# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Czy promieniotwórcze pierwiastki to wymysł współczesnego człowieka? Czy jest możliwe uniknięcie kontaktu z promieniowaniem jądrowym?

że jądro atomowe składa się z protonów i neutronów;

że większość pierwiastków występujących w przyrodzie stanowi mieszaninę izotopów o stałym składzie;

że izotopy są to atomy tego samego pierwiastka, które mają jednakową liczbę protonów i elektronów oraz różną liczbę neutronów;

że izotopy mogą być trwałe lub nietrwałe (ulegają rozpadowi, któremu towarzyszy promieniowanie).

wyjaśniać pojęcia: izotop (pierwiastek) promieniotwórczy, radioizotop;

wymieniać rodzaje promieniowania jądrowego i określać ich przenikliwość;

wskazywać w układzie okresowym pierwiastki promieniotwórcze;

omawiać najważniejsze dokonania Marii Skłodowskiej‑Curie;

wyjaśniać pochodzenie radioizotopów w środowisku.

Znaczna część pierwiastków występuje w przyrodzie w postaci mieszaniny izotopów. Izotopy te mogą być trwałe lub nietrwałe. Za nietrwałe uważa się takie, które rozpadają się samorzutnie i przekształcają w izotopy innych pierwiastków. Mówi się o nich, że są niestabilne i nazywa izotopami promieniotwórczymi izotopami promieniotwórczymi lub radioizotopami. Pierwiastki mogą być mieszaniną izotopów trwałych lub nietrwałych (promieniotwórczych) bądź też zawierać oba ich rodzaje. Pierwiastki, które składają się tylko z izotopów promieniotwórczych (radioizotopów), nazywa się pierwiastkami promieniotwórczymi. W przyrodzie występuje niewiele pierwiastków promieniotwórczych. Należą do nich: technet () i promet () oraz pierwiastki o liczbie atomowej większej niż 82.

Wszystkie izotopy promieniotwórcze rozpadają się z różną, charakterystyczną dla danego izotopu promieniotwórczego szybkością. Proces ten może trwać ułamki sekund, ale zdarza się, że trwa dłużej niż 1 000 000 000 lat.

W wyniku rozpadu jąder izotopów promieniotwórczych powstają zawsze atomy innego pierwiastka. Jeśli są one nadal niestabilne, to ulegają kolejnym przemianom. Pierwiastki promieniotwórcze często muszą przejść kilka, a nawet kilkanaście przemian jądrowych, zanim ulegną przeobrażeniu w trwałe izotopy innych pierwiastków. Czas trwania poszczególnych przemian zależy od rozpadającego się na danym etapie radioizotopu.

Procesowi rozpadu jąder atomowych zawsze towarzyszy promieniowanie, które określa się mianem promieniowania jądrowego lub jonizującego. Gdy prowadzono badania nad promieniowaniem wysyłanym przez rozpadające się jądra atomowe, brakowało odpowiedniej aparatury i wiedzy, które umożliwiłyby naukowcom dokładną identyfikację jego składników. Stwierdzono wtedy, że izotopy promieniotwórcze mogą emitować trzy rodzaje promieniowania, które nazwano promieniowaniem α (czyt. alfa), β (czyt. beta) i γ (czyt. gamma). Dalsze badania wykazały, że cząstkami α są jądra helu, zawierające 2 protony i 2 neutrony, natomiast promieniowanie β to strumień elektronów.

Jedne izotopy promieniotwórcze podczas rozpadu wydzielają cząstki α, inne - cząstki β. Często emisji tych cząstek towarzyszy także promieniowanie γ. Nieodłącznym elementem rozpadu jest wydzielenie się dużej ilości energii.

Każdy rodzaj promieniowania wytwarzany przez substancje radioaktywne ma inny zasięg i przenikliwość przez materiały. Promieniowanie α ma najmniejszy zasięg i może zostać zatrzymane już przez kartkę papieru. Do zatrzymania cząstek β jest potrzebna nieco grubsza warstwa innego materiału, np. cienka blacha z ołowiu lub aluminium. Promieniowanie γ jest najbardziej przenikliwe - do ochrony przed nim są potrzebne kilkucentymetrowej grubości osłony z ołowiu.

Odkrycie promieni X (promieni Roentgena) przez Wilhelma Roentgena (czyt. wilhelma rentgena) w 1895 roku zapoczątkowało serię badań, które doprowadziły do uzyskania promieniotwórczych pierwiastków. Rok po ogłoszeniu przez Roentgena swojego odkrycia Henri Becquerel (czyt. ąri bekrel) podał do wiadomości informacje o istnieniu promieniowania wysyłanego przez uran. Niedługo po tym wydarzeniu Polka Maria Skłodowska‑Curie (czyt. kjuri), w ramach swojej pracy doktorskiej, rozpoczęła badania nad promieniotwórczością uranu. Wraz z mężem Piotrem Curie, który dołączył do tych prac, odkryła dwa nowe pierwiastki i nazywała je: polon oraz rad. Prace badaczy zostały uhonorowane najwyższym wyróżnieniem w świecie nauki - w 1903 roku małżonkowie wraz z Henri Becquerelem otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za badania nad promieniotwórczością oraz odkrycie polonu i radu. Po śmierci męża w 1906 roku Maria kontynuowała działalność naukową i została pierwszą kobietą profesorem na paryskiej Sorbonie. W 1911 roku Szwedzka Akademia Nauk przyznała jej po raz drugi, tym razem samodzielnie, Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za prace nad radem.

Po odkryciu rad zaczęto wykorzystywać w lecznictwie. Najważniejszym jego zastosowaniem było niszczenie nowotworów. Idea tej terapii, nazywanej w owym czasie „curieterapią", jest wykorzystywana nadal w radioterapii. Stała się ona w bardzo krótkim czasie łatwo dostępna nie tylko we Francji, ale także w wielu innych krajach. To upowszechnienie nastąpiło tylko dlatego, że małżeństwo Curie zrezygnowało z praw do patentu oraz związanych z tym zysków i udostępniło światu sposób wytwarzania radu.
Taki czyn jest rzadkością w świecie medycznym. Obecnie firmy farmaceutyczne, twórcy nowych leków lub terapii chronią swoje wytwory patentem. Przez okres 20 lat mają wyłączne prawo do ich produkcji i rozpowszechniania. Z uwagi na to, że nie ma w tym względzie żadnej konkurencji, cena oferowanego przez firmy produktu jest zazwyczaj bardzo wysoka. Na przykład miesięczny koszt terapii nowymi lekami pacjenta z chorobą zwaną stwardnieniem rozsianym (schorzeniem, które nieleczone, w krótkim czasie prowadzi do inwalidztwa) wynosi kilkanaście tysięcy złotych. Zapobieganie skutkom innej dolegliwości, chorobie Pompego, której towarzyszy między innymi zanik mięśni, kosztuje kilkaset tysięcy złotych. Chorych zazwyczaj nie stać na pokrycie kosztów leczenia lekami nowej generacji. Często są wspierani przez rodzinę, ludzi dobrej woli i państwo, a ich codzienne życie sprowadza się głównie do walki o zdobycie kolejnych funduszy na leczenie.

W przyrodzie występuje wiele różnego rodzaju radioizotopów, które są stałymi składnikami wody, powietrza i gleby. Są one źródłem promieniowania zwanego promieniotwórczością naturalną. W skorupie ziemskiej istnieje wiele izotopów promieniotwórczych. Część z nich występuje w niej od początku istnienia Ziemi. Należą do nich na przykład rubid‑87 czy potas‑40. Inne zaś powstały na skutek rozpadu niektórych izotopów promieniotwórczych, które muszą przejść kilka przemian jądrowych, zanim powstaną z nich trwałe izotopy. Przedstawicielami tego rodzaju substancji są tor i uran. Z ich rozpadu powstają zaś kolejne radioizotopy, między innymi rad, polon, radon.

Radioizotopy znajdujące się w skałach przemieszczają się do gleby, po czym są przyswajane przez rośliny, skąd następnie trafiają do organizmów żywych. Każdy składnik przyrody ożywionej i nieożywionej zawiera izotopy promieniotwórcze.
W przyrodzie występują także izotopy promieniotwórcze, które powstają w atmosferze ziemskiej w wyniku oddziaływania promieniowania kosmicznego (neutronów) na składniki atmosfery ziemskiej. Należą do nich między innymi tryt, węgiel‑14.

Z uwagi na obecność radioizotopów w skorupie ziemskiej wszelkie przedmioty wykonane z naturalnych materiałów czy wydobyte z wnętrza Ziemi także zawierają radioizotopy. Z tego samego względu promieniotwórcze są przykopalniane hałdy, dymy z elektrowni węglowych, a nawet dym z ogniska czy wody mineralne.

Do środowiska naturalnego dostały się także sztuczne radioizotopy, które są emiterami promieniowania alfa, beta i gamma. Ich źródło stanowią wybuchy jądrowe przeprowadzane w atmosferze (szczególnie w latach sześćdziesiątych ubiegłego wieku), awaria elektrowni jądrowej w Czarnobylu w 1986 roku oraz awaria elektrowni jądrowej Fukushima w Japonii w 2011 roku. Większość radioizotopów rozpadła się w krótkim czasie po zaistnieniu zdarzenia. Jednak niektóre, takie jak cez‑137, stront‑90, pluton‑239 czy pluton‑240, w dalszym ciągu są obecne w środowisku.

Innym źródłem radioaktywności pochodzenia sztucznego w przyrodzie jest promieniowanie generowane przez różnego rodzaju urządzenia stosowane w diagnostyce medycznej, przemyśle oraz badaniach naukowych.

Prezentacja interaktywna opisująca zagadnienie promieniotwórczości występującej na Ziemi. Ma ona postać serii ilustracji z elementami, których kliknięcie powoduje pojawienia się dodatkowych danych oraz przycisku Dalej umożliwiającego przejście do kolejnej planszy. Pierwsza plansza opisuje promieniowanie kosmiczne i przedstawia sylwetkę człowieka stojącego na łące pod gołym niebem. Promieniowanie kosmiczne sprawia, że w skład atmosfery wchodzą izotopy węgiel-14 oraz tryt. Kolejna plansza to zawartość radioizotopów w organizmie człowieka. W jej skład wchodzi tabela ilustrująca zawartość izotopów trytu, węgla-14, potasu-40, radu-226 oraz uranu-238 w ciele człowieka o masie 70 kg. Ilości te dla danego pierwiastka są w przybliżeniu stałe. Kolejna plansza, powstała z obniżenia się kamery tak, że człowiek na łące pokazywany jest wraz z wycinkiem gleby na której stoi, to promieniotwórczość naturalna związana z izotopami występującymi w przyrodzie od początku istnienia Ziemi. Kolejna plansza, to promieniotwórczość w łańcuchu pokarmowym, ilustrowana obrazkiem krowy oraz strzałką prowadzącą od niej do sylwetki człowieka, zawierającej produkty mleczne: masło, ser i mleko. Ten rodzaj promieniotwórczości związany jest z przenoszeniem się radioizotopów z gleby przez rośliny do organizmów żywych. Ważnym wnioskiem z tej części demonstracji jest to, że każdy składnik przyrody ożywionej i nieożywionej zawiera izotopy promieniotwórcze. Kolejna plansza dotyczy obecności w naszym życiu radonu - jedynego gazowego pierwiastka promieniotwórczego, powstającego w wyniku szeregu przemian z uranu i toru. Wydobywa się on ze skał poprzez szczeliny, z wodą wodociągową i gazem ziemnym, przejawiając tendencję do zalegania w domach. Ostatnią z prezentowanych plansz jest omówienie technologii atomowych ze szczególnym uwzględnieniem prób eksplozji nuklearnych oraz awarii w elektrowniach jądrowych, takich jak wybuch w Czernobylu 1986 roku oraz wyciek w Fukushimie w 2011 roku. Wspomniane są też urządzenia promieniotwórcze stosowane w diagnostyce medycznej, przemyśle i badaniach naukowych.

Wielkość pochłoniętej przez materię dawki promieniowania z uwzględnieniem jej wpływu na organizmy żywe opisuje się za pomocą jednostki nazywanej (Sv). W Polsce dawka pochodząca od wszystkich naturalnych źródeł promieniowania, zarówno naturalnych, jak i sztucznych wynosi około 3,3 mSv (milisiwertów) w ciągu roku.

Promieniowanie wywodzące się z radioizotopów pochodzenia naturalnego często określa się mianem tła. Naturalne tło promieniowania ma zwykle zmienne wartości w różnych miejscach na świecie. Zależy ono przede wszystkim od lokalnej budowy geologicznej gruntu i średniego stężenia gazu szlachetnego - promieniotwórczego radonu - w atmosferze. W Polsce średnia dawka roczna promieniowania emitowanego przez wszystkie naturale źródła wynosi niecałe 2,5 mSv. W Szwecji jest dwukrotnie większa niż w Polsce, a w Finlandii - ponad 2,5 razy większa. Ekstremalne wartości tła naturalnego w miejscach zamieszkałych przez ludzi są ponad dwieście razy większe od wartości tła naturalnego w Polsce. Nigdzie jednak nie zaobserwowano zmian chorobowych wśród bytujących tam ludzi w porównaniu z mieszkańcami innych regionów.

Szkodliwość promieniowania zależy od jego rodzaju, natężenia (mocy) i czasu działania. Zbyt duże dawki promieniowania mogą pokonać mechanizmy obronne organizmu i wywołać ciężkie choroby, a nawet śmierć. Tę właściwość promieniowania wykorzystuje się do niszczenia komórek nowotworowych u ludzi.

Organizmy żywe różnią się pod względem odporności na promieniowanie. Jednorazowa dawka śmiertelna dla człowieka tysiąckrotnie przekracza średnią roczną dawkę tła i wynosi 3-4 Sv (3000-4000 mSv).

Jednorazowa dawka śmiertelna [Sv]
(połowa populacji umiera
po 30 dniach od przyjęcia dawki)

Niektóre badania naukowe wskazują, że małe dawki promieniowania stymulują układ odpornościowy i zmniejszają zapadalność na choroby nowotworowe. Wieloletnie badania prowadzone na grupach ludzi, którzy z racji swej pracy lub zamieszkania byli narażeni na dodatkowe, określone w pewnym zakresie (1-500 mSv, czyli 0,001-0,5 Sv) dawki promieniowania jądrowego, wskazują, że nastąpiło zmniejszenie śmiertelności wśród napromienianej małymi dawkami populacji w porównaniu z grupą ludzi, która takich dawek nie otrzymywała.

Człowiek wykorzystuje izotopy promieniotwórcze w różny sposób. Przede wszystkim znalazł dla nich zastosowanie w medycynie - do obrazowania tkanek i narządów oraz niszczenia komórek nowotworowych - a także w badaniach naukowych i przemyśle. Innym ważnym zastosowaniem izotopów jest wykorzystanie ich do pozyskiwania energii jądrowej do produkcji energii elektrycznej w tak zwanych elektrowniach jądrowych (atomowych). Zastosowanie znalazł w nich uran‑235. W warunkach naturalnych pierwiastek ten rozpada się powoli, ale pod wpływem uderzenia neutronami rozpad jąder jego atomów zachodzi bardzo szybko. Wydziela się przy tym ogromna ilość energii. Towarzyszy temu pojawienie się wolnych neutronów, które z kolei atakują następne atomy uranu, zmuszając je do rozpadu. W ten sposób reakcja przebiega dalej.

Opisaną przemianę rozpadu atomów uranu prowadzi się w tak zwanych reaktorach. Ich konstrukcja pozwala na kontrolowanie przebiegu reakcji. Uzyskane ciepło ogrzewa wodę, która przechodzi w stan pary, a ta z kolei uruchamia turbinę i generator elektryczności.

Elektrownie jądrowe są wydajniejsze od elektrowni węglowych. Spalenie 1 g metanu (składnika gazu ziemnego) powoduje wydzielenie na sposób ciepła około 50 kJ energii, natomiast reakcja jądrowa 1 g uranu‑235 jest źródłem 81 000 000 kJ (8 · 10Indeks górny 7 ⁷ kJ) energii.

Pierwiastki promieniotwórcze stanowią mieszaniny nietrwałych izotopów; są to pierwiastki o liczbie atomowej większej niż 82 oraz technet () i promet ().

Izotopy nietrwałe (niestabilne, promieniotwórcze) samorzutnie rozpadają się i przeobrażają w izotopy innych pierwiastków z różną, charakterystyczną dla danego izotopu, szybkością.

Izotopy promieniotwórcze mogą emitować trzy rodzaje promieniowania: α (, jądra atomu helu), β (szybko poruszające się elektrony) i γ (promieniowanie elektromagnetyczne).

W przyrodzie występuje wiele radioizotopów, które są stałym składnikiem wody, powietrza i gleby. Są one źródłem promieniowania zwanego promieniotwórczością naturalną.

Szkodliwość promieniowania zależy od jego rodzaju, natężenia (mocy) i czasu działania.

Sprawdź, w jakiej odległości w linii prostej od twojego miejsca zamieszkania znajduje się najbliższa elektrownia jądrowa.

Wyszukaj w Internecie strony lub artykuły prasowe poświęcone dyskusji na temat budowy w Polsce elektrowni jądrowej. Znajdź wypowiedzi ludzi, którzy opowiadają się za istnieniem w naszym kraju elektrowni jądrowej i tych, którzy są jej przeciwni. Oceń przytaczane przez nich argumenty. Czy podają oni fakty i liczby, czy też używają sformułowań odwołujących się do emocji?

Przeprowadź w swoim najbliższym otoczeniu wywiad z dorosłymi osobami na temat promieniotwórczości. Dowiedz się, z czym kojarzy się im pojęcie izotopy promieniotwórcze, i czy wiedzą, jakie są ich źródła i zastosowania.

radionuklidy; izotopy, których jądra samorzutnie zmieniają swą strukturę i emitują promieniowanie

radioaktywność, zdolność do spontanicznej emisji promieniowania przez jądro atomowe

jednostka tzw. dawki efektywnej promieniowania jonizującego; obrazuje całkowite narażenie organizmu zarówno przy równomiernym, jak i nierównomiernym napromienieniu narządów i tkanek

Maria Salomea Skłodowska-Curie

Fizyk, Polka pracująca we Francji, dwukrotna laureatka Nagrody Nobla.
Polka, która karierę naukową rozwinęła we Francji, pracując z promieniotwórczymi pierwiastkami. Wraz z mężem Piotrem Curie odkryła dwa nowe pierwiastki promieniotwórcze: polon i rad. Za swoje dokonania małżeństwo wraz z Henri Becquerelem wspólnie otrzymało w 1903 roku Nagrodę Nobla. Maria Skłodowska‑Curie opracowała i udoskonaliła metody rozdzielania izotopów. Za pracę nad radem została w 1911 roku po raz drugi uhonorowana Nagrodą Nobla przez Szwedzką Akademię Nauk. Przyczyniła się do rozwoju radioterapii, mającej na celu leczenie nowotworów za pomocą radu.

Największym problemem związanym z pracą elektrowni jądrowej są odpady, które zawierają promieniotwórcze izotopy. Postępuje się z nimi na dwa sposoby. Pierwszy z nich polega na zamykaniu odpadów w pojemnikach z miedzi i stali, a następnie umieszczeniu ich głęboko pod ziemią, gdzie pozostaną przez tysiące lat. Drugą metodą jest recykling zużytego paliwa, który polega na odzyskaniu niezużytych jeszcze materiałów promieniotwórczych nadających się do powtórnego użycia jako paliwo. Pozostałość po tym procesie kieruje się do przechowywania.

W Polsce pracuje jeden reaktor badawczy Maria w Instytucie Energii Atomowej w Świerku. Jego moc maksymalna wynosi 33 MW. Wykorzystuje się go do badań naukowych oraz produkcji izotopów na potrzeby przemysłu i medycyny.

# data[].attributes.attachment_link.description
Czy promieniotwórcze pierwiastki to wymysł współczesnego człowieka? Czy jest możliwe uniknięcie kontaktu z promieniowaniem jądrowym? że jądro atomowe składa się z protonów i neutronów; że większość pierwiastków występujących w przyrodzie stanowi mieszaninę izotopów o stałym składzie; że izotopy są to atomy tego samego pierwiastka, które mają jednakową liczbę protonów i elektronów oraz różną liczbę neutronów; że izotopy mogą być trwałe lub nietrwałe (ulegają rozpadowi, któremu towarzyszy promieniowanie).

# data[].attributes.attachment_link.title
Izotopy pierwiastków - Zintegrowana Platforma Edukacyjna

# data[].attributes.attachment_link.description
E‑podręczniki to bezpłatne i dostępne dla wszystkich materiały edukacyjne.

# data[].attributes.headline
Prezentacja - pierwiastki w ciele człowieka

# data[].attributes.subject
Prezentacja - pierwiastki w ciele człowieka

# data[].attributes.attachment_link.title
Pierwiastki Chemiczne w Ciele Człowieka 

# data[].attributes.attachment_link.description
Pierwiastki Chemiczne w ciele człowieka Alan Zieliński 1. Wapń 4. Magnez Wapń znajduje się w mleku i produktach mlecznych oraz rybach. Wpływa na stan naszych kości już od urodzenia. Jest pierwiastkiem niezbędnym dla naszego życia, a jego niedobory mogą powodować poważne szkody

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
O reakcjach kwasów z metalami krąży wiele przekłamań i niedorzeczności. Chyba najczęściej wynika to z braków w materiale szkolnym. W moim przypadku właściwości kwasów utleniających przedstawiono na przykładzie miedzi z kwasem azotowym i siarkowym. Ale co z innymi metalami i kwasami? Materiał często jest tak przedstawiany, jakby tylko metale szlachetne roztwarzały się dzięki redukcji reszty kwasowej. Ale tak nie jest. Przygotowujący się do matury często mają z tym problemy, wynikające z braku odpowiednich informacji w programie szkolnym.

Podstawa programowa wymaga znajomości przebiegu reakcji kwasów nieutleniających z metalami: Na, K, Ca, Mg, Al, Zn, Fe, Mn, Cr. Oraz kwasów utleniających z metalami: Mg, Zn, Al, Cu, Ag, Fe (pozycje przekreślone oznaczają metale niewymagane do matury w roku 2021). Zbiorcza tabela obejmująca wymagane reakcje jest do pobrania tutaj:

UWAGA! Aneks do matury w roku 2021 przewiduje ograniczenie listy metali
Kilka podstaw na początek
Zacznijmy jednak od początku. Typowym szkolnym przykładem metalu jest cynk. Wrzucając do kwasu solnego kawałek cynku ulega on roztwarzaniu i wydziela się wodór, który można zapalić. Dzieje się tak dlatego, że cynk wypiera mniej aktywny od niego wodór z jego związku. Wrzucając ten sam cynk do wodnego roztworu FeCl ₂ zaobserwujemy wypieranie żelaza przez cynk. Jeśli eksperyment powtórzymy z cynkiem i CuCl ₂, to tym razem wyparta zostanie miedź. Z roztworu zawsze zostaje wyparty mniej aktywny jon, a na jego miejsce pojawia się bardziej aktywny. Roztwarzanie metali w kwasach polega na tej samej zasadzie, gdyż wodór w reakcjach z metalami zachowuje się jak metal, a kwasy można potraktować jako sole wodoru. Z chemicznego punktu widzenia HCl jest chlorkiem wodoru. Sam wodór, choć zaliczany do niemetali, wykazuje wiele metalicznych cech. Jednakże kwas solny nie może roztworzyć miedzi, gdyż metal ten jest mniej aktywny od wodoru w roztworze. Aby to określić, wystarczy spojrzeć na szereg napięciowy metali. Ale cynk, żelazo, aluminium, ołów i wiele innych roztwarzają się w nim z szybkością zależną od różnicy potencjałów, gdyż siłą napędową reakcji jest ta właśnie.

Moc kwasu także sprzyja szybkości, bo mocniejszy kwas to większe stężenie H⁺, które może ulec reakcji redukcji na H ₂. W przypadku kwasów nieutleniających sprawa wydaje się prosta.

Przejdźmy jednak do kilku przypadków z kwasami utleniającymi. Często pokutujące jest przekonanie, że metale szlachetne redukują resztę kwasową i dlatego się w nich roztwarzają, natomiast aktywniejsze metale wypierają... wodór. Nic bardziej mylnego! Aby się przekonać, możemy sami wrzucić kilka metali do kwasu azotowego, czy to stężonego, czy to rozcieńczonego. Wrzucając kawałek miedzi mamy znane 2 szkolne reakcje:

Ale wrzucając kawałek cynku zaobserwujemy wydzielanie wodoru czy tlenków azotu? W przypadku kwasu stężonego zachodzi bardzo energiczna reakcja, podczas której wydziela się masa brunatnych par, wskutek zachodzącej reakcji:

Natomiast w kwasie rozcieńczonym reakcja byłaby analogiczna jak dla miedzi.

Spójrzmy na pierwiastek azot i na jego możliwe stopnie utlenienia. Od -III do V. W HNO ₃ mamy na V, czyli najwyższym, a co za tym idzie atom N może przyjąć aż 8 elektronów i zostać zredukowanym do amoniaku NH ₃! Po kolei wg rosnącego stopnia redukcji reszta kwasowa może zostać przemieniona w NO ₂, NO, N ₂O, N ₂, NH ₂OH, NH ₃. Stopień redukcji zależy od warunków prowadzenia reakcji. W stężonych roztworach kwasu powstaje NO ₂, duże stężenie to także duża szybkość reakcji, natomiast obniżając stężenie i temperaturę szybkość reakcji jest mniejsza, przez co możliwa jest dalsza redukcja azotu.

Reakcje metali z kwasami
Sposób działania kwasu utleniającego na metale
Pozostaje zadać sobie pytanie, jak działa taki kwas, że redukcji ulega reszta kwasowa?

Ja sama nazwa mówi, kwasy te mają utleniające właściwości. Mechanizm ich działania często jest taki, że reszta kwasowa utlenia metal do tlenku, a tlenek metalu zazwyczaj chętnie reaguje z nadmiarem kwasu. Zazwyczaj, gdyż czasem reakcja tlenku z kwasem nie jest tak oczywista. Spójrzmy na poniższe równania:

sumaryczne równanie reakcji roztwarzania miedzi:

Ale w rzeczywistości mamy 2 reakcje:

lub jonowo

CuO chętnie reaguje z następnymi cząsteczkami kwasu, a ściślej z jonami H+

i jonowo

I ten mechanizm obowiązuje dla innych metali reagujących z tym kwasem. Jednakże jak już wspomniałem, nie w każdym przypadku struktura powstałego tlenku chętnie reaguje z kwasem. Jeśli dalsza reakcja nie zachodzi, to mówimy o pasywacji. Wtedy wrzucając metal do kwasu nastąpi tylko jego powierzchniowe utlenienie i nie następuje dalsza reakcja, bo tlenek tworzy szczelną warstewkę. Do takich przypadków należą Al ₂O ₃, Cr ₂O ₃, NiO, CoO, Fe ₂O ₃. Te tlenki utworzone na powierzchni metalu zabezpieczają go przed dalszą reakcją ze stężonym kwasem azotowym. Glin jest metalem tak aktywnym, że tylko dzięki warstewce pasywnej możemy się posługiwać przedmiotami wykonanymi z niego. O pasywności także decydują warunki, gdyż podniesienie temperatury zazwyczaj powoduje uszkodzenie tej warstewki i metal ulega dalszej reakcji a nawet jest w stanie powstać sól. Kwas rozcieńczony nie ma już tak pasywujących właściwości.
Kwas utleniający a redukcja wodoru
Czy jest możliwe, by w reakcji z kwasem azotowym wydzielił się wodór? Jest, ale jak zaraz pokażę, nie jest to reakcja wprost z kwasem azotowym. Wrzucając do wody bardzo aktywne metale, takie jak sód czy wapń, gwałtownie wydziela się wodór. Wynika to z faktu, że metale te bardzo łatwo reagują z wodą dając zasady. Wrzucając te same metale do zimnego, rozcieńczonego kwasu azotowego także wydziela się wodór. Jest to spowodowane tym, że metale te przez swoją wysoką aktywność i duże stężenie wody w stosunku do kwasu mają łatwiejszą drogę do reakcji z H⁺ niż z utleniającym jonem NO ₃⁻.

Siła utleniająca w niskich stężeniach jest też niższa niż przy wyższych.

Moc kwasu utleniającego a kwasowość tlenku metalu/niemetalu

Jednakże pozwolę sobie podać jeszcze kilka przykładów na pokazanie działania kwasów utleniających. Skoro mechanizm działania na metale jest taki, że powstaje tlenek metalu, który następnie reaguje z kwasem, lub pasywuje metal. Ale co się stanie, jeśli do kwasu azotowego wrzucić bardziej kwasotwórczy pierwiastek? Jod wrzucony do tego kwasu zostaje utleniony do I ₂O ₅, który przechodzi w HIO ₃, selen do SeO ₂. Ponieważ tlenki te są na tyle kwasowe, że nie dają soli z innymi kwasami, przeto reakcja nie biegnie dalej. Nawet metaliczna cyna zostaje utleniona do SnO ₂, gdyż tlenek ten jest na tyle kwasowy, że nie daje dalszej reakcji. Siarka w reakcji ze st. HNO ₃ przechodzi w H ₂SO ₄! Cyna z HNO ₃ daje jak już wspomniałem SnO ₂ w postaci uwodnionej, dlatego można też napisać H ₂SnO ₃*xH ₂O, ale znacznie mocniejszy kwas siarkowy na gorąco daje sól z powstającym SnO ₂, czyli Sn(SO ₄) ₂, który tworzy hydrat Sn(SO ₄) ₂*2H ₂ O.
Kwas siarkowy jako utleniający
I często podaje się nieprawdziwą informację, że reakcja ta zachodzi w pokojowej temperaturze. Wrzucając miedź do ogrzanego stężonego H ₂SO ₄ możemy się przekonać, że powstaje czarny związek, który często jest brany za tlenek miedzi(II). Tym czarnym osadem jest Cu ₂S. Redukcja H ₂SO ₄ do SO ₂ zachodzi w jeszcze wyższych temperaturach - w niższych powstaje głównie Cu ₂S jako produkt redukcji H ₂SO ₄. Prawdopodobnie błędne jest także stwierdzenie, że w reakcji miedzi z H ₂SO ₄ powstaje CuSO ₄ - siarczan(VI) miedzi(II) - bardziej prawdopodobnym produktem jest Cu ₂SO ₄ - siarczan(VI) miedzi(I). Wszystko można zobaczyć w jednym z naszych filmów:
Reakcje metali o zmiennych wartościowościach z kwasami utleniającym i nieutleniającymi
Jak zachowa się metal o zmiennej wartościowości wobec kwasu utleniającego i nieutleniającego? Na początek spójrzmy na reakcje 2 metali z kwasem solnym:

nawet rozcieńczony kwas siarkowy reaguje na zasadzie wyparcia wodoru:

ale metale takie jak cyna czy żelazo tworzą związki także na wyższych stopniach utlenienia. Z gorącym kwasem siarkowym stężonym lub gorącym stężonym lub rozcieńczonym azotowym, te same metale reagują nieco inaczej, np:

W warunkach tych nie nastąpi pasywacja żelaza. Natomiast cyna zareaguje następująco:

Dlaczego w pierwszym przypadku powstała sól? Tajemnica tkwi w większej kwasowości kwasu siarkowego, gdyż dwutlenek cyny jest tlenkiem na tyle kwasowym, że słabszy kwas azotowy nie jest w stanie utworzyć z nim soli. Wśród metali o kilku stopniach utlenienia ołów z tymi dwoma kwasami utleniającymi daje tylko związki ołowiu dwuwartościowego. Powodem jest bardzo wysoki potencjał utlenienia ołowiu do Pb(IV), a związki Pb(IV) są z kolei dość silnymi utleniaczami.
Inne przypadki utrudnionej reakcji z kwasem Dlaczego niektóre kwasy są utleniające?
Pozostaje odpowiedzieć sobie na pytanie, dlaczego jedne kwasy są utleniające, podczas gdy inne nie oraz czy zmieniając odpowiednio warunki nie można by przekształcić kwasu nieutleniającego w utleniający?

Jak wiemy, utleniacz to związek, który może utlenić inny związek, czyli zwiększyć jego stopień utlenienia. Zabiera przy tym elektrony tego związku (reduktora) więc sam zostaje zredukowany. W przypadku HNO3 pierwiastek kwasotwórczy, czyli azot, osiągnął maksymalny stan utlenienia. Może on przyjąć aż 8 elektronów by osiągnąć minimalny. Reszta kwasowa w tym kwasie ma wyższy potencjał utleniania niż wodór. Zgodnie z prawami rządzącymi procesami, najłatwiej zachodzą te reakcje, które mają największy potencjał, a różnica potencjałów jest większa dla reakcji reszty kwasowej z metalem niż protonu z metalem, więc uprzywilejowana jest reakcja reszty kwasowej - utleniacza silniejszego.

Jednakże w przypadku HCl, pierwiastek kwasotwórczy osiągnął swój minimalny stopień utlenienia, czyli -I. Zatem nie jest możliwe, by jon Cl- był utleniaczem, bo jest już maksymalnie zredukowany. W tym przypadku wyższy potencjał ma redukcja wodoru, jednak wodór nie jest zbyt silnym utleniaczem, więc grono utlenianych metali jest mniejsze. Nie każdy kwas nieutleniający ma jednak minimalny stopień utlenienia! W przypadku H ₃PO ₄ o właściwościach kwasu decyduje nie tyle stopień utlenienia fosforu, co niski potencjał redukcji reszty kwasowej, więc kwas ten nie należy do utleniających.
UWAGA: Standardowe potencjały redukcji obecne w tablicach fizykochemicznych nie są wyznacznikiem kierunku reakcji w przypadku stężonych kwasów z metalami. Inne kwasy utleniające
Czy oprócz omawianych w szkole HNO ₃ i H ₂SO ₄ mogą być inne kwasy utleniające? Nie tyle mogą, co i są. Należą do nich: HClO ₄, HBrO ₃, HIO ₄. I tak samo jak zwłaszcza azotany, nieco mniej siarczany są utleniaczami, tak samo sole tych kwasów również są silnymi utleniaczami. Kolejność w której je podałem jest w kierunku malejącej siły utleniania. HClO ₄, czyli kwas nadchlorowy lub kwas chlorowy (VII) w wysokich stężeniach jest tak silnym utleniaczem, że kontakt wielu substancji organicznych z nim może zakończyć się niebezpiecznym wybuchem! Kwas ten przechowuje się w postaci bezpieczniejszych roztworów 60-70%. Nawet tzw. dymiący kwas azotowy, tj. kwas o stężeniach bliskich 100% (tzw. stężony ma ok. 67%) jest bardzo niebezpieczny przez swoje właściwości utleniające! Silnym kwasem utleniającym jest też HMnO ₄, a nieco mniej H ₂CrO ₄. Także HNO ₂, który choć nietrwały i istnieje tylko w rozcieńczonych roztworach - jest kwasem bardziej utleniającym niż HNO ₃.
Roztwarzanie metali szlachetnych w kwasach nieutleniających - dodatek innego utleniacza
Tak samo działa woda królewska, w której HNO ₃ pełni rolę silniejszego utleniacza, niż sam HCl.
Podsumowanie
Uściślijmy zatem kilka rzeczy:

1) Kwasy można podzielić na utleniające i nieutleniające

2) Kwasy nieutleniające (np. HCl, H ₃PO ₄, rozcieńczony H ₂SO ₄, HBr, H ₃BO ₃) roztwarzają metale na zasadzie i tylko na tej zasadzie wypierania wodoru przez aktywniejszy od niego metal. Z tego powodu metale mniej aktywne od wodoru (Bi, Cu, Ag, Hg, Pt, Au) nie roztwarzają się w czystych kwasach nieutleniających (poza pewnymi sytuacjami, które wyjaśnimy osobno). Reakcja roztwarzania jest przykładem reakcji wzajemnego wypierania się metali z roztworu, gdyż wodór w kwasach można traktować jak metal w solach, chlorowodór jest z chemicznego punktu widzenia chlorkiem wodoru.

3) Jeśli poza kwasem w środowisku reakcji obecny jest dodatkowo utleniacz o potencjale odpowiednio wysokim (np. H ₂O ₂), to metal szlachetny się roztwarza, dając sól kwasu beztlenowego.

4) Kwasy utleniające roztwarzają lub pasywują wszystkie metale o potencjale niższym od potencjału redukcji reszty kwasowej.

5) kwasy utleniające roztwarzają metale na zasadzie redukcji reszty kwasowej i tylko na tej zasadzie. Nie ma znaczenia szlachetność tego metalu. Zależnie od warunków prowadzenia reakcji produktów redukcji reszty kwasowej może być kilka.

6) Standardowe potencjały redukcji obecne w tablicach fizykochemicznych nie są wyznacznikiem kierunku reakcji w przypadku stężonych kwasów z metalami. Są one wskaźnikiem tylko w przypadku rozcieńczonych kwasów.

CZY TEN ARTYKUŁ OKAZAŁ SIĘ POMOCNY? MASZ DODATKOWE SUGESTIE ALBO PYTANIA? NAPISZ DO NAS! A MOŻE CHCESZ TEŻ O CZYMŚ NAPISAĆ I OPUBLIKOWAĆ? DOŁĄCZ DO NAS! REDAKCJA@BIOMIST.PL

# data[].attributes.attachment_link.title
Prawda o reakcjach kwasów z metalami - reakcje metali z kwasami - Artykuły chemiczne, Chemia, Chemia Matura

# data[].attributes.attachment_link.description
O reakcjach kwasów z metalami krąży wiele przekłamań i niedorzeczności. Chyba najczęściej wynika to z braków w materiale szkolnym. W moim przypadku właściwości kwasów utleniających przedstawiono na przykładzie miedzi z kwasem azotowym i siarkowym. Ale co z innymi metalami i kwasami? Materiał często jest tak przedstawiany, jakby tylko metale szlachetne roztwarzały się dzięki redukcji reszty [...]

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Częstość występowania pierwiastków we Wszechświecie ( abundancja pierwiastków chemicznych) - rozpowszechnienie poszczególnych pierwiastków chemicznych w całym Wszechświecie, ich udział w całej materii.

Względna częstość występowania poszczególnych pierwiastków we Wszechświecie zależy od liczby atomowej danego pierwiastka, oraz właściwości jąder atomowych pierwiastków. Różnice w ilościach poszczególnych pierwiastków wynikają z charakteru procesu nukleosyntezy zachodzącej od Wielkiego Wybuchu.

Wodór jest pierwiastkiem występującym we Wszechświecie w największej ilości. Jego jądra - protony - stanowią pierwotną materię, która uformowała się najwcześniej w ciągu pierwszej milionowej części sekundy od początku Wielkiego Wybuchu. Również podczas Wielkiego Wybuchu, pod koniec ery leptonowej, gdy we Wszechświecie istniały już protony i neutrony w wyniku łączenia się ich w procesie zwanym pierwotną nukleosyntezą powstała większość z istniejących obecnie jąder helu oraz niewielka ilość jąder litu i berylu. W toku późniejszej ewolucji Wszechświata, we wnętrzach gwiazd, zachodziła i zachodzi do dziś przemiana powstałych jąder w jądra masywniejsze. Dominującą reakcją jest przemiana wodoru w hel, dlatego stosunek liczby jąder helu do liczby jąder wodoru ulega ciągłej zmianie. Mimo to niewiele się on zmienił od Wielkiego Wybuchu, z uwagi na bardzo dużą ilość wodoru.

Wszystkie jądra pierwiastków cięższych od berylu, aż do żelaza powstały w wyniku reakcji jądrowych w gwiazdach, czemu towarzyszyło wydzielanie dużych ilości energii. Produktem końcowym tych przemian było żelazo, którego jądro ma największą energię wiązania przypadającą na jeden nukleon. Dlatego jąder żelaza jest stosunkowo dużo w porównaniu z jądrami pierwiastków o większych liczbach atomowych i w porównaniu z jądrami pierwiastków o trochę mniejszych liczbach atomowych. Jądra masywniejsze od jąder żelaza powstały podczas wybuchu supernowych, w warunkach ekstremalnie wysokich temperatur i ciśnień.

Głównym źródłem informacji o ilości poszczególnych pierwiastków tworzących Wszechświat są badania składu skorupy ziemskiej. W niewielkim stopniu istnieje możliwość bezpośredniego badania minerałów z Księżyca, meteorytów i pośrednio - powierzchni Marsa. Głównym źródłem informacji na temat składu bardziej odległych obiektów są metody spektroskopii promieniowania elektromagnetycznego. Badając światło zarówno emitowane jak i odbijane, rozpraszane i pochłaniane przez różne obiekty kosmiczne, można określić skład atmosfer planet, gwiazd, można ustalić z czego zbudowane są inne galaktyki i jaki jest skład zimnych obłoków gazu i pyłu kosmicznego.

Badanie składu izotopowego Wszechświata dostarcza równocześnie narzędzia do weryfikacji teorii dotyczących nukleosyntezy.

# data[].attributes.attachment_link.title
Częstość występowania pierwiastków we Wszechświecie - Wikipedia, wolna encyklopedia

# data[].attributes.attachment_link.description
Częstość występowania pierwiastków we Wszechświecie ( abundancja pierwiastków chemicznych) - rozpowszechnienie poszczególnych pierwiastków chemicznych w całym Wszechświecie, ich udział w całej materii. Względna częstość występowania poszczególnych pierwiastków we Wszechświecie zależy od liczby atomowej danego pierwiastka, oraz właściwości jąder atomowych pierwiastków. Różnice w ilościach poszczególnych pierwiastków wynikają z charakteru procesu nukleosyntezy zachodzącej od Wielkiego Wybuchu.

# data[].attributes.attachment_link.readable_text
Prawie 99% masy ciała człowieka stanowi tylko 6 pierwiastków: tlen, węgiel, wodór, azot, wapń i fosfor. 6 kolejnych: potas, siarka, sód, chlor i magnez stanowi już tylko 0.85% masy człowieka. Wszystkie powyżej wymienione pierwiastki uznawane są za niezbędne do życia. Pozostałe występują w ludzkim organizmie w śladowych ilościach i około 12 z nich również uznawane jest za konieczne do prawidłowego funcjonowania. Wśród nich jest m.in. fluor, który utwardza szkliwo zębów i jak na razie nie potwierdzono innych jego funkcji.

Przepis na człowieka

Proporcje masowe:

tlen - 65%

węgiel - 18.5%

wodór - 9.5%

azot - 3.2%

wapń - 1.5%

fosfor - 1%

potas - 0.4%

siarka - 0.3%

sód - 0.2%

chlor - 0.2%

magnez - 0.1%

pozostałe: bor, chrom, kobalt, miedź, fluor, jod, żelazo, mangan, molibden, selen, krzem, cyna, wanad i cynk - mniej niż 1%

Dogłębniej zainteresowanych tematem odsyłam do angielskiego artykułu na wikipedii.

# data[].attributes.attachment_link.title
Z których pierwiastków składa się człowiek? - Fizyk wyjaśnia

# data[].attributes.attachment_link.description
Prawie 99% masy ciała człowieka stanowi tylko 6 pierwiastków: tlen, węgiel, wodór, azot, wapń i fosfor. 6 kolejnych: potas, siarka, sód, chlor i magnez stanowi już tylko 0.85% masy człowieka. Wszystkie powyżej wymienione pierwiastki uznawane są za niezbędne do życia. Pozostałe występują w ludzkim organizmie w śladowych ilościach i około 12 z nich również uznawane...

# data[].attributes.attachment_link.description
Rozpowszechnienie we wszechświecie] [Zawartość gazów atmosferze ziemskiej] [Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej] [Rozpowszechnienie związków w skorupie ziemskiej] [Zawartość pierwiastków ziem rzadkich w skorupie ziemskiej]