Занятие 1.2.1.

Химия биогенных элементов. Химия биогенных элементов s-блока.

Лабораторная работа № 5

Химические свойства s-элементов, их применение в медицине

Цель: Познакомиться с химическими свойствами S-элементов, определяющих их биологическую значимость и применение в медицине.

Оборудование и реактивы: 1% раствор NaHCO₃, 1% раствор Na₂B₄O₇, 1% раствор NaCl, концентрированный раствор NaOH, 0,01 М раствор KMnO₄, 3% раствор H₂O₂, 1% раствор NaOH, 5% раствор CH₃COOH, желудочный сок,10% раствор СаСl₂, 10% раствор BaCl₂, 10% раствор H₂SO₄, MgO твердый , CaSO₄´1/2 H₂O (гипс), фосфатный буферный раствор, щавелевая кислота (НООС-СООН), стеариновая кислота, 5% раствор фторида натрия, фенолфталеин, белок, картофель.

Опыт 1. Определение каталазной активности тканей картофеля

Водородопероксид Н₂О₂ является продуктом метаболизма тканей аэробных клеток (функционирующих в атмосфере кислорода). Пероксид водорода Н₂О₂ наряду с О₂^· (супероксидный ион-радикал), ОН^· (гидроксильный радикал) относят к активным формам кислорода, оказывающим вредное воздействие на организм.

Супероксидный радикал образуется в результате одноэлектронного восстановления кислорода, происходящего при окислении железа (II) в составе гемоглобина

(Fe⁺² - е ¾® Fe⁺³)

Ежедневно в норме по этому механизму окисляется до 3% гемоглобина. Пероксид водорода образуется при диспропорционировании супероксидных радикалов по реакции: О₂^· +О₂^· + 2Н⁺ ¾® Н₂О₂+О₂. Этот процесс происходит с участием фермента супероксиддисмутазы.

При взаимодействии пероксида водорода с супероксидным анион радикалом образуется гидроксильный радикал ( Н₂О₂ + О₂^· ¾® ОН^· +О₂ )

Образование высокоактивного ОН^· радикала может происходить также по реакции (Fe⁺² + Н₂О₂ ¾® Fe⁺³ + ОH^· + OH^-) (реакция Фентона).

Токсичность активных форм кислорода обусловлена их взаимодействием с липидным слоем клеточных мембран, вызывающим их повреждение. Повышенный уровень активных форм кислорода является причиной многих патологий. В связи с этим одним из важных ферментов антиоксидантной защиты является каталаза, под действием которой водородопероксид превращается в воду и кислород (2Н₂О₂ ¾® 2H₂О + O₂). Одна молекула каталазы может разложить за 1 мин 2 600 000 молекул пероксида водорода.

Принцип метода основан на определении количества пероксида водорода, которое может быть разрушено каталазой в условиях опыта. Непрореагировавший пероксид водорода может быть определен по реакции

2KMnO₄ + 5 H₂O₂ + 3 H₂SO₄ ¾® 2 MnSO₄ + K₂SO₄ + 8 H₂O + 5O₂

Методика эксперимента: В колбочку емкостью 50 мл отмеривают цилиндром и вносят 20 мл дистиллированной воды. В колбочку помещают мелко нарезанный картофель (около 10 г). Встряхивают содержимое колбочки и после отстаивания надосадочную жидкость разливают в 2 пробирки. Одну из пробирок подвергают нагреванию (дезактивируют каталазу). Затем в каждую из пробирок добавляют по 0,5 мл 1% раствора пероксида водорода. Содержимое пробирок перемешивают и оставляют на 10 мин при комнатной температуре. В пробирке, где фермент активен, могут появляться пузырьки газа (кислорода) за счет разложения пероксида водорода каталазой. В пробирке, подвергнутой нагреванию, жидкость остается без изменения. По истечении 10 минут в каждую пробирку добавляют по 1 мл 10% раствора серной кислоты для прекращения действия фермента и создания кислой среды. В обе пробирки добавляют по 1 мл 0,01 М раствора KMnO₄. Укажите различия в окраске содержимого 2 пробирок.

Наблюдения:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Обоснуйте вывод. Объясните, почему раствор пероксида водорода используют в качестве антисептика при обработке раневой поверхности.

Вывод:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 2. Свойства гидрокарбоната натрия.

А) Растворы NaHCO₃ (0,5-2% концентрации) применяют для полосканий, промываний, ингалаций в качестве антисептического средства. Его действие основано на том, что в результате гидролиза водный раствор NaHCO₃ приобретает слабощелочные свойства, что способствует денатурации (нарушению структуры) белков микроорганизмов и, следовательно, ведет к их гибели.

Методика эксперимента: К раствору NaHCO₃ добавьте индикатор (1% раствор фенолфталеина). Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции гидролиза.

______________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Отметьте изменение цвета раствора. Сделайте вывод о реакции среды.

Наблюдения:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вывод:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Б) Растворы NaHCO₃ назначают для коррекции метаболического ацидоза (при инфекциях, интоксикациях, наркозе, заболеваниях почек и др.). Механизм снижения кислотности заключается во взаимодействии NaHCO₃ с кислыми продуктами (реакция нейтрализации). При этом образуются натриевые соли органических кислот, которые выводятся с мочой, углекислый газ выделяется с выдыхаемым воздухом.

Методика эксперимента: К раствору добавьте несколько капель уксусной кислоты. Приведите уравнение протекающей реакции.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Запишите наблюдения:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cделайте вывод:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

В) Гидрокарбонат (NaHCO₃ ) и оксид магния (MgO) используют в качестве антацидных средств при повышенной кислотности желудочного сока. В этом же качестве используют карбонат кальция.

Методика эксперимента: В 2 пробирки поместить по 1 мл желудочного сока и добавить в одну из них раствор NaHCO₃, а в другую - некоторое количество сухого порошка MgO. Написать уравнения реакции.

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________

Описать наблюдаемые явления:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cделать вывод о том, какое соединение предпочтительнее использовать в качестве антацидного средства:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 3. Свойства тетрабората натрия. Натрия тетраборат Na₂B₄O₇´10H₂O применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, промываний, спринцеваний. Антисептическое действие связано со щелочной реакцией среды водного раствора этой соли вследствие ее гидролиза, а также с образованием борной кислоты.

Методика эксперимента: К раствору Na₂B₄O₇´10 H₂O добавьте индикатор (фенолфталеин). Отметьте изменения цвета раствора. Напишите молекулярное и ионное уравнение гидролиза.

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод о реакции среды:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 4. Свойства солей кальция.

Катионы кальция образуют нерастворимые соли со щавелевой (этандиовой), фосфорной кислотами. Эти соли (оксалаты и фосфаты соответственно) являются основой почечных конкрементов (камней), соли откладываются в суставах, что снижает их подвижность, вызывает боли при движении.

Методика эксперимента: К раствору СаСl₂, помещенному в 2 пробирки, добавить по каплям раствор щавелевой кислоты, раствор фосфорной кислоты. Написать уравнения реакций.

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Описать наблюдаемые явления:

_________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Cделайте вывод:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Опыт 5. Свойства солей бария. Все соли бария ядовиты, но в медицине применяется как рентгеноконтрастное средство сульфат бария.

Методика эксперимента: Получите сульфат бария в соответствии с ионным уравнением: Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄, используя имеющиеся на рабочем столе необходимые реактивы. Изучите растворимость BaSO₄ в кислотах и щелочах.

Наблюдения:

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод: (почему BaSO₄ без опасений принимают внутрь при рентгеновской диагностике заболеваний пищеварительного тракта)

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________