Лекция 6. Химия р-элементов. Химия рэлементов

• Название: Химия рэлементов
• Дата: 21.04.2023
• Размер: 223 Kb.
• Имя файла: Лекция 6. Химия р-элементов.doc
• Тип: Документы; #1079534
• страница: 4 из 4

Применение. Металлический галлий и индий используются в вакуумной технике: галлий - для жидкометаллических затворов (заменяющих ртутные), в качестве уплотняющих прокладок в аппаратах, где создается высокий вакуум. Галлий можно использовать для изготовления оптических зеркал, отличающихся высокой отражающей способностью.

Разнообразные применения имеют полупроводниковые материалы элементов подгруппы галлия (GaAs, GaSb, InAs, InSb, Tl₂S₃ и др.). Эти полупроводники работают в фотоэле­ментах и фотосопротивлениях, воспринимающих инфракрасное излучение.

2.4. Биологическая роль р-элементов IIIА группы

Бор.Относится к примесным микроэлементам, его массовая доля в организме человека составляет 10^-5 %. Бор концентрируется главным образом в легких (0,34 мг), щитовидной железе (0,30 мг), селезенке (0,26 мг), печени, в головном мозге (0,22 мг), почках, сердечной мышце (0,21 мг). Биологическое действие еще недостаточно изучено. Известно, что бор входит в состав зубов и костей, в виде труднорастворимых солей борной кислоты с катионами металлов.

Избыток бора вреден для организма человека. Имеются данные, что большой избыток бора угнетает амилазы, протеиназы, уменьшает активность адреналина. Предполагается, что снижение активности адреналина, являющегося производным полифенола, связано с его взаимодействием с ортоборной кислотой.

Давно известно, что бор необходим высшим растениям, однако данные о его биологической роли противоречивы.

Исследования, проведенные в последние годы, показали, что бор является необходимым элементом для некоторых животных. Установлено, что он участвует в углеродно-фосфатном обмене, взаимодействует с рядом биологически активных соединений (углеводами, ферментами, витаминами, гормонами). Вместе с тем употребление пищевых продуктов с большим содержанием бора нарушает в организме обмен углеводов и белков, что приводит к возникновению эндемических кишечных заболеваний - энтеритов.

Алюминий.По содержанию в организме человека (10^-5 %) алюминий относится к примесным микроэлементам. Он концентрируется главным образом в сыворотке крови, легких, печени, костях, почках, ногтях, волосах; входит в структуру нервных оболочек мозга человека.

Суточное потребление алюминия человеком составляет 47 мг. Алюминий влияет на развитие эпителиальной и соединительной тканей, на регенерацию костных тканей, влияет на обмен фосфора.

Алюминий оказывает действие на ферментативные процессы. В большинстве случаев катион Аl³⁺ замещает ионы Э²⁺ - активаторы ферментов Е, например ионы Mg²⁺, Са²⁺:

Э²⁺Е + А1³⁺ = Э²⁺ + А1³⁺Е.

Такая взаимозамещаемость возможна вследствие сходства ряда свойств ионов А1³⁺ и Mg²⁺, Са²⁺. Избыток алюминия в организме тормозит синтез гемоглобина, так как благодаря довольно высокой комплексообразующей способности алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении. Имеются данные, что алюминий может катализировать реакцию трансаминирования (перенос NH₂-группы.)

Галлий. Это - примесный микроэлемент (содержание в организме человека составляет 10^-6-10^-5 %). Биологическая роль галлия в живых организмах практически не выяснена.

Индий. В настоящее время биологическое действие индия неизвестно, не имеется достоверных сведений о наличии его в живых организмах. Учитывая близость атомного строения и физико-химических свойств индия и галлия, можно прогнозировать сходство их биологического действия. Очевидно, индий, как и алюминий, попадая в организм должен накапливаться в костной и других тканях в виде малорастворимого фосфата.

Таллий. Относится к весьма токсичным элементам. Ион Тl⁺ склонен, подобно Ag⁺, образовывать прочные соединения с серосодержащими лигандами:

Тl⁺ + R – SH  R- S- Т1 + Н⁺.

Вследствие этого он токсичен, так как подавляет активность ферментов, содержащих тиогруппы - SH. Даже весьма незначительные количества соединений Тl⁺ при попадании в организм вызывают выпадение волос.

Вследствие близости радиусов К⁺ и Тl⁺ (r = 11 нм) они об­ладают сходными свойствами и способны замещать друг друга в ферментах. Ионы Тl⁺ и К⁺ являются синергистами. Этим объясняется тот факт, что ферменты пируваткиназа и диолдегидратаза активируются не только ионами К⁺, но и ионами Тl⁺ (ион Тl⁺ замещает К⁺ в каталитическом центре ферментов). Синергизм таллия и калия проявляется и в том, что подобно ионам К⁺, ионы Тl⁺ накапливаются в эритроцитах.

В качестве противоядия при отравлениях ионами Тl⁺ используют серосодержащий лиганд - аминокислоту цистин HS-CH₂CH(NH₂)COOH.

В заключение необходимо отметить, что биологическая роль p-элементов III А группы изучена недостаточно. В настоящее время известно, что бор и галлий взаимодействуют в растениях с ингибиторами их развития - полифенолами, уменьшая токсичность последних. Установлена также несомненная роль алюминия в построении эпителиальной и соединительной тканей, а кроме того его участие в ферментативных процессах как в качестве активатора, так и в качестве ингибитора. Свойством ингибировать многие серосодержащие ферменты обладает ион Тl⁺.

Биологическая активность p-элементов III А группы связана главным образом с их способностью к образованию комплексных соединений с кислородосодержащими лигандами и нерастворимых фосфатов.
3. МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ Р-ЭЛЕМЕНТОВ

Бор влияет на углеводный и белковый обмен, усиливает действие инсулина. В медицине применяются:

1) борная кислота Н₃ВО₃ антисептик, входит в состав различных мазей; в виде растворов (1-3%-ных) используется для полоскания ротовой полости и в офтальмологической практике;

Алюминий - соли алюминия стимулируют выделение стенками желудка соляной кислоты и способствуют возбуждению центральной нервной системы.

Избыток алюминия в организме тормозит синтез гемоглобина, так как благодаря довольно высокой комплексообразующей способности алюминий блокирует активные центры ферментов, участвующих в кроветворении.

В медицине применяются:

1) алюмокалиевые квасцы KAl(SO₄)₂·12H₂O обладают вяжущим, прижигающим и кровоостанавливающим действием;

2) гидроксид алюминия Аl(ОН)₃ обладает адсорбирующим и обволакивающим действием, понижает кислотность желудочного сока, входит в состав комбинированного препарата «Алмагель».

Углерод входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов.

В медицине применяются:

1) активированный уголь (карболен) - адсорбент при отравлениях алкалоидами, солями тяжелых металлов и т.д.; находит широкое применение в гемо- и лимфосорбции.

Оксид углерода (II) (угарный газ) - продукт неполного окисления углерода.

Проникая с кислородом в легкие, оксидбыстро проходит через альвеолярно-капиллярную мембрану, растворяется в плазме крови, диффундирует в эритроциты и вступает в обратимое химическое взаимодействие как с окисленным НbO₂, так и с восстановленным гемоглобином Нb:

2НbО₂ + 2СО ↔ 2НbСО₂ + 1/2O₂↑;

Нb + СО ↔ НbСО.

Образующийся карбонилгемоглобин (НbСО) не способен присоединить к себе кислород. Вследствие этого становится невозможным перенос кислорода из легких к тканям.

Кремний - максимальное его количество содержится в коже, хрящах, сухожилиях, в радужной и роговой оболочки глаза.

В медицине применяется тальк (3MgO·4SiO₂·H₂O) - присыпки.

Фосфор - входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений.

Фосфор является основой скелета, зубов.

В медицине применяется аденозинтрифосфорная кислота (АТФ); назначается при хронической коронарной недостаточности, мышечной дистрофии и атрофии, спазмах периферических сосудов.

Азот входит в состав аминокислот, белков, нуклеотидов, нуклеиновых кислот, биогенных аминов.

Азот и жизнь – понятия неразделимые. Жизнь во многом обязана именно азоту, а азот своим происхождением и существованием в биосфере обязан жизненным процессам. Молекулярный азот участия в обмене веществ не принимает. Человек использует азот органических соединений.

Азот - не только носитель жизни. Азотные соединения, особенно нитраты, вредны для организма и могут быть причиной отравления.

В медицине применяются:

1) оксид азота (I) или «веселящий газ», N₂O в смеси с кислородом для анастезии применили в 1844 г как газообразное средство для ингаляционного наркоза. Эффект дозозависимый. В организме не изменяется, с гемоглобином не связывается, в плазме находится в растворенном состоянии. После прекращения вдыхания выделяется полностью через 10-15 минут через дыхательные пути в неизменном виде.

2) водный раствор аммиака (гидроксид аммония - нашатырный спирт) NH₄OH используется для возбуждения дыхания и выведения больных из обморочного состояния, для чего небольшой кусок ваты или марли, смоченной нашатырным спиртом, осторожно подносят к носовым отверстиям.

Свинец и его соединения относятся к ядам, действующим преимущественно на нервно-сосудистую систему и непосредственно на кровь. В медицине соединения свинца применяются только наружно как антисептические и вяжущие средства.

1) ацетат свинца Рb(СН₃СОО)₂∙3Н₂О – примочки.

2) оксид свинца (II) РbО - входит в состав пластыря свинцового простого.

Кислород. Академик В. И. Вернадский писал, что свободный кислород является самым могущественным деятелем из всех известных химических тел. Кислород входит практически во все жизненно важные молекулы. Содержание его в живых организмах в расчете на сухое вещество составляет примерно 70 %. Объемная доля кислорода в воздухе - 21 %.

С содержанием кислорода в воздухе связаны многие жизненные процессы.

Например, «горная болезнь» вызывается недостатком кислорода в высокогорных условиях. Уменьшение парциального давления кислорода в воздухе на 1/3 вызывает кислородное голодание, на 2/3 - летальный исход.

В медицине кислород применяют для вдыхания при заболеваниях, сопровождающихся кислородной недостаточностью, при отравлениях оксидом углерода (II), синильной кислотой. Часто используют смесь 95 % кислорода и 5 % углекислого газа (карбоген).

В анестезиологической практике кислород широко применяют в смеси с ингаляционными наркотиками. Для лечебных целей можно вводить кислород под кожу, а также в виде кислородного коктейля в желудок.

В последние годы возникла новая область медицины, называемая гипербарической медициной, которая основана на лечении различных заболеваний кислородом при повышенном давлении.

Фтор участвует в минеральном обмене веществ при образовании твердых составных частей зубов и ткани скелета.

Поэтому в человеческом организме фтор концентрируется больше всего в эмали зубов и костях. В этих тканях фтор находится в форме фторапатита (Ca₅(PO₄)₃F). Основным источником фтора, получаемого человеком, является питьевая вода. Важнейшее средство профилактики кариеса - фторирование воды. В свободном состоянии газообразный фтор является очень сильным ядом. Его вдыхание вызывает поражение органов дыхания.

В медицине применяется фторид натрия NaF, который входит в состав зубных паст и используется для профилактики кариеса.

Сера выполняет функцию агента переноса групп и энергии. В организме встречается в составе серосодержащих аминокислот - цистеина и метионина.

Наличие спаренных остатков цистеина обусловливает образование дисульфидных связей в белках, определяющих их пространственное строение. Сульфгидрильные группы цистеина являются составной частью активных центров многих ферментов.

В медицинской практике сульфаты многих металлов применяют в качестве лекарственных средств

1) MgSО₄ ∙ 7Н₂О - при гипертонии, как слабительное и как желчегонное средство,

2) медный купорос СuSО₄ ∙ 5Н₂О и ZnSО₄ ∙ 7Н₂О - как антисептические, вяжущие, рвотные средства

Хлор - анионы хлора Сl^- активно участвуют в биохимических превращениях: активируют некоторые ферменты, влияют на электропроводность клеточных мембран. Наряду с ионами Na⁺ являются основным осмотическим компонентом биологических жидкостей (плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости). Газообразный хлор ядовит.

В медицине применяются:

1) соляная кислота НCl (8%-ная) - принимают внутрь в каплях и микстурах при недостаточной кислотности желудочного сока;

2) хлорная известь СаОСl₂ используется в санитарном деле в качестве дезинфицирующего средства.

Бром локализуется преимущественно в железах внутренней секреции, в первую очередь в гипофизе.

В медицине применяются бромиды аммония (NH₄Br), калия (КВr) и натрия (NaBr).

Йод - из общего количества йода в организме (25 мг) больше половины сосредоточено в щитовидной железе, где он входит в состав гормона тироксина. Этот гормон определяет общую интенсивность процессов обмена веществ в организме.

При недостатке йода в организме задерживается образование в щитовидной железе тироксина, что приводит к развитию эндемического зоба.

Пары йода ядовиты. Они вызывают сильное катаральное воспаление слизистой оболочки носа и глаз.

В медицине применяются:

1) радиоактивный йод (изотопы ¹³¹I,¹³²I,¹²⁵I) - благодаря короткому периоду полураспада этих изотопов они используются для лечения и диагностики заболеваний щитовидной железы;

2) спиртовой раствор йода (5- или 10%-ный) применяют наружно как антисептическое средство;

2) раствор Люголя (раствор йода в водном растворе KI) используют для смазывания слизистой оболочки глотки и гортани;

3) йодид калия KI, йодид натрия NaI назначают при лечении и профилактике эндемического зоба.