ФГБОУ ВПО «Ивановская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.К.Беляева». Кафедра химии. Предмет: Аналитическая химия.

Реферат на тему: «Химия биогенных элементов».

Выполнил студент 1 курса, факультет

ветеринарной медицины и биотехнологии

в животноводстве, специальность ветеринария,

5 группа, Виноградов Игорь.

г. Иваново 2013 год

S - элементы

Элементы группы I а

Водород. Широко распространён в природе, его содержание в земной коре (литосфера и гидросфера) составляет по массе 1%, а по числу атомов 16%. В. входит в состав самого распространённого вещества на Земле — воды (11,19% В. по массе), в состав соединений, слагающих угли, нефть, природные газы, глины, а также организмы животных и растений (т. е. в состав белков, нуклеиновых кислот, жиров, углеводов и др.). В свободном состоянии В. встречается крайне редко, в небольших количествах он содержится в вулканических и других природных газах. Ничтожные количества свободного В. (0,0001% по числу атомов) присутствуют в атмосфере. В околоземном пространстве В. в виде потока протонов образует внутренний ("протонный") радиационный пояс Земли. В космосе В. является самым распространённым элементом. В виде плазмы он составляет около половины массы Солнца и большинства звёзд, основную часть газов межзвёздной среды и газовых туманностей. В. присутствует в атмосфере ряда планет и в кометах в виде свободного H₂, метана CH₄, аммиака NH₃, воды H₂O, радикалов типа CH, NH, OH, SiH, PH и т.д. В виде потока протонов В. входит в состав корпускулярного излучения Солнца и космических лучей.

Вода. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного — кислорода, которые соединены между собой ковалентной связью. При нормальных условиях представляет собой прозрачную жидкость, не имеет цвета (в малом объёме), запаха и вкуса. В твёрдом состоянии называется льдом, снегом или инеем, а в газообразном — водяным паром. Вода также может существовать в виде жидких кристаллов (на гидрофильных поверхностях) . Около 71 % поверхности Земли покрыто водой (океаны, моря, озёра, реки, льды) — 361,13 млн. км. В воде в растворенном виде находятся необходимые нам микроэлементы (железо, натрий, калий, хлор и т.д.). Она является необходимой средой для нормального протекания практически всех химических реакций в организме, без нее невозможен обмен веществ. Вода позволяет выводить из организма опасные для него продукты обмена, к тому же химически активные вещества в растворенном виде не вызывают повреждения собственных тканей. Вода переносит полезные организму вещества – питательные, ферменты, клетки крови и др. Во многом организм взаимодействует с внешней средой именно через воду. Например, процесс теплоотдачи основан на испарении воды, процесс накапливания тепла также не обходится без воды. Вода необходима для синтеза всех биологических жидкостей (крови, желчи, панкреатического сока) и для формирования каловых масс. При растворении солей в воде образуются гидратированные ионы. Образование гидратированных ионов приводит к стабилизации ионов в растворах воды. Каждый отрицательный ион притягивает положительные концы нескольких ближайших молекул воды и стремится удержать их около себя.

Положительные ионы, которые обычно меньше анионов, притягивают воду еще сильнее; каждый катион притягивает отрицательные концы молекул воды и прочно связывает несколько молекул, удерживая их около себя; при этом образуется гидрат, кото рый может быть весьма устойчивым, особенно в случае катионов, несу щих двойной или тройной положительный заряд.

Число молекул воды, присоединенных к данному катиону, его лигандность, определяется размерами катиона. Лигандность атома равна числу атомов, связанных с ним или находящихся с ним в контакте. Лигандность также называется координационным числом.

Натрий и Калий

Калий необходим для синтеза белков, АТФ (вещества, играющего роль аккумулятора энергии в живой клетке) и гликогена, выполняющего функцию депо углеводов в клетках печени и мышц. Он замедляет частоту сердечных сокращений, способствуя в некоторых случаях нормализации сердечного ритма, и участвует в образовании ацетилхолина - вещества, участвующего в передаче сигналов с нервных окончаний.

Натрий и калий необходимы для регуляции водного обмена. Ионы натрия задерживают воду в организме. Ионы калия, наоборот, «отталкивают» воду.

Натрий активирует в организме выработку гормона вазопрес-сина, который ведет к увеличению внеклеточного объема жидкости и суживает сосуды, что ведет к повышению артериального давления. Другие гормоны (натрийуретические пептиды), в выработке которых также принимает участие натрий, способствуют тому, чтобы его излишки выводились из организма. Периферические сосуды при этом, естественно, расслабляются. Кроме того, натрий активирует склеивание тромбоцитов, что увеличивает склонность к тромбообразованию.

Оксиды. Гидроксиды. Соли

Оксид натрия. 1. Взаимодействие металлического натрия с кислородом:

Чистый оксид натрия получить непосредственным окислением натрия нельзя, так как образуется смесь, состоящая из 20 % оксида натрия и 80 % пероксида натрия:

2. Взаимодействие металлического натрия с нитратом натрия:

3. Прокаливание пероксида натрия с избытком натрия:

4. Прокаливанием карбоната натрия при 1000 °C, получаемого в свою очередь прокаливанием гидрокарбоната натрия при 200 °C.

Гидроксиды натрия. Гидрат окиси натрия NaOH — белое твёрдое вещество. Если оставить кусок едкого натра на воздухе, то он вскоре расплывается, так как притягивает влагу из воздуха. Едкий натр хорошо растворяется в воде, при этом выделяется большое количество теплоты. Раствор едкого натра мылок на ощупь. Гидроксид натрия вступает в реакции: нейтрализации с различными веществами в любых агрегатных состояниях, от растворов и газов  до твёрдых веществ, с неметаллами, с металлами, с эфирами, амидами и алкилгалогенидами (гидролиз).

Соли натрия. Натрия соли — натрий образует соли со всеми кислотами. Амид натрия NaNH₂ — восстановитель. Арсенат натрия Na₃AsO₄, арсенит натрия NaAsO₂ (Na₃AsO₃) — ядохимикаты. Бромид натрия NaBr применяют в медицине и фотографии. Бихромат натрия Na₂Cr₂O₇ — окислитель, дубильное вещество. Карбонат натрия Na₂CO₃ и бикарбонат натрия NaHCO_3. Нитрат натрия NaNO₃ — азотное удобрение. Нитрит натрия NaNO₂ — в синтезе органических веществ (напр., азокрасителей), в медицине. Силикат натрия Na₂SiO₃ — растворимое стекло. Сульфат натрия Na₂SO₄ — в стекольной, целлюлозно-бумажной, кожевенной, текстильной, мыловаренной промышленности. Сульфид натрия Na₂S — для получения сернистых красителей, в текстильной и кожевенной промышленности, используют при флотации руд, в аналитической химии для разделения элементов; гидросульфид натрия NaHS — в производстве искусственного шелка, в кожевенной промышленности; полисульфиды натрия Na₂S_n — при флотации руд, в сельском хозяйстве. Сульфит натрия Na₂SO₃ — в фотографии, медицине, в производстве искусственного волокна, гидросульфит NaHSO₃ — как консервирующее средство, при белении и крашении тканей. Тиосульфат натрия Na₂S₂O₃ — в фотографии, медицине, аналитической химии. Фосфаты натрия — моющие и водоумягчающие средства, для обогащения руд, в пищевой промышленности и др. Фторид натрия NaF — для консервирования древесины, в сельском хозяйстве, в производстве эмалей и флюсов. Хлорид натрия (поваренная соль) NaCl — в производстве соды, едкого натра, хлора, сульфата натрия, в технике, в медицине, в сельском хозяйстве, вкусовое и консервирующее средство.

Калий и его оксиды. Химически активное вещество. На воздухе расплывается, поглощает СО₂, давая К₂СО₃:

Бурно реагирует с водой, образуя KOH:

Реагирует со спиртом, с эфиром. Энергично взаимодействует с галогенами, расплавленной серой, разбавленными кислотами, образуя различные соединения калия.

• Гидроксиды. Взаимодействие с кислотами с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):

• Взаимодействие с кислотными оксидами с образованием соли и воды:

• Взаимодействие с переходными металлами в растворе с образованием комплексной соли и водорода:

Также гидроксид калия получают электролизом растворов KCl, обычно с применением ртутных катодов, что дает продукт высокой чистоты, не содержащий примеси хлоридов.

Соли. Хлорид калия — химическое соединение KCl, калиевая соль соляной кислоты.

Белое кристаллическое вещество без запаха. Относится к структурному типу NaCl. В природе встречается в виде минералов сильвина и карналлита, а также входит в состав сильвинита.

В лабораторных условиях хлорид калия можно получить взаимодействием гидроксида калия с соляной кислотой: KOH + HCl → KCl + H₂O

В жизни человека, кроме жиров, белков, углеводов, витаминов, огромную роль играют химические элементы. В организме человека и животного можно найти значительную часть элементов периодической таблицы Д.И. Менделеева. Так, в настоящее время обнаружено свыше 70 химических элементов, содержащихся в тканях организма в различных количествах (макро- и микроэлементы). В молоке млекопитающих обнаружено 23 микроэлемента: литий, рубидий, медь, серебро, барий, стронций, титан, мышьяк, ванадий, хром, молибден, иод, фтор, марганец, железо, кобальт, никель и др. В состав крови млекопитающих входит 24 микроэлемента, а в состав головного мозга человека — 18 микроэлементов. Как можно заметить, в клетке нет каких-либо особенных элементов, характерных только для живой природы, т. е. на атомном уровне различий между живой и неживой природой нет. Эти различия обнаруживаются лишь на уровне сложных веществ — на молекулярном уровне. Так, наряду с неорганическими веществами (водой и минеральными солями) клетки живых организмов содержат вещества, характерные только для них, — органические вещества (белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты, витамины, гормоны и др.). Эти вещества построены в основном из углерода, водорода, кислорода и азота, т. е. из макроэлементов. Микроэлементы содержатся в этих веществах в незначительных количествах, тем не менее их роль в нормальной жизнедеятельности организмов огромна. Например, соединения бора, марганца, цинка, кобальта резко увеличивают урожайность отдельных сельскохозяйственных растений и повышают их сопротивляемость к различного рода заболеваниям. Человек и животные получают нужные им для нормальной жизнедеятельности микроэлементы через растения, которыми питаются. Если в пище не хватает марганца, то возможна задержка роста, замедление наступления половой зрелости, нарушение обмена веществ при формировании скелета. Добавка долей миллиграмма солей марганца к суточному рациону животных устраняет эти заболевания.

Кобальт входит в состав витамина В12, отвечающего за работу кроветворных органов. Недостаток кобальта в пище часто вызывает серьезное заболевание, которое приводит к истощению организма и даже к гибели. Значение микроэлементов для человека впервые было выявлено при изучении такого заболевания, как эндемический зоб, которое вызывалось недостатком иода в пище и воде. Прием соли, содержащей иод, приводит к выздоровлению, а добавка его к пище в малых количествах предупреждает заболевание. С этой целью проводят иодирование пищевой поваренной соли, в которую добавляют 0,001—0,01% иодида калия. В состав большинства биологических катализаторов-ферментов входят цинк, молибден и некоторые другие металлы. Эти элементы, содержащиеся в клетках живых организмов в очень малых количествах, обеспечивают нормальную работу тончайших биохимических механизмов, являются подлинными регуляторами процессов жизнедеятельности. Многие микроэлементы содержатся в витаминах — органических веществах различной химической природы, поступающих в организм с пищей в малых дозах и оказывающих большое влияние на обмен веществ и общую жизнедеятельность организма. По своему биологическому действию они близки к ферментам, но ферменты образуются клетками организма, а витамины обычно поступают с пищей. Источниками витаминов служат растения: цитрусовые, шиповник, петрушка, лук, чеснок и многие другие. Некоторые витамины — А, В1, В2, К — получают синтетическим путем. Свое название витамины получили от двух слов: вита — жизнь и амин — содержащий азот.