Химия и биологическая роль элементов VIII Б группы

Оренбургская  Государственная Медицинская Академия                                                           Кафедра химии и фармацевтической химии

 

Реферат

 

 

«Химия и биологическая роль    элементов VIII Б группы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Выполнил: студент 117 группы

                                                                                  лечебного факультета

                                                                                  Глущенко Е. В.

                                                      Преподаватель: Карманова Д.С.

 

 

 

 

                                                        Оренбург 2013г

Содержание:

1. Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе…………………………………………3
2. Физические свойства железа, кобальта и никеля…………………………...7
3. Химические свойства железа, кобальта и никеля………………………….11
4. Свойства соединений железа в степенях окисления:
• степень окисления +2………………………………………………………17
• степень окисления +3 ……………………………………………………...18
• степень окисления +6………………………………………………………19
• степень окисления  0 (пентакарбонилжелезо)……………………………21
5. Цис-, транс-изомерия комплексных соединений платины. ……………....22
6. Медико-биологическое значение элементов VIIIБ группы……………….23
7. Список литературы…………………………………………………………..29

 

 

Общая характеристика, краткие  сведения об истории открытия элементов  и их распространённости в природе.

 

Железо (Fe).

Распространенность  в природе.

В природе железо редко  встречается в чистом виде, чаще всего оно встречается в составе  железо-никелевых метеоритов. Распространённость железа в земной коре — 4,65 % (4-е место после O, Si, Al). Считается также, что железо составляет бо́льшую часть земного ядра [1], [№ 11, стр.650, обз.3], [№ 12, стр.328, обз.2].

Происхождение названия.

Имеется несколько версий происхождения славянского слова  «железо» (белор. жалеза, укр. залізо, ст.-слав. желѣзо, болг. желязо, сербохорв. жељезо, польск. żelazo, чеш. železo, словен. železo).Одна из этимологий связывает праславянское *želězo с греческим словом χαλκός, что означало железо и медь, согласно другой версии *želězo родственно словам *žely "черепаха и *glazъ "скала", с общей семой “камень”. Третья версия предполагает древнее заимствование из неизвестного языка.

Название природного карбоната  железа (сидерита) происходит от лат. sidereus — звёздный; действительно, первое железо, попавшее в руки людям, было метеоритного происхождения. Возможно, это совпадение не случайно. В частности древнегреческое слово сидерос (σίδηρος) для железа и латинское sidus, означающее «звезда», вероятно, имеют общее происхождение.

Железо как инструментальный материал известно с древнейших времён, самые древние изделия из железа, найденные при археологических раскопках, датируются 4-м тысячелетием до н. э. и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Это наконечники для стрел и украшения из метеоритного железа, то есть, сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30 %), из которого состоят метеориты. От их небесного происхождения идёт, видимо, одно из наименований железа в греческом языке: «сидер» (а на латыни это слово значит «звёздный»).

Изделия из железа, полученного  искусственно, известны со времени  расселения арийских племён из Европы в Азию и острова Средиземного моря (4—3-е тысячелетие до н. э.). Самый  древний железный инструмент из известных — стальное долото, найденное в каменной кладке пирамиды Хеопса в Египте (построена около 2550 года до н. э.). Железо часто упоминается в древнейших (3-е тысячелетие до н. э.) текстах хеттов, основавших свою империю на территории современной Анатолии в Турции [1], [7].

Общая характеристика. Положение в периодической системе  Д. И. Менделеева.

Желе́зо — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 26. Обозначается символом Fe (лат. Ferrum) [1].

 

Кобальт (Со).

Нахождение в  природе.

Массовая доля кобальта в  земной коре 4×10−3%. Кобальт входит в  состав минералов: каролит CuCo2S4, линнеит Co3S4, кобальтин CoAsS, сферокобальтит CoCO3, смальтин CoAs2, скуттерудит (Co, Ni)As3 и других. Всего известно около 30 кобальтосодержащих минералов. Кобальту сопутствуют железо, никель, марганец и медь. Содержание в морской воде приблизительно (1,7)×10−10% [1].

Происхождение названия.

Краткие сведения об открытии.

Соединения кобальта известны человеку с глубокой древности, синие  кобальтовые стёкла, эмали, краски находят  в гробницах Древнего Египта. Так  в гробнице Тутанхамона нашли  много осколков синего кобальтового стекла, не известно, было ли приготовление стёкол и красок сознательным или случайным. Первое приготовление синих красок относится к 1679 г.

Название химического  элемента кобальт происходит от нем. Kobold — домовой, гном. При обжиге содержащих мышьяк кобальтовых минералов выделяется летучий ядовитый оксид мышьяка. Руда, содержащая эти минералы, получила у горняков имя горного духа Кобольда. Древние норвежцы приписывали отравления плавильщиков при переплавке серебра проделкам этого злого духа.

В 1735 году шведский минералог  Георг Бранд сумел выделить из этого минерала неизвестный ранее металл, который и назвал кобальтом. Он выяснил также, что соединения именно этого элемента окрашивают стекло в синий цвет — этим свойством пользовались ещё в древних Ассирии и Вавилоне [1].

Общая характеристика, положение в периодической системе  Менделеева.

Ко́бальт — элемент побочной подгруппы восьмой группы четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный номер 27 . Обозначается символом Co (лат. Cobaltum). Простое вещество кобальт — серебристо-белый, слегка желтоватый металл с розоватым или синеватым отливом [1].

 

Никель (Ni).

Распространенность  в природе.

Никель довольно распространён  в природе — его содержание в земной коре составляет ок. 0,01 %(масс.). В земной коре встречается только в связанном виде, в железных метеоритах содержится самородный никель (до 8 %). Содержание его в ультраосновных породах примерно в 200 раз выше, чем в кислых (1,2 кг/т и 8г/т). В ультраосновных породах преобладающее количество никеля связано с оливинами, содержащими 0,13 — 0,41 % Ni. Он изоморфно замещает железо и магний. Небольшая часть никеля присутствует в виде сульфидов. Никель проявляет сидерофильные и халькофильные свойства. При повышенном содержании в магме серы возникают сульфиды никеля вместе с медью, кобальтом, железом и платиноидами. В гидротермальном процессе совместно с кобальтом, мышьяком и серой и иногда с висмутом, ураном и серебром, никель образует повышенные концентрации в виде арсенидов и сульфидов никеля. Никель обычно содержится в сульфидных и мышьяк-содержащих медно-никелевых рудах:

• никелин (красный никелевый колчедан, купферникель) NiAs
• хлоантит (белый никелевый колчедан) (Ni, Co, Fe)As2
• гарниерит (Mg, Ni)6(Si4O11)(OH)6*H2O и другие силикаты
• магнитный колчедан (Fe, Ni, Cu)S
• мышьяково-никелевый блеск (герсдорфит) NiAsS,
• пентландит (Fe,Ni)9S8

В растениях в среднем 5×10−5 весовых процентов никеля, в морских животных — 1,6×10−4, в  наземных — 1×10−6, в человеческом организме  — 1…2×10−6. О никеле в организмах известно уже немало. Установлено, например, что содержание его в крови человека меняется с возрастом, что у животных количество никеля в организме повышено, наконец, что существуют некоторые растения и микроорганизмы — «концентраторы» никеля, содержащие в тысячи и даже в сотни тысяч раз больше никеля, чем окружающая среда [1].

История. Происхождение  названия.

Название своё этот элемент  получил от злого духа гор, который, согласно немецкой мифологии, подбрасывал  искателям меди минерал, похожий  на медную руду; ср. нем. Nickel - озорник.

Никель (англ., франц. и нем. Nickel) открыт в 1751 г. Однако задолго до этого саксонские горняки хорошо знали руду, которая внешне походила на медную руду и применялась в стекловарении для окраски стёкол в зелёный цвет. Все попытки получить из этой руды медь оказались неудачными, в связи с чем в конце XVII в. руда получила название купферникель (Kupfernickel), что приблизительно означает «Медный дьявол». Руду эту (красный никелевый колчедан NiAs) в 1751 г. исследовал шведский минералог Кронштедт. Ему удалось получить зелёный окисел и путём восстановления последнего — новый металл, названный никелем. Когда Бергман получил металл в более чистом виде, он установил, что по своим свойствам металл похож на железо; более подробно никель изучали многие химики, начиная с Пруста. Никкел — ругательное слово на языке горняков. Оно образовалось из искажённого Nicolaus — родового слова, имевшего несколько значений. Но главным образом слово Nicolaus служило для характеристики двуличных людей; кроме того, оно обозначало «озорной маленький дух», «обманчивый бездельник» и т. д. В русской литературе начала XIX в. употреблялись названия николан (Шерер, 1808), николан (Захаров, 1810), николь и никель (Двигубский, 1824) [1], [6].

Общая характеристика. Положение в периодической системе  Д. И. Менделеева.

Ни́кель — элемент побочной подгруппы восьмой группы, четвертого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 28. Обозначается символом Ni (лат. Niccolum). Простое вещество никель — это пластичный ковкий переходный металл серебристо-белого цвета, при обычных температурах на воздухе покрывается тонкой защитной плёнкой оксида. Химически малоактивен [1].

 

Физические свойства железа, кобальта и никеля.

 

Железо (Fe).

Железо — типичный металл, в свободном состоянии — серебристо-белого цвета с сероватым оттенком. Чистый металл пластичен, различные примеси (в частности — углерод) повышают его твёрдость и хрупкость. Обладает ярко выраженными магнитными свойствами. Часто выделяют так называемую «триаду  железа» — группу трёх металлов (железо Fe, кобальт Co, никель Ni), обладающих схожими физическими свойствами, атомными радиусами и значениями электроотрицательности.

Для железа характерен полиморфизм, он имеет четыре кристаллические  модификации: до 769 °C существует α-Fe (феррит) с объёмноцентрированной кубической решёткой и свойствами ферромагнетика (769 °C ≈ 1043 K — точка Кюри для железа) в температурном интервале 769—917 °C существует β-Fe, который отличается от α-Fe только параметрами объёмноцентрированной кубической решётки и магнитными свойствами парамагнетика в температурном интервале 917—1394 °C существует γ-Fe (аустенит) с гранецентрированной кубической решёткой

выше 1394 °C устойчиво δ-Fe с объёмоцентрированной кубической решёткой.

Металловедение не выделяет β-Fe как отдельную фазу, и рассматривает её как разновидность α-Fe. При нагреве железа или стали выше точки Кюри (769 °C ≈ 1043 K) тепловое движение ионов расстраивает ориентацию спиновых магнитных моментов электронов, ферромагнетик становится парамагнетиком — происходит фазовый переход второго рода, но фазового перехода первого рода с изменением основных физических параметров кристаллов не происходит.

Для чистого железа при  нормальном давлении, с точки зрения металловедения, существуют следующие  устойчивые модификации:

От абсолютного нуля до 910 °C устойчива α-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.

От 910 до 1400 °C устойчива γ-модификация с гранецентрированной кубической (ГЦК) кристаллической решёткой.

От 1400 до 1539 °C устойчива δ-модификация с объёмноцентрированной кубической (ОЦК) кристаллической решёткой.

Наличие в стали углерода и легирующих элементов существенным образом изменяет температуры фазовых  переходов (см. фазовую диаграмму  железо — углерод). Твёрдый раствор  углерода в α- и δ-железе называется ферритом. Иногда различают высокотемпературный δ-феррит и низкотемпературный α-феррит (или просто феррит), хотя их атомные структуры одинаковы. Твёрдый раствор углерода в γ-железе называется аустенитом.

В области высоких давлений (свыше 104 МПа, 100 тыс. атм.) возникает  модификация ε-железа с гексагональной плотноупакованной (ГПУ) решёткой.

Явление полиморфизма чрезвычайно  важно для металлургии стали. Именно благодаря α—γ переходам  кристаллической решётки происходит термообработка стали. Без этого  явления железо как основа стали  не получило бы такого широкого применения.

Железо тугоплавко, относится  к металлам средней активности. Температура  плавления железа 1539 °C, температура кипения — 2862 °C [8], [№ 11, стр.652, обз.5], [№ 12, стр.328, обз.4].

 

Кобальт (Со).

При обычной температуре  и до 417 °С кристаллическая решетка Кобальта гексагональная плотноупакованная (с периодами а = 2,5017Å, с = 4,614Å), выше этой температуры решетка Кобальта кубическая гранецентрированная (а = 3,5370Å). Атомный радиус 1,25Å, ионные радиусы Со²⁺0,78Å и Со³⁺0,64Å. Плотность 8,9 г/см³ (при 20 °С); t_пл 1493°С, t_кип 3100°С. Теплоемкость 0,44 кдж/(кг·К), или 0,1056 кал/(г·°С); теплопроводность 69,08 вт/(м·К), или 165 кал/(см·сек·°С) при 0-100 °С. Удельное электросопротивление 5,68·10^-8ом·м, или 5,68·10^-6 ом·см (при О °С). Кобальт ферромагнитен, причем сохраняет ферромагнетизм от низких температур до точки Кюри, Θ = 1121 °С. Механические свойства Кобальта зависят от способа механической и термической обработки. Предел прочности при растяжении 500 Мн/м² (или 50 кгс/мм²) для кованого и отожженного Кобальта; 242-260 Мн/м² для литого; 700 Мн/м² для проволоки. Твердость по Бринеллю 2,8 Гн/м² (или 280 кгс/мм²) для наклепанного металла, 3,0 Гн/м²для осажденного электролизом; 1,2-1,3 Гн/м²для отожженного [5].