Биогенные элементы

Запорожский государственный медицинский университет

Кафедра физической и коллоидной химии

 

 

 

 

 

Реферат

Тема: « Биогенные элементы »

р – элементы

 

 

 

 

                                                                          

 

 

Выполнила студентка І курса

Медицинского факультета

11 группы

Ивахненко Сергея Дмитриевича

 

 

 

 

 

Запорожье 2014

План

1. Принцип по которому элементы делятся на s, p и d.
2. Нахождение p- элементов в периодической таблице Менделеева.
3. Электронное строение.
4. Химические свойства p- элементов.
5. Качественные реакции.
6. Значение данной группы для медицины.
7. Список использованной литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Принцип деления на s-, р-, d элементы.

 

Биогенные элементы подразделяют на три блока: s-, р-, d– блока. Это подразделение осуществляется на основе того, сколько уровней имеет электронная оболочка атома элемента и каким уровнем заканчивается заполнение оболочки электронами. Элементы, у которых происходит достройка р-подуровня внешнего валентного уровня называют р-элементами. Электронное строение валентного уровня ns2p1-6. Валентными являются электроны s- и р-подуровней.

 p-блок в периодической таблице элементов — электронная оболочка атомов, валентные электроны которых с наивысшей энергией занимают p - орбиталь. В p-блок входят последние шесть групп главной подгруппы, исключая гелий (который находится в s-блоке). Данный блок содержит все неметаллы (исключая водород и гелий) и полуметаллы, а также некоторые металлы.

 

P-блок содержит в себе элементы, которые имеют различные свойства, как физические, так и механические. P-неметаллы — это, как правило, высокореакционные вещества, имеющие сильную электроотрицательность, p-металлы — умеренно активные металлы, причём их активность повышается к низу таблицы химических элементов.

 

2. Положение р - элементов в периодической системе элементов.

 

В периодах слева направо возрастает заряд ядер, влияние которого превалирует над увеличением сил взаимного отталкивания между электронами. Поэтому потенциал ионизации, сродство к электрону, а, следовательно, и акцепторная способность и неметаллические свойства в периодах увеличиваются. Все элементы, лежащие на диагонали Вr – At и выше являются неметаллами и образуют только ковалентные соединения и анионы. Все остальные р-элементы (за исключением индия, талия, полония, висмута которые проявляют металлические свойства) являются амфотерными элементами и образуют как катионы, так и анионы, причем и те, и другие сильно гидролизуется. Большинство р-элементов-неметаллов – биогенные (исключение – благородные газы, теллур и астат). Из р-элементов - металлов – к биогенным относят только алюминий. Различия в свойствах соседних элементов, как внутри; так и по периоду: выражены значительно сильнее, чем у s-элементов. р-Элементы второго периода – азот, кислород, фтор обладают ярко выраженной способностью участвовать в образовании водородных связей. Элементы третьего и последующего периодов эту способность теряют. Их сходство заключается только в строении внешних электронных оболочек и тех валентных состояний, которые возникают за счет неспаренных электронов в невозбужденных атомах. Бор, углерод и особенно азот, сильно отличаются от остальных элементов своих групп (наличие d- и f-подуровней).

 

 

Все р-элементы и в особенности р-элементы второго и третьего периодов (С, N, Р, О, S, Si, Cl) образуют многочисленные соединения между собой и с s-, d- и f-элементами. Большинство известных на Земле соединений – это соединения р-элементов. Пять главных (макробиогенных) р-элементов жизни – О, Р, С, N и S – это основной строительный материал, из которого сложены молекулы белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Из низкомолекулярных соединений р-элементов наибольшее значение имеют оксоанионы: СО32-, НСО3-, С2O42-, СНзСОО-, РО43-, НРO42-, H2PO4-, SO42- и галогенид-ионы. р-Элементы имеют много валентных электронов, обладающих различной энергией. Поэтому в соединениях проявляют различную степень окисления. Например, углерод проявляет различные степени окисления от – 4 до +4. Азот – от -3 до +5, хлор – от -1 до +7.

 

В процессе реакции р-элемент может отдавать и принимать электроны, выступая соответственно восстановителем или окислителем в зависимости от свойств элемента с которым вступает во взаимодействие. Это порождает широкий ассортимент образуемых ими соединений. Взаимопереход атомов р-элементов различных стпеней окисления, в том числе и за счет метаболических окислительно-восстановительвых процессов (например, окисление спиртовой группы в их альдегидную и далее в карбоксильную  и так далее) вызывает богатство их химических превращений.

 

Соединение углерода проявляет окислительные свойства, если в результате реакции атомы углерода увеличивают число его связей с атомами менее электороотрицательных элементов (металл, водород) потому, что притягивая к себе  общие электроны связей атом углерода понижает свою степень окисления.

 

+2                           -2

>С=О ® СНОН ® — СН2—

 

Соединения углерода проявляют восстановительные свойства, если в результате реакции атомы углерода увеличивают число его связей с атомами более электороотрицательных элементов (О, N, S) потому что, отталкивая от себя общие электроны этих связей атом углерода повышает свою степень окисления

 

     -3                     -1     +1                  +3   +4

 

—СН3 ® —СН2ОН ® —СН = О ® —СООН ® СО2

 

Перераспределение электронов между окислителем и восстановителем в органических соединениях может сопровождаться лишь смещением общей электронной плотности химической связи к атому, выполняющему роль окислителя. В случае сильной поляризации эта связь может и разорваться.

 

Фосфаты в живых организмах служат структурными компонентами скелета, клеточных мембран и нуклеиновых кислот. Костная ткань построена главным образом из  гидроксиапатита Ca5(PО4)3OH. Основу клеточных мембран составляют фосфолипиды. Нуклеиновые кислоты состоят из рибозо- или дезоксирибозофосфатных цепей. Кроме того полифосфаты являются основным источником энергии.

 

В организме человека обязательно синтезируется NO с помощью фермента NO -синтазы из аминокислоты аргинина. Время жизни NO в клетках организма порядка секунды, но их нормальное функционирование не возможно без NO. Это соединение обеспечивает: расслабление гладкой мускулатуры мышц сосудов, регуляцию работы сердца, эффективную работу иммунной системы, передачу нервных импульсов. Предпологают, что NO обеспечивает важную роль в обучении и запоминании.

 

Окислительно-восстановительные реакции, в которых участвуют р-элементы, лежат в основе их токсического действия на организм. Токсическое действие оксидов азота связано с их высокой окислительно-восстановительной способностью. Нитраты, попадающие в продукты питания, в организме восстанавливаются до нитритов.

 

NO3 - + 2H+ + 2е ® NО2+ Н2О

 

Нитриты обладают высокотоксичными свойствами. Они превращают гемоглобин в метгемоглобин, который является продуктом гидролиза и окисления гемоглобина.

 

   +3                                      +3

FeННв + NО2- + 2Н+ « FeННвОН + NО + Н2О

 

Биологическое действие высокомолекулярных органических  соединений (аминокислот, полипептидов, белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот) определяется атомами (N, Р, S, О) или образуемыми группами атомов (функциональными группами), в которых они выступают в качестве химически активных центров, доноров электронных пар способных к образованию координационных связей с ионами металлов и органическими молекулами. Следовательно, р-элементы образуют полидентатные хелатирующие соединения (аминокислоты, полипептиды, белки, углеводы и нуклеиновые кислоты). Для них характерны реакции комплексообразования, амфотерные свойства, реакции гидролиза анионного типа. Данные свойства определяют их участие в основных биохимических процессах, в обеспечении состояния изогидрии. Они образуют белковые, фосфатные, водородкарбонатные буферные системы. Участвуют в транспорте питательных веществ, продуктов метаболизма, и других процессах.

 

3. Электронное строение.

 

 

р-элементы начинаются в периодической системе  с 3-й группы. До них идут s-элементы.

Начинается заполнение электронами р-подуровня:

 

 

Идет последовательное заполнение электронами p-подуровня.

 

Варианты валентности и степени окисления для элементов этих групп:

 

• III группа (главная подгруппа) - 3 электрона на внешнем уровне -  валентность элементов будет равна номеру группы -  3; степень окисления +3
• IV группа - на внешнем уровне 4 электрона - максимальная валентность будет равна 4, 2 неспаренных электрона - есть еще валентность =2.
• V группа - максимальная валентность - 5, еще возможна 3; степень окисления +5, +3 и -3
• VI группа - максимальная валентность 6, еще возможна 4, 2; степень окисления: +6, +4, +2, -2.
• VII группа - инертные газы.

 

Слева на право по периодам количество электронов увеличивается (при этом радиус атома уменьшается) - для достижения стабильного состояния (завершенной 8-ми электронной оболочки) проще принять электроны, чем отдать, значит, НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИЕ свойства усиливаются.

 

Если мы рассмотрим О (кислород) и F (фтор), то понятно, что для них степень окисления -2 и -1 - единственно возможные.

S (серы), например, с.о. +6 и +4, а у Cl (хлора) - +7, +5 и +3.

 

Максимальное количество электронов на нем - 10. Изменение строение электронных оболочек атомов р-элементов наблюдается не только из-за заполнения уровня электронами, но и из-за увеличения количеств самих уровней.

4. Химические свойства  р – элементов.

 

5. Качественные реакции.

 

6. Значение р – элементов  для медицины.

 

Все р-элементы VII группы (галогены), за исключением искусственно полученного радиоактивного астата, физиологически активны и жизненно необходимы.

 

 По содержанию в организме  человека хлор относится к  макроэлементам, а остальные —  к микроэлементам (менее 10_5%).

 

 В организме все галогены находятся в устойчивой форме — в виде галогенидионов или связаны ковалентно с атомами углерода.

 

 Фторид-ионы концентрируются  в костной ткани, зубах (преимущественно  в зубной эмали), ногтях, коже. Хлорид-ионы.

 Галогены в молекулярной  форме как сильные окислители используются в медицине в качестве дезинфицирующих и антисептических средств. Их стандартные окислительно-восстановительные потенциалы снижаются в группе сверху вниз, отражая уменьшение окислительной способности галогена от фтора к йоду.

 

 Существует большое число соединений галогенов с другими элементами, из которых для медицины представляют интерес бинарные соединения галогенов с другими элементами, например с водородом — НС1 или металлом — КВг, NaCl, а также соединения галогенов с кислородом, например хлорная известь ЗСаОС12- Са(ОН)2-лН20, выделяющая хлор при взаимодействии с кислотами и обладающая окислительными свойствами.

 

 Таким образом, к лекарственным  средствам р-элементов VII группы относятся препараты галогенов и препараты галогенидов.

 

 К препаратам галогенов относят препараты йода.

 

 В качестве заменяющих йод  антисептических средств в хирургической  практике применяют йодоформ (трийодметан  СН13), йодинол (смесь йода, калия йодида  и поливинилового спирта [—СН2—СН(ОН)—]я> йодопирон (смесь йода, калия йодида и поливинилпирролидона:

 

Препараты перекиси водорода (пероксида водорода)

 

В Государственную Фармакопею включены разбавленный раствор водорода пероксида и магния перекиси применяется также гидроперит.

Получение. Водорода пероксид впервые получен в 1818 г. при действии серной кислоты на пероксид бария:

 

Ва02 + H2S04 — BaS04 + Н202

 

Кремний содержится в тальке — вспомогательном веществе, используемом в фармацевтической технологии. Олово входит в состав радиофармацевтического препарата «Микросферы альбумина». Содержание Sn(II) в препарате является показателем его активности. Комплексное лекарственное соединение , содержащее одновременно и кремний, и олово, применяется в хирургической практике для введения в полость раны.

 

Свинец в виде растворов уксуснокислой соли применяют при воспалительных заболеваниях кожи и слизистых оболочек («свинцовая примочка»).

 

Лекарственные средства бора

 

 В природе бор встречается  главным образом в виде кислородных  соединений. Бор входит в состав  борной кислоты, которая содержится в воде горячих источников вулканических местностей. Соединения бора были обнаружены и в других природных водах, например целебные воды Баден-Бадена (Германия) содержат 6,57 мг/л метаборной кислоты.

В природе распространены многочисленные разновидности солей борной кислоты.

 В большинстве соединений  бор трехвалентен, однако присутствие свободной орбитали у атома делает возможным образование химической связи по донорно-акцепторному типу, что приводит к увеличению валентности до четырех.

Наиболее характерны для бора кислородные соединения, главным образом оксиды. При взаимодействии В2Оэ с водой образуются кристаллы борной кислоты.