2. Токсична дія

Високий вміст частинок сажі в атмосфері викликає захворювання верхніх дихальних шляхів та легенів. Патологічні процеси починаються внаслідок окиснення під дією біологічних рідин з утворенням розчинних сполук.

Монооксид Карбону (СО) діє безпосередньо на клітини, порушуючи дихання тканин і зменшуючи споживання тканинами кисню. СО взаємодіє із залізовмісними біохімічними системами (гемоглобін, міоглобін). Спорід­неність гемоглобіну до СО більша ніж до кисню, що і зумовлює його токсичну дію. СО порушує фосфорний обмін, підвищує проникність судин, сприяє відкладанню холестерину.

СО₂ виявляє наркотичну дію, подразнює шкіру і слизові оболонки, викликає ацидоз, підвищення вмісту адреналіну в крові. СО₂ викликає зниження вмісту амінокислот, проявляє загальну судинорозширюючу та місцеву судинозвужуючу дію.

Сильну токсичну дію проявляє ціановоднева кислота (НСN) та її солі. Дані речовини викликають швидку задуху через блокування дихальних ферментів та порушення тканинного дихання.

Тіоціанова кислота (НSСN) та її солі викликають подразнення слизових оболонок.

Хімічні властивості Карбону та його похідних .

Електронна формула атома карбону - 1s²2s²2р².

У більшості своїх сполук карбон має валентність IV і ступінь окислення +4.

Оскільки карбон володіє великою енергією іонізації і малою енергією спорідненості до електрона, для нього не характерне утворення іонних зв'язків. Зазвичай вуглець утворює ковалентні малополярні зв'язки.

Відмітною особливістю карбону є здатність його атомів з'єднуватися один з одним з утворенням вуглець-вуглецевих ланцюгів: лінійних, розгалужених і циклічних:

| | | | | | |

- C - C - C - C - - C - C - C -

| | | | | | |

- C -

|

Разом із звичайними одинарними зв'язками, між атомами вуглецю утворюються також подвійні і потрійні зв'язки:

> C = C < - C ≡ C -

Вільний вуглець - одна з перших простих речовин, з якими познайомилася людина. У вигляді вугілля і алмазів він відомий людству з незапам'ятних часів, але термін «вуглець» з'явився тільки в другій половині XVIII в.

Вільний вуглець існує в природі у вигляді таких алотропних модифікацій - алмазу і графіту, що різко розрізняються між собою по фізичних властивостях.

За змістом в організмі людини (21,15%) вуглець відноситься до макроелементів. Він входить до складу всіх тканин і кліток у формі білків, жирів, вуглеводів, вітамінів, гормонів.

Вуглець є основою для всіх органічних сполук, це органоген номер один. Входить до складу кліток і тканин, всіх біологічно активних сполук . У організмі гідрокарбонати натрію і калія з вугільною кислотою утворюють буферну систему, що бере участь в підтримці КОС (кислотний-основного стану організму). Гідрокарбонат натрію (питна сода) застосовується як антацидний засіб. Активоване вугілля як засіб, що сорбував, застосовують при метеоризмі, при отруєннях, а також при отруєннях алкалоїдами і солями важких металів.

Діоксид вуглецю (вуглекислий газ). Діоксид вуглецю (оксид вуглецю (IV), вуглекислий газ, вугільний ангідрид) СО₂ є за звичайних умов газом без кольору і запаху, важче за повітря в 1,5 разу.

При кімнатній температурі під тиском близько 60 атм діоксид вуглецю концентрується в рідину, яку зберігають в сталевих балонах. При швидкому випаровуванні рідкого СО₂ поглинається так багато теплоти, що він перетворюється на тверду білу снігоподібну масу («сухий лід»).

«Сухий лід» при нормальному тиску переганяється (сублімація), тобто переходить з твердого в газоподібний стан, минувши рідку фазу. «Сухий лід» широко використовується для зберігання швидкопсувних продуктів. В порівнянні із звичайним льодом він має ряд переваг: продукти, що знаходяться у контакті з «сухим льодом», не промокають, а атмосфера вуглекислого газу затримує зростання бактерій та цвілевих грибків.

Вуглекислий газ не підтримує горіння і дихання, і в його атмосфері тварини гинуть не від отруєння, а від відсутності кисню.

Розчинність СО₂ у воді невелика: 1 об'єм води при 20 °С розчиняє 0,88 об'єму СО₂.

При пониженні температури розчинність СО₂ (як і всіх інших газів) значно збільшується.

По хімічних властивостях діоксид вуглецю - типовий кислотний оксид і проявляє властивості даного класу з'єднань.

Взаємодія з водою :

СО₂ + Н₂О ↔ Н₂СО₃ вугільна кислота

Ця реакція обратима, причому рівновага сильно зміщена вліво, тобто лише дуже невелика кількість СО₂ (менше 1 % ) перетворюється на вугільну кислоту.

Взаємодія з лугами :

СО₂ + NaOH = NaHCO₃ гідрокарбонат натрію (питна сода)

Соду використовують для нейтралізації кислоти. При попаданні кислоти на тіло спочатку промивають водою, а потім розчином питної соди.

Вугільна кислота Н₂СО₃ існує тільки у водних розчинах, де її концентрація зникаюче мала, оскільки вона розпадається на Н₂О і СО₂. У цьому неважко переконатися, бо газована вода є не що інше як розчин вугільної кислоти.

Молекули Н₂СО₃ піддаються 2-х ступінчастій дисоціації. Унаслідок малої концентрації вугільної кислоти у водному розчині, вона є дуже слабким електролітом:

Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО^- К₁ = 4,3 • 10^-7

НСО^- ↔ Н⁺ + С0₃^-2 К₂ = 5,6 • 10^-11

Оскільки константа дисоціації по 1-у ступеню набагато більша, ніж по 2-ій, у водних розчинах переважають гидрокарбонат-аніони НСО^3- .

Будь-яка вода на Землі (річкова, морська, підземна і ін.) розчиняє в собі вуглекислий газ з навколишнього середовища, причому розчинність СО₂ в морській воді в кілька разів вище, чим в прісній. Рівновага в системі

Н₂О + СО₂ ↔ Н₂СО₃ ↔ Н⁺ + НСО^-

має дуже важливе значення в протіканні багатьох природних процесів.

Якісна реакція на газ, що виділився, - СО₂ буде пропускання його через вапняну воду, яка каламутніє унаслідок утворення осаду СаСО₃ :

СО₂ + Са(ОН)₂ = СаСО₃↓ + Н₂О

Існує окрема хімія вуглецю (карбону) - органічна .

 Біонеоганічна хімія

Лекція № 9 . Біогенні d -елементи, їхня біологічна роль та

застосування в медицині.

9.1 Будова атомів d-елементів та хімічні властивості: кислотно-основні, окисно-

відновні.

9.2 Біологічна роль d-елементів. Потреба людини в макро- та

мікроелементах.

9.3 Застосування сполук d-елементів у медичній практиці.

9.4 Токсична дія d-елементів та їхніх сполук.

Самостійна робота: Метали життя.

9.1 Будова атомів d-елементів та хімічні властивості:

кислотно- основні, окисно- відновні.

До сімейства d-елементів відносяться елементи

IВ - (Сu –купрум (мідь), Аg- срібло (арґентум), Аu- аурум (золото))

ІІВ - (Zn- цинк, Сd - кадмій, Нg – меркурій (ртуть)),

IIIВ - (Sс - скандій, Y ітрій , Lа - лантан, Ас - актіній),

ІVВ - (Ті -титан, Zr - цирконій, Hf - гафній, Db - дубній),

VВ - (V - ванадій, Nb - ніобій, Та - тантал, Jl -джоліотій),

VIВ - (Сr - хром, Мо - молібден, W - вольфрам,Rf - резерфордій),

VIIВ - (Мn- манган, Тс - технецій, Rе – реній, Bh - борій),

VIIIВ - (Fе- ферум (залізо)-, Со-кобальт , Ni –нікол (нікель), Ru - рутеній, Rh -родій,

Pd - паладій , Os - осмій, Іr - іридій, Рt - платина), груп.

В атомах d-елементів електронами заповнюються d-підрівні пере­достаннього енергетичного рівня. Валентними є електрони s-підрівня зов­нішнього рівня (1 або 2 електрони) і електрони d-підрівня передостаннього рівня, що недовершений. Відносно великі розміри радіусів атомів і невисокі значення потенціалу іонізації вказують на металічні властивості d-елементів, і усі вони дійсно є металами. Практично всі d-елементи мають значну твердість, міцність, високі температури топлення і кипіння, а також теплопровідність й електропровідність. Металічні властивості d-елементів можна пояснити поступовим зменшенням радіусів атомів у напрямку зліва направо у кожному періоді й у напрямку зверху вниз у групах за рахунок d-стискування і лантаноїдного f-стискування. У деяких випадках d-елементи близькі по хімічних властивостях до р-елементів. Наприклад, Хром і Сульфур утворюють кислотні оксиди (VI) СrО₃ і SО₃, які при взаємодії з водою утворюють відповідно хромову Н₂СrО₄ і сульфатну Н₂SО₄ кислоти. Це пояснюється тим, що при найвищому ступені окиснення (VI) атоми цих елементів мають схожу електронну будову: атом Хрому зі ступенем окиснення +6 має електронну будову інертного Аргону, а атом Сульфуру зі ступенем окислення +6 - Неону.

Характерною властивістю d-елементів є також і те, що для утворення хімічного зв'язку d-елементи часто використовують електрони не тільки зовнішнього, але й d-електрони передостаннього енергетичного рівня, а також вільні d-орбіталі. Тому для d-елементів більш характерна змінна ступінь окиснення. Іони і сполуки d-елементів, як правило, забарвлені. Великі заряди і радіуси іонів цих елементів і наявність вільних d-орбіталей служать причиною утворення d-елементами комплексних (координаційних) сполук.

9.2 Біологічна роль d-елементів. Потреба людини в макро-

та мікроелементах.

9.3 Застосування сполук d-елементів у медичній практиці.

9.4 Токсична дія d-елементів та їхніх сполук.

( питання розглядаються по групам ! )

А) Загальна характеристика елементів побічних підгруп I і II

групи

До елементів I групи побічні підгрупи відносяться d-елементи: Сu, Ag, Аu.

Ступені окислення:

Сu +1, +2

Ag +1, (+2 - рідко)

Аu +1 (+2 - рідко +3)

d-елементи I групи хімічно малоактивні, не витісняють водню з кислот, від міді до золота зменшується відновна здатність атомів і підвищується окислювальна здатність іонів.

d-елементи II групи: Zn, Cd, Hg.

Ступінь окислення у цинку і кадмію постійний +2; у ртуті +2 і +1.

Величини стандартних електродних потенціалів міді, срібла рівні відповідно.

Від Сu⁺² до Аg⁺ збільшується окислювальна здатність іонів і зменшується відновна здатність атомів.

Відновні властивості атомів від цинку до ртуті знижуються, окислювальні властивості іонів підвищуються.

Іони d-елементів (Сu⁺ Сu^2+, Аg⁺, Zn^2+, Hg ²⁺) - типові комплексоутворювачі.

Оксиди міді, срібла, цинку (Сu₂О, СuО, Аg₂О, ZnО)нерозчинні у воді; гідроксиди (СuОН, Сu(ВіН)₂, Zn(ВіН)₂, АgОН) також нерозчинні у воді, але добре розчиняються в надлишку гідроксиду амонія з утворенням комплексних сполук; при розчиненні в мінеральних кислотах утворюються солі.

Оксиди ртуті (I, II)нерозчинні у воді; оксид і гідроксид цинку амфотерни. Гідроксид цинку і ртуті (II) розчиняються в NН₄ОН з утворенням комплексних сполук.

Більшість солей срібла, ртуті, цинку, мідь важко розчинні у воді. Розчинні солі -нітрати і другі - піддаються гідролізу по катіону; на цьому засновано їх застосування в медицині як терпкі і антисептичні засоби.

З блоку d-елементів I і II групи незамінними для організму людини є мідь і цинк. Знаходячись в біологічних системах в мікрокількостях, вони роблять великий вплив на цілий ряд найважливіших біохімічних процесів.

Мідь бере участь в окислювально-відновних реакціях, сприяє синтезу гемоглобіну, є активатором ряду ферментів, впливає на утворення фермент-субстратних комплексів і збереження третинної структури білка, зв'язує деякі токсини, підсилює дію антибіотиків, підвищує ефективність дії лікарських препаратів і т.п.

Цинк бере участь в процесах дихання кліток і тканин, активує гідролітичні і окислювально-відновні ферменти, впливає на синтез нуклеїнових кислот, бере участь в зберіганні і передачі спадковій інформації, входить до складу гормону інсуліну.

Сполуки міді.

Розчинні солі міді (ІІ) дисоціюють у водних розчинах з утворенням гідратованих іонів [Сu(Н₂О)₄]²⁺, які мають синьо-блакитний колір (на відміну від безбарвних негідратованих іонів Сu²⁺). Тому таке забарвлення властиве розбавленим розчинам всіх солей міді (II), якщо вони не містять забарвлених аніонів. Утворенням розчинних у воді аміакатів пояснюється розчинення різних нерозчинних сполук міді у водному розчині аміаку, наприклад:

СuС1 + 2NН₃ = [Сu (NН₃) ₂]С1;

Сu₂O + 4NН₂ + Н2О = 2[Сu(NH₃)₂]OН;

Сu(ВіН)₂ + 4NН₃ = [Сu(NH₃) ₄](ВіН)₂

Реакції утворення комплексних сполук, що містять в якості лігандів NН₃, використовують як якісні для виявлення Сu²⁺. Комплекси розчинні у воді і мають яскраво синій колір за рахунок іонів [Сu (NН₃) ₄]²⁺.

Гідроксид міді (II) розчиняється також в дуже концентрованих розчинах лугів, утворюючи гідрокомплекси, наприклад:

Сu (ВіН) ₂ + 2NаОН = Na₂[Сu (OН) ₄]

Остання реакція свідчить про прояв гідроксидом міді (II) ознак амфотерності.

Сполуки срібла

Срібло в з'єднаннях має ступені окислення +1 і +2. З'єднання срібла (I) найбільш стійкі. Срібло - благородний метал; навіть при прожарені воно не окислюється киснем, проте в

атмосфері озону чорніє, через те виходить пероксид срібла: Ag₂O₃ .

Оксид срібла проявляє основні властивості і розчиняється в азотній кислоті:

Ag₂O + 2HNO₃ = 2AgNO₃ + H₂O

Нітрат срібла або ляпіс АgNО₃ - безбарвні прозорі кристали без запаху, дуже легко

розчинні у воді, розчинні в спирті. Під дією світла препарат темніє. Нітрат срібла несумісний з органічними речовинами (розкладається), з хлоридами, бромідами, іодідамі (утворює осад).

У невеликих концентраціях нітрат срібла надає терпке і протівоспалітельноє дія, в міцніших розчинах припікає тканини. Надає бактерицидну дію.

Застосовують ляпіс зовнішньо при виразках, тріщинах, при гострому кон'юнктивіті, трахомі. Призначають у вигляді водних розчинів (2-5-10 %), мазей (1-2 %).

Нітрат срібла застосовують в дзеркальному виробництві, гальванотехніці, фотографії (для виготовлення надчутливих матеріалів) і в аналітичній хімії.

Якісні реакції, на Аg⁺

1 . Взаємодія з соляною, кислотою або її солями. При цьому випадає білий сирнистий осад АgС1, який розчиняється в надлишку аміаку. При подальшій дії на комплексну сіль срібла (I) будь-якої кислоти комплекс руйнується і знову випаде білий сирнистий осад:

а) АgNO₃ + NaС1 = АgС1↓ + NaNO₃

осад білого кольору

б) АgС1 + 2NН₄ОН = [Аg(NН₃)₂]С1

надлишок безбарвний розчин

в) [Аg(NH3)₂]С1 + 2НNO₃ = АgС1↓ + 2NН₄NО₃

білого кольору

Цинк і його сполуки.

Відношення цинку до простих речовин. З металами цинк утворює сплави, наприклад-, латунь, електрін, підшипникові сплави - баббіти та ін. При нагріванні цинк з'єднується з неметалами, утворюючи солі; реакції протікають з виділенням тепла, наприклад:

Zn + S = ZnS Zn + С1₂ = ZnC1₂

Оксид цинку проявляє амфотерні властивості, розчиняється як в кислотах, -так і в лугах, утворюючи сіль і воду:

ZnО + 2НС1 = ZnС1₂ + H₂O

ZnО + 2NaOН = Nа₂ZnO₂ + H₂O

Застосовується оксид цинку .для отримання цинку, для виготовлення білої масляної фарби - цинкових білил, для приготування спеціальних сортів скла. Значна частина оксиду цинку споживається гумовою промисловістю як наповнювач гуми.

Гідроксид цинку

При дії лугів на розчини солей цинку випадає білий осад гідроксиду цинку:

ZnSO₄ + 2NаОН = Zn(ОH) 2↓ + Na₂SO₄

Солі цинку

З солей цинку найбільше застосування мають наступні.

ZnSО4 • 7Н₂О - цинковий купорос - безбарвні прозорі кристали або дрібнокристалічний порошок терпкого смаку, без запаху. Володіє антисептичною і терпкою властивістю.

Сульфід цинку ZnS - білий аморфний порошок. При прожарені аморфного цинку сульфату в атмосфері сірководню утворюється кристалічний фосфоресціюючий сульфід цинку, який після його «опромінювання» наприклад, «денним світлом», рентгеновимі променями або радіоактивним випромінюванням, починає світитися. Це властивість активованого сульфіду цинку використовується для виготовлення екранів для рентгенівських кабінетів.

Ртуть і її сполуки.

Ртуть - важка срібляста рідина. Це єдиний метал, що знаходиться в рідкому стані при звичайній температурі. Ртуть - мало активний метал, у ряді активності металів вона розташована правіше за водень. У земній корі ртуть зустрічається і в самородному вигляді, вкрапленою в гірські породи, але головним чином у вигляді сульфіду ртуті - кіноварі НgS. Цей мінерал має яскраво-червоний колір і застосовується як червона фарба.

З кіноварі металева ртуть виходить простим обпаленням при температурі 800^oС у спеціальних печах. При цьому сірка згорає, утворюючи діоксид сірі, а ртуть виділяється у вигляді пари, яка збирається і потім конденсується:

НgS + O₂ = SO₂ + Нg

Медико-біологічне значення елементів І і ІІ груп

Мідь - життєво важливий мікроелемент. У організмі людини її міститься близько 100 міліграм у вигляді різних сполук Сu⁺ і Сu²⁺. Мідь входить до складу купрумвмісних білків, є комплексоутворювачем в металлоферментах і металопротеїнах. Іони міді каталізують окислювально-відновні реакції, беруть участь в перенесенні електронів, виконують у ферментах структурну функцію, стимулюють кровотворення, підвищують ефективність ряду ліків, зв'язують мікробні токсини. Недолік міді в організмі викликає анемію.

Біологічна роль срібла мало вивчена. Іони Аg⁺ володіють (залежно від концентрації) в’яжучою, бактерицидною, припікаючою, протизапальною дією. У великих дозах іони Аg⁺ токсичні (ферментативна отрута!) .

Сполуки міді СuSО₄, срібла АgNО₃, АgС1 застосовуються в медичній практиці для лікування різних захворювань.

Золото, срібло, їх ізотопи, сплави золота та срібло мало застосовуються в медицині

1 ч. АgNО₃ + 2 ч. KNO₃ припікаючий і в’яжучий засіб, взаємодіє з білками тканин, сприяє утворенню альбумінатов. У невеликих концентраціях - надає бактерицидну, в’яжучу, протівозапальну дія.

[Аg(NН₃) ₂]С1 - амарген, застосовується при лікуванні інфекційних захворювань шкіри, ранніх стадій зараження крові.

Препарати, що містять колоїдне срібло, стабілізовані похідними протеїну (дисперсні системи -колларгол, протаргол) - бактерицидні засоби.

Протаргол - коричнево-жовтий або коричневий порошок без запаху, слабо гіркого і злегка терпкого смаку, легко розчинимо у воді, нерозчинний в спирті, ефірі, хлороформі. Містить 7,8-8,3 % срібло. Застосовують його як в’яжучий, антисептичний і протизапальний засіб для змазування слизистих оболонок верхніх дихальних шляхів для промивання сечовипускного каналу і сечового міхура при гонорейному хронічному уретриті , в очних краплях при кон'юнктивіті, блефариті. Зберігають в добре закупорених банках оранжевого скла в захищеному від світла місці.

Коларгол - колоїдне срібло - зеленувато- або синьо-чорні дрібні пластинки з металевим блиском розчинні у воді з утворенням колоїдного розчину. Містять 70 % срібло. Застосовують коларгол у вигляді розчину для промивання гнійних ран, для промивання сечового міхура при хронічних циститах, при уретрітах- при гнійних кон'юнктивітах в розчині для очних крапель; при бешихових(рожистих) запаленнях.

АuNаS₂О₃ тіосульфат натрію -золота застосовується для лікування шкірних захворювань.

Цинку у вигляді різних сполук в організмі міститься 2,5 гр. Цинк - незамінний мікроелемент, він є складовою частиною багатьох ферментів, які активізують процеси дихання кліток і тканин, реакції гідролізу і перенесення груп; знаходиться у вигляді комплексних сполук, пов'язаних з білками. Сполуки цинку застосовуються в медицині як в’яжучі і антисептичні засоби.

Цинковий купорос ZnSO₄ • 7Н₂О застосовують при кон'юнктивітах (очні краплі 0,1-0,25-0,5 %) при катаральному ларингіті (змазування або пульверизація 0,25-0,5 % розчином).

Оксид цинку застосовується зовнішньо - в присипках, пастах (наприклад, паста Лассара), суспензіях, мазях (цинкова мазь), препарат надає в’яжучу дію. Змішуючи оксид цинку з фосфорною кислотою, отримують зубний цемент.

Кадмій токсичний, інгібірує багато ферментних процесів. Сd²⁺ і Zn²⁺ - антагоністи-іони.

Ртуть і її розчинні солі токсичні, в дуже малій концентрації оказують дезінфікуючі властивості: Нg₂С1₂, НgO (антисептик). Каломель (Нg₂С1₂) застосовують зовнішньо у вигляді мазі при захворюваннях рогівки і як профілактичний засіб від поразки венеричними захворюваннями.

Токсична дія

Меркурій проявляє широкий спектр та різноманітність клінічних проявів токсичної дії в залежності від властивостей речовин, у вигляді яких він потрапляє в організм, шляхів попадання та доз. В основі механізму дії Меркурію лежить блокада біологічно-активних груп білків (сульфгід­рильних, амінних, карбоксильних) та низькомолекулярних сполук з утво­ренням оборотних комплексів, що характеризуються нуклеофільними лі­гандами. Встановлено включення Нg(П) у молекулу транспортної РНК, яка відіграє провідну роль у біосинтезі білків.

Неорганічні сполуки Меркурію стимулюють розвиток атероскле­ротичних явищ. Вони нефротоксичні, є також відомості про ембріотоксичність .

Пари Меркурію проявляють нейротоксичність, особливо уражаються вищі відділи нервової системи. При постійній дії парів ртуті розвивається меркуріалізм або мікромеркуріалізм (в залежності від діючих концен­трацій) з широким спектром клінічних проявів.

Б) Медіко - біологичне значення хрому і молібдену ( група VI(В)) Хром ( Cr ) активує ряд ферментів; входить до складу інсуліну, беручи участь в регуляції обміну речовин в організмі; входить до складу трипсину; стабілізує структуру нуклеїнових кислот; стимулює кровотворення і регулює обмін холестерину в організмі; проявляє протипухлинну дію. У організмі людини міститься 6-12 міліграм хрому; добова потреба елементу 0,2- 0,25 міліграм.

Молібден ( Мо ) входить до складу флавінових ферментів, активуючи їх; бере участь в тканинному диханні; бере участь в синтезі нуклеїнових кислот, активуючи фермент ксантінооксидазу.

Молібдат амонія - (NН₄) 2МоО₄ • 4Н₂О застосовується в клініко-біохімічних лабораторіях для виявлення і кількісного визначення фосфорних з'єднань.

В) Медико-біологічне значення мангану ( група VII(В)) в організмі:

У добу людині необхідно 5-7 міліграм Мn, манган входить до складу ряду ферментів (піруваткарбоксилаз, аргіназа), активує цілий ряд ферментів (пептидаза, оксидаза).

Застосування сполук мангану в медицині:

КМnO₄ - дезинфікуючий і кровоспинний засіб.

МnС1₂ - для лікування анемій (підсилює еритропоез).

МпSO₄ підсилює синтез антитіл; використовується для лікування радикулітів, ендартеріозов, боротьби з атеросклерозом.

Г ) Побічна підгрупа VIII групи Загальна характеристика елементів

Побічну підгрупу VIII групи складають дев'ять елементів: залізо(Fе), кобальт(Со), нікель(Ni), рутеній (Ru), родій (Rh), паладій (Рd), осмій (Оs), іридій (Ir), платина (Рt). До цієї ж підгрупи відносяться два штучно отриманих елементу - № 108 ганій Нn і № 109 мейтнерій Мt.

Схожі по властивості елементи утворюють сімейства. Залізо, кобальт, нікель утворюють сімейство заліза. Решта елементів побічної підгрупи VIII групи складає сімейство платинових металів.

Найбільший інтерес представляють метали родини заліза. Атоми цих металів мають однакове число електронних шарів (чотири). На зовнішньому електронному шарі у цих елементів по два електрони (...ns²). Вони є d-елементами, оскільки електронами заповнюються d-орбіталі передостаннього електронного шару.

Метали родини заліза схожі за властивостями. Всі ці метали мають велику міцність, пластичність, ковкість. Всі вони ферромагнітни. Залізо, кобальт, нікель і особливо їх сплави є найважливішими матеріалами для сучасної техніки. Особливо важливі для організму людини Fе та Со- незамінні елементи.

Їх загальна характеристика:

Fе - валентні електрони ...Зd⁵4s², ступені окислення +2, +3, (+6 - рідко);

Со - валентні електрони ...Зd⁷4s², ступені окислення +2, +3, (+4 - рідко).

Залізо (Fе) утворює оксиди:

FеО - оксид заліза (II) (закись заліза);

Fе₂О₃ - оксид заліза (III) (окисел заліза).

Гідроксиди: Fе(ВіН)₂ і Fе(ВіН)₃

Сполуки Fе²⁺ володіють відновними властивостями. Сполуки Fе³⁺ володіють окислювальними властивостями.

Кобальт (Со) - утворює оксиди: СоО, Со₂О₃ і Со₃О₄.

Гідроксиди: Со(ВіН)₂, Со(ВіН)₃ - володіють основними властивостями.

Сполуки кобальту (II) стійкіші,сполуки кобальту (III) володіють окислювальними властивостями.

Якісна реакція на катіон заліза (II)

Реактивом для виявлення катіона заліза Fе²⁺ є гексациано ферат (III) калія (червона кров'яна сіль) К₃[Fе(СN) ₆]:

ЗFеSО₄ + 2К₃[Fе(СN)₆] = Fе₃[Fе(СN)₆]₂↓+ ЗК₂SО₄

При взаємодії іонів [Fе(СN)₆]^3- з катіонами заліза Fе²⁺ утворюється темно-синій осад - турібульова синь:

3Fe²⁺ + 2[Fе(СN)₆]^3- = Fе₃[Fе(СN)₆]₂↓

Якісні реакції на катіон заліза (III)

Катіони Fе³⁺ легко виявляються з роданідом амонія (NН₄СNS). В результаті взаємодії іонів СNS^-1 з катіонами заліза (III) Fе³⁺ утворюється малодиссоціюючий роданід заліза (III) криваво-червоного кольору:

FeCl₂ + 3NH₄CNS ↔ Fe(CNS) ₃ + 3NH₄Cl

Fe³⁺ + 3CNS^1- ↔ Fe(CNS) ₃

Медіко- біологічне значення заліза і кобальту

У тканинах людського організму міститься 4,5 - 5,0 г заліза, причому, 70 % його міститься в еритроцитах людини (входить до складу гемоглобіну) 15 % - в печінці, в кістковому мозку, селезінці; 15 % у складі ферментів тканинного дихання. Добова потреба заліза в організмі людини. - 20 міліграм.

Кобальт входить до складу вітаміну В₁₂ (цианокобаламін), бере участь в біосинтезі гемоглобіну, активує цілий ряд ферментів ( особливо гидролази) стимулює вуглеводний, ліпідний і білковий обміни: недолік його приводить до виникнення перніциозной (злоякісною) анемії. У організмі міститься 5 міліграм кобальту.

Токсична дія

Сполуки Феруму проявляють загальнотоксичну дію, причому Спо­луки Феруму (II) більш токсичні ніж сполуки Феруму (III). Сполуки Феруму викликають розлади на рівні мікроциркуляції: гіповолемія, пору­шення насосної функції серця. Можливі конкурентні відношення Феруму з іншими металами. При контакті з аерозолями сполук Феруму розвивається сидероз (різновид пневмонікозу).

Токсична дія Кобальту та Ніколу також має загальнотоксичний характер. Сполуки Кобальту порушують синтез триоксину у щитовидній залозі, спричиняють блокування окиснення та засвоєння Йоду. Відбува­ється також порушення вуглеводного обміну, порушення перетворення жирів, та активності мембранних ферментів. Сполуки Кобальту гальмують роботу деяких окисно-відновних ферментів (цитохромоксидази, каталази). Іони Кобальту руйнують білки, утворюючи з ними хелатні комплекси.

Самостійна робота: Метали життя.

При класифікації хімічних елементів більш раціонально виходити з 'їхньої ролі у фізіологічних процесах. Відповідно до цієї класифікації всі елементи, фізіологічна роль яких доведена (незалежно від їхнього кіль­кісного вмісту), носять назву біотичних елементів (біотики).

За А.І.Венчиким, біотики - це хімічні речовини екзогенного поход­ження, що володіють властивістю шляхом входження в біохімічні струк­тури і системи організму не тільки брати участь як життєво необ­хідного агента в ході фізіологічних процесів, але й нормалізувати їх, а також підвищувати опірність організму дії на нього шкідливих агентів.

З визначення випливає, що до біотиків можуть бути віднесені макро- і мікроелементи, а також вітаміни, ферменти й інші речовини, що обов'яз­ково беруть участь в обмінних процесах. За цією класифікацією в окрему групу відокремлюють елементи, що відіграють в організмі роль пластич­ного матеріалу, а також створюють фізико-хімічні умови для перебігу фізіологічних процесів (рН середовища, осмотичний тиск і т.д.). До цієї групи, крім С, N, О, Н, можна віднести макроелементи Nа, Са, К, Мg, СІ, Р.

До наступної групи відносять біокаталітичні елементи (Fе, Сu, Мn, Co, Zn, Mo та ін.), які приймають безпосередньо участь у ферментативних процесах організму, тобто в обміні речовин. Вони входять у структуру ферментів (Zn), вітамінів (Со), гормонів (І) або активують їх. Такі елементи, як Аs, Нg, Sb(сурьма) та інші за цією класифікацією належать до ретикулоендотеліальних. Вони сприяють утворенню в ретикулоендотеліальній системі речовин, що пригнічують життєдіяльність мікробів. При використанні зазначеної кла­сифікації хімічних елементів необхідно враховувати, що роль і властивості тих чи інших елементів можуть бути проміжними. Крім того, через не­достатню вивченість фізіологічної ролі багатьох елементів буває важко визначити, до якої групи їх варто віднести.

Виходячи з цієї класифікації, можна привести основні критерії біотичності елемента:

1. постійний вміст його в організмі і на певному рівні;

2. встановлення значення дефіциту елемента для нормальної функції організму;

3. входження елемента в структуру біологічно активних речовин (ферментів, вітамінів, гормонів та ін.) або участь у їхній діяль­ ності;

4. фізіологічна активність тих кількостей елемента, в яких він зна­ ходиться в природних умовах життєдіяльності організму.

Існують інші види класифікацій, але жодна з них у даний час поки не є вичерпною.

Вміст різних елементів в організмі людини

Організми живих істот вибірково асимілюють із зовнішнього середо­вища необхідні елементи, концентруючи їх у визначених тканинах і орга­нах. Мікроелементи асимілюються із навколишнього середовища разом з їжею і водою, і лише деякі (наприклад, Оксиген) - з повітрям. Вміст різ­них елементів в організмі людини неоднаковий і коливається в межах від 10^-3 % мас. для Цинку до 10^-6 % мас. для Меркурію. В значній мірі він залежить від кількісного вмісту даного елемента в навколишньому сере­довищі, тобто від характеру геохімічної провінції, а також від властивостей елемента (його розчинності, засвоюваності і т.д.).

Крім того, потрібно мати на увазі, що кількісний вміст і розподіл мікроелементів у тканинах організму залежить від функціонального стану центральної нервової системи (ЦНС). Наприклад, при порушенні ЦНС вміст Купруму, Мангану, Титану та інших мікроелементів у крові і спинно­мозковій рідині підвищується, тоді як у головному мозку знижується. При гальмуванні ЦНС вміст мікроелементів (особливо Купруму та Мангану) у крові зменшується. Але відбувається накопичення їх у тканинах головного і спинного мозку, а також у м'язах. Обмін мікроелементів у тканинах організму знаходиться під суворим контролем ЦНС, про це свідчить підвищення на 5-10 % вмісту Купруму в молоці матері перед годівлею дитини.

Кількісний вміст мікроелементів в організмі людини піддається значним коливанням і залежить від ряду умов: віку, статі, часу року і доби, умов праці, виду трудової діяльності, різних фізіологічних (вагітність, лактація) і патологічних станів.

Широко розрекламовані краплі Берета, які дійсно мають велику лікувальну дію, виявились не чим іншим, як мікроелементами Дослід­жуючи розвиток тварин (курчат і поросят) на фермах Угорщини, Береш прийшов до висновку, що для нормального перебігу фізіологічних процесів в організмі повинен підтримуватися визначений ступінь насичення його тканин мікроелементами.

В тих регіонах, де ґрунти були виснажені і вміст певних мікро­елементів був у них недостатнім, із зерном і іншими харчовими рослин­ними продуктами в організм тварин, що розвивались на перших стадіях свого життя, не поступала необхідна кількість мікроелементів, що призво­дило до масової загибелі. Досліджуючи вплив окремих мікроелементів на виживання молодняка тварин, Береш розробив штучні суміші мікро­елементів. Це дало змогу розробити і для людей так звані "Краплі Береша", які признані у всьому світі як стимулятори здоров'я.

Встановлено, наприклад, що дитячому організму потрібно Феруму більше, ніж дорослому. Р.В.Ковальський відзначає, що вивчення погреби людини в мікроелементах повинно проводитися обов'язково з обліком особливостей вмісту їх у грунті, воді і продуктах харчування в межах визначених геохімічних провінцій.

За Г.А.Бабенко, під нормальним насиченням тканин організму мікро­елементами варто розуміти такий стан, при якому вміст того чи іншого мікроелемента в тканинах знаходиться в кількості, що повністю задоволь­няє потреби в цьому елементі біохімічні структури і необхідну динаміку біохімічних циклів. Для правильного вирішення питання про потреби організму в мікроелементах Г.А.Бабенко рекомендує виконувати наступне:

а) визначати кількість мікроелементів тільки в такому добовому ра­ціоні, що містить оптимальні концентрації білків, жирів і вуглеводів і по калорійності відповідає віку;

б) обстежувати людей різних вікових періодів з нормальними гема­тологічними показниками і показниками фізичного розвитку.

Мікроелементи нерівномірно розподіляються між тканинами й орга­нами організму. Так, наприклад, більшість мікроелементів у максимальних концентраціях утримуються в тканині печінки, у зв'язку з чим печінку розглядають як функціональне "депо" мікроелементів в організмі. Кісткова і м'язова тканини, хоча і містять у відсотковому відношенні менші кіль­кості мікроелементів, однак, складаючи основну масу організму, є основ­ними "депо" для більшості мікроелементів. Окремі мікроелементи вияв­ляють як би особливу хімічну спорідненість стосовно деяких тканин і утри­муються в них у великих кількостях. Наприклад, Цинк у високих концен­траціях виявляють в острівковій частині підшлункової залози, Молібден -у нирках, Барій - у сітчастій оболонці ока, Стронцій - у кістках, Йод -у щитовидній залозі, Манган, Бром, Хром - у гіпофізі і т.д. Варто також мати на увазі, що кількісний вміст мікроелементів в аналогічних тканинах І органах різних видів тварин неоднаковий, що потрібно розглядати як прояв хімічної видової ознаки.

Великий інтерес представляють зміни кількості мікроелементів в організмі при різних патологічних станах. Наприклад, при інфаркті міокар­да знижується рівень Цинку в плазмі крові, а також зменшується кількість Ніколу, Аргентуму, Молібдену і підвищується вміст Купруму в ішеміч­ному вогнищі інфаркту. При гіпертонічній хворобі вміст Літію в крові й еритроцитах зменшується більш ніж у два рази і т.д. Тому кількісне ви­значення мікроелементів в органах і тканинах при різній патології має велике значення для діагностики, лікування і прогнозування того чи іншого захворювання.

97