения окружающей среды металлами и

пути её решения.6) Нахождение d-элементов в природе. Полезные

ископаемые, содержащие d-элементы, в Воронежской области.

А) Индивидуальный опрос.Работа по карточкам. Какие элементы называются d-элементами. Дать характеристику положения d-элементов в периодической системе. Особенности строения атомов d-элементов: заполнение электронами энергетических уровней и подуровней, «провал электрона».

Б) Фронтальный опрос. Дать современную формулировку периодического закона. В чём физический смысл порядкового номера элемента, номера группы и периода? Какие квантовые числа описывают состояние электронов в атоме? Какие правила лежат в основе составления графической схемы строения атома? Составить графические схемы и написать электронные формулы строения атомов следующих химических элементов: скандия, железа, ниобия (провал электрона)

Особенность строения атомов d-элементов обусловлена наличием в них избытка валентных орбиталей и недостатком

электронов d-элементы-металлы, а все металлы имеют небольшое количество электронов на внешнем энергетическом уровне, легко их теряют, проявляя восстановительные свойства.

Металлы способны вступить во взаимодействие с белками организма и образовать с ними металлоорганические соединения. Ионы металлов – непременные участники биологических процессов: они стимулируют, нормализуют обмен веществ в организме, оказывают положительное действие на рост и размножение, на иммунобиологическую активность организма и продолжительность жизни; участвуют в кроветворении, в окислительно-восстановительных процессах, стабилизируют и активируют ферменты(образуют их активные центры). Ионы металлов создают разность потенциалов вблизи поверхности мембран, чем обеспечивают протекание жизненных процессов в клетке.

Токсичность материалов тесно связанна с их физико- химическими характеристиками(электронной конфигурацией, электроотрицательностью, энергией ионизации, величиной окислительно-восстановительного потенциала, способностью к образованию более или менее прочных соединений с рядом функциональных групп на поверхности или внутри клеток, белков и т.д.), а также со строением иона металла, с функциональной и структурной организацией биологического объекта.

Электроотрицательность влияет на взаимодействие металла с цитоплазмой. Например, высокая электроотрицательность ртути даёт ей возможность в первую очередь взаимодействовать с активными центрами ферментов, снижая этим их активность, а у растений-подавляя фотосинтез в хлоропластах. При установлении вредного воздействия загрязняющего вещества на организм (природный объект) необходимо учитывать три фактора:

1) Токсичность вещества зависит от его состояния(нерастворимые в воде соединения практически подвергаются превращениям в организме;

2) В природных условиях относительно безвредное вещество может перейти на высокотоксичное соединение; 3) В природной среде токсичное вещество может постепенно накапливаться в цепи питания, его концентрация в

высших звеньях этой цепи может в тысячи раз превышать концентрацию данного вещества в окружающей среде в целом(фактор биологического накопления).

Изменение концентрации Ме в окружающей среде может происходить как естественным путём (перераспределение между поверхностью суши, водой, атмосферой), так и искусственно(аккумуляция в почве, возникновение геохимических аномалий с последующим распределением и усвоением металлов растениями, животными и микроорганизмами).

В процессе эволюции организмы выработали систему защиты от повреждающего действия металлов, как на уровне генома, так и на уровне тканевых регуляторных механизмов. Система защиты представлена специфическими белками, вырабатываемыми организмом, которые действуют на регуляторные участки ДНК и РНК; синтез таких белков приводит к появлению устойчивых(толерантных) к токсическому действию металлов популяций. Белки обладают несколькими центрами связывания, что даёт возможность нейтрализовать одновременно большое количество поступающих в организм металлов.

Макроэлементы Микроэлементы Ультрамикроэлемент

С=10% С=10 -10% С<10%

К, Са, Mg, Fe, Na Mn, Zn, Cr, Ni, Co, Cu, V и др. Hg, Au, Ag, Ra, Pb и т.д.

Организм и среда взаимосвязаны. Отмечена определённая зависимость между биологической ролью элементов и их местом в периодической системе Д.И.Менделеева. Органический мир построен главным образом из лёгких элементов. Поэтому только 4 металла: натрий, калий, кальций, магний содержатся в организмах в сравнительно больших количествах. Большинство же биологически активных металлов расположены в средней части первого большого периода и относятся к переходным элементам, которые содержатся в организмах в очень малых количествах.

В подавляющем большинстве случаев при переходе от лёгких элементов к тяжёлым в пределах одной группы их токсичность возрастает и параллельно этому убывает их содержание в биомассе(Zn, Cd, Hg).

D-элементы обладают двойной биологической ролью: важным биологическим значением и токсическим действием на живой организм.

Целесообразно выделить 3 направления:

а) Антропогенные источники поступления Ме в окружающую среду; б) Биологическая роль металлов; в) Токсическое действие металлов.

Загрязнение окружающей среды металлами наиболее опасно для биологических объектов. Завышенное или заниженное содержание Ме в организмах вызывает различные болезни.

Особенно опасно загрязнение среды тяжёлыми металлами, поскольку они включаются в природный круговорот веществ. В последнее время всё чаще выявляют очаги аномально высоких концентраций тяжёлых металлов. Например, в некоторых промышленных районах содержание в почве свинца превышает его фоновое значение в 22 р., кобальта- в 10, цинка- в 28, меди- в 100. Из почвы металлы попадают в растения.

Так, в помидорах, выращенных на расстоянии 500-5000 м. от предприятия цветной металлургии, свинца содержится в 5-10 раз больше, а в клубнях картофеля- в 10-170 раз больше, чем на более удалённых участках. Накапливать металлы способны также грибы, мхи, водоросли, моллюски, рыбы. В карпах, выращенных в прудах возле автомагистралей, концентрация свинца превышает ПДК в 3 раза.

Недостаток тяжёлых металлов в природной среде также небезопасен для живых организмов. Полагают, что нехватка в организме цинка, меди, кобальта или никеля вызывают потерю аппетита, развитие близорукости.

Какие отрасли промышленности вызывают наибольшее загрязнение d-элементами окружающей среды? В наибольшей степени подвергаются загрязнению металлами районы, в которых добывают руду, обогащают её и производят металл. 70-75% всех производственных отходов приходится на горную промышленность. Существует чёткая закономерность: чем меньше объём производства металлов и его концентрация в рудах, тем больше отходов образуется при получении её из руды. На 1т. готового металла количество отходов составляет: для Pb-30т.,Ni-100т., Cu-200-300т., Sn-500-1000т., W и Мо-2000т. пустой породы.

В отвалах теряется более 15% меди, 50% цинка, 13-14% благородных металлов. Всем эти данные свидетельствуют об огромной техногенной нагрузке на природную среду. К путям снижения или предотвращения этой нагрузки следует отнести:

1) Комплексное использование руд; 2) Улавливание и использование газообразных выбросов; 3) Переработка твёрдых отходов(снижение их токсичности и появление нового источника сырья); 4) Повторное вовлечение в технологический процесс очищенных стоков; 5) Разработка и внедрение малоотходных технологий.

После распада СССР Россия оказалась лишённой многих ценных металлов: хрома, урана, марганца и др. Остались лишь 2крупных региона по добыче и переработке цветных металлов: Карело-Кольский и Норильский. Однако, экологическая обстановка в этих регионах неблагоприятная. Попав в Норильске под дождь, можно остаться без плаща. Ежесуточно в атмосферу выбрасывается 54т. газов. Возникла необходимость поиска альтернативных регионов, богатых металлами, но более экологически чистых.

По запасам металлов III место после Карело-Кольского и Норильского районов занимает Воронежская область. Кристаллический фундамент, на котором стоит Воронеж, содержит железо, никель, замечены проявления хрома, титана. Среднегодовая прибыль от разработки воронежских месторождений составила бы 3млн. рублей.

В Лисках есть следы урана, радоновой воды, в 2 раза более богатые радоном, чем воды Цхалтубо. В нашей области 32 металлоносных места и 5 месторождений. Наиболее ценными являются Верхне-Мамонское и Елань-

Коленовское. Запасы по металлам в Елань-Колено составляют 1млн. тонн, в то время как месторождения международного значения в ЮАР и Канаде имеют запасы всего 25 тысяч тонн металлов.

Теперь стоит задача рационального использования природных богатств. В Елань-Колено огромные запасы меди и никеля, есть платина и золото, а Россия 10% титана завозит из Швеции, руда на Кольский полуостров поступает из ЮАР.

ФРГ работает на минералах, содержащих 24% железа, а мы отправляем в отвал всё, что содержит менее 40% железа. В Павловском гранитном карьере в отвал ушло металлов на сумму 28млн. долларов. Нетрудно подсчитать прибыль которую может дать этот карьер, если цена 1т.-70долларов, а добывается 450 тысяч тонн с извлечением 80%. Осмия берут 8%, а 92% идёт в отвал, платины извлекают 24%, остальное- в отвал.

Стрелецкий песчаный карьер может давать 15кг. золота ежегодно, прибыль от этого составит 28млн. долларов. А, ведь, золото и платина- валютные металлы. Некоторые соединения имеют огромное значение для развития медицины и экологии. Так соединения

Pt(NH3)2Cl2-прекрасный антираковый препарат.

Платина и палладий являются катализаторами, направляющими процесс очистки выхлопных газов на фильтрах автомобиля на образование экологически чистых продуктов.

O2

CO+NxOy CO2+N2

Токсичные газы 22Pt+I2Pd составные частицы воздуха

Платиниды используются для изготовления костюмов космонавтов. В настоящее время разработана безотходная экологически чистая экология извлечения, транспортировки и переработки металлов, но она ещё не внедрена. Задача молодого поколения осуществить внедрение этой и ей подобных технологий и рационально использовать природные богатства.

1. Строение d-элементов, их нахождение в ПС обусловливают их свойства.

2. d-элементы играют двойную роль: имеют важное биологическое значение и оказывают токсическое воздействие на организм.

3. Необходимо вести разработку и внедрение экологически чистых технологий и использования d-элементов.

4.Россия богата ископаемыми, содержащими d-элементы. Дело молодых – уметь выгодно, рационально ими воспользоваться, не нарушив экологию окружающей среды.

1. Один из предсказанных Д.И.Менделеевым элементов IV периода образует оксид, содержащий 34,8% кислорода. Назвать этот элемент.

R2O3, RO2 138-48=90

48г – 34,8% Х=138 Ar(R)=90:2=45 Sc Х г – 100%

2. При взаимодействии 0,10 г некоторого Ме с водой образуется 0,005г водорода. Назвать этот элемент, если он обладает постоянной валентностью.

0,1г 0,005г

Me H2 Х=40 г CaX г 2ч