Хімічні елементи - отрути для живих організмів

ПЕРІОД	ГРУПА
І	ІІ	ІІІ	ІV	V	VI	VIII
		Be
					As	Se	Ni
	Ag	Cd			Sb	Te	Pd
	Au	Ba/Hg	Tl	Pb	Bi		Pt

Заняття №3

Тема: Біогенні d-елементи; біологічна роль, застосування в медицині.

Актуальність теми: Переважна кількість d-елементів міститься в органах і тканинах у вигляді комплексних сполук з білками і іншими біополімерами. З біологічної точки зору комплексоутворюючі елементи є “організаторами життя”. Важливо знати будову і властивості комплексних сполук, оскільки металоорганічні комплекси приймають найактивнішу участь в обмінних процесах (залізопорфіриновий комплекс входить в склад гемоглобіну, кобальтопорфіриновий – головна частина вітаміну В₁₂). Відомо також, що шкідливі речовини виводяться з організму за допомогою лігандів, які зв’язують їх в комплекси. Встановлено, що каталітична дія мікроелемента зростає в мільйони разів при утворенні ним комплексів. Більшість d-елементів IV періоду мають гемопоетичні властивості (впливають на процеси кровотворення), багато з них беруть участь в окисно-відновних процесах, проявляють позитивну дію на імуногенез. Порушення певної рівноваги між мікроелементами в організмі призводить до виникнення патологічних станів, тому ці зміни можуть служити діагностичним тестом, а також прогнозом того чи іншого захворювання. Велика кількість d-елементів і їх сполук отруйні для живих організмів, - вони проявляють несприятливу біологічну дію (Ni, Pd, Ag, Hg, Cd, та інші).

Навчальні цілі:

Знати: Особливості хімічних властивостей d-елементів, пов’язані з будовою їх атомів, біологічну роль і застосування в медицині сполук d-елементів; аналітичні реакції на катіони і аніони d-елементів.

Вміти: Проводити якісні реакції на катіони і аніони d-елементів (Mn ²⁺, Cu ²⁺, Ag⁺ , Fe²⁺, Fe³⁺), записувати рівняння відповідних реакцій.

Самостійна позааудиторна робота студентів

Заповнити таблицю:

Елемент, вміст в організмі людини, добова потреба	Біологічна роль	Застосування в медицині	Лікарські препарати

 

Контрольні питання:

1. Загальна характеристика d-елементів, можливі ступені окиснення, властивості сполук.

2. Аналітичні реакції на катіони Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Ag⁺.

3. Аналітичні реакції на аніони MnO₄^-, CrO₄^2- ..

4. Біологічна роль d-елементів в організмі.

5. Застосування сполук d-елементів в медицині. Лікарські препарати.

6.Техногенне забруднення природного середовища, значення d-елементів як металів-токсикантів.

7. Напишіть рівняння реакції виявлення сполук Cr⁺⁶ за допомогою H₂O₂ в лужному середовищі. Складіть електронний баланс, вкажіть окисник і відновник.

8.Напишіть рівняння реакції виявлення сполук Mn⁺⁷ за допомогою Na₂SO₃ в кислому середовищі. Складіть електронний баланс, вкажіть окисник і відновник.

Приклад завдань для тестового контролю:

1. Ступінь окиснення d-елемента у сполуці K₂Cr₂O₇:

а). +1; б). +2; в). +3; г). +4; д). +5; з). +6; ж). +7.

2. Які властивості проявляють оксид і гідрат оксиду Ті у ступені окиснення +2:

а). кислотні; б). основні; в). амфотерні.

3. Який d-елемент проявляє ліпотропний ефект, знижуючи відкладення жиру в організмі:

а). Fe; б). Co; в). Mn; г). V

4. Якому d-елементу відповідає електронна конфігурація 3s²3p⁶3d⁶4s²

а). Zn; б). Fe; в). Ag; г). Cu

5.Закінчити рівняння реакції, скласти електронний баланс, визначити окисник і відновник:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ +

Самостійна робота на занятті

Виконати лабораторні роботи:

1. Окислювальні властивості KMnO₄.

2. Характерна реакція на Cu²⁺.

3. Характерна реакція на Ag⁺.

4. Характерні рекції на Fe²⁺, Fe³⁺.

Методика виконання лабораторної роботи

Робота 1. Окислювальні властивості KMnO₄.

В пробірку внести декілька крапель розчину KMnO₄ і додати 2 краплі конц. H₂SO₄, а потім краплинами розчин сульфіту Na до обезбарвлення. Записати рівняння реакції, скласти електронний баланс, визначити окисник і відновник, записати спостереження.

Робота 2. Характерна реакція на Cu²⁺.

В пробірку внести декілька крапель розчину CuSO₄ і додати 1 краплю розчину КІ. Записати рівняння реакції, скласти електронний баланс, визначити окисник і відновник, спостереження.

Робота 3. Характерна реакція на Ag⁺.

В пробірку внести 2-3 краплі розчину хромату калію і додати по краплинах розчин нітрату Аргентуму до зміни забарвлення. Записати рівняння реакції, спостереження.

Робота 4. Характерні реакції на Fe²⁺, Fe³⁺.

а) В пробірку внести декілька крапель розчину солі Fe²⁺ і додати таку ж кількість розчину гідроксиду Натрію. Пробірку з продуктом реакції залишити для подальшого спостереженя змін. Записати рівняння реакції обміну і окислення гідроксиду Fe²⁺ у гідроксид Fe³⁺ , скласти електронний баланс, визначити окисник і відновник, спостереження.

б) В пробірку внести декілька крапель розчину солі Fe³⁺ і додати таку ж кількість розчину гідроксиду Натрію. Записати рівняння реакції, спостереження.

в) В пробірку внести декілька крапель розчину солі Fe^3+- і додати таку ж кількість розчину KSCN. Записати спостереження і рівняння реакції.

Зробити висновки про властивості згаданих d-елементів і їх сполук.

Література:

1. Хухрянский В.Г. Химия биогенных элементов., К., 1984.

2. Глінка М.Л. Загальна хімія., К., 1982.

3. Хімія. Під ред. Слободяника М.С., К., 2003.

4. Сегеда А.С. Аналітична хімія. Якісний і кількісний аналіз. К., 2003.

РОЗДІЛ 3

Комплексні сполуки

Комплексними сполуками називають складні речовини, які містять комплексоутворювач, який має здатність координувати довкола себе частинки, що називаються лігандами, утворюючи при цьому координаційну сферу.

Такі комплексні сполуки були відомі давно, як речовини, які по своїм фізико-хімічним властивостям не могли бути описані відомими теоріями утворення хімічного зв’язку: йонного чи ковалентного.

Першою теорією, що пояснювала будову комплексних сполук була теорія швейцарського хіміка А.Вернера (1893 р.) про наявність у таких сполуках центрального атома, який він назвав комплекснотвірним і який, крім головних валентностей, має іще побічні, найчастіше вдвічі більші ніж основні, за рахунок яких і утворює з частинками, які він назвав лігандами, додаткові зв’язки.

Сучасна теорія комплексних сполук вважає що комплексоутворювачами є елементи (найчастіше d-підрівнів), які мають незайняті електронні оболонки на які вони можуть прийняти частинки(аніони, чи полярні молекули), що містять надлишок електронної густини, зв’язки при цьому називають донорно-акцепторними. Крім цього важливе значення має просторова структура таких сполук. Вони можуть мати симетричну плоску чи просторову будову у вигляді тетраедрів чи октаедрів.

Комплексна сполука містить комплексний йон, який складається з центрального атома – комплексоутворювача та розміщених навколо нього лігандів. Лігандами є нейтральні молекули або йони. Число лігандів перевищує число зв’язків, які може утворити центральний атом своїми неспареними електронами. Загальне число зв’язків комплексоутворювача з лігандами, незалежно від їх механізму, називають його координаційним числом. Центральний атом та ліганди, що його оточують, складають внутрішню сферу комплексу або комплексний йон. При зображенні комплексної сполуки внутрішню сферу комплексу обмежують квадратними дужками. Наприклад, [Co(NH₃)₆]³⁺ або [Fe(CN)₆]^3-. За межею комплексного йона розміщені йони зовнішньої сфери. Зовнішню сферу комплексу утворюють катіони чи аніони. Найчастіше це катіони лужних, лужноземельних металів і катіон амонію або аніони безкисневих, кисневмісних кислот і гідроксид-йони. Існують комплекні сполуки, які не мають йонів зовнішньої сфери. Заряд їх комплексного йона дорівнює нулю. Наприклад, [Pt(NH₃)₂Cl₂], [Co(NH₃)₃Cl₃], [Ni(CO)₄] тощо.

Будову комплексної сполуки зображають схемою:

На основі будови комплексних сполук сформульовано їх сучасне визначення: комплексними сполуками називають складні сполуки, які містять комплексний йон, що складається з комплексоутворювача та координованих навколо нього лігандів, здатний самостійно існувати у розчині та розплаві.

Комплексоутворювачами можуть бути атоми практично всіх елементів періодичної системи Д.І. Мендєєва або їх йони. Однак лужні та лужноземельні метали та їх катіони утворюють дуже нестійкі комплекси. Необхідною умовою комплексоутворювача є наявність вільних, енергетично вигідних атомних орбіталей. Тому найбільш типовими комплексоутворювачами є d- і f-елементи та їх катіони. Атоми та катіони цих елементів мають малий атомний радіус та великий заряд ядра, тому вони легко поляризують аніони та молекули лігандів,утворюючи при цьому комплексні іони. Типовими комплексоутворювачами є атоми елементів Cr, Co, Ni, Fe, Mn та катіони Ag⁺, Au⁺, Cu⁺, Cu²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺, Zn²⁺, Cr³⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Co²⁺, Ni²⁺, Pt²⁺, Pt⁴⁺ тощо.

Катіони s- та p-елементів також здатні бути комплексоутворювачами. Це катіони металів Ве²⁺, Al³⁺, Sn²⁺, Sn⁴⁺, Pt²⁺ та атоми неметалів Si, B, P, N у певному ступені окиснення. Наприклад, Силіцій у H₂[SiF₆], Бор у H[B(OH)₄] та Na[BF₄], Фосфор у K[PF₆], Нітроген у NH₄Cl. Слід зазначити, що хлорид амонію вважають комплексною сполукою умовно. Він є перехідною речовиною між звичайними та комплексними сполуками.

Лігандами можуть бути нейтральні молекули або аніони кислот.