- •Предисловие
- •Введение Модуль курса общей химии «биогенные элементы. Комплексные соединения»
- •В результате изучения модуля:
- •Темы занятий модуля для студентов лечебного и педиатрического факультетов
- •Темы занятий модуля для студентов стоматологического факультета
- •Темы занятий модуля для студентов медико-профилактического факультета
- •Литература
- •Тема: Биогенные элементы Краткая теоретическая часть
- •Классификации биогенных элементов
- •Микроэлементозы человека
- •I группа факторов включает в себя:
- •II группа факторов:
- •III группа факторов:
- •Глобальные экологические проблемы
- •Региональные экологические проблемы
- •Краткая химическая характеристика s-элементов
- •Краткая химическая характеристика р-элементов
- •Краткая химическая характеристика d-элементов
- •Элементы – органогены Водород и его соединения
- •Свойства и функции воды
- •Вода как химический реагент
- •1. Кислотно-основные свойства: вода – амфолит.
- •2. Окислительно-восстановительные свойства воды.
- •Комплексообразующие свойства воды.
- •Пероксид водорода
- •Кислород
- •Активные формы кислорода
- •Углерод
- •Аллотропные модификации углерода
- •Соединения углерода
- •Краткая характеристика соединений фосфора
- •Кислородные соединения серы
- •Применение серы и ее соединений в медицине
- •Соединения азота
- •Кислородные соединения азота
- •Соединения азота, применяемые в медицине:
- •«Металлы жизни»
- •Содержание электролитов в клетках и внеклеточной жидкости организма (ммоль/л)
- •Жизненно необходимые химические элементы и их биологическая роль
- •Металлы жизни
- •Элементы – токсиканты
- •Токсическое действие некоторых металлов на организм человека
- •Другие химические элементы (неметаллы и металлы), обладающие биологической активностью (бор, кремний, селен, галогены, хром, никель, литий, серебро, золото)
- •Галогены
- •Учебный материал для студентов стоматологического факультета Состав слюны и ротовой жидкости
- •Вещества и материалы, применяемые в стоматологии
- •Полимеры, их классификация
- •1. Цементы
- •Cлепочные материалы:
- •Контрольные вопросы, задачи и упражнения для самостоятельной подготовки
- •Тема: s-, p- биогенные элементы
- •Т ема: d-элементы I-б и II-б групп
- •Учебно-исследовательская лабораторная работа № 3 Тема: d-элементы VI-б, VII-б, VIII-б групп
- •Все вещества в природе делятся на соединения:
- •Представление о номенклатуре комплексных соединений
- •Классификация комплексных соединений
- •Строение комплексных соединений
- •Метод валентных связей
- •Свойства комплексных соединений. Устойчивость комплексных соединений в растворе (диссоциация)
- •Константы нестойкости комплексных ионов
- •Изомерия комплексных соединений
- •Окраска комплексных соединений
- •Кислотно-основные свойства комплексных соединений
- •Совмещенные (конкурирующие) лигандообменные процессы
- •Лигандообменные процессы в жизнедеятельности
- •Понятие о металло-лигандном балансе
- •Принципы хелатотерапии
- •Обучающие упражнения и задачи с решением
- •Типовые задачи с решением н а основании уравнения изотермы
- •Контрольные вопросы, задачи и упражнения для самостоятельной подготовки
- •Учебно-исследовательская лабораторная работа № 4 т ема: Комплексные соединения, строение, классификация. Комплексообразующая способность
- •У чебно-исследовательская лабораторная работа № 5 Тема: Лигандообменные процессы и равновесия. Конкурирующие (совмещенные) процессы
- •Примеры тестовых заданий для самоподготовки и контроля
- •Экзаменационные вопросы (лечебный, педиатрический факультеты)
- •Экзаменационные вопросы (стоматологический факультет)
- •Экзаменационные вопросы (медико-профилактический факультет)
- •Приложение
- •Суточное поступление химических элементов в организм человека
- •Характерные симптомы дефицита химических элементов в организме человека
- •3. Константы растворимости некоторых малорастворимых солей и гидроксидов (25оС)
- •4. Константы нестойкости комплексных ионов в водных растворах (25оС)
- •5. Стандартные восстановительные (редокс) потенциалы (25оС)
- •6. Содержание химических элементов в земной коре, почве, морской воде, растениях, животных (по в.И. Вернадскому)
- •Микроэлементы в организме: потребности и функции
- •Суточная потребность в микроэлементах взрослого человека
- •Взаимодействие микроэлементов
- •Содержание
- •Распространенность химических элементов
Краткая химическая характеристика р-элементов
Химические элементы, в атомах которых последним заполняется электронами внешний р-подуровень (ns2np1– ns2np6), назваются р-элементами. Эти элементы расположены в ПСЭ Д.И. Менделеева в главных подгруппах с III по VIIIгруппы, за исключением гелия. Они завершают короткие и длинные периоды. Всего в ПСЭ – 36 р-элементов.
Согласно классификации В.И. Вернадского р-элементы по их содержанию в организме можно разделить следующим образом:
а) органогены: О, С, N, P, S;
б) микроэлементы: F, I, Br, Si, B, Al;
в) ультрамикроэлементы: Ga, Ge, As, Bi, Se, Sn.
Пятнадцать р-элементов – типичные неметаллы. Они занимают в ПСЭ верхний правый угол, образуя треугольник, вершиной которого является фтор, а основанием – линия проходящая через элементы бор-астат.
Десять элементов являются типичными металлами и близкими по свойствам к ним:
III гр. – Al, Gа, In, Tl
IV гр. – Ge, Sn, Pb
V гр. – Sb, Bi
VI гр. – Ро
Оксиды и гидроксиды р-элементов Al, Ga, In, Ge, Pb, As, Sb, Sn обладают амфотерными свойствами.
В группах с ростом порядкового номера элемента, по мере появления новых энергетических уровней, происходит возрастание радиусов атомов, уменьшение электроотрицательности и энергии ионизации, связь электрона с ядром уменьшается, легко происходит отрыв электрона и атом превращается в катион, происходит усиление металлических свойств.
В периодах слева направо по мере увеличения заряда ядра происходит уменьшение радиусов атомов, возрастание энергии ионизации и электроотрицательности. Ослабляются металлические и усиливаются неметаллические свойства простых веществ р-элементов.
При образовании химических связей для р-элементов характерны следующие типы гибридизации:
Элементы II периода sp, sp2, sp3
Элементы III периода sp3, sp3d, sp3d2
Элементы IV периода sp3, sp3d, sp3d2
Элементы V, VI периода sp3d2
р-элементы образуют различные бинарные соединения – хлориды, фториды, оксиды, сульфиды, нитриды, фосфиды и др. Свойства бинарных соединений изменяются по периоду ПСЭ, например:
Li2O, BeO, B2O3, CO2, N2O5
увеличение кислотных свойств
Устойчивость бинарных соединений р-элементов зависит от степени окисления как электроположительного, так и электротрицательного элемента:
+1 –1 +2 –1 +3 –1 +4 –1 +5 –1 +6 –1
NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5 SCl6
SCl4 Cl2
у
стойчивость
уменьшается
SF6 более устойчив, чем SCl6.
Водные растворы водородных соединений р-элементов проявляют кислотные свойства:
SiH4 PH3 H2S HCl; HF HCl HBr HI
в
озрастание
силы кислот
Водородные соединения р-элементов обладают восстановительными свойствами:
N
H3
PH3
AsH3
SbH3
BiH3
уменьшение устойчивости
увеличение восстановительных свойств
Среди
р-элементов
комплексообразователями являются Al+3,
Pb+2,
Bi+3,
Tl+,
а лигандами О2–,
СО
,
CN–,
SO
,
S2O
,
BO
,
S2–,
OH–,
анионы галогенов.
Биополимеры содержат функциональные группы с электронодонорными атомами О, N, S и образуют комплексные соединения с ионами металлов, находящимися в организме.
Согласно теории Льюиса кислотами являются акцепторы электронов, а основаниями – доноры электронов. Атомы элементов 2-го и 3-го периодов в положительных степенях окисления являются «жёсткими» кислотами, так как, имея восьми электронные оболочки, труднее поляризуются.
Положительно заряженные атомы элементов 4–6-го периодов имеют восемьнадцатиэлектронные подоболочки, поэтому поляризуются легче, то есть являются более «мягкими» кислотами. При этом положительно заряженные атомы элементов 4-го периода занимают промежуточное положение.
Отрицательно заряженные ионы элементов 2-го (F–, О2–, N–3) и 3-го периодов (Cl–) – «жёсткие» основания, S2–, I– – «мягкие» основания (МО). Согласно теории Пирсона прочные соединения образуются между «жёсткими» кислотами и «жёсткими» основаниями, «мягкими» кислотами (МК) и «мягкими» основаниями (ЖМКО-теория).
С
помощью этой теории можно объяснить
устойчивость, растворим
ость
и комплексообразующую способность
элементов, например:
F–, Cl–, Br–, I– , S2–, CN–
Формула |
PbCl2 |
PbBr2 |
PbI2 |
PbS |
Ks |
1,610–5 |
9,110–6 |
1,110–9 |
2,510–27 |
Формула |
[PbF4]2– |
[PbBr4]2– |
[PbI4]2– |
[Pb(CN)4]2– |
K |
3,3110–2 |
1,1710–3 |
1,210–4 |
1,810–27 |
В группах сверху вниз «мягкость» кислот возрастает, поэтому увеличивается прочность связи с мягкими основаниями, например, S2–. Ионы Hg+2 и Ag+ образуют очень прочные сульфиды: Ks(HgS) = 4,010–53, Ks(Аg2S) = 6,310–50. В организме «мягкие» положительно заряженные атомы элементов 5-го и 6-го периодов связываются с биомолекулами через атом серы, блокируя при этом сульфгидрильные (–SH) группы ферментов, чем и обусловлена их высокая токсичность.
В ряду галогенид-анионов сверху вниз уменьшается «жёсткость» оснований, поэтому увеличивается прочность связи в комплексных соединениях и малорастворимых электролитах с «мягкими» кислотами, например:
Формула |
[HgCl4]2– |
[HgBr4]2– |
[HgI4]2– |
K |
8,510–10 |
1,010–21 |
1,510–30 |
Формула |
AgF |
AgCl |
AgBr |
AgI |
K |
растворим |
1,810–10 |
6,010–13 |
1,110–16 |
При этом AgI в отличие от AgCl и АgBr не будет растворяться в аммиаке, который является «жёстким» основанием (Kн[Ag(NH3)2]+ = 5,910–8), а в то же время, будет растворяться в тиосульфате, связываясь с ним через «мягкий» донорный атом серы.
AgI + 2S2O = [Ag(S2O3)2–]3– + I– (Kн[Ag(S2O3)2–] = 7,110–15)
Склонностью к комплексообразованию объясняется также токсичность цианидов, так как очень «мягкое» основание CN– активно взаимодействуют с катионами d-металлов в комплексах, замещая в них субстраты.

н
н
н