Часть II химия элементов

Биогенными элементами называют элементы, необхо­димые для построения и жизнедеятельности различных клеток организмов.

Органогены (Н, С, N, Р, О, S ) - элементы, из атомов которых состоят основные компоненты живых систем: белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др.

Десять металлов: Na, К, Mg, Ca, Mn, Fe, Со, Си, Zn, Mo, ио­ны которых жизненно необходимы для живого организма, назы­ваются металлами жизни. Первые четыре элемента Na, К, Mg, Са относятся к s-блоку периодической системы, а остальные — к d-блоку.

3. s-элементы

Все элементы IA и ПА групп периодической таблицы являются s-элементами. Среди них наи­более широко распространены в живой природе водород, как элемент органоген, и катионы s-ме­таллов 3 и 4 периодов.

3.1. Водород

Водород может в химических реакциях отдавать свой электрон, образуя катион Н⁺ (подобно атомам щелочных металлов), или присоединять электрон от партнера с образо­ванием аниона Н^- (подобно атомам галогенов).

Молекула водорода двухатомна - Н₂. Вследствие неполярности и большой прочно­сти молекулы Н₂ (Е_св = 436 кДж/моль) при нормальных усло­виях водород активно взаимодействует только с фтором, а при освещении также с хлором и бромом. При нагревании реагиру­ет со многими неметаллами, хлором, бромом, кислородом, се­рой, проявляя восстановительные свойства:

H₂⁰+Cl₂⁰ → 2H⁺¹Cl^-1.

При взаи­модействии со щелочными и щелочноземельными металлами, является окислителем и образует гидриды этих металлов:

H₂⁰+ 2Li⁰ →2Li⁺¹H^-1.

Водород с элементами-органогенами образует только ковалентные связи. Степень полярности этих связей растет в ряду: H-С, H-S, H-N, H-O, в этой же последовательности растет способность к диссоциации связей с образованием протона. Концентрация катионов водорода в водной среде определяет ее кислотность, которая выражается с помощью водородного показателя

рН = –lg[H⁺] (см. разд. 1.3).

Окислительно-восстановительные свойства. Вследствие боль­шой плотности положительного заряда катион водорода являет­ся довольно сильным окислителем, окисляя актив­ные и средней активности металлы при взаимодействии с ки­слотами и водой:

Ca⁰ + 2H⁺¹₂O →Ca⁺²(OH)₂ + H₂⁰.

В живых системах водород всегда проявляет степень окисления +1 и встречается или свя­занным полярной ковалентной связью с другими биогенными элементами, или в виде катиона Н⁺. Он не проявляет свойств ни окислителя, ни восстановите­ля, однако катион водорода активно участвует во многих окис­лительно-восстановительных реакциях, не изменяя при этом своей степени окисления, но способствуя превращению биосуб­стратов в продукты реакции. Комплексообразующие свойства водорода проявляются вследствие наличия у ка­тиона водорода свободной атомной орбитали и высокого поляри­зующего действия самого катиона Н⁺. В водной среде катион водорода образует ион гидроксония Н_зО⁺, а при наличии аммиака -ион аммония NH₄⁺. Атомы водорода силь­нополярных связей О — Н и N — Н образуют водородные связи, роль которых показана в разд. 2.1.