Соединения углерода

СО₂ – бесцветный, негорючий газ, с чуть кисловатым запахом и вкусом, в 1,5 раза тяжелее воздуха, мало растворим в воде, не поддерживает дыхание и горение (содержание в воздухе СО₂ более 10% смертельно опасно).

Молекула СО₂ линейна (атом углерода находится в sp-гибридизации), неполярна О=С=О.

В оксиде углерода(IV) валентность атома углерода равна IV, что существенно меняет свойства углекислого газа. Он не горит, не поддерживает дыхания и горения, не ядовит, но большие концентрации СО₂ (свыше 10%) вызывают сильный ацидоз, бурную одышку и паралич дыхательного центра.

СО₂ входит в состав гидрокарбонатной буферной системы, поддерживающей постоянство рН в организме: (биологическая константа).

Венозная кровь поглощает СО₂ из тканей и транспортирует его в легкие в виде НСО (80%), аниона карбаминогемоглобина (HbCO₂)^– (15%) и в растворенном виде (СО₂mH₂O) (5%). СО₂ как кислотный оксид взаимодействует с основанием –анионом белка глобина, образуя карбаминогемоглобин.

В листьях растений из углекислого газа на свету образуется кислород и углеводы (фотосинтез): nCO₂ + mH₂O ;;;h C_n(H₂O)_m + nO₂.

Угольная кислота Н₂СО₃ это слабая, двухосновная кислота, существует только в водных растворах, диссоциирует ступенчато, с образованием гидрокарбонат- и карбонат-анионов:

Н₂СО₃ ¬¾;¾® Н⁺ + НСО ; K_дисс.1 = 4,510^–7 (25С);

НСО ¬¾;¾® Н⁺ + СО ; K_дисс.2 = 5,610^–11 (25С).

Угольная кислота неустойчива и при нагревании распадается на СО₂ и Н₂О. Угольная кислота образует два ряда солей: кислые – гидрокарбонаты, и средние – карбонаты. Хотя сама угольная кислота неустойчива, ее соли вполне устойчивы. Соли угольной кислоты гидролизуются по аниону, создавая щелочную среду. На этом свойстве основано применение питьевой соды в медицинской практике. Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают временную жесткость воды, которая устраняется кипячением.

Оксид углерода(II) – газ, без цвета и запаха, мало растворим в воде, легче воздуха, несолеобразующий оксид.

В молекуле СО атомы соединены между собой тройной связью: две связи образованы по обменному механизму, а одна – по донорно-акцепторному (кислород донор, углерод – акцептор): . Поэтому молекула СО очень прочная и химически малоактивна (по строению напоминает азот).

Оксид углерода(II) является токсичным соединением углерода (угарный газ). За счет неподеленной электронной пары на атоме «С» СО может присоединяться в качестве нейтрального лиганда к катиону Fe⁺² гема, вытесняя кислород и образуя при этом карбоксигемоглобин:

HHb + CO ; HНbCO

HНbO₂ + CO ; HНbCO + O₂

Устойчивость HHbCO в 300 раз больше, чем HНbO₂, поэтому он накапливается в крови, снижая ее способность переносить кислород. Смертельные концентрации СО составляют 2 мг/л при 60-минутной и 5 мг/л – при 5-минутной экспозиции.

Валентность, равную III, атом углерода проявляет и в цианид-анионе CN^–. Цианиды при попадании в организм быстро проникают в кровь. С Fe²⁺гемоглобина CN^– связывается слабо, но эффективно связывается по донорно-акцепторному механизму с окисленной формой цитохромоксидазы, блокируя в ней оба комплексообразователя (Fe⁺³ и Cu⁺²), тем самым ингибируя ее действие в дыхательной цепи. Клеточное дыхание прекращается на этапе усвоения кислорода клетками во всех тканях организма. Артериальная кровь переходит в вены, что внешне проявляется в ярко-розовой окраске кожных покровов при отравлении цианидами. Пероральная токсическая доза CN^– для человека LD₅₀ = 1 мг/кг.

От действия цианидов может защитить метгемоглобин крови, который, благодаря Fe⁺³, свяжет CN^– в прочный нетоксичный цианметгемо-глобин:

метHHb(Fe⁺³–OH) + CN^–  метHHb(Fe⁺³–CN) + OH^–,

метгемоглобин

поэтому при отравлениях цианидами рекомендуется вводить метгемоглобинообразователи, например, NaNO₂.

Антитоксическое действие оказывает также тиосульфат натрия, который окисляет цианид-ион в менее ядовитый тиоцианат-ион:

KCN + Na₂S₂O₃ = Na₂SO₃ + KNCS

В медицинской практике активированный уголь применяется при диспепсии, метиоризме, пищевых интоксикациях, отравлениях алколоидами и солями тяжелых металлов.

Муравьиная кислота (НСООН) обладает антисептическими свойствами, ее раствор применяют наружно для растираний при миозитах и невралгиях.

Формалин в виде 35-37% раствора формальдегида (НСНО), применяется как дезинфицирующее средство.

Гидрокарбонат натрия, NaHCO₃ (питьевая сода) применяют при повышенной кислотности желудочного сока, при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом (диабет, инфекции) в качестве отхаркивающего средства: NaHCO₃ + HCl = NaCl + H₂O + CO₂.

… кровь при контакте с карбином (аллотропная модификация углерода) не образует сгустков – тромбов, поэтому волокно с покрытием из карбина стали применять при изготовлении неотторгаемых организмом кровеносных сосудов.

…на рубеже 70-80-х гг. 20 в. английским химикам удалось получить ткань из активированного угля. С помощью повязок из такой ткани из крови удаляли избыток медикаментов, токсины и другие продукты жизнедеятельности микроорганизмов.

Фосфор

Фосфор – это неметалл семейства р–элементов, ближайший аналог азота.

Французский историк Ф. Гефер утверждает, что общепринятое мнение, будто фосфор впервые получен алхимиком Г. Брандом в 1669 году, неверно. По его данным, фосфор умели получать ещё в XII веке арабские алхимики, причём технология получения фосфора у них была такая же, как у Бранда: выпаривание мочи и нагревание сухого остатка с углём и песком. Если так, то человечество знакомо с элементом № 15 почти 800 лет.

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня ...3s²3p³. В своих соединениях фосфор способен проявлять валентность III (основное состояние) и валентность V (возбужденное состояние, 3s¹3p³3d¹). Возможные степени окисления фосфора от – 3 до +5. Наиболее устойчивы соединения, в которых атом фосфора имеет степень окисления +5. Электроотрицательность фосфора значительно ниже, чем у галогенов, кислорода, азота, поэтому неметаллические свойства у фосфора выражены слабее, чем у этих элементов, и восстановительная активность преобладает над окислительной.

Известно большое число аллотропных модификаций фосфора, из которых наиболее известны – белый, красный и черный фосфор. В отличие от молекулярного азота, фосфор химически весьма активен. Наибольшую химическую активность из аллотропных модификаций фосфора проявляет белый фосфор. Белый фосфор очень токсичен за счет химической активности, а также хорошей растворимости в жирах, а, следовательно, высокой проницаемости через мембраны клеток. Смертельная доза фосфора для взрослого человека составляет около 0,1 г. Красный и черный фосфор малорастворимы, а потому не токсичны.

В простом веществе атомы фосфора находятся в промежуточной степени окисления (0), поэтому фосфор способен проявлять как восстановительные, так и окислительные свойства. Соединения фосфора и их краткая характеристика представлены в табл. 5.

Таблица 5