1. Периодический закон Д. И. Менделеева, его современная формулировка. Структура периодической системы с точки зрения строения атома.
 Скачать 1.4 Mb.
|
|
4.Биогенные d- элементы. Связь между электронным строением d- элементов и их биологическими функциями. Роль d- элементов в комплексообразовании в биологических системах (железо, медь, цинк, кобальт, марганец, молибден). Свойства и биологическая роль некоторых d-элементов: Элементы d–блока – это элементы, у которых происходит достройка d–подуровня предвнешнего уровня. Они образуют В – группы. Электронное строение валентного уровня d–элементов: (n-1)d1-10, ns1-2. Они расположены между s– и р–элементами, поэтому получили название «переходные элементы», d-элементы образуют 3 семейства в больших периодах и включают по 10 элементов (4-й период семейство Sc21 – Zn30, 5-й период – Y39 - Cd48, 6-й период - La57 – Hg80, 7-й период Ас89 – Mt109). Вслед за лантаном 5d1 6s2 следовало ожидать появление ещё 8 элементов с всё возрастающим количеством 5d электронов. Но оказывается, что теперь 4f оболочка несколько более устойчива, чем 5d, так что у последующих 14 элементов электроны заполняют 4f оболочку, пока она целиком не застроится. Эти элементы называются f-элементами, они занимают в периодической системе одну клетку с лантаном, так как имеют общие с ними свойства и называются лантаноиды. Особенности d-элементов определяются электронным строением их атомов: во внешнем электронном слое содержится, как правило, не более 2 s-электронов, р-подуровень свободный, происходит заполнение d-подуровня предвнешнего уровня. Свойства простых веществ d-элементов определяется в первую очередь структурой внешнего слоя, и лишь в меньшей степени зависят от строения предшествующих электронных слоев. Невы-сокие значения энергии ионизации этих атомов указывают на сравнительно слабую связь внешних электронов с ядром. Железо входит в группу эссенциальных (жизненно важных) микроэлементов. Биологическая роль железа: 1)обеспечивает транспорт кислорода (входит в состав гемоглобина); 2)обеспечивает транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях организма (входит в состав цитохромов и железосеропротеидов); 3)участвует в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Пищевые источники железа.Наиболее богаты железом следующие продукты: красное мясо, чечевица, фасоль, птица, рыба, листовые овощи, сыр тофу, и пр. Железо легче усваивается из мяса (гемовое железо), чем из овощей. Кобальт входит в группу эссенциальных (жизненно необходимых) микроэлементов, его содержание в организме взрослого человека составляет 0,2 мг/кг. Пищевые источники кобальта (цианокоболамина): Витамин В12 содержится только в продуктах животного происхождения. Основные источники - печень, почки, мясо, рыба, яйца, молоко, молочные продукты, обогащенные пищевые продукты. Медь является одним из важнейших эссенциальных (жизненно-необходимых) микроэлементов. В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% всей меди находится в мышцах, а еще 10% в печени. В организме человека способствует процессам кроветворения, синтеза гемоглобина, образовании пигмента меланина. В организме растений принимает участие в процессе фотосинтеза. Цинк относится к эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет 1,5-2 г. Преимущественно цинк находится в скелетных мышцах (63% всего цинка). Значительные концентрации цинка обнаружены в коже, волосах, костной ткани, печени, сетчатке глаза, предстательной железе. Биологическая роль цинка: 1)является компонентом многих ферментов в организме (известно о более 300); 2)влияет на рост клеток, особенно в время их репродукции и дифференциации; 3)участвует в обмене нуклеиновых кислот, транскрипции; 3)участвует в обмене белков; 4)участвует в обмене витамина А; 5)поддерживает концентрацию витамина Е в крови, в т.ч. облегчая его всасывание; 6)участвует в связывании некоторых гормонов с соответствующими рецепторами; 7) поддерживает репродуктивную функцию; 8)участвует в кроветворении; 9)участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез; 10)участвует в росте ногтей, волос; 11)повышает иммунитет; 12)снижает эффект токсических веществ; 13)участвует в работе вкусовых и обонятельных рецепторов. Марганец относится к эссенциальным (жизненно важным) микроэлементам. Его содержание в организме взрослого человека составляет 12-20 мг. Наибольшие концентрации марганца наблюдают в головном мозге, печени, почка, поджелудочной железе. Биологическая роль марганца: 1)активирует или входит в состав многих ферментов; 2)является катализатором некоторых реакций в организме человека; 3)участвует в синтезе белка, нуклеиновых кислот, нейромедиаторов; 4)участвует в обмене инсулина, гормонов щитовидной железы; 5)препятствует окислению свободными радикалами, обеспечивая стабильность клеточных мембран; 6)регулирует функционирование мышц, развитие соединительной ткани, хрящей, скелета; 7)повышает утилизацию жиров и углеводов. Молибден является эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементом. Его содержание в организме взрослого человека составляет примерно 5 мг, наибольшие его концентрации наблюдают в печени и почках. Биологическая роль молибдена Молибден - кофактор многих ферментов, которые обеспечивают метаболизм аминокислот (содержащих в своей структуре атом серы), а также ферментов, обеспечивающих метаболизм пуринов и пиримидинов.1)повышает эффективность применения антиоксидантов (например, витамина С); 2)является важным компонентом тканевого дыхания; 3)улучшает накопление азота в организме; 4)увеличивает синтез аминокислот в организме. 5.Комплексные соединения. Классификация комплексных соединений по заряду координационной сферы. Координационная теория А.Вернера. Понятия об ионе комплексообразователе, лигандах, координационном числе. Биологические комплексы железа, кобальта, меди, цинка, их роль в процессах жизнедеятельности. Комплексные соединения называется элементные объекты состоящие из более простых в-в, а в комплексных соединениях присутствует донорно-акцепторная связь. По природе лиганда: 1) Аммиакаты — комплексы, в которых лигандами служат молекулы аммиака, например: [Cu(NH3)4]SO4, [Co(NH3)6]Cl3, [Pt(NH3)6]Cl4 и др. 2) Аквакомплексы — в которых лигандом выступает вода: [Co(H2O)6]Cl2, [Al(H2O)6]Cl3 и др. 3) Карбонилы — комплексные соединения, в которых лигандами являются молекулы оксида углерода(II): [Fe(CO)5], [Ni(CO)4]. 4) Ацидокомплексы — комплексы, в которых лигандами являются кислотные остатки. К ним относятся комплексные соли: K2[PtCl4], комплексные кислоты: H2[CoCl4], H2[SiF6]. 5) Гидроксокомплексы — комплексные соединения, в которых в качестве лигандов выступают гидроксид-ионы: Na2[Zn(OH)4], Na2[Sn(OH)6] и др. По числу мест, занимаемых лигандами в координационной сфере. Структура комплексного иона, образованного катионом металла и анионом ЭДТА 1) Монодентатные лиганды. Такие лиганды бывают нейтральными (молекулы Н2О, NH3, CO, NO и др.) и заряженными (ионы CN−, F−, Cl−, OH−, SCN−, S2O32− и др.). 2) Бидентатные лиганды. Примерами служат лиганды: ион аминоуксусной кислоты H2N — CH2 — COO−, оксалатный ион −O — CO — CO — O−, карбонат-ион СО32−, сульфат-ион SO42−. 3) Полидентатные лиганды. Например, комплексоны — органические лиганды, содержащие в своём составе несколько групп −С≡N или −COOH (этилендиаминтетрауксусная кислота — ЭДТА). Циклические комплексы, образуемые некоторыми полидентатными лигандами, относят к хелатным (гемоглобин и др.). Координационная теория А.Вернера, современные представления о природе координационных соединений. Понятия об ионе комплексообразователе, лигандах. Соединения, в состав которых входят сложные ионы, существующие как в кристалле, так и в растворе, называются комплексными, или координационными. Строение комплексных соединений. Согласно теории Вернера центральное положение в комплексных соединениях занимает, как правило, ион металла, который называют центральным ионом, или комплексообразователем. Комплексообразователь – частица (атом, ион или молекула), координирующая (располагающая) вокруг себя другие ионы или молекулы. Комплексообразователь обычно имеет положительный заряд, является d-элементом, проявляет амфотерные свойства, имеет координационное число 4 или 6. Вокруг комплексообразователя располагаются (координируются) молекулы или кислотные остатки – лиганды (адденды). Лиганды – частицы (молекулы и ионы), координируемые комплексообразователем и имеющие с ним непосредственно химические связи (например, ионы: Cl–, I–, NO3–, OH–; нейтральные молекулы: NH3, H2O, CO). Лиганды не связаны друг с другом, так как между ними действуют силы отталкивания. Когда лигандами являются молекулы, между ними возможно молекулярное взаимодействие. Координация лигандов около комплексообразователя является характерной чертой комплексных соединений. Координационное число, его связь с геометрией комплексного иона. Природа связи в координационных соединениях. Координационное число – это число химических связей, которые комплексообразователь образует с лигандами. Биологическая роль комплексных соединений. Биологические комплексы железа, кобальта, меди, цинка, их роль в процессах жизнедеятельности. Железо входит в группу эссенциальных (жизненно важных) микроэлементов. Биологическая роль железа: 1)обеспечивает транспорт кислорода (входит в состав гемоглобина); 2)обеспечивает транспорт электронов в окислительно-восстановительных реакциях организма (входит в состав цитохромов и железосеропротеидов); 3)участвует в формировании активных центров окислительно-восстановительных ферментов. Пищевые источники железа.Наиболее богаты железом следующие продукты: красное мясо, чечевица, фасоль, птица, рыба, листовые овощи, сыр тофу, и пр. Железо легче усваивается из мяса (гемовое железо), чем из овощей. Кобальт входит в группу эссенциальных (жизненно необходимых) микроэлементов, его содержание в организме взрослого человека составляет 0,2 мг/кг. Пищевые источники кобальта (цианокоболамина): Витамин В12 содержится только в продуктах животного происхождения. Основные источники - печень, почки, мясо, рыба, яйца, молоко, молочные продукты, обогащенные пищевые продукты. Медь является одним из важнейших эссенциальных (жизненно-необходимых) микроэлементов. В организме взрослого человека содержание меди составляет примерно 100-200 мг, при этом около 50% всей меди находится в мышцах, а еще 10% в печени. В организме человека способствует процессам кроветворения, синтеза гемоглобина, образовании пигмента меланина. В организме растений принимает участие в процессе фотосинтеза. Цинк относится к эссенциальным (жизненно необходимым) микроэлементам, его содержание в организме взрослого человека составляет 1,5-2 г. Преимущественно цинк находится в скелетных мышцах (63% всего цинка). Значительные концентрации цинка обнаружены в коже, волосах, костной ткани, печени, сетчатке глаза, предстательной железе. Биологическая роль цинка: 1)является компонентом многих ферментов в организме (известно о более 300); 2)влияет на рост клеток, особенно в время их репродукции и дифференциации; 3)участвует в обмене нуклеиновых кислот, транскрипции; 3)участвует в обмене белков; 4)участвует в обмене витамина А; 5)поддерживает концентрацию витамина Е в крови, в т.ч. облегчая его всасывание; 6)участвует в связывании некоторых гормонов с соответствующими рецепторами; 7) поддерживает репродуктивную функцию; 8)участвует в кроветворении; 9)участвует в процессах регенерации кожи, секреции сальных желез; 10)участвует в росте ногтей, волос; 11)повышает иммунитет; 12)снижает эффект токсических веществ; 13)участвует в работе вкусовых и обонятельных рецепторов. 6.Основные положения теории растворов: раствор, растворитель, растворенное вещество. Классификации растворов. Факторы, определяющие растворимость.Способы выражения концентрации растворов: массовая доля, молярность, молярная концентрация эквивалентов. Растворы газообразных веществ: законы Генри, Дальтона. Растворимость газов в присутствии электролитов – закон Сеченова. Роль растворов в жизнедеятельности организма. Раствор-это гомогенная, многокомпонентная, термодинамически устойчивая система. Растворители — органические или неорганические жидкости или их смеси, применяемые для растворения различных веществ. Растворенное вещество – компоненты раствора за исключением растворителя. Классификация растворов (по содержанию растворенного вещества, по агрегатному состоянию). Насыщенный раствор – термодинамически устойчивая равновесная система, в которой скорость растворения вещества равна скорости выделения его из раствора. Ненасыщенный раствор – термодинамически устойчивая неравновесная система, в которой концентрация вещества меньше, чем в насыщенном растворе, и поэтому скорость растворения больше скорость выделения. Пересыщенный раствор – термодинамически неустойчивая псевдоравновесная система, в которой концентрация вещества больше, чем в насыщенном растворе, и поэтому скорость выделения больше скорости растворения. Концентрированный раствор – раствор с высоким содержанием растворенного вещества. Разбавленный – с низким содержанием растворенного вещества. Гомогенные растворы – истинные растворы. Гетерогенные растворы – коллоидные растворы Растворимость зависит от температуры. Все вещества с точки зрения его растворимости можно классифицировать на: Хорошо растворимые – в 100 г воды способно раствориться более 10 г. вещества; Малорастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 1 г. вещества; Нерастворимые — в 100 г воды способно раствориться менее 0,01 г. вещества. Способы выражения концентрации растворов: массовая доля, молярность, молярная концентрация эквивалентов. Закон эквивалентов. Массовая доля – отношение массы растворенного вещества к массе раствора ω(в-ва) = m(в-ва)/m(р-ра) Объемная доля – отношение объема газа к объему всей смеси газов φ(газа) = V(газа)/V(смеси) Мольная доля – отношение количества вещества в сумме количеств вещества и растворителя χ(в-ва) = n(в-ва)/(n(в-ва)+n(р-ра)) Моляльная концентрация, или моляльность – отношение количества вещества к массе растворителя B(в-ва) = n(в-ва)/m(р-ля) (моль/кг) Массовая концентрация – отношение массы вещества к объему раствора Р(в-ва) = m(в-ва)/V(р-ра) (г/л) Титр – масса растворенного в-ва в 1 мл раствора Т(в-ва) = m(в-ва)/V(р-ра) (г/мл) Молярная концентрация – отношение количества растворенного вещества к объему раствора С(в-ва) = n(в-ва)/V(р-ра) (моль/л) Закон эквивалентов. Все вещества реагируют между собой в эквивалентных количествах. Роль растворов в жизнедеятельности организма. Растворами называют однородные системы переменного состава. Химический состав и физические свойства одного раствора во всех частях его объема одинаковы. Растворы могут существовать в трех агрегатных состояниях — твердом, жидком и газообразном (парообразном). Примерами твердых растворов могут служить некоторые сплавы металлов, на-пример сплав золота и меди, а газообразных — воздух. Процесс растворения обусловлен взаимодействием частиц рас-творяемого вещества и растворителя. Растворение твердых веществ в воде и диссоциацию молекул на ионы можно представить сле-дующим образом: диполи воды, попадая в электрическое поле полярных молекул, ориентируются вокруг полярных групп или вокруг ионов, находящихся на периферии кристаллических реше-ток вещества. Притягивая к себе молекулу или ион, диполи воды ослабляют, а затем и разрывают межмолекулярные или ионные связи. В частности, вода уменьшает прочность ионной связи между ионами Nа+ и Сl или ионами Nа+ и Вг - При растворении часто проис-ходит не только разрыв связей в растворяемом веществе, но и раз-рушение ассоциаций молекул рас-творителя. В образующемся рас-творе возникают новые ассоциации, как из молекул растворителя, так и растворенного вещества (особенно при больших его кон-центрациях), а также ассоциации из обоих видов молекул. Вода-важнейший полярный растворитель. Растворение в-ва в воде: 1) разрушение кристаллической решётки; 2) электролитическая диссоциация; 3) гидратация молекул или ионов твёрдого в-ва. Растворы газообразных веществ: законы Генри, Дальтона. Растворимость газов в присутствии электролитов – закон Сеченова. Закон Генри: масса газов в растворе прямо пропорциальна парцеальному давлению газа над жидкостью. m=k*р, р-парцеальное давление. I закон Дальтона: относительное давление смеси газов, которые между собой не взаимодействуют равняется смеси парциальных давлений всех её компонентов. Р(отн)=р1+р2+р3...; Закон Сеченова: растворимость газоа в жидкостях в присутствии электролитов понижается; происходит высаливание газа. 7.Колигативные свойства разбавленных растворов. Диффузия. Относительное понижение давления насыщенного пара растворителя над раствором (первый закон Рауля). Понижение температуры замерзания и повышение температуры кипения растворов по сравнению с растворителем (второй закон Рауля). Криометрия, эбулиометрия, их применение в медико-биологических исследованиях. Колигативными называют св-ва растворов, зависящие от числа кинетических(подвижных) единиц системы. Одно из важнейших свойств жидкостей и растворов (и вообще всех веществ) – давление насыщенного пара вещества над поверхностью жидкости (или кристалла). Давление пара над раствором отличается от давления пара над чистым веществом. Давление насыщенного пара растворителя над раствором всегда ниже, чем над чистым растворителем Для некоторых растворов выполняется следующая закономерность, называемая первым законом Рауля: Парциальное давление насыщенного пара компонента раствора прямо пропорционально его мольной доле в растворе, причем коэффициент пропорциональности равен давлению насыщенного пара над чистым компонентом. Поскольку сумма мольных долей всех компонентов раствора равна единице, для бинарного раствора, состоящего из компонентов А и В легко получить следующее соотношение, также являющееся формулировкой первого закона Рауля: Относительное понижение давления пара растворителя над раствором равно мольной доле растворенного вещества и не зависит от природы растворенного вещества. |