Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Оренбургская государственная медицинская академия»

Минздрава РФ

Кафедра химии и фармацевтической химии

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ:

ХИМИЯ И БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ЭЛЕМЕНТОВ IVА-ГРУППЫ

Выполнила:

студентка 11 группы

педиатрического факультета

Буркутбаева Л. М.

Проверила:

асс. Карманова Д. С.

О ренбург, 2012

Содержание

1. Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространенности в природе………………………………………...2

2. Изменения в группе величины радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации……………………………………………………………………..6

3. Сравнение химических свойств простых веществ………………………..11

4. Качественные реакции на ионы СО₃^2– (с минеральными кислотами), СN^– (с нитратом серебра), Pb⁺² (с хроматом калия)…………………………...15

5. Зависимость свойств силикатных и боросиликатных стекол от состава, их использование в медицине…………………………...…………………17

6. Алюмосиликаты……………………………………………….……………20

7. Медико-биологическое значение элементов……………………………...22

8. Список используемой литературы…………………………………………26

1. Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространенности в природе углерод

Углерод (латинское Carboneum), C, элемент IV группы главной подгруппы II-го периода периодической системы Д.И.Менделеева, атомный номер 6, атомная масса 12,011. Углерод открыт, как элемент, А.Лавуазье в 1787 г. Известны два стабильных изотопа ¹²С (98,89 %) и ¹³С (1,11 %). Из радиоактивных изотопов наиболее важен ¹⁴С с периодом полураспада Т_1/2= 5,6 ^.10³ лет. Небольшие количества ¹⁴С (около 2^.10^-10 % по массе) постоянно образуются в верхних слоях атмосферы при действии нейтронов космического излучения на изотоп азота ¹⁴N. По удельной активности изотопа ¹⁴С в остатках биогенного происхождения определяют их возраст. И в научных исследованиях изотоп ¹⁴С широко используется в качестве изотопного индикатора. Углерод – типичный неметалл.

Среднее содержание углерода в земной коре составляет 0,48 % по массе. Углерод накапливается в верхней части земной коры – атмосфере и биосфере: его содержание в живом веществе - 18 %, древесине - 50 %, каменном угле - 80 %, нефти - 85 %, антраците - 96 %. Значительная часть углерода литосферы сосредоточена в известняках (СаСО₃), доломитах (MgCO₃^.CaCO₃) и других карбонатных породах. Огромное количество СО₂ выделяется при сжигании топлива. Свыше 90 % потребляемой в мире энергии вырабатывается из органического топлива.

КРЕМНИЙ В чистом виде кремний был выделен в 1811 году французскими учёными Жозефом Луи Гей-Люссаком и Луи Жаком Тенаром. В 1825 году шведский химик Йёнс Якоб Берцелиус действием металлического калия на фтористый кремний SiF4 получил чистый элементарный кремний. Новому элементу было дано название «силиций» (от лат. silex — кремень). Русское название «кремний» введено в 1834 году российским химиком Германом Ивановичем Гессом. В переводе c др.-греч. κρημνός — «утёс, гора».

Кремний  второй элемент по распространенности на Земле после кислорода. Масса земной коры (литосферы) более чем на четверть (27.6%) состоит из кремния. Известно более 400 минералов  это разнообразные силикатные породы, основу которых составляет диоксид кремния. Наиболее часто встречаются формы кремнезема (SiO₂nH₂O) с различным содержанием воды. Академик А. Е. Ферсман писал: “Самые разнообразные предметы – прозрачный шар, сверкающий на солнце чистотой холодной ключевой воды, красивый, пестрого рисунка агат, яркой игры многоцветный опал, чистый песок на берегу моря, тонкая, как шелковинка, нитка из плавленого кварца или жаропрочная посуда из него, красиво ограненные груды горного хрусталя, таинственный рисунок фантастической яшмы, наконечник стрелы древнего человека… все это одно и то же химическое соединение элементов кремния и кислорода”.

ГЕРМАНИЙ, ОЛОВО И СВИНЕЦ

Простые вещества. Все металлы IV группы главной подгруппы – белые, блестящие вещества (за исключением -Sn) с плотностью выше 5 г/см³. Олово и свинец – мягкие, низкоплавкие и хорошо проводящие электрический ток металлы.

Германий. Элемент был предсказан Д. И. Менделеевым (как эка-кремний) и открыт в 1886 году немецким химиком Клеменсом Винклером, профессором Фрейбергской горной академии, при анализе минерала аргиродита Ag₈GeS₆. Назван в честь Германии, родины Винклера.

Германий, имея кристаллическую решетку как у алмаза, обладает необычно высокой для металлов твёрдостью (6,3 по шкале Мооса), высокой температурой плавления (958⁰С) и проявляет полупроводниковые свойства.

Общее содержание германия в земной коре 1,5·10−4% по массе, то есть больше, чем, например, сурьмы, серебра, висмута. Германий вследствие незначительного содержания в земной коре и геохимического сродства с некоторыми широко распространёнными элементами обнаруживает ограниченную способность к образованию собственных минералов, внедряясь в кристаллические решётки других минералов. Поэтому собственные минералы германия встречаются исключительно редко. Почти все они представляют собой сульфосоли: германит Cu₂(Cu, Fe, Ge, Zn)₂ (S, As)₄ (6 — 10 % Ge), аргиродит Ag₈GeS₆ (3,6 — 7 % Ge), конфильдит Ag₈(Sn, Ge) S₆ (до 2 % Ge) и др. редкие минералы (ультрабазит, ранерит, франкеит). Основная масса германия рассеяна в земной коре в большом числе горных пород и минералов. Так, например, в некоторых сфалеритах содержание германия достигает килограммов на тонну, в энаргитах до 5 кг/т, в пираргирите до 10 кг/т, в сульваните и франкеите 1 кг/т, в других сульфидах и силикатах — сотни и десятки г/т. Германий концентрируется в месторождениях многих металлов — в сульфидных рудах цветных металлов, в железных рудах, в некоторых окисных минералах (хромите, магнетите, рутиле и др.), в гранитах, диабазах и базальтах. Кроме того, германий присутствует почти во всех силикатах, в некоторых месторождениях каменного угля и нефти. Концентрация германия в морской воде 6·10−5 мг/л.

Олово. Олово было известно человеку уже в IV тысячелетии до н. э. Этот металл был малодоступен и дорог, поэтому изделия из него редко встречаются среди римских и греческих древностей. Об олове есть упоминания в Библии, Четвёртой Книге Моисеевой. Олово является (наряду с медью) одним из компонентов бронзы, изобретённой в конце или середине III тысячелетия до н. э.. Поскольку бронза являлась наиболее прочным из известных в то время металлов и сплавов, олово было «стратегическим металлом» в течение всего «бронзового века», более 2000 лет (очень приблизительно: 35—11 века до н. э.).

Латинское название stannum, связанное с санскритским словом, означающим «стойкий, прочный», первоначально относилось к сплаву свинца и серебра, а позднее к другому, имитирующему его сплаву, содержащему около 67 % олова; к IV веку этим словом стали называть собственно олово.

Слово олово — общеславянское, имеющее соответствия в балтийских языках (ср. лит. alavas, alvas — «олово», прусск. alwis — «свинец»). Оно является суффиксальным образованием от корня ol- (ср. древневерхненемецкое elo — «жёлтый», лат. albus — «белый» и пр.), так что металл назван по цвету.

Олово существует в виде трёх аллотропных модификаций – серого олова (-Sn), белого олова (-Sn) и -Sn. Белое олово устойчиво при температурах выше 13,2⁰С, оно имеет тетрагональную структуру, невысокую твёрдость и, наоборот, высокую пластичность. Прокаткой удаётся получать очень тонкую фольгу (толщиной до 2,5 мкм), которую называют станиолью. Электропроводность белого олова составляет 14% от электропроводности серебра. Серое олово – серый порошок без металлического блеска устойчивый при температурах ниже 13,2⁰С. Эта модификация имеет кристаллическую структуру подобную алмазу и является полупроводником, как кремний и германий. Серое олово переходит в белое олово только при переплавке металла и, наоборот, при низких температурах белое олово превращается в серое (процесс называется «оловянной чумой»). Скорость перехода зависит от чистоты белого олова и наличия в нём частиц-зародышей серого олова. При температурах выше 161⁰С из белого олова образуется модификация -Sn. Эта модификация внешне похожа на белое олово, но отличается кристаллической структурой, а, следовательно, и механическими свойствами (менее пластичная и более хрупкая).

Олово — редкий рассеянный элемент, по распространенности в земной коре олово занимает 47-е место. Кларковое содержание олова в земной коре составляет, по разным данным, от 2·10−4 до 8·10−3 % по массе. Основной минерал олова — касситерит (оловянный камень) SnO₂, содержащий до 78,8 % олова. Гораздо реже в природе встречается станнин (оловянный колчедан) — Cu₂FeSnS₄ (27,5 % Sn).

Свинец. Происхождение слова «свинец» неясно. В большинстве славянских языков (болгарском, сербско-хорватском, чешском, польском) свинец называется словом, близким по звучанию к «олово» (волава, olovo, ołów и т.п.). Слово с тем же значением, но похожее по произношению на «свинец», встречается в языках балтийской группы: švinas (литовский), svins (латышский), а также в нескольких славянских — русском, украинском (свинець), официальном белорусском («наркомовка») (свінец) и словенском (svinec).

Латинское plumbum дало английское слово plumber — водопроводчик (в Древнем Риме трубы водопровода были именно из этого металла, как наиболее подходящего для отливки), и название венецианской тюрьмы со свинцовой крышей — Пьомбе. Известен с глубокой древности. Изделия из этого металла (монеты, медальоны) использовались в Древнем Египте, свинцовые водопроводные трубы — в Древнем Риме. Указание на свинец как на определённый металл имеется в Ветхом Завете. Выплавка свинца была первым из известных человеку металлургических процессов. До 1990 г. большое количество свинца использовалось (вместе с сурьмой и оловом) для отливки типографских шрифтов, а также в виде тетраэтилсвинца — для повышения октанового числа моторного топлива.

Свинец имеет голубовато-серый цвет и блестит, однако на воздухе быстро тускнеет. Это самый мягкий среди тяжёлых металлов – он оставляет след на бумаге и режется ножом. Теплопроводность и электропроводность свинца невелики. При 7,5 К, он становится сверхпроводником. Металлический свинец хорошо поглощает -, - и жёсткое электромагнитное излучение.

При комнатной температуре все три металла устойчивы к кислороду (свинец покрывается тонкой оксидной плёнкой и теряет блеск). При нагревании они окисляются кислородом (образуя GeO₂, SnO₂ и PbO), галогенами (GeX₄, SnX₄, PbX₂) и серой (GeS или GeS₂, SnS или SnS₂ и PbS). Водород, углерод и азот на германий, олово и свинец не действуют.