Тема Биогенные элементы Цель занятия Познакомить студентов

Тема: Биогенные элементы

Цель занятия: Познакомить студентов с разделом бионеорганической химии – химией биогенных элементов. Ознакомить с основами качественного анализа.

Значимость изучаемой темы. Химия биогенных элементов, В основу живых организмов входит более изучает поведение химических массы 78 элементов, причем более 99% элементов в биологических системах. В человеческого тела приходится на долю макроэлементов. Большинство sорганизме человека синтезируется элементов и d-элементов являются огромное количество химических жизненно важными физиологически соединений. Часть этих соединений активными биогенными элементами. используетсябольшое количество Существует в качестве строительных материалов для источников s-элементов лекарственных препаратов энергопитания и обеспечивает организму I и II группы, а также d-элементов, особенно семейства железа. рост и развитие, другая часть в виде отходов этого процесса, выводится из организма. Шесть элементов: H, Ca, Al, Cu, O, N, C, P, S. K, Na, Cl, Mg, Fe, F. Si, V, Cr, Mn, Co, Ni, Zn, I, Br, Sr, Mo

• • • На занятии будут рассмотренны следующие вопросы: Химия биогенных элементов – основа изучения биологической роли химических элементов в живых организмах. Биологически важные S-элементы. Биологически важные d элементов Биологически важные p – элементы. Химические свойства s – элементов. Химические свойства d – элементов Химические свойства p – элементов. Применение соединений s- p- и d- элементов в медицине. Основы качественного анализа. Аналитические реакции на катионы и анионы биогенных s, d и p- элементов. 11. Лабораторная работа

Элементы, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма и составляющие основу органических и неорганических соединений называются биогенными элементами.

Клаcсификация. 1. Биогенные элементы – элементы, составляющие основу живых организмов, и элементы, дефицит которых приводит к патологическим состояниям. К ним относятся: H, O, N, C, P, S, F, Cl, I, Se, Na, K, Mg, Ca, Mn, Fe, Co, Cr, V, Cu, Zn, Mo, Ti, B, Si. 2. Элементы, не являющиеся биогенными, но входящие в состав лекарственных препаратов: Ag, Au, Al, Pb, Sb, Bi, Pt. 3. Элементы, в настоящее время не входящие в состав лекарственных препаратов.

По электронному строению атома Биогенные s – элементы. К ним относятся Н, Li, Nа, К, Мg, Са, и др. Биогенные p – элементы. К ним относятся О, С, S, CI, Р, В и др. Биогенные d – элнменты. К ним относятся Мп, Fe, Zn, Со, Сu, Ni Cr, Мо и др.

В зависимости от количества этих элементов в организме их разделяют на: Макробиогенные элементы – общее содержание в организме 0, 01% и более. К ним относятся О, С, Н, N, S, Р, Са, Na, К, Мg и др. Микробиогенные элементы – содержание в организме 10 -3– 10 -5 %. К ним относятся Mn, Co, Cu, Мо, Zn, F, J, Вr и др. Ультрамикробиогенные элементы – содержание в организме менее 10 -5%. Это Au, Se, Bi, Hg и др.

По значению выполняемой в организме функции различают: Элементы, необходимые для жизнедеятельности организма, недостаток которых в организме приводит к серьезным патологиям. Это все макробиогенные и некоторые микробиогенные элементы. Элементы, которые могут иметь жизненно важное значение. К ним относятся элементы, которые имеются в биологических системах, но их участие в биохимических процессах еще не изучены до конца. К ним относятся Cr, Ni, Cd и др. Элементы, биологическое значение которых еще не выявлено. Они встречаются в организме, но в каких органах и тканях пока не изучено. К ним относятся Tl, In, La, Те, W и др. S-элементы I группы Na 1 s 22 s 2 и К

s-элементы II группы магний и кальций

D элементы Сu, Zn, Мn, Fе, Со, Ni, Сr, Мо

p элементы C, N, P, O, S, F, Cl, Br, I.

Химические свойства биогенных s – элементов. 2 Na + О 2 = Na 2 О 2 2 К + Cl 2 = 2 КCl 2 К + S = К 2 S 2 К + NН 3 = 2 КNН 2 + Н 2

Химические свойства d-элементов 2 Mn + N 2 = Mn 3 N 2 Mn + О 2 = Mn О 2 Mn + 2 НCl = Mn Cl 2+ Н 2↑

Химические свойства p элементов

Применение соединений элементов в медицине

Основы качественного анализа Аналитическая химия – это наука, разрабатывающая теоретические основы и методы химического анализа. Задачей курса аналитической химии является установление химического состава вещества или их смесей. Как правило, сначала устанавливают качественный состав вещества, т. е. определяют, из каких атомов, групп атомов, катионов и анионов состоит данное вещество, а затем устанавливают количественный состав, т. е. определяют в каком количественном соотношении находятся компоненты в данном веществе. В зависимости от количества анализируемого вещества различают: Макроанализ – для анализа берется от 0, 1 до 1 г сухого вещества. Полумикроанализ – количество анализируемого вещества приблизительно в 20 – 30 раз меньше, чем при макроанализе. 3. Микроанализ - количество анализируемого вещества приблизительно в 100 раз меньше, чем при макроанализе. 4. Ультрамикроанализ - количество анализируемого вещества приблизительно в 1000 раз меньше, чем при макроанализе

Для качественного обнаружения ионов применяют реакции, при которых образуется осадок, имеющий определенную окраску, растворимость, или изменяется окраска раствора, выделяется газ с известными свойствами и т. д Са 2+ + С 2 О 42 NН 4 Сl + КОН ↓Са. С 2 О 4 Анимация NН 3↑ + КСl + Н 2 О

Изучение частных качественных реакций катионов биогенных элементов. Реакции ионов натрия – Na+. Реактив гексагидроксостибат /V/ калия K[Sb(ОН)6] Гексагидроксостибат /V/ калия -K[Sb(ОН)6] – в нейтральной или слабо-щелочной среде образует с солями натрия белый кристаллический осадок - Na[Sb(ОН)6] Na. Cl+ K[Sb(ОН)6]= Na[Sb(ОН)6]↓+KCl Na+ + [Sb(ОН)6]- = Na[Sb(ОН)6]

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА. Na[Sb(ОН)6] Осадок растворяется в воде при нагревании. Осадок растворяется в растворах едких щелочей. Na[Sb(ОН)6] +2 Na. ОН = Na 3 [Sb. О 2(ОН)4] + 2 Н 2 О Na[Sb(ОН)6] +2 ОН- = Na+ + [Sb. О 2(ОН)4]3 - + 2 Н 2 О

Реакции ионов калия – К+ Реактив гидротартрат натрия – Na. НС 4 Н 4 О 6 Гидротартат натрия - Na. НС 4 Н 4 О 6 – в нейтральной среде образует с солями калия белый мелкокристаллический осадок, КCl+ Na. НС 4 Н 4 О 6= КНС 4 Н 4 О 6↓+ Na. Cl К++ НС 4 Н 4 О 6 -= КНС 4 Н 4 О 6↓ Образование осадка ускоряется охлаждением, перемешиванием и трением стеклянной палочкой о стенки пробирки.

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА. КНС 4 Н 4 О 6 Осадок растворяется в воде при нагревании. Осадок растворяется в растворах сильных кислот. КНС 4 Н 4 О 6+ НCl= КCl+ Н 2 С 4 Н 4 О 6 КНС 4 Н 4 О 6+ Н+= К++ Н 2 С 4 Н 4 О 6 Осадок растворяется в растворах едких щелочей КНС 4 Н 4 О 6+ КОН= К 2 С 4 Н 4 О 6+ Н 2 О КНС Н О + ОН- = К++ С Н О 2 - + Н О

Реактив гексанитрокобальт /III/ натрия – Na 3[Cо(NO 2)6] Гексанитрокобальт /III/ натрия - Na 3[Cо(NO 2)6] в слабокислой и нейтральной среде образует с солями калия желтый кристаллический осадок К 2 Na[Cо(NO 2)6]. 2 КCl + Na 3[Cо(NO 2)6] = К 2 Na[Cо(NO 2)6]↓ + 2 Na. Cl 2 К+ + Na+ + [Cо(NO 2)6]3 - = К 2 Na[Cо(NO 2)6]↓ Образование осадка ускоряется при трении стеклянной палочкой о стенки пробирки и при стоянии. Реакции следует проводить в нейтральной или слабокислой среде, так как в сильнокислой среде реактив разлагается. Na 3[Cо(NO 2)6] + 3 Na. ОН = Cо(OН)3 ↓+ 6 Na NO 2 Cо(OН)3 – осадок темно-бурого цвета.

Реакции ионов магния – Mg 2+. Реактив - гидроксиды натрия, калия – Na. ОН, КОН Едкие щелочи выделяют из раствора солей магния белый аморфный осадок гидроксида Mg (ОН)2: Mg. Cl 2 + 2 Na. ОН = Mg (ОН)2↓ + 2 Na. Cl Mg 2+ + 2 ОН- = Mg (ОН)2↓ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА. Mg (ОН)2 Осадок растворяется в кислотах Mg (ОН)2 + 2 НCl = Mg. Cl 2 + 2 Н 2 О Mg (ОН)2 + 2 Н+ = Mg 2+ + 2 Н 2 О Осадок растворяется в солях аммония: . Mg (ОН)2 + 2 NН 4 Cl = Mg. Cl 2 + 2 NН 4 ОН Mg (ОН)2 + 2 NН 4 + = Mg 2+ + 2 NН 4 ОН

Реакции катионов кальция – Са 2+. Реактив серная кислота – Н 2 SО 4 Серная кислота Н 2 SО 4 и растворимые ее соли образуют с солями кальция белый кристаллический осадок Са. SО 4: Са. Cl 2 + Н 2 SО 4 = Са. SО 4↓ + 2 НCl Са 2+ + SО 42 - = Са. SО 4↓ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА. Са SО 4 Осадок растворяется в воде при нагревании. Осадок не растворяется в кислотах и едких щелочах.

Реактив оксалат аммония – (NH 4)2 С 2 О 4 Оксалат аммония – (NH 4)С 2 О 4 – образует с солями кальция мелко-кристаллический белый осадок Са. С 2 О 4 Са. Cl 2 + (NH 4)2 С 2 О 4 = Са. С 2 О 4↓ + 2 NH 4 Cl Са 2+ + С 2 О 42 - = Са. С 2 О 4↓ Нагревание способствует более быстрому осаждению осадка. ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВА ОСАДКА Са. С 2 О 4. Осадок растворяется в минеральных кислотах, но не растворяется в уксусной кислоте в отличие от Ва. С 2 О 4 и Sr. С 2 О 4 Са. С 2 О 4 + 2 HCl= Са. Cl 2 + Н 2 С 2 О 4 Са. С 2 О 4 + 2 H+= Са 2+ + Н 2 С 2 О 4

Реакции ионов хрома – Сr 3+ Реактив - гидроксиды натрия и калия – Nа. ОН и КОН Едкие щелочи при осторожном прибавлении выделяют из растворов солей хрома III серо-зеленый осадок гидроксида хрома Сr(ОН)3: Сr Cl 3 + 3 Na. ОН = Сr(ОН)3↓ + 3 Na. Cl Сr 3+ + 3 ОН- = Сr (ОН)3↓ ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА Сr (ОН)3 обладает амфотерными свойствами. Осадок растворяется в минеральных кислотах Сr (ОН)3 + 3 НCl = Сr Cl 3 + 3 Н 2 О Сr (ОН)3 + 3 Н+ = Сr 3+ + 3 Н 2 О Осадок растворяется в избытке едких щелочей. Сr (ОН)3 + 3 Na. ОН = Na 3[Сr (ОН)6] Сr (ОН)3 + 3 ОН- = [Сr (ОН)6]3 - изумрудно-зеленого цвета.

Реактив гидрокарбонат натрия – Na. НСО 3. Гидрокарбонат натрия - Na. НСО 3 выделяет из солей хрома зеленый осадок гидроксида хрома Сr (ОН)3: Сr Cl 3 + 3 Na. НСО 3 = Сr (ОН)3↓ + 3 Na Cl + 3 СО 2↑ Сr 3+ + 3 НСО 3 - = Сr (ОН)3↓ + 3 СО 2↑ В водных растворах Na. НСО 3 подвергается гидролизу: Na. НСО 3 + НОН Na. ОН + Н 2 СО 3 НСО 3 - + НОН ОН- + Н 2 СО 3 Поэтому в водном растворе этой соли есть ионы НСО 3, ОН- и СО 32 -. Так как Сr(ОН)3 менее растворим, чем Сr 2(СО 3)3, то именно это соединение и выпадает в осадок.

Реакции ионов марганца – Мn 2+ Реактив - гидроксиды натрия и калия – Nа. ОН и КОН Едкие щелочи из растворов солей марганца выделяют белый осадок гидроксида марганца: Мn(ОН)2: Мn Cl 2 + 2 Na. ОН = Мn (ОН)2↓ + 2 Na. Cl Мn 2+ + 2 ОН- = Мn (ОН)2↓

ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ОСАДКА. Мn (ОН)2 На воздухе осадок легко окисляется переходя из белого в темно-бурый: 2 Мn (ОН)2 + О 2= 2 Мn. О(ОН)2 Осадок растворяется в кислотах: Мn (ОН)2 + Н 2 SО 4 = Мn SО 4 + 2 Н 2 О Мn (ОН)2 + 2 Н+ = Мn 2+ + 2 Н 2 О Осадок не растворяется в избытке едких щелочей. Осадок растворяется в солях аммония: Мn (ОН)2 + 2 NН 4 Cl = Мn. Cl 2 + 2 NН 4 ОН Мn (ОН)2 + 2 NН 4+ = Мn 2+ + 2 NН 4 ОН

C Uglerod 22 s 22 p 2 1 s В организме человека 20, 2 %

N Azot 22 s 22 p 3 1 s В организме человека 3 %

P fosfor 22 s 22 p 63 s 23 p 3 1 s В организме человека 1, 16 %

O kislorod 22 s 22 p 4 1 s В организме человека 65 %

S oltingugurt 22 s 22 p 63 s 23 p 3 1 s В организме человека 0. 16 %

F ftor 22 s 22 p 5 1 s organizmdagi muqdoti 1· 10 -50 %

Cl Xlor 22 s 22 p 63 s 23 p 5 1 s organizmdagi muqdoti 1· 10 -2 %

Br Brom 22 s 22 p 63 s 23 1 s 64 s 23 d 104 p 5 p organizmdagi muqdoti 1· 10 -50 %

I Yod 22 s 22 p 63 s 23 p 64 s 1 s 23 d 104 p 65 s 24 d 105 p 5 organizmdagi muqdoti 1· 10 -6 %

O 4 a 2 C 2 N Ca. Cl 2 H 2 O 2

I n II so lek p om K H 2 O 2

1 опыт. Реакция на ионы - Са 2+ Реакция с оксалатом натрия Na 2 C 2 O 4. К 5 -6 каплям раствора Ca. Cl 2 прилитьon III капель 5 -6 ks ple белый осадок. раствора реактива. Образуется m Ko Ca 2+ HInd 2 -