Глава 12. Пятая аналитическая группа катионов

12.1. Общая характеристика группы. Действие группового реагента

К пятой аналитической группе катионов относятся ионы Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и Mg²⁺. Ионы Fe²+, Fe³⁺ и Мn²⁺ яв­ляются катионами d-элементов, ион Mg²⁺ - катион s-элемента. Ионы Мn²⁺ и Mg²⁺ - бесцветные, ионы Fe²⁺ - блед­но-зеленые, а ионы Fe³⁺ - желтые.

Нитраты, хлориды, сульфаты и ацетаты катионов пя­той группы хорошо растворимы в воде. При нагревании ацетата железа (III) происходит гидролиз, который сопро­вождается образованием основных солей. Соли других ка­тионов этой же группы также подвергаются гидролизу и имеют кислую реакцию среды.

Карбонаты катионов Fe²⁺, Fe³⁺, Mn²⁺ и Mg²⁺ не растворяют­ся в воде. Из-за гидролиза они переходят в гидроксиды, если растворимость гидроксидов меньше растворимости карбонатов.

Фосфаты катионов пятой группы менее растворимы в воде, чем их гидрофосфаты. Это приводит к тому, что при взаимодействии солей катионов пятой группы с гидрофос­фатом натрия выпадают не гидрофосфаты, а фосфаты. Фос­фаты катионов Fe²⁺ , Mn²⁺ растворяются в уксусной и минеральных кислотах, а фосфат катиона Fe³⁺ растворяется лишь в минеральных кислотах.

Среди катионов пятой группы ионы железа и марганца имеют переменную степень окисления, а ионы магния - посто­янную. Для ионов железа и марганца характерны окислитель­но-восстановительные реакции. Наибольшую окислительную способность соединения марганца проявляют в кислой среде.

Катионы Fe²⁺, Fe³⁺ и Mn²⁺ легко образуют комплексные соединения. Например, катионы железа Fe³⁺ образуют фторидные и оксалатные комплексы [FeF₆]^3-, [Fe(C₂O₄)₃]^3-. Это свойство используется для маскировки ионов Fe³⁺ при анализе катионов нескольких групп.

Групповым реагентом на катионы пятой аналитической группы является гидроксид натрия. При действии гидрокси­да натрия все катионы пятой группы образуют нераствори­мые в воде гидроксиды. Гидроксиды катионов пятой группы не растворяются в избытке щелочи и в растворе аммиака в отличие от гидроксидов катионов четвертой и шестой групп.

При действии раствора щелочи на соли катионов желе­за Fe²⁺ и марганца Мn²⁺ образуются сначала гидроксиды Fe(OH)₂ - бледно-зеленого цвета и Мn(ОН)₂ - белого цве­та. На воздухе эти гидроксиды окисляются кислородом и осадки становятся бурыми:

4Fe(OH)₂ + О₂ + 2Н₂О = 4Fe(OH)₃↓;

H₂O₂

2Мn(ОН)₂ + О₂ + 2Н₂О → 2Мn(ОН)₄ –→ МnО(ОН)₂.

При взаимодействии едких щелочей с солями Fe³⁺ вы­падает бурый студенистый осадок Fe(OH)₃, а с солями маг­ния — белый аморфный осадок Mg(OH)₂:

FeCl₃ + 3КОН = Fe(OH)₃↓ + 3HCl;

MgCl₂ + 2КOН = Mg(OH)₂↓ + 2KCl.

Осадок гидроксида магния Mg(OH)₂ хорошо растворя­ется в кислотах и растворах амонийных солей:

Mg(OH)₂ + 2Н⁺ = Mg²⁺ + 2Н₂О;

Mg(OH)₂ + 2NH⁺₄ = Mg²⁺ + 2NH₄OH.

Многие свежеосажденные гидроксиды и сульфиды катио­нов пятой группы часто получаются в коллоидном состоянии.

12.2. Биологическая роль катионов пятой аналитической группы. Применение соединений катионов пятой группы в медицине

Железо. Среди биоэлементов, важных для жизнедея­тельности всех живых существ, железо, по-видимому, иг­рает доминирующую роль, так как оно является активатором многих каталитических процессов в организме и уча­ствует в транспортировке газов кровью.

В организме взрослого человека содержится около 3,5 г железа. Основная его масса сконцентрирована в дыха­тельном пигменте эритроцитов — гемоглобине. Гемогло­бин - сложный белок, молекула которого состоит из двух ча­стей: белковой (глобин) и железосодержащей (гем). Гем — комплекс железа с порфирином (замкнутым циклом из четырех пиррольных колец). В составе молекулы гемогло­бина содержится четыре гема, и в каждом — по атому желе­за. И хотя на долю этих атомов приходится всего 0,35 % массы молекулы гемоглобина, именно железо придает ей уникальное свойство - способность захватывать молеку­лярный кислород и отдавать его там, где он нужен.

Значительная часть железа содержится в мышечном бел­ке - миоглобине, структурном «родственнике» гемоглобина, который также способен обратимо связывать молекулярный кислород. При недостатке железа в организме человека (или большой потере его) развивается железодефицитная анемия.

Для лечения железодефицитных анемий применяются следующие препараты железа: аскорбинат железа (II); драже «Ферроплекс» (сульфат железа (II) с аскорбиновой кисло­той); «Гемостимулин», «Гематоген»; сироп алоэ с железом.

Марганец. Незначительное содержание марганца в ор­ганизме позволяет отнести его к микроэлементам. Биоген­ная функция ионов Мn²⁺ состоит в регуляции активности ферментов. Кроме этой функции, ионы Мn²⁺ обладают широким спектром биологических эффектов: оказывают влияние на кроветворение, минеральный обмен, рост, раз­множение и т.д. Кроме того, ионы Мn²⁺ стабилизируют структуру нуклеиновых кислот.

В медицине используется перманганат калия КМnО₄ .Этот антисептик применяется в водных растворах для промывания ран, полоскания горла и т.д.

Магний. Всего в организме человека содержится около 40 г магния, из них более половины находится в костной ткани. Основная масса магния, находящегося вне костей, сосредоточена внутри клеток. Ионы Mg²⁺ являются вто­рыми по содержанию внутриклеточными катионами по­сле ионов К⁺. Вследствие этого ионы Mg²⁺ играют важную роль в поддержании осмотического давления внутри кле­ток. В организме человека и животных ионы Mg²⁺ являются одними из основных активаторов ферментативных процессов. Ионы магния, введенные подкожно или внутри­венно, вызывают угнетение ЦНС и приводят к наркоти­ческому состоянию, понижению кровяного давления и т.д.

В медицине применяются:

1. Оксид магния MgO (жженая магнезия), который яв­ляется одним из основных представителей антацидных средств, используемых для уменьшения повышенной кис­лотности желудочного сока; при введении в желудок ней­трализует соляную кислоту желудочного содержимого.

2. Гептагидрат сульфата магния MgSO₄ • 7Н₂О (магне­зия) при парентеральном применении оказывает успока­ивающее действие на ЦНС. В зависимости от дозы может наблюдаться снотворный или наркотический эффект.