Вопрос 51. Соединения кальция в костной ткани, сходство ионов кальция и стронция, изоморфное замещение. Токсичность соединений беррилия.

Кальций — биогенный элемент, постоянно присутствующий в тканях растений и животных. Важный компонент минерального обмена животных и человека и минерального питания растений, кальций выполняет в организме разнообразные функции. В составе апатита, а также сульфата и карбоната кальций образует минеральный компонент костной ткани. В организме человека массой 70 кг содержится около 1 кг кальция. Кальций участвует в работе ионных каналов, осуществляющих транспорт веществ через биологические мембраны, в передаче нервного импульса, в процессах свертывания крови и оплодотворения. Регулируют обмен кальция в организме кальциферолы (витамин D). Недостаток или избыток кальция приводит к различным заболеваниям — рахиту, кальцинозу и др. Поэтому пища человека должна в нужных количествах содержать соединения кальция (800-1500 мг кальция в сутки). Содержание кальция высоко в молочных продуктах (таких, как творог, сыр, молоко), в некоторых овощах и других продуктах питания. Препараты кальция широко используются в медицине.

3Ca3(PO4)2 ·Са(OH)2 — основа костной ткани позвоночных, в том числе и человека; из карбоната кальция CaCO3 состоят раковины и панцири многих беспозвоночных, яичная скорлупа и др.

_______________________________________________________________________________

Изморфизм (от др.-греч. ἴσος — «равный, одинаковый, подобный» и μορφή — «форма») - этот термин был впервые введен в химической науке Э. Митчерлихом в 1819 г. Первоначально он означал внешнее сходство кристаллической формы у веществ, родственных по химическому составу. Современное определение понятия изоморфизма может быть выражено следующим образом: изоморфизм — свойство элементов замещать друг друга в структуре минерала. Изоморфизм возможен при одинаковых координационных числах атомов, а в ковалентных соединениях при тождественной конфигурации связей. Степень совершенства (при данных температуре и давлении) изоморфизма определяется близостью межатомных расстояний, состоянием химической связи и строением электронной оболочки атомов.

При изоморфизме ионы (атомы) одного элемента замещают в кристаллической постройке минерала ионы (атомы) другого элемента.

В более сложных случаях замещение происходит не между отдельными ионами (атомами), а между группами, комплексами ионов. Изоморфные замещения могут происходить как между ионами с одинаковой валентностью, так и между разновалентными ионами. В соответствии с этим выделяют изовалентный и гетеровалентный изоморфизм. При изовалентном изоморфизме в структуре минерала замещаются ионы равной валентности. При гетеровалентном изоморфизме в кристаллической решетке замещаются ионы разной валентности. При этом важным условием является выравнивание электростатического баланса соединения, которое может происходить следующими путями: 1. Помимо гетеровалентного замещения двух элементов происходит еще дополнительное изоморфное замещение других двух элементов. Оба эти замещения дают суммарный эффект, при котором баланс электрических зарядов не меняется. 2. Выравнивание электрического баланса изоморфной смеси может осуществляться также за счет замещения неодинакового числа ионов, как это происходит в слюдах. 3. В том случае, когда решетка кристалла обладает вакантными местами, компенсация зарядов при гетеровалентном изоморфизме осуществляется дополнительными ионами. В итоге один ион большей валентности замещается двумя ионами, сумма валентностей которых равна валентности первого иона. Этот вид гетеровалентного изоморфизма широко распространен в роговых обманках.

____________________________________________________________________________________

Бериллий и его соединения очень ядовиты. При острых отравлениях наблюдаются бронхит, пневмония, воспаление слизистой оболочки глаз, экзема, при хронических — склероз легких, бериллиоз (см. Пневмосклероз, Пневмокониозы), перерождение печени и других органов. Определение бериллия проводят люминесцентным и спектрографическим методами.

Бериллий и его соединения (особенно растворимые в воде) обладают ярко выраженными токсическими свойствами. Из нерастворимых соединений наиболее токсична окись бериллия. (ВеО). Бериллий и его соединения проникают в организм в основном через легкие.

Отравления. Растворимые соединения бериллия могут вызывать поражения кожи типа экзем и дерматитов, слизистых оболочек верхних дыхательных путей и глаз, а также легких.

Симптомы острого отравления: затруднение дыхания, першение в горле, загрудинные боли, кашель с небольшим количеством мокроты, свистящее дыхание, возможно развитие пневмонии.

Первая помощь — вывести пострадавшего на свежий воздух. В дальнейшем симптоматическое лечение, направленное на борьбу с поражением легких. В некоторых случаях острое отравление приводит к хроническому заболеванию легких — бериллиозу (см. Пневмокониозы).

Профилактика. Работа с бериллием и его соединениями должна производиться в специальных изолированных помещениях, приспособленных для ежедневной влажной уборки, а операции с ним герметизированы и механизированы. ПДК бериллия и его соединений в воздухе 0,001 мг/м3. Все работающие должны быть обеспечены полным комплектом спецодежды, включая нательное белье, головные уборы, обувь и респираторы типа «Лепесток» (см. Респиратор). Личная одежда работающих должна храниться отдельно от спецодежды. Необходимо следить за целостью кожного покрова рук. Все рабочие должны подвергаться периодическому медицинскому осмотру 1 раз в 6 мес. с обязательной рентгенографией грудной клетки.

Степень токсичности соединения бериллия во многом зависит от физического состояния вещества, его растворимости, дисперсности. С повышением дисперсности аэрозолей бериллия токсичность его возрастает. Большое значение имеет и индивидуальная чувствительность человека к бериллию: одни заболевают сразу после непродолжительного контакта с ним, другие продолжают работать длительное время без признаков поражения. [3]

Степень токсичности соединения бериллия во многом зависит от физического состояния вещества, его растворимости, дисперсности. С повышением дисперсности аэрозолей бериллия токсичность его возрастает. Большое значение имеет и индивидуальная чувствительность человека к бериллию: одни лица заболевают сразу после непродолжительного контакта с ним, другие продолжают работать длительное время без признаков поражения. Наиболее чувствительны к кожным поражениям лица с легкораздражимой кожей. [4]

Должна обеспечиваться минимальная токсичность соединений для исследователей. Это требование определяет концентрацию используемых радиоизотопов. [5]