Химия биогенных элементов p-блока
P-Элементы имеют общую электронную конфигурацию ns 2np 1–6 и образуют подгруппы IIIА, IVА, VА, VIА, VIIА и VIIIА периодической системы. В p-блок входят последние шесть групп главной подгруппы, исключая гелий (который находится в s-блоке). Данный блок содержит все неметаллы (исключая водород и гелий) и полуметаллы, а также некоторые металлы. P-блок содержит в себе элементы, которые имеют различные свойства, как физические, так и механические. P-неметаллы — это, как правило, высокореакционные вещества, имеющие сильную электроотрицательность, p-металлы — умеренно активные металлы, причём их активность повышается к низу таблицы химических элементов. В периодах слева направо происходит уменьшение атомного радиуса, ослабление металлических свойств, увеличение энергии ионизации, сродства к электрону и окислительная активность. В группах сверху вниз происходит увеличение радиуса атома, уменьшение энергии ионизации, cродства к электрону, окислительной активности, ослабление неметаллических свойств.
Общая характеристика элементов iva группы.
В IVА-группу периодической системы элементов Д.И.Менделеева составляют углерод, кремний, германий, олово, свинец. Общая электронная формула валентной оболочки атомов элементов IVА-группы: ns2np2. Атомы этих элементов имеют по четыре валентных электрона на s- и p-орбиталях внешнего энергетического уровня. В невозбужденном состоянии не спарены два p-электрона. Следовательно, в соединениях эти элементы могут проявлять степень окисления +2. Но в возбужденном состоянии электроны внешнего энергетического уровня приобретают конфигурацию ns1np3,и все 4 электрона оказываются неспаренными. В соответствии с электронным строением возбужденного состояния элементы IVA- группы могут проявлять в соединениях степень окисления +4. Радиусы атомов элементов IVA- группы закономерно возрастают с увеличением порядкового номера. В этом же направлении закономерно снижается энергия ионизации и электроотрицательность.
В
соответствии с возрастанием размеров
атомов и падением энергии ионизации
при переходе от углерода к свинцу
неметаллические свойства ослабевают,
так как снижается способность присоединять
электроны и увеличивается легкость их
отдачи. Действительно, первые два
элемента группы: углерод т кремний –
типичные неметаллы, германий, олово и
свинец – амфотерные элементы с ярко
выраженными металлическими свойствами
у последнего. Усиление металлических
признаков в ряду C-Si-Ge-Sn-Pb
проявляется и в химических свойствах
простых веществ. В обычных условиях
элементы C,Si,Ge,Sn
устойчивы по отношению к воздуху и воде.
Свинец же окисляется на воздухе.
Электронные структуры атомов элементов
С
-
Si
-
Ge
-
Sn
-
Pb
-
Соединения углерода: оксид и диоксид углерода, их биологическая активность.
Моноксид углерода CO.
Из соединений элементов IVA- группы, в которых они проявляют степень окисления +2, интерес для медиков и биологов представляет оксид углерода II. Это соединение ядовито и чрезвычайно опасно, потому что не имеет запаха. Оксид углерода II – угарный газ - продукт неполного окисления углерода. Одним из источников СО является сам человек, организм которого производит и выделяет во внешнюю среду (с выдыхаемым воздухом) за сутки около 10 мл СО. Это так называемый эндогенный оксид углерода II, который образуется в процессах кроветворения.
Приникая с воздухом в легкие, СО быстро проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаимодействие как с окисленным HbO2, так и с восстановленным гемоглобином Hb:
HbO2+ СО↔HbCO + O2
Hb + CO ↔HbCO
Образующийся карбонилгемоглобин HbCO не способен присоединять к себе кислород. Вследствие этого становится невозможным перенос кислорода от легких к тканям.
Высокое химическое сродство оксида углерода II к двухвалентному железу является основной причиной взаимодействия CO с гемоглобином.
Так как реакция взаимодействия оксигемоглобина с угарным газом обратима, то повышение в дыхательной среде парциального давления О2 будет ускорять диссоциацию карбонилгемоглобина и выделение СО из организма ( равновесие смещается влево по принципу Ле Шателье) :
HbO2+ СО↔HbCO + O2
В настоящее время имеются лечебные препараты, которые используют в качестве антидотов при отравлении организма оксидом углерода II. Например, введение восстановленного железа резко ускоряет удаление СО из организма в виде, очевидно, карбонил железа. Дкйствие этого препарата основано на способности СО вступать в качестве лиганда в различных комплексах.
Диоксид углерода IV CO2.
Углекислый газ образуется в тканях человека и животных в процессе обмена веществ и играет важную роль в регуляции дыхания и кровообращения. Взаимодействие CO2 с водой представляет значительный интерес с точки зрения биологии
CO2 + Н2О↔Н2СО3↔ Н+ + НСО3 -↔2 Н+ + СО3 2-
Угольная кислота, образующаяся при растворении CO2 в воде, с гидрокарбонатом калия или натрия образует буферную систему, которая совместно с другими буферными системами регулирует рН крови.
Оксид углерода IV нетоксичен. Однако, если его давление во вдыхаемом воздухе велико, то, согласно закону действующих масс, нормальное выделение CO2 из крови замедляется, наблюдается учащение дыхания. Большие концентрации CO2 вызывают одышку, судороги и паралич дыхательного центра. Углекислый газ применяют в смеси с кислородом при отравлении летучими наркотиками, оксидом углерода II, сероводородом, при угнетении дыхательного центра. Напитки, содержащие углекислоту, улучшают работу ЖКТ. Углекислый газ, содержащийся в естественных минеральных водах, используется для лечебных ванн.
Биологическая роль соединений углерода:
из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма
является структурным компонентом всех органических соединений
его соединения участвуют во всех биохимических процессах
при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия
оксид углерода (IV) CO2, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови