11.2. Биологическая роль и медицинское применение соединений

Ионы Кальция содержатся в организме человека и животных в макроколичествах (1,5 % по массе). Они необходимы для построения тканей, поскольку минеральные соли Кальция в виде гидроксоапатита Са₅OН(РO₄)₃ который является основой костной ткани, а фторапатит Са₅F(PO₄)₃ — эмали зубов.

В плазме крови ионы Кальция находятся и в свободном ионизованному виде, и в связанном состоянии, преимущественно с белками. Они поддерживают нормальную способность крови к свертыванию, влияют на кислотно-основное состояние биологических жидкостей, обнаруживают противовоспалительное действие. Кроме того, ионы Са²⁺ регулируют деление клеток, играют важную роль в функционировании сердечной мышцы, тормозят возбуждение ЦНС.

Недостаток Кальция в организме приводит к нервным растройствам. Из медицинских средств, которые содержат Кальций, важными являются хлорид, глюконат и лактат кальция, которые используют как противовоспалительные, протиалергийные и кровоостанавливающие препараты.

Барий и Стронций не относят к биогенным элементам, в организме они содержатся в малых количествах (Ва - 10^-5, Sr - 10^-3 % по массе). Соединения Бария в малых дозах стимулируют деятельность костного мозга, однако в больших дозах ионы Ва²⁺ токсичны.

Барий сульфат как малорастворимое в воде и минеральных кислотах соединение (ПР_ВаSO = 1,1 10^-10) используют в рентгеноскопии желудочного тракта, поскольку это вещество не пропускает рентгеновского излучения.

Стронций укрепляет зубную эмаль, принимает участие в образовании костной ткани и потому накапливается преимущественно в костях. Там он может замещать Кальций, который входит в состав минеральной основы костных тканей. Для организма очень опасны радионуклид Стронция ⁹⁰Sr с периодом полураспада 27,7 года, который вызывает лучевую болезнь, лейкоз и злокачественные опухоли костей.

11.3. Качественные реакции катионов Са²⁺, Ва²⁺, Sr²⁺

Реакции катионов Кальция Са²⁺

1*. Реакция с аммоний оксалатом. Аммоний оксалат (NH₄)C₂О₄ образовывает с ионами Кальция белый мелкокристаллический осадок кальций оксалата:

Са²⁺ + С₂О₄^-2 = СаС₂О₄ ↓,

растворимый в минеральных кислотах, кроме уксусной кислоты. Реакция очень характерна, ее используют в методе перманганатометрии для определения ионов Кальция в моче и крови, однако ее проведению препятствуют ионы Ва²⁺ и Sr²⁺ .

Выполнение. К 4-5 капель раствора соли Кальция добавляют такое самое количество реактива. Наблюдают образование осадка. Исследуют его растворимость в минеральных кислотах ( НС1, HNО₃), а также в ацетатной кислоте.

2. Реакция с аммоний карбонатом. Аммоний карбонат (NH₄)₂CО₃ образовывает с растворами солей Кальция белый аморфный осадок СаСО₃, который во время нагревания переходит в кристаллический:

Ca²⁺ +CO₃^2- = СаСО₃↓.

Образующийся осадок легко растворяется в минеральных кислотах, а также в ацетатной кислоте. Осаждение выполняют в среде аммиака.

Выполнение. В пробирку вносят 2-3 капли соли Кальция, добавляют 2 капли разбавленного раствора аммоний гидроксида и столько же раствора аммоний карбоната. Подвергают испытанию на растворение осадка в разбавленных минеральных и ацетатной кислотах.

3*. Реакция с калий гексацианофератом(ІІ). Калий гексацианоферат(ІІ) К₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) в среде аммоний гидроксида образует с ионами Кальция белый осадок двойной соли кальційамоній гексаціаноферату(ІІ):

Ca²⁺ + 2NH₄⁺ + [Fe(CN)₆]^4-=Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆]↓.

Выполнение. К 3-5 капелям раствора соли Кальция добавляют такой же объем аммиачного буферного раствора и нагревают на водяной бане. К горячему раствору добавляют 5-6 капель раствора желтой кровяной соли и смесь снова нагревают. Наблюдают образование осадка. Чувствительность реакции составляет 25 мкг, но определение ионов Са²⁺ нельзя провести при наличии катионов d-элементов (Феруму, Купруму, Цинка), которые также реагируют с этим реактивом.

4. Реакция с групповым реактивом. Сульфатная кислота и растворимые сульфаты осаживают ионы Са²⁺ из концентрированных растворов с образованием белого кристаллического осадка CaSО₄:

Са²⁺ + SO₄^2- = CaSО₄↓.

При добавлении к исследуемому раствору этанола осадок выпадает быстрее.

В

микрокристаллоскопической

Рис. 11.1. Кристали гіпсу Солі CaSО₄·2Н₂О

ыполнение микрокристаллоскопической реакции. На предметное стекло наносят несколько капель соли Кальция и рядом каплю сульфатной кислоты, соединяют их стеклянной палочкой и слегка подсушивают над огнем. Через несколько минут рассматривают образованные кристаллы под микроскопом.

Укажем, что это очень характерная микрокристаллоскопическая реакция, в результате которой образовываются кристаллы гипса CaSО₄·2H₂О, которые имеют форму иголок (рис. 11.1). Эту реакцию можно использовать для определения ионов Са²⁺ в присутствии катионов Ва²⁺.

Реакцию на ионы Са²⁺ с сульфат-ионами можно при определенных условиях выполнить и пробирочным методом.

Выполнение. В пробирку вносят 4-5 капель соли Кальция, добавляют 1 мл этанола (для увеличения полноты выпадения осадка) и 5-6 капель сульфатной кислоты. Наблюдают образование белого кристаллического осадка.

5* Окраска пламени. Соли Кальция при внесении их в пламя газовой горелки окрашивают его в кирпично-красный цвет.

Выполнение. На кончике платиновой проволоки вносят каплю соли Кальция в пламя газовой горелки и наблюдают его окраску.

Реакции катионов Бария Ва²⁺

6. Реакция с аммоний карбонатом. Аммоний карбонат (NH₄)₂СО₃ образовывает с растворами солей Бария белый аморфный осадок ВаСО₃ , который постепенно переходит в кристаллический:

Ва²⁺ +СО₃^2- = ВаСО₃↓.

Образованный осадок легко растворяется в хлоридной, нитратной и ацетатной кислотах, но не растворяется в сульфатной кислоте вследствие образования нерастворимого сульфата BaSО₄. Реакцию лучше проводить в среде аммоний гидроксида.

Выполнение. В пробирку вносят 2-3 капли растворимой соли Бария, добавляют 2 капли разбавленного раствора аммиака и столько же раствора аммоний карбоната.

Исследуют растворение осадка в разбавленных кислотах: НС1, HNO₃, CH₃COOH.

7*. Реакция с групповым реактивом (сульфатной кислотой). Под действием сульфатной кислоты или ее растворимых солей из разбавленных растворов солей Бария выделяется белый кристаллический осадок BaSО₄, не растворимый в воде и кислотах:

Ва²⁺ + SО₄^2- = BaSO₄↓.

Чувствительность этой реакции высокая (10 мкг), поскольку барий сульфат характеризуется малой растворимостью в воде. Определение ионов Ва²⁺ мешают ионы Са²⁺ и Sr²⁺.

Выполнение. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли Бария, добавляют столько же разбавленного раствора сульфатной кислоты и наблюдают выпадение осадка.

8. Реакция с хроматом или дихроматом калия. Растворимые соли хроматной (или дихроматной) кислот выделяют из растворов, которые содержат соли Бария, желтый кристаллический осадок барий хромата ВаCrO₄:

Ва²⁺ + СrО^2- = ВаCrO₄↓ (а);

2 Ва²⁺ + Сr₂O₄^2-+ Н₂O = 2 ВаCrO₄↓ + 2Н⁺ (б).

Осадок ВаCrO₄растворяется в хлориднoй и нитратной кислотах, но, в отличие от хроматов кальция и стронция, не растворяется в ацетатной кислоте.

Реакция с дихроматом является специфической и используется для определения ионов Ва²⁺ при наличии катионов Са²⁺ и Sr²⁺ и для выделения ионов Бария от этих катионов.

Выполнение. В пробирку вносят 2-3 капли раствора соли Бария, добавляют такой же объем калий хромата и наблюдают образование осадка.

Поскольку осадок ВаCrO₄растворяется в минеральных кислотах, а в процессе взаимодействия ионов Бария с дихроматом [см. реакцию (б)] образуется кислота, то для достижения полноты осаждения ионов Ва²⁺ раствором К₂Сr₂O₇ к нему добавляют натрий ацетат CH₃COONa. Тогда сильная кислота (НС1) заменяется эквивалентным количеством слабой ацетатной кислоты, в которой барий хромат не растворяется.

9. Окраска пламени. Летучие соли Бария окрашивают пламя газовой горелки в желто-зеленый цвет.

Выполнение. Каплю соли Бария на кончике платиновой проволоки вносят в пламя газовой горелки и наблюдают за окраской пламени.

Реакции катионов Стронция Sr²⁺