Занятие № 6

Химия биогенных элементов. Элементы S-элементов

Лабораторная работа №4

Химические свойства S-элементов, их применение в медицине

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

Опыт 1.Определение каталазной активности тканей картофеля

Водородопероксид Н₂О₂является продуктом метаболизма тканей аэробных клеток (функционирующих в атмосфере кислорода). Пероксид водорода Н₂О₂наряду 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Fe⁺³).

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

При взаимодействии пероксида водорода с супероксидным анион радикалом образуется гидроксильный радикал ( Н₂О₂+ О₂^ ОН^+О₂)

Образование высокоактивного ОН^радикала может происходить также по реакции (Fe⁺²+ Н₂О₂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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+ 5H₂O₂+ 3H₂SO₄2MnSO₄+K₂SO₄+ 8H₂O+ 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:

(Опишите подробно изменение окраски перманганата калия в 1 пробирке без добавления тканей картофеля – контроль и 2 пробирке - с добавлением тканей картофеля, содержащего каталазу)

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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 растворNaHCO₃приобретает слабощелочные свойства, что способствует денатурации (нарушению структуры) белков микроорганизмов и, следовательно, ведет к их гибели.

Методика эксперимента: К раствору NaHCO₃добавьте индикатор (1% раствор фенолфталеина). Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции гидролиза.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Отметьте изменение цвета раствора. Cделайте 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 взаимодействииNaHCO₃с 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 порошкаMgO. Написать уравнения реакции.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Описать наблюдаемые явления:

_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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

Опыт 3.Свойства тетрабората натрия. Натрия тетраборатNa₂B₄O₇10H₂Oприменяется 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10H₂Oдобавьте индикатор (фенолфталеин). Отметьте изменения цвета раствора. Напишите молекулярное и ионное уравнение гидролиза.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод о реакции среды и области применения в медицине тетрабората натрия:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Наблюдения:

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Выводы._________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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 растворимостьBaSO₄в кислотах и щелочах.

Наблюдения:

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Сделайте вывод: (почему BaSO₄без опасений принимают внутрь при рентгеновской диагностике заболеваний пищеварительного тракта)

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Вопросы к защите работы.

1. Как меняется химическая активность S-элементов в главных подгруппах в направлении сверху вниз?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________