Занятие № 8

ТЕМА: Химия биогенных элементов р - блока.

ЦЕЛЬ: Изучить положение р-элементов в периодической системе, их химические свойства, биологическую активность и применение медицине.

Теоретические вопросы:

1. Общая характеристика р-элементов, их расположение в периодической системе элементов. Строение электронных уровней для р-элементов. Характер изменения свойств р-элементов по периодам и подгруппам. Наиболее характерные степени окисления. Правило "четности". Органогенные р-элементы. Микроэлементы среди р-семейства.

2. Свойства р-элементов III А группы. Изменение активности в подгруппе. Реакции, доказывающие неметаллический характер бора и его соединений. Борные кислоты. Бура. Амфотерный характер алюминия, оксида и гидроксида алюминия. Соединения, характерные для таллия. Биологическая роль Al⁺³ и его соединений, применяемых в медицине.

3. Свойства р-элементов IV А группы. Электронные формулы и степени окисления для углерода, кремния, германия, олова и свинца. Изменение химической активности в подгруппе, кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений данных элементов. Оксиды р-элементов IV А группы и соответствующие им кислоты. Оксиды углерода и кремния. Угольная и кремневая кислоты. Поликремневые кислоты. Соединения олова и свинца. Токсическое действие на организм свинца и его соединений.

4. Свойства р-элементов V А группы. Электронные формулы, характерные степени окисления. Закономерности изменения свойств элементов в подгруппе. Фосфор, кислородные соединения, соответствующие им кислоты. Свойства солей. Окислительно-восстановительная активность P⁺⁵, Р⁺³ и Р^-3. Состав и биологическая роль АТФ и АДФ.

5. Мышьяк, сурьма и висмут. Характерные степени окисления для мышьяка, сурьмы и висмута. Оксиды, их кислотно-основной характер. Кислоты и соли мышьяка, сурьмы. Мышьяковистая и мышьяковая кислоты. Арсениты, арсенаты. Токсическое действие As⁺³. Реакция Марша. Биологическая роль As⁺⁵.

6. Свойства р-элементов VI А группы. Электронные формулы и степени окисления. Степени окисления для кислорода. Активные формы кислорода, механизм действия на организм, ферментативная антиоксидантная защита. Устойчивость водородных соединений элементов VI-А группы. Окислительно-восстановительный характер соединений элементов данной подгруппы.

7. Свойства серы и ее соединений. Действие тяжелых металлов на серусодержащие ферменты. Свойства сероводорода, его токсичность. Сернистая, серная и тиосерная кислоты. Их соли. Оксиды, кислоты селена и теллура. Биологическая роль селена.

8. Галогены. Электронные формулы. Степени окисления. Изменение химической активности в подгруппе. Водородные соединения галогенов. Хлорная вода. Жавелевая вода. Хлорная известь. Кислородные соединения хлора. Биологическая роль галогенов и применение их соединений в медицине.

Обучающие задачи и упражнения

Задача 1. При сжигании элементарной серы и обжиге пирита FeS₂ образуется оксид серы S0₂, который на катализаторе может окисляться кислородом до оксида SO₃. Образующиеся оксиды серы взаимодействуют с парами воды с образованием серной кислоты H₂S0₄. Приведите цепочку реакций, согласно которым промышленный обжиг пирита может приводить к образованию кислотных дождей.

Ответ: 4 FeS₂ + 11 О₂ —————— 2Fe₂Оз + 8SO₂

(V₂О₅-катализатор)

2SO₂ +0₂—————— 2SO₃

SO₃ + H₂O ————— H₂S0₄

Задача 2. При производстве азотной кислоты, сгорании угля, природного газа образуются нитрозные газы, представляющие собой смесь оксидов азота N0₂, N₂Oз, N₂O₄, N₂0₅. При контакте этих газов с влажной поверхностью в легких образуются азотистая и азотная кислоты, являющиеся причиной целого ряда заболеваний легких. Опишите реакции взаимодействия оксидов азота с водой.

Ответ: 2N0₂+H₂0  НNОз +HN0₂

N₂0з + Н₂0  2 HN0₂

N₂0₄ + Н₂0  НNОз + HN0₂

N₂0₅ + Н₂0  2HNO₃

Задача 3. Основным веществом зубной ткани является минерал гидроксиапатит Са₅(Р0₄)зОН. Кариес зубов начинается под действием кислот, вырабатываемых бактериями, что приводит к растворению гидроксиапатитной компоненты эмали. Применение зубной пасты с NaF приводит к образованию фторапатита, при этом не только упрочается зубная, но одновременно происходит подщелачивание среды и нейтрализация кислот. Приведите взаимодействие гидроксиапатита с фторидом натрия.

Ответ: Са₅(Р0₄)зОН + NaF ————— Са₅(Р0₄)зF + NaOH

НС1 + NaOH —— NaCI + H₂О

Са₅(РO₄)зОН + 7H⁺ ———— 5Са⁺² + 3Н₂Р0₄^-+ Н₂0

процесс растворения зубной эмали

10 Са²⁺ 6Р0₄^3- + 2F^--——— 3 Са₃(Р0₄)₂хСаF₂

процесс реминерализации тканей эмали.

4. Натрий тетраборат (Na₂B₄0₇ x lOH₂0) применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие обусловлено щелочной реакцией среды водного раствора этой соли вследствие ее гидролиза. Приведите химизм реакции, определяющей антисептическое действие натрия тетрабората.

Ответ: Na₂B₄0₇ x 10 H₂O + 7Н₂0  4Н₃ВО₃ + 2NaOH

ортоборная кислота

5. В стоматологии оксиды кальция, магния, цинка используют для приготовления цементов, представляющих собой нерастворимые фосфаты кальция, магния, цинка. При замешивании цементов используют раствор фосфорной кислоты. Приведите реакции указанных оксидов с раствором фосфорной кислоты.

Ответ:

3MgO + 2Н₃Р0₄  Mg₃(P0₄)₂ + ЗН₂0

ЗСаО + 2Н₃Р0₄  Са_з(РО₄)₂ + ЗН₂0

3ZnO + 2Н₃Р0₄  Zn₃(Р0₄)₂ + ЗН₂0

6. Активные формы кислорода. Их роль в организме человека. Реакции образования супероксидного анион-радикала и водородпероксида. Супероксиддисмутаза и каталаза - ферменты антиоксидантной защиты. Механизм их действия.

Ответ: Fe²⁺ -е  Fe³⁺

О₂ +е  0₂ _ (супероксидный анион-радикал, в митохондриях в сутки образуется 3х10⁷ радикалов)

O₂ ^+0₂^ +2Н⁺  Н₂0₂ +0₂

Н₂0₂+ 0₂^ ————— 2ОН^ + 0₂

ОН^ + 0₂^ ——— 0₂^*(синглентный) + ОН^-

Н₂0₂ + Fe²⁺ ——— Fe³⁺ + ОН^- + ОН^ (реакция Фентона)

системы защиты каталаза

2Н₂0₂  2Н₂O+0₂

cупероксиддисмутаза

0₂ ^ + 0₂^ +2Н⁺ H₂0₂ + 0₂

глутатионпероксидаза

R-S-H + Н₂0₂  2Н₂0 + R-S-S-R

R-S-S-R + 2H⁺ +2е  2R-S-H