10.2. Биологическая роль катионов третьей аналитической группы. Применение соединений катионов третьей аналитической группы в медицине

Кальций. Это один из пяти элементов (О, С, Н, N, Са), наи­более распространенных в организме человека (1,5 %). Ос­новная масса имеющегося в организме кальция находится в костях и зубах. В состав плотного матрикса кости входит термодинамически и кинетически устойчивая при рН 7,40 форма фосфата кальция — гидроксофосфат каль­ция Са₅(РО₄)₃ОН. Фракция внекостного кальция, хотя она составляет всего 1 % его общего содержания в орга­низме, очень важна из-за ее воздействия на свертывае­мость крови, нервно-мышечную возбудимость и сердеч­ную мышцу.

Барий. Биогенная роль бария пока изучена мало. Все рас­творимые в воде и кислотах соли бария весьма ядовиты. Не­растворимый в воде и кислотах сульфат бария хорошо по­глощает рентгеновские лучи, поэтому его применяют с целью исследования желудочно-кишечного тракта человека.

Стронций. В организме животных и человека стронций в больших количествах накапливается в костной ткани и влияет на процесс костеобразования. Избыток его вызы­вает ломкость костей - «стронциевый рахит». Причиной является замена кальция костного вещества стронцием. Извлечь стронций из костей практически невозможно. Повышение радиоактивного фона биосферы может вы­звать появление в атмосфере продукта деления тяжелых элементов ⁹⁰Sr. Оседая в костях, последний облучает кост­ный мозг и нарушает костномозговое кроветворение.

В медицине применяются:

1. Гексагидрат хлорида кальция СаСl₂ • 6Н₂О исполь­зуют при аллергических заболеваниях (сывороточная болезнь, крапивница) и аллергических осложнениях, свя­занных с приемом лекарств.

2. Полугидрат сульфата кальция (жженый гипс, полу­водный гипс) получают путем прокаливания природного гипса:

2CaSO₄• 2Н₂О 2CaSO₄ • 0,5Н₂О + 2Н₂О.

При смачивании водой он быстро твердеет. На этом свойстве основано его применение для изготовления гип­совых повязок. В стоматологии полугидрат сульфата кальция применяется в качестве слепочного материала при протезировании зубов.

3. Сульфат бария BaSO₄ используется как рентгеноконтрастное средство.

10.3. Частные реакции катионов третьей аналитической группы

Реакции обнаружения катиона бария Ва²⁺

1. Хромат калия К₂СrО₄ или натрия Na₂CrO₄ образуют желтые осадки хромата ВаСrО₄ в нейтральных или уксус­нокислых растворах:

ВаС1₂ + K₂CrO₄ = BaCrO₄↓ + 2KCl;

Ва²⁺ + CrO²₄ = BaCrO₄↓.

Осадок ВаСrО₄ растворяется в сильных кислотах. При действии серной кислоты желтый осадок ВаСrО₄ перехо­дит в белый осадок BaSO₄. Осадок ВаСrО₄ нерастворим в уксусной кислоте в отличие от осадков СаСrО₄ и SrCrO₄.

2. Дихромат калия К₂Сr₂O₇ образует с ионами бария Ва²⁺ также желтый осадок ВаСrО₄, но не образует осадка с ионами стронция Sr²⁺ и ионами кальция Са²⁺. Выпадение осадка ВаСrО₄ объясняется тем, что раствор дихромата ка­лия всегда содержит незначительное количество хромат-ионов СrО^2-₄, которые появляются в результате гидролиза дихромата калия:

Cr₂O^2-₇ + Н₂О ↔ 2HCrO^-₄ ↔ 2Н⁺ + 2CrO^2-₄

Концентрация хромат-ионов СrО₄ оказывается доста­точной, так как константа растворимости К⁰_s хромата бария достигается раньше, чем константа растворимости К⁰_s дихромата бария ВаСr₂О₇. По этой причине образует­ся осадок ВаСrО₄:

СrО^2-₄ +2Ba²⁺ ↔ 2BaCrO₄↓.

Суммируя эти уравнения, получаем общее уравнение:

Cr₂O^2-₇ + 2Ва²⁺ + Н₂О ↔ 2ВаСrО₄↓ + 2Н⁺.

В результате образуется сильная кислота НСl и реак­ция не доходит до конца. Во избежание этого к раствору добавляют ацетат натрия, который реагирует с соляной кислотой, и сильная кислота заменяется слабой:

CH₃COONa + HCl = СН₃СООН + NaCl.

3. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с солями ба­рия белый осадок, растворимый в азотной и хлороводо­родной кислотах. При кипячении осадок растворяется также в уксусной кислоте:

ВаС1₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = ВаС₂О₄↓ + 2NH₄Cl;

Ba²⁺ + С₂О^2-₄ = ВаС₂О₄↓.

4. Окрашивание пламени. Летучие соли бария окраши­вают бесцветное пламя горелки в желто-зеленый цвет. Ре­акция фармакопейная.

Реакции обнаружения катиона кальция Са²⁺

1. Оксалат аммония (NH₄)₂C₂O₄ образует с растворами солей кальция белый мелкокристаллический осадок оксалата кальция:

СаСl₂ + (NH₄)₂C₂O₄ = СаС₂О₄↓ + 2NH₄Cl;

Са²⁺ + С₂О^2-₄ = СаС₂О₄↓.

Осадок растворяется в минеральных кислотах, но нерас­творим в уксусной кислоте даже при кипячении. Определе­нию мешают ионы Ва²⁺ и Sr²⁺. Реакция фармакопейная.

2. Гексацианоферрат (II) калия K₄[Fe(CN)₆] (желтая кровяная соль) с солями кальция в присутствии солей аммония и добавлении гидроксида аммония образует бе­лый кристаллический осадок гексацианоферрата (II) кальция:

СаСl₂ + 2NH₄Cl + K₄[Fe(CN)₆] = Ca(NH₄)₂[Fe(CN)₆]↓ + 4КСl;

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

Осадок не растворяется в уксусной кислоте.

3. Окрашивание пламени. Соли кальция СаСl₂, Ca(NO₃)₂ окрашивают бесцветное пламя горелки в кирпично-красный цвет. Реакция фармакопейная.

Реакции обнаружения катиона стронция Sr²⁺

1. Насыщенный раствор гипса CaSO₄ • 2H₂O (гипсовая во­да) образует с ионами Sr²⁺ белый осадок сульфата стронция:

Sr²⁺ + SO^2-₄ = SrSO₄↓.

Однако при действии гипсовой воды ион стронция дает не обильный осадок, а только помутнение, появляющееся не сразу из-за образования пересыщенного раствора. По­явление осадка ускоряют нагреванием.

Реакция служит для обнаружения Sr²⁺ только в отсут­ствие Ва²⁺, который с гипсовой водой вызывает помутне­ние, появляющееся сразу, так как растворимость BaSO₄ меньше растворимости SrSO₄:

K⁰_s (BaSO₄) = 1,1 • 10^-10; K⁰_s (SrSO₄) = 2,8 • 10^-7.

Гипсовая вода не образует осадков с растворами солей кальция ни на холоде, ни при нагревании. Этим ион Са²⁺ отличается от ионов Ва²⁺ и Sr²⁺.

2. Окрашивание пламени. Бесцветное пламя горелки в присутствии солей стронция окрашивается в карминово-красный цвет.