51. Гетерогенные равновесия «раствор-газ» «раствор-осадок» в организме в норме и паталогии

С общебиологической точки зрения интерес, проявляемый биологами и медиками к гетерогенным равновесиям, обусловлен в первую очередь тем обстоятельством, что клеточные мембраны представляют собой гетерогенные системы, отдельные компоненты которых могут находиться в жидкой и твердой фазах. Специфические функции биомембран в значительной степени зависят от фазового состояния и фазового равновесия в этих клеточных и субклеточных структурах.

Процессы образования и растворения минеральных компонентов костной ткани также обусловлены сдвигами гетерогенного равновесия в организме. Дело в том, что минеральные компоненты костной ткани, основу которых составляет гидроксифосфат кальция Са5(РО4)3ОН, находятся в состоянии химического равновесия с ионами кальция и фосфата плазмы крови. Смещение этого равновесия под влиянием различных факторов может приводить к нарушению нормального хода обызвествления остеоидной ткани, т.е. к развитию рахита.

При различных патологических состояниях в различных средах организма может начаться образование твердой фазы. Например, образование мочевых камней (оксалат кальция, фосфат кальция, урат кальция) при почечно-каменной болезни, образование холестериновых камней, билирубинокислого кальция, карбоната кальция при печеночно-каменной болезни, отложение карбоната кальция в стенке сосудов (кальциноз) и т.д.

Глубокое понимание закономерностей образования и растворения малорастворимых солей в организме человека необходимо будущему врачу для осознанного принятия необходимых мер по профилактике и лечению нарушений минерального обмена при различных заболеваниях

Вопрос 52: Водород. Физико-химические свойства. Вода в природе и как неотъемлемая среда биосистем.

Водород - бесцветный газ, не имеющий запаха. При температуре ниже -240градусов(критическая температура водорода) он под давлением сжимается; температура кипения жидкого водорода -252,8 градусов(при нормальном атмосферном давлении). Если быстро испарять эту жидкость, то получается твёрдый водород в виде прозрачных кристаллов, плавящихся при -259,2 градуса.

Водород - самый легкий из всех газов, он в 14,5 раза легче воздуха; масса 1л водорода при нормальных условиях равна 0,09 г. В воде водород растворим очень мало, но в некоторых металлах, например в никеле, палладии, платине, растворяется в значительных количествах.

С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через металлы. Кроме того, будучи самым легким газом, водород обладает наибольшей скоростью диффузии: его молекулы быстрее молекул всех других газов распространяются в среде другого вещества и проходят через разного рода перегородки. Особенно велика его способность к диффузии при повышенном давлении и высоких температурах. Поэтому работа с водородом в таких условиях сопряжена со значительными трудностями. Диффузия водорода в сталь при высоких температурах может вызвать водородную коррозию стали.

  Химические   свойства   водорода   в   значительной   степени   определяются   способностью   его   атомов   отдавать   единственный   имеющийся   у  них  электрон   и   превращаться   в   положительно  заряженные ионы.  

Атом  водорода  способен не только  отдавать , но  и  присоединять один  электрон .  При   этом  образуется отрицательно  заряженный   ион   водорода  с электронной оболочкой  атома  гелия.  В  виде таких ионов водород находится  в  соединениях с некоторыми активными металлами. Таким образом, водород имеет двойственную химическую природу, проявляя как окислительную, так  и  восстановительную способность.  В  большинстве реакций он выступает  в  качестве восстановителя, образуя соединения,  в  которых  его  степень окисления равна +1. Но  в  реакциях с активными металлами он выступает  в  качестве окислителя:  его  степень окисления  в  соединениях с металлами равна -1.

Соединения  водорода  с металлами называются гидридами. Гидриды щелочных  и  щелочноземельных металлов представляют собой соли, т. е. химическая связь между металлом  и  водородом  в  них ионная. Это кристаллы белого цвета. Все они нестойки  и   при  нагревании разлагаются на металл  и  водород.  При  действии на них воды протекает окислительно-восстановительная реакция,  в  которой гидрид-ион H^– выступает  в  качестве восстановителя, а водород воды -  в  качестве окислителя:

H^–1=H⁰+e^– H₂O + e^– = H⁰ + OH^–

Если к струе  водорода , выходящей из какого-нибудь узкого отверстия, поднести зажженную спичку, то водород загорается  и  горит несветящимся пламенем, образуя воду:

2H₂ + O₂ = 2H₂O

  При  поджигании смеси 2 объемов  водорода  с 1 объемом кислорода соединение газов происходит почти мгновенно во всей массе смеси  и  сопровождается сильным взрывом. Поэтому такую смесь называют гремучим газом

 При  низких температурах водород с кислородом практически не взаимодействуют. Если смешать оба газа  и  оставить смесь, то  и  через несколько лет  в  ней нельзя обнаружить даже признаков воды. Если же смесь  водорода  с кислородом поместить  в  запаянный сосуд  и  держать  в  нем  при  300 °C, то уже через несколько дней образуется немного воды

 При  высокой температуре водород может отнимать кислород от многих соединений,  в  том числе от большинства оксидов металлов. Например, если пропускать водород над накаленным оксидом меди, то происходит восстановление меди:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Поэтому водород применяют  в  металлургии для восстановления некоторых цветных металлов из их оксидов.

Вода имеет очень большое значение в жизни растений, животных и человека. Согласно современным представлениям, само происхождение жизни связывается с морем. Во всяком организме вода представляет собой среду, в которой протекают химические процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма; кроме того, она сама принимает участие в целом ряде биохимических реакций.