ОСНОВЫ ХИМИЧЕСКОЙ КИНЕТИКИ. ГЕТЕРОГЕННЫЕ РАВНОВЕСИЯ
.pdf9. Реакции, лежащие в основе образования неорганического вещества костной ткани гидроксифосфата кальция. Явление изоморфизма.
В организме человека образование костной ткани это наиболее важный гетерогенный процесс с участием неорганических соединений. Основным минеральным компонентом костной ткани является гидроксид-фосфат кальция Ca5(PO4)3OH. Часть ионов Ca2+ замещена ионами Mg2+, а очень незначительная часть ионов OH– замещена ионами фтора, которые повышают прочность кости.
Образование Ca5(PO4)3OH из слабощелочных растворов в опытах «in vitro» можно объяснить следующим образом. Известно, что при физиологическом значении рН крови (7,4) в системе сосуществуют ионы HPO42- и H2PO4−. Сопоставление значений констант растворимости K0s(СаНPO4) = 2,7·10–7 и K0sCa(Н2PO4)2 = 1·10–3, указывает на то, что в первую очередь в присутствии ионов Ca2+ образуется осадок CaHPO4:
Ca2+ + HPO42− CaHPO4.
Затем образующееся соединение претерпевает следующие изменения: 3CaHPO4 + 2OH– + Ca2+ Ca4Н(PO4)3 + 2H2O;
Са3(РО4)2·СаНРО4;
Ca4H(PO4)3 + 2OH– + Ca2+ Ca5(PO4)3ОН + Н2О.
Растворимость в ряду CaHPO4 → Ca4H(PO4)3 → Ca5(PO4)3OH постоянно понижается, что и способствует образованию последнего соединения:
K0s Са3(РО4)2 = 2·10–29; K0sСа5(РО4)3ОН = 1,6·10–58.
Несомненно, процессы осаждения фосфатов кальция, лежащие в основе формирования костной ткани в организмах, намного сложнее. Плазма крови представляет собой почти насыщенный раствор гидрофосфата кальция CaHPO4, который находится в динамическом равновесии с неорганическими составными частями костной ткани. Если произведение концентраций ионов Са2+ и HPO42− в крови повышается, то происходит обызвествление, если оно понижается, то уменьшается содержание неорганических компонентов в костях.
При увеличении концентрации ионов Са2+ в плазме крови наблюдается сдвиг равновесия, приводящий к отложению кальция в костной ткани. Наоборот, снижение концентрации ионов Са2+ в плазме крови также вызывает сдвиг равновесия, но сопровождающийся уже растворением минеральных компонентов костной ткани. Например, при рахите из-за недостаточности всасывания ионов Са2+ из желудочно-кишечного тракта концентрация ионов Са2+ в плазме крови поддерживается постоянной за счет мобилизации (высвобождения) ионов Са2+ из неорганических компонентов костей.
Благодаря такому явлению, как изоморфизм, вместе с кальциевыми солями могут осаждаться в костной ткани соли и других катионов, близких по своим свойствам иону
кальция: бериллия, стронция, бария. Присутствие даже небольшого количества бериллия в окружающей среде приводит к заболеванию — бериллозу (бериллиевый рахит). Дело в том, что ионы Ве2+ вытесняют ионы Са2+ из костной ткани, вызывая ее размягчение.
Ионы стронция образуют нерастворимые соединения с теми же анионами, что и ионы кальция. Часть ионов стронция Sr2+ тоже включается в состав костной ткани. Избыток ионов стронция вызывает ломкость костей (стронциевый рахит). Особую опасность представляет собой радионуклид стронций-90 (период полураспада 27,7 года, чистый β — излучатель). Источниками стронция-90 являются радиоактивная пыль, питье вая вода, растительная и молочная пища. Оседая в костях, Sr90 облучает костный мозг и нарушает костномозговое кроветворение.
Ионы кальция Са2+ могут образовывать с оксалат-ионами отложения оксалата кальция, так называемые оксалатные камни. Они образуются в почках и мочевом пузыре и служат причиной мочекаменной болезни.
Кроме оксалата кальция, в состав мочевых камней наиболее часто входят фосфат кальция и урат кальция (соль мочевой кислоты).
Основным принципом лечения мочекаменной болезни является извлечение из конкрементов (камней) кальция с переводом его в растворимые соединения. Наиболее принятым приемом такого извлечения является воздействие на камень тех или иных комплексообразователей, взаимодействующих с ионами двухвалентных металлов, входящими в состав камней.
Примерами таких комплексообразователей являются этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА) и ее соли, а также лимонная кислота и ее соли.
10.Задачи.
Примеры решения задач:
Задача 1. Во сколько раз увеличится скорость химической реакции при повышении
температуры от t10 100C до t02 800С, если температурный коэффициент скорости равен 2?
Решение
Из правила Вант-Гоффа:
v |
|
t0 |
t0 |
80 10 |
|
|
|
2 |
|
1 |
27 128. |
||
2 |
γ |
10 |
|
γ 10 |
||
v |
|
|||||
1 |
|
|
|
|
|
|
Скорость реакции увеличится в 128 раз.
Задача 2. Реакция протекает по уравнению: 2A B C и имеет второй порядок по веществу А и первый по веществу B. В начальный момент времени скорость реакции равна 15 моль/л с. Рассчитать константу скорости и скорость прямой реакции в тот момент, когда прореагирует 50% вещества B, если начальные концентрации равны: С(A) 10 моль/л; С(B) 5 моль/л. Как изменится скорость химической реакции?
Решение
Согласно закону действующих масс:
|
v k C2 |
(A) C(B); |
|||||||
|
пр. |
|
|
|
|
|
|
||
k |
vпр. |
|
|
|
15 |
|
0,03; |
||
C2 (A) C(B) |
102 |
5 |
|||||||
|
|
|
|||||||
С(B), вступившего в реакцию, равна:
С(B) 0,5·5 2,5 моль/л.
Соответственно С(A), вступившего в реакцию, равна:
2 моль/л A 1 моль/л B
С(A) 2,5 моль/л B
C(A) 2,5 2 5 моль/л. 1
С(A) и С(B) после протекания реакции:
С(A) 10 5 5 моль/л,
С(B) = 5 2,5 = 2,5 моль/л.
Скорость прямой реакции будет равна:
v'пр. 0,03 52 2,5 1,875 моль/л с.
Скорость химической реакции изменится:
vпр. |
|
15 |
8, |
v' |
1,875 |
||
пр. |
|
|
|
т.е. уменьшится в 8 раз.