Билет20

Биогенные элементы-химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. Прежде всего это кислород (составляющий 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности.

Элементы необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов, называют биогенными элементами.

Для 30 элементов биогенность установлена. Существует несколько классификаций биогенных элементов:

А) По их функциональной роли:

1) органогены, в организме их 97,4% (С, Н, О, N, Р, S),

2) элементы электролитного фона (Na, К, Ca, Mg, Сl). Данные ионы металлов составляют 99% общего содержания металлов в организме;

3) Микроэлементы – это биологически активные атомы центров ферментов, гормонов (переходные металлы).

Б) По концентрации элементов в организме биогенные элементы делят:

1) макроэлементы;

2) микроэлементы;

3) ультрамикроэлементы.

Ксенобиотики — условная категория для обозначения чужеродных для живых организмов химических веществ, естественно не входящих в биотический круговорот. Как правило, повышение концентрации ксенобиотиков в окружающей среде прямо или косвенно связано с хозяйственной деятельностью человека. К ним в ряде случаев относят: пестициды, некоторые моющие средства (детергенты), радионуклиды, синтетические красители, полиароматические углеводороды и др. Попадая в окружающую природную среду, они могут вызвать повышение частоты аллергических реакций, гибель организмов, изменить наследственные признаки, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ, нарушить ход процессов в естественных экосистемах вплоть до уровня биосферы в целом.

Поступлению в организм химических элементов способствует питание и потребляемая вода. Организм состоит из воды на 60%, 34% приходится на органические вещества и 6% на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются С, Н, О. В их состав входят также N, P, S. В составе неорганических веществ обязательно присутствуют 22 химических элемента (смотрите таблицу № 1). Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. К ним отнесены 12 элементов: органогены, ионы электролитного фона и железо. Они составляют 99,99% живого субстрата. Еще более поразительно, что 99% живых тканей содержат только шесть элементов: С, Н, О, N, Р, Ca. Элементы К, Na, Mg, Fe, Сl, S относят к олигобиогенным элементам. Содержание их колеблется от 0,1 до 1%. Биогенные элементы, суммарное содержание которых составляет величину порядка 0,01%, относят к микроэлементам. Содержание каждого из них £ 0,001% (10-3 – 10-5%).Большинство микроэлементов содержится в основном в тканях печени. Это депо микроэлементов. Некоторые микроэлементы проявляют сродство к определенным тканям ( йод - к щитовидной железе, фтор - к эмали зубов, цинк - к поджелудочной железе, молибден - к почкам и т.д.). Элементы, содержание которых меньше чем 10-5%, относят к ультрамикроэлементам. Данные о количестве и биологической роли многих элементов невыяснены до конца. Некоторые из них постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Ti, F, Al, As, Cr, Ni, Se, Ge, Sn и другие. Биологическая роль их мало выяснена. Их относят к условно биогенным элементам. Другие примесные элементы (Те, Sc, In, W, Re и другие) обнаружены в организме человека и животных, и данные об их количестве и биологической роли не выяснены. Примесные элементы также делят на аккумулирующиеся (Hg, Pb, Cd) и не аккумулирующиеся (Al, Ag, Go, Ti, F).

Органогены — главные химические элементы, входящие в состав органических веществ: углерод, водород, кислород и азот. Органогеном номер 1,несомненно, является углерод. Он способен образовывать прочные ковалентные связи. Кислород и водород скорее следует рассматривать как носители окислительных и восстановительных свойств органических соединений углерода. Остальные три органогена-азот, фосфор и сера, а также некоторые другие элементы- железо, магний, составляющие активные центры ферментов, как и углерод, очень лабильны. Для органогенов характерно образование водорастворимых соединений, что способствует их концентрированию в живых организмах.

Окружающую среду загрязняют многие отрасли промышленности и даже отходы домашнего хозяйства, а также химические предприятия. Воздух над ними насыщен мельчайшими твердыми частицами и ядовитыми газами.

Загрязнение атмосферного воздуха происходит также в результате газовых выбросов при получении оксидов металлов из сульфидных руд: 2ZnS+3O₂=2ZnO+2SO₂

Также пагубное действие кислотных дождей проявляется и в том, что они переводят в растворе металлы из твердых оксидов, в том числе и токсичные металлы: ZnO_(т)+2H⁺=Zn²⁺_(р)+Н₂O

При работе двигателей внутреннего сгорания выделяются оксид азота и образуется озон:

N₂+O₂+2NO₂(в цилиндре двигателя)

2NO+O₂=2NO₂

NO₂+hv=NO+O

O+O₂=O₃

Которые загрязняют атмосферу.

Вопрос №21. Химия элементов s-блока. Электронные структуры атомов и катионов. Сравнение свойств ионов элементов 1а- и 2а-групп. Биологическая роль натрия, калия, магния, кальция.

В IA группу входят литий, натрий, калий, рубидий и цезий. Эти элементы называют щелочными элементами. В эту же группу входит искусственно полученный малоизученный радиоактивный (неустойчивый) элемент франций. Иногда в IA группу включают и водород. Таким образом, в эту группу входят элементы каждого из 7 периодов.

Во IIA группу входят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Последние четыре элемента имеют групповое название – щелочноземельные элементы.

В земной коре наиболее распространены четыре из этих тринадцати элементов: Na (w =2,63 %), K (w = 2,41 %), Mg (w = 1,95 %) и Ca (w = 3,38 %). Остальные встречаются значительно реже, а франций вообще не встречается.

Орбитальные радиусы атомов этих элементов (кроме водорода) изменяются от 1,04 А (у бериллия) до 2,52 А (у цезия), то есть у всех атомов превышают 1 ангстрем. Это приводит к тому, что все эти элементы представляют собой элементы, образующие истинные металлы, а бериллий – элемент, образующий амфотерный металл. Общая валентная электронная формула элементов IA группы – ns¹, а элементов IIА группы – ns².

Большие размеры атомов и незначительное число валентных электронов приводят к тому, что атомы этих элементов (кроме бериллия) склонны отдавать свои валентные электроны. Наиболее легко отдают свои валентные электроны атомы элементов      IА группы, при этом из атомов щелочных элементов образуются однозарядные катионы, а из атомов щелочноземельных элементов и магния – двухзарядные катионы. Степени окисления в соединениях у щелочных элементов равна +1, а у элементов IIA группы – +2.

Простые вещества, образуемые атомами этих элементов, – металлы. Литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций называют щелочными металлами, так как их гидроксиды представляют собой щелочи. Кальций, стронций и барий называют щелочноземельными металлами. Химическая активность этих веществ увеличивается по мере увеличения атомного радиуса.

Из химических свойств этих металлов наиболее важны их восстановительные свойства. Щелочные металлы – сильнейшие восстановители. Металлы элементов IIA группы также довольно сильные восстановители.

Na⁺

реакция с дигидроантимонатом калия, образуется дигидроантимонат натрия. NaCL+KH₂SbO₄=NaH₂SbO₄(белый осадок)

Na⁺+H₂SbO₄^-=NaH₂SbO_4↓

Следует проводить в нейтральной среде т. к.

NaH₂SbO+2NaOH=Na₃SbO₄+2H₂O (осадок расстворяется)

KH₂SbO+HCL=HsbO₃+KCL+H₂O

Летучие соед-я натрия окрашивают пламя в желтый цвет.

K⁺

Осаждение гидротартратом натрия

KCl + NaHC₄H₄O_{6 =} KHC₄H₄O₆ ↓(белый) + 2NaCl

K⁺+HC₄H₄O₆^-=KHC₄H₄O₆ + NaCl

Нейтральная среда, высокая концентрация, охлаждение, центр кристаллизации.

2KCl + Na₂Pb[Cu(NO₂)₆] = K₂Pb[Cu(NO₂)₆] + NaCl

2K⁺ + 2Cl^- + Na₂ + Pb[Cu(NO₂)₆]^2- = K₂Pb[Cu(NO₂)₆] + 2Na +2Cl^-

Mg²⁺

Образование фосфат магний – аммония при действии р-ра гидрофосфата натрия в аммонийной смеси

MgCL₂+Na₂HPO₄+NH₄OH=MgNH₄PO_4↓(белые кристаллы)+2NaCL+H₂O

Mg²⁺ + NH4⁺ +HPO4^2-=MgNH4PO4↓ + H2O

осадок р-рим в сильных и слабых к-тах.

MgNH₄PO₄+3HCL=MgCL₂+NH₄CL+H₃PO₄

2 MgNH₄PO₄+4CH₃COOH=2CH₃COONH₄+Mg(H₂PO₄)₂+Mg(CH₃COO)₂

Ca²⁺

Образование оксалата натрия при действии р-ра оксалата аммония

CaCl₂ +(NH₄)₂C₂O₄ = CaC₂O₄ + 2NH₄CL

Ca²⁺+C₂O₄=CaC₂O₄(осадок)

Р-рим в соляной и нерам-рим в уксусной к-те

CaC₂O₄+2H⁺=H₂C₂O₄+Ca²⁺

микрокристаллоскопическая р-ция с серной к-той, с образованием пучков игл – кристаллов гипса CaSO₄*2H₂O

летучие соли Са окрашивают бесцветное пламя в кирпично – красный цвет.

Ba²⁺

а)образование хромата бария при действии хромата калия

K₂CrO₄+BaCL₂=BaCrO₄+2KCL

Ba²⁺+CrO₄^2-=BaCrO₄

Р-рим в соляной и нерам-рим в уксусной к-те

2BaCrO₄+2H⁺=2Ba²⁺+CR₂O₇^2-+H₂O

2BaCrO₄+4HCL=2BaCL₂+H₂Cr₂O₇+H₂O

образование желтого осадка при действии серной к-ты

BaCl₂ + K₂SO₄ = BaSO₄ + 2KCL

Ba²⁺+SO₄^2-=BaSO_4↓

Пламя желто-зеленого цвета