96

9.ВЛАСТИВОСТІ d-ЕЛЕМЕНТІВ

9.1.Загальна характеристика d-елементів

Ватомах d-елементів заповнюється електронами d-підрівень другого ззовні

рівня.

У періодичній системі 35 d-елементів: в четвертому, п'ятому і шостому періодах знаходяться по 10 d-елементів, що утворюють так звані "вставні декади". У незакінченому сьомому періоді лише вісім d-елементів: актиній, резерфордій, дубній, сиборгій, борій, ганій, майтнерій та унуннілій. Іноді d-елементи називають ще перехідними елементами великих періодів.

По вертикалі у варіанті короткої форми періодичної системи d-елементи (d- електронні аналоги), утворюють побічні підгрупи, у варіанті довгої форми її – В- підгрупи. Кількість електронів на d-підрівні атомів цих елементів зростає від d1 (ІІІВ-підгрупа) до d10 (ІІВ-підгрупа).

На зовнішньому рівні атоми d-елементів мають, як правило по два електрони s2. Однак у дев'яти d-елементів (Nb, Сr, Мо, Ru, Rh, Рt, Сu, Аg, Au) в результаті "провалу" одного електрона на зовнішньому рівні залишається по одному електрону s1. В атомі паладію має місце "подвійний провал" електронів, а зовнішній рівень його не містить електронів.

Усі d-елементи – метали. В атомах їх валентні s-електрони і частина р-елек- тронів передостаннього рівня. Вищий позитивний ступінь окислення їх відповідає номеру групи.

Підгрупи d-елементів розглядають в порядку заповнення електронами d-під- рівня їх атомів.

9.2. Біологічна роль деяких важливих d-елементів

Велике значення для нормальної життєдіяльності організмів мають такі d-елементи, більшість із яких є металами: Со, Сu, Zп, Мn, Сr, Мg та ін. Мікроелементи містяться в організмах у слідових кількостях, визначення і вивчення їх пов’язане з великими труднощами, і все ж для багатьох мікроелементів вивчена їх біологічна роль та експериментально доведена життєва необхідність для усіх живих істот. Мікроелементи потрапляють в організм тварин і людини з рослинною і тваринною їжею, рослини отримують із грунту і води.

У різних органах і тканинах тварин вміст мікроелементів різний. Максимальна кількість мікроелементів міститься в печінці, кістковій тканині, м'язах. У молоці ссавців виявлено 23 елементи, у складі крові – 24. Головний мозок людини містить 18 мікроелементів, із них d-елементи: Cu, Ag, Co, Mg, Zn, Mn.

Для сільськогосподарських тварин і людини особливо біологічно важливими є Сu, Со, Мn, Zn. Для рослин особливе біологічне значення мають Мо, Zn, Со.

97

Таблиця 9.3. Вміст деяких елементів в організмах

Мідь. Мідь міститься в усіх тканинах тваринного організму: багато її в крові, печінці, нирках, мозковій тканині. Найбільші запаси міді зберігаються в печінці, причому вміст її там залежить від віку: печінка новонародженого у 6-10 разів багатша міддю, ніж дорослого.

Основні біологічні функції міді: участь у процесах кровотворення, підвищення інтенсивності окислювальних процесів, активування вітамінів групи В і затримання процесів фізіологічного старіння.

Як каталізатор окислювально-відновлювальних процесів в організмі мідь займає друге місце після заліза.

Мідь необхідна у біосинтезі гемоглобіну, прискорює утворення еритроцитів - червоних кров'яних тілець. Гемоглобін – залізовмісний пігмент еритроцитів – переносить кисень із легень до тканин організму. Мідь сприяє, переходу заліза у форму, доступну для утворення гемоглобіну.

Найбільш інтенсивно мідь стимулює кровотворну діяльність кісткового мозку, тому тривала нестача міді призводить до порушення обміну в кістковій тканині та в координації рухів, до паралічу кінцівок.

Мідь інтенсивно виділяється з організму, тому постійно повинна надходити з їжею.

Нестача міді викликає в людей і тварин гостру анемію (недокрів'я). У тваринництві зараз широко практикують введення солей міді до кормового раціону у вигляді мікродобавок (4-6 мг міді на 1 кг раціону).

Цинк. До людського організцу цинк потрапляє як із рослинною, так і з тваринною їжею. Цинк міститься у багатьох органах і тканинах: печінці, м'язах, мозку, щитовидній, молочній і статевих залозах.

Вплив цинку на багато процесів, що відбуваються в організмі, пов'язаній з тим, що він утворює більш чи менш стійкі комплекси з різними органічними сполуками: білками, нуклеїновими кислотами, цукрами, вітамінами та іншими фізіологічне активними речовинами. До того ж цинк входить до складу багатьох ферментів й активізує їх. Наприклад, одна з найважливіших функцій цинку в організмі тварини і людини – його дія у складі фермента карбоангідрази. Цей фермент прискорює: розклад гідрокарбонатів та вугільної кислоти з виділенням

98

СО2 і тим самим забезпечує необхідну швидкість процесам дихання й газообміну. Ми задихнулися б, якби в нас у крові не було цинку.

Нестача цинку призводить до уповільнення росту, сильного виснаження, безпліддя. У далекому минулому нестача цинку була причиною появи карликів серед народів Центральної Європи. Для сільськогосподарських тварин в 1 кг ра-ціону повинно міститися не менше 25 мг цинку.

Цинк також необхідний для життєдіяльності рослин: при його нестачі зменшується утворення хлорофілу, порушуються процеси фотосинтезу, рослини хворіють. Особливо багаті цинком чорноземні грунти.

Марганець. Марганець міститься у печінці та клітинах мозку, в невеликій кількості присутній у підшлунковій та молочній залозах, шкірі, кістках, м'язах.

Марганець необхідний для росту і відтворювальних функцій організму. Іони дво- і тривалентного марганцю є активаторами ряду ферментів (аргінази, карбоксидази тощо), поліпшують процеси кровотворення, а також сприяють виробленню антитіл, які підвищують опірність організму дії бактеріальних токсинів, мають дезинфікуючий вплив на шлунково-кишковий тракт.

У тварин нестача марганцю призводить до серйозних розладів обмінних процесів, відбувається затримка росту молодняка, порушуються процеси окостеніння, в дорослих тварин знижується стійкість до захворювань, втрачається здатність до запліднення.

9.2.Експериментальна частина

9.2.1.Реакції катіона марганцю з лугами (NаОН і KOH)

Луги утворюють з іоном Мn2+ білий осад гідроксиду марганцю (II):

Мn2+ + 2OH- → Mn(OH)2.

Останній розчиняється у кислотах, але не розчиняється в надлишку лугу. Киснем повітря він поступово окислюється до бурого гідроксиду марганцю (ІV):

2Mn(OH)2 + O2 → 2MnO(OH)2.

Осад Mn(OH)2 одержують також при окисленні Мn2+ пероксидом водню в присутності лугу:

Mn(NO3)2 + 2NaOH + H2O2 → Mn(OH)2 + 2NaNO3 + H2O.

До 2-3 крапель розчину солі марганцю додайте кілька крапель розчину NаОН до появи білого осаду Mn(OH)2. Зверніть увагу на те, що осад поступово буріє внаслідок окислення Mn(OH)2 до MnO(OH)2. Потім додайте до осаду 2-3 краплі пероксиду водню з масовою часткою H2O2 3%. Осад тут же стає буро-чорним, бо Мn2+ швидко окислюється до MnO(OH)2.

Гідроксид MnO(OH)2 розчиняється у хлорводневій кислоті при нагріванні: MnO(OH)2 + 4HCl → MnCl2 + 3H2O + Cl2

або при дії сірчаною кислотою в присутності пероксиду водню:

99

MnO(OH)2 + Н2SО4 + H2O2 → МnSО4 + 3H2O + О2.

В обох випадках марганець (ІV) відновлюється до іона Мn2+. NH4OH теж осаджує Мn2+ у вигляді Mn(OH)2, але в присутності солей амонію цього не відбувається.

9.2.2. Реакції катіона цинку

Луги (NаОН або КОH) і NH4OH. Луги дають з іонами Zn2+ білий аморфний осад гідроксиду Zn(OH)2 , що виявляє амфотерність:

Zп(ОН)2 + 2Н+ → Zn2+ + 2Н2O , Н2ZnO2 + 2OH- → ZnO22- + 2Н2О.

До 4-5 крапель розчину солі цинку; додайте спершу 1-2 краплі розчину NаОН, а потім надлишок його – до розчинення осаду.

Якщо на розчин цинкату (Na2ZnO2 або К2ZnO2) вплинути хлоридом амонію, осад Zп(ОН)2 не утвориться. NH4OH теж осаджує іони Zn2+ в вигляді гідроксиду:

ZnCl2 + 2NH4OH → Zn(OH)2 + 2NH4Cl,

однак при цьому гідроксид цинку розчиняється в надлишку NH4OH з утворенням комплексних іонів Zn(NH2)62+ або Zn(NH3)42+ :

Zп(ОН)2 + 6NH4OH → [Zn(NH3)6](OH)2 + 6Н2О.

До 5-6 крапель розчину солі цинку обережно додавайте NH4OH. Спостерігайте утворення осаду гідроксиду цинку і наступне розчинення його. В присутності солей амонію NH4OH зовсім не осаджує іони Zn2+.

9.2.3. Реакції катіона кобальту

Водні розчини солей кобальту (IV) мають рожеве забарвлення. Луги і та^он. Із розчинів солей кобальту (ІV) гідроксид натрію (або калію) виділяє синій осад основної солі:

СoCl2 + NaOH → CoOHCl↓ + NaCl.

Надлишок дугу при нагріванні переводить CоOHCl у гідроксид кобальту (ІІ) рожевого кольору:

СoCl2 + NaOH → Co(OH)2 + NaCl.

До 4-5 крапель, розчину солі Со2+ додайте 1 краплю розчину гідроксиду натрію. Переведіть синій осад СоОНСl у рожевий Co(OH)2 дією надлишку лугу. Кисень повітря поступово окислює його до темно-бурого гідроксиду Со(ОН)3.

4Со(ОН)2 + 2Н2О + О2 → 4Со(ОН)3

NH4OH теж осаджує іон кобальту (II) у вигляді СоОНСl, але з додаванням надлишку NH4OH осад розчиняється з утворенням комплексної сполуки жовтого кольору:

СoCl2 + NH4OH → СоОНСl + NH4Cl,

СоОНСl + 7NH4OH → [Co(NH3)6](OH)2 + NH4Cl + 6H2O.

До 4-5 крапель розчину солі кобальту (II) додайте спершу одну краплю