60. Общая характеристика 3 а группы. Бор и аллюминий в медицине

Бор относится к примесным микроэлементам, его мас–совая доля в организме человека составляет 10-5 %. Бор концентрируется главным образом в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), пече–ни, мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг). Биологическое действие бора еще недостаточно изуче–но. Известно, что бор входит в состав зубов и костей, очевидно, в виде труднорастворимых солей борной кис–лоты с катионами металлов.

Избыток бора вреден для организма человека. Имеют–ся данные, что избыток бора угнетает амилазы, проте-иназы, уменьшает активность адреналина.

По содержанию в организме человека (10-5 %) алю–миний относится к примесным микроэлементам. Алю–миний концентрируется главным образом в сыворотке крови, легких, печени, костях, почках, ногтях, волосах, входит в структуру нервных оболочек мозга человека.

Суточное потребление алюминия человеком состав–ляет 47 мг. Алюминий влияет на развитие эпителиаль–ной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, влияет на обмен фосфора.

Алюминий оказывает воздействие на ферментатив–ные процессы.

Избыток алюминия в организме тормозит синтез ге–моглобина, так как благодаря довольно высокой комп-лексообразующей способности алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветво–рении. Имеются данные, что алюминий может катали–зировать реакцию трансаминирования.

61.Общая характеристика 4 а группы. Углерод, его соединения, аллотропные модификации. Круговорот углерода

1)Углерод, кремний, германий, олово и свинец составляют главную подгруппу IV группы. Внешние энергетические уровни р-элементов IV группы содержат по четыре электрона (конфигурация ns2np2), из которых два спаренных s-электрона и два неспаренных р-электрона.

В невозбужденном состоянии элементы этой подгруппы проявляют валентность, равную двум. При переходе в возбужденное состояние, сопровождающееся переходом одного из s-электронов внешнего уровня в свободную ячейку р-подуровня того же уровня, все электроны наружного слоя становятся неспаренными, и валентность при этом возрастает до 4.

Энергия, затрачиваемая для перехода электрона, с избытком компенсируется энергией, выделяющейся при образовании четырех связей.

В соединениях элементы подгруппы углерода проявляют степень окисления +4 или -4, а также +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной. Для углерода, кремния и германия наиболее типичная степень окисления +4, для свинца — +2. Степень окисления -4 в последовательности С — Pb становится все менее характерной.

Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы RO2 и RO, а водородные соединения формулы — RH4. Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у гидратов германия, а основные — у гидратов свинца. От углерода к свинцу уменьшает-ся прочность водородных соединений RH4: CH4 — прочное вещество, а PbH4 в свободном виде не выделено.

При переходе от углерода к свинцу радиусы нейтральных атомов возрастают, а энергия ионизации уменьшается, поэтому от углерода к свинцу убывают неметаллические свойства, а металлические возрастают. Неметаллами являются углерод и кремний.

2) Физические свойства кристаллов подразделяются на векторные (механические - упругость, хрупкость, пластичность; тепловые - теплопроводность, тепловое расширение; электрические) и скалярные (плотность, удельная теплоемкость, температура фазовых переходов).

3) Химические свойства углерода и его соединений.

Одно из главных химических свойств углерода – это сильные восстановительные свойства. Только при сравнительно низких температурах, углерод химически инертен.

Рассмотрим подробнее химические свойства углерода:

- горение в кислороде С+О2=СО2+Q;

- взаимодействие с оксидом углерода С+СО2=2СО;

- восстановление металлов из оксидов 3С+Fe2O3=3CO2+4Fe.

.Оксид углерода.

Оксид углерода является продуктом полного сгорания углерода и содержащих его веществ.

В соединениях с кислородом углерод, в зависимости от условий, проявляет валентности +2 и +4.

При температуре обычного пламени при горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь, природный газ метан, спирт и др.) протекает реакция:

С + О2 = СО2

Если же создать условия для повышения температуры , к примеру, уменьшить теплоотвод (внутри толстого слоя горящего угля, в том числе в доменной печи), то протекают реакции:

С +О2 = 2СО

СО2 + С = 2СО

Так же образуется в случаях:

- окисления биохимических процессов, дыхания, гниения

- сгорания метана

CH4+O2=CO2+2H2O

- взаимодействия кислот с карбонатами

CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O

- термического разложения карбонатов и гидрокарбонатов:

CaCO3=CaO+CO2

2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O

Оксид углерода – тяжелее воздуха, это газ без запаха, цвета и вкуса.

При растворении взаимодействует с водой, образуя уксусную кислоту:

СО2+Н2О=Н2СО3

.Реагирует с основными оксидами:

CO2+CaO=CaCO3

Реагирует с основаниями:

CO2+Ca(OH)2=CaCO3+H2O

.Угольная кислота.

Слабая двухосновная кислота, которая образуется при растворении оксида углерода СО2 в воде.

Угольная кислота дает два ряда солей:

- водорастворимые гидрокарбонаты (NaHCO 3 – питьевая сода, Na 2 CO 3 – сода, K 2 CO 3 – поташ),

- нерастворимые (MgCO 3 , CaCO 3 ).

Реакции образования гидрокарбонатов и карбонатов:

CO2+NaOH=NaHCO3

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

Соли угольной кислоты подвергаются гидролизу.

Угольная кислота вытесняется из солей более сильными кислотами:

CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O

4) В настоящее время известны четыре аллотропные* модификации углерода: алмаз, графит, фуллерены и карбин. Внешний вид, физические и химические свойства этих модификаций резко отличаются, хотя в их образовании участвуют одни и те же атомы. Объясняется это различием типа связей, соединяющих атомы углерода в молекулах перечисленных веществ. При образовании межатомных связей в молекулах происходит гибридизация электронов внешней оболочки по типу sp3 - в алмазе, sp2 - в графите и фуллеренах и sp - в карбинах.

Алмаз-атомы углерода, находясь в sp3-гибридном состоянии, могут образовывать друг с другом тетраэдрические связи, давая структуру алмазного типа. Алмаз является самым твердым веществом в природе (от греч. adamas - несокрушимый). Это объясняется наличием в решетке непрерывной трехмерной сетки жестких ковалентных связей. Все расстояния между атомами (0,1544 нм) и углы между связями (109,5 °) одинаковы. Алмаз, не плавясь при высокой температуре в вакууме (инертная атмосфера), переходит в графит. Синтетический алмаз получают: а) из углеродсодержащих веществ (преимущественно графита) в интервале температур 1200 - 1600 °С и давлении 4,5 - 8,0 ГПа в присутствии Fe, Co, Mn или их сплавов; б) путем наращивания алмазных пленок на алмазные "затравки" при разложении углеродсодержащих веществ при температуре 1000 °С и низких давлениях (эпитаксиальный синтез алмаза).

Графит-атомы углерода в sp-гибридном состоянии в графите представляют собой непрерывный ряд слоев, параллельных основной плоскости (см. рис. 1.1.). Три равноценные σ-связи (ковалентные связи) находятся в одной плоскости и состоят из гексагонально связанных друг с другом атомов углерода. Оставшиеся р-электроны за счет эффекта сопряжения образуют общее электронное облако в слое (π-связь). Этот эффект придает электрическим и оптическим свойствам графита металлический характер.Большая подвижность электронов обусловливает высокую электропроводность графита в направлении слоев. Этим объясняется характерный металлический блеск графита.

Фуллерены-атомы углерода, как и в случае графитов, находятся в sp2-гибридном состоянии, но образуют шарообразные молекулы различного размера. Замкнутая оболочка молекулы наиболее часто встречающегося фуллерена включает 60 атомов углерода, которые образуют многогранник правильной формы. Он состоит из 12 правильных пятиугольников и 20 шестиугольников, аналогичных гексагонам графита. Известны также фуллерены, состоящие из 70 и более атомов, их структура и свойства подобны свойствам соединений С60. Фуллерены обнаружены (1985 г.) как примесь в сажеобразных продуктах при испарении графитовых электродов под дуговым разрядом в вакууме или в атмосфере инертного газа. Масса фуллеренов может составлять до 10 % (масс.) от общего количества сажи (в основном С60). Смесь фуллеренов извлекают из сажи экстракцией неполярными органическими растворителями (бензол, толуол, гексан). Полученный экстракт можно разделить на индивидуальные фуллерены различной молекулярной массы с помощью хроматографии. Разные фуллерены дают растворы различной окраски, что позволяет анализировать их спектральными методами.Фуллерены могут вступать в химические реакции, аналогичные реакциям ароматических соединений и кристаллического графита.

Карбин-атомы углерода (sp-гибридизация) имеют линейное расположение в виде цепочек. Карбин подразделяется на две модификации: с кумулированными связями =С=С=С=С= (β-карбин) и полииновыми связями –СС–СС– (α-карбин). Эти модификации различаются по составу продуктов озонирования. Получают карбин: а) окислительной дегидрополиконденсацией ацетилена; б) действием лазерного облучения на графит; в) из углеводородов или СС14 в низкотемпературной плазме.

5) КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА, циркуляция углерода в биосфере. Представляет собою сложную цепь событий. Наиболее важными звеньями ее являются усвоение углекислого газа из воздуха зелеными растениями в процессе ФОТОСИНТЕЗА и возвращение углекислого газа в атмосферу при дыхании, а также при разложении тел животных, питающихся растениями.Элементарный углерод нахо дится в постоянном движении. Газообразный диоксид углерода (С02) сперва превращается в простые сахара путем фотосинтеза в зеленых растениях. Они расщепляются (при дыхании) и поставляют организму энергию, причем С02 снова возвращается в атмосферу Животные, питающиеся растениями, при метаболизме также преобразуют сахара и выделяют С02. Геологические процессы оказывают влияние на баланс углерода в масштабах земного шара: углерод исключается из кругооборота, когда накапливается в таких ископаемых, как уголь, нефть и газ. И наоборот, большие количества диоксида углерода выделяются в атмосферу при сжигании этих горючих материалов.

62.Общая характеристика элементов 4 а группы. Роль неорганических соединений углерода в организме. Применение в мед. Практике.

1)Углерод, кремний, германий, олово и свинец составляют главную подгруппу IV группы. Внешние энергетические уровни р-элементов IV группы содержат по четыре электрона (конфигурация ns2np2), из которых два спаренных s-электрона и два неспаренных р-электрона.

В невозбужденном состоянии элементы этой подгруппы проявляют валентность, равную двум. При переходе в возбужденное состояние, сопровождающееся переходом одного из s-электронов внешнего уровня в свободную ячейку р-подуровня того же уровня, все электроны наружного слоя становятся неспаренными, и валентность при этом возрастает до 4.

Энергия, затрачиваемая для перехода электрона, с избытком компенсируется энергией, выделяющейся при образовании четырех связей.

В соединениях элементы подгруппы углерода проявляют степень окисления +4 или -4, а также +2, причем последняя с увеличением заряда ядра становится более характерной. Для углерода, кремния и германия наиболее типичная степень окисления +4, для свинца — +2. Степень окисления -4 в последовательности С — Pb становится все менее характерной.

Элементы подгруппы углерода образуют оксиды общей формулы RO2 и RO, а водородные соединения формулы — RH4. Гидраты высших оксидов углерода и кремния обладают кислотными свойствами, гидраты остальных элементов амфотерны, причем кислотные свойства сильнее выражены у гидратов германия, а основные — у гидратов свинца. От углерода к свинцу уменьшает-ся прочность водородных соединений RH4: CH4 — прочное вещество, а PbH4 в свободном виде не выделено.

При переходе от углерода к свинцу радиусы нейтральных атомов возрастают, а энергия ионизации уменьшается, поэтому от углерода к свинцу убывают неметаллические свойства, а металлические возрастают. Неметаллами являются углерод и кремний.

2) УГЛЕРОД - важнейший биогенный элемент, составляющий основу жизни на Земле, структурная единица огромного числа органических соединений, участвующих в построении организмов и обеспечении их жизнедеятельности (биополимеры, а также многочисленные низкомолекулярные биологически активные вещества - витамины, гормоны, медиаторы и др.). Значительная часть необходимой организмам энергии образуется в клетках за счёт окисления углерода. Возникновение жизни на Земле рассматривается в современной науке как сложный процесс эволюции углеродистых соединений.В организм человека углерод поступает с пищей (в норме около 300 г в сутки). Общее содержание углерода достигает около 21% (15 кг на 70 кг общей массы тела). Углерод составляет 2/3 массы мышц и 1/3 массы костной ткани. Выводится из организма преимущественно с выдыхаемым воздухом (углекислый газ) и мочой (мочевина).Главной функцией углерода является формирование разнообразия органических соединений, тем самым, обеспечивая биологическое разнообразие, участие во всех функциях и проявлениях живого. В биомолекулах углерод образует, полимерные цепи и прочно соединяется с водородом, кислородом, азотом и другими элементами. Столь существенная физиологическая роль углерода определяется тем, что этот элемент входит в состав всех органических соединений и принимает участие практически во всех биохимических процессах в организме. Окисление соединений углерода под действием кислорода приводит к образованию воды и углекислого газа; этот процесс служит для организма источником энергии. Двуокись углерода CO2 (углекислый газ) образуется в процессе обмена веществ, является стимулятором дыхательного центра, играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения.В свободном виде углерод не токсичен, но многие его соединения обладают значительной токсичностью. К таким соединениям следует отнести окись углерода СО (угарный газ), четыреххлористый углерод CСl4, сероуглерод СS2, соли цианистой кислоты HCN, бензол С6Н6 и другие. Углекислый газ в концентрации свыше 10% вызывает ацидоз (снижение рН крови), одышку и паралич дыхательного центра.Длительное вдыхание каменноугольной пыли может привести к антракозу, заболеванию, сопровождающемуся отложением угольной пыли в ткани легких и лимфатических узлах, склеротическими изменениями легочной ткани. Токсическое действие углеводородов и других соединений нефти у рабочих нефтедобывающей промышленности может проявиться в огрубении кожи, появлении трещин и язв, развитии хронических дерматитов.Для человека углерод может быть токсичен в форме окиси углерода (СО) или цианидов (CN-).