Тема. Металлы IA и IIA групп

1. Актуальность.Ионы натрия и калия распределены по всему организму человека. Причем, ионы натрия входят преимущественно в состав межклеточных жидкостей, а ионы калия, главным образом, находятся внутри клеток. При этом большое значение имеет разница в величинах ионных радиусов Na⁺ (0,98 Å) и К⁺ (1,ЗЗ Å), которая обуславливает очень большую разницу в радиусах гидратированных ионов. Это приводит к неодинаковой роли ионов натрия и калия в процессе метаболизма. Размеры ионов, а также характерные для данного иона химические связи определяют, на какие ионы может замещаться тот или иной ион в процессе метаболизма. Установлено, что ионы калия могут замещаться в живых организмах на крупные однозарядные катионы щелочных металлов (Rb, Cs), а также на сходные по размерам ионы NH₄⁺; ион натрия может замешаться только на Li⁺ .

Ионы натрия и калия вместе с другими ионами участвуют в передаче нервного импульса, создают определенную ионную силу. Буферные системы организма образованы в основном солями натрия (иногда калия).

В медицине используют следующие соединения s-элементов-металлов: NaHCО₃ применяют внутрь в виде порошков, таблеток при желудочно-кишечных заболеваниях, сопровождающихся ацидозом. Наружно - для полосканий, промываний, ингаляций. Реакция NaHCО₃+HCl→ NaCl+CО₂+H₂О лежит в основе применения гидрокарбоната натрия в медицинской практике в качестве средства, нейтрализующего кислоту.

NaHCО₃ при нагревании раствора (70 °С) переходит в двойную соль: Na₂СО₃∙NaHCО₃, а при 100 °C почти нацело превращается в Na₂СО₃. Это следует иметь в виду при приготовлении и хранении растворов препарата.

NaCl (0,85-0,9% в Н₂О - физраствор) применяется для внутривенных вливаний при больших кровопотерях.

Na₂SО₄∙10Н₂О (глауберова соль) применяется как слабительное и противоядие при отравлениях солями бария и свинца.

КНС₄Н₄О₆ (виннокаменная соль) применяется в микстурах и порошках как легкое слабительно.

СН₃СООК (ацетат калия) является мочегонным средством, хорошо действует при сердечных и почечных отеках.

Na₂S₂О₃ (тиосульфат натрия) применяется как противотоксическое средство. При отравлениях цианидами образуются менее токсичные роданиды: KCN+ Na₂S₂О₃ → KCNS+ Na₂SО₃.

При отравлении солями тяжелых металлов (Hg, РЬ, Tl, As) образуются малорастворимые сульфиды. При аллергических заболеваниях назначают внутривенно в виде 10-30 % растворе!

С₆Н₆СООLi (бензоат лития) оказывает биокаталитическое влияние на функцию мочеиспускания, применяется при лечении уремии, почечно-каменной болезни, подагры.

По своим характеристикам ионы магния и кальция в большей степени отличаются друг от друга, чем ионы натрия и калия. Ион магния по сравнению с ионом кальция проявляет большую тенденцию к образованию ковалентных донорно-акцепторных связей с различными электродонорными атомами (N, О), входящими в состав биологических макромолекул (белки, нуклеиновые кислоты и т.д.). Это обуславливает большие структурообразующие свойства магния по сравнению с кальцием. Ионы магния образуют в клетках комплексы с нуклеиновыми кислотами, участвуют в передаче нервного импульса, сокращении мышц, метаболизме углеводов.

Магний можно назвать центральным элементом энергетических процессов, связанных с окислительным фосфорилированием. Избыток магния играет роль депрессора нервного возбуждения, недостаток его вызывает тетанию.

Магний - один из основных активаторов ферментативных процессов. В частности, он активирует ферменты синтеза и распада АТФ и гуанинтрифосфорной кислоты, участвует в процессах переноса фосфатных групп.

В медицине используются физические и химические свойства препаратов соединений магния.

MgO, (MgOH)₂CО₃ малорастворимы в растворах кислот, в том числе в соляной кислоте, содержащейся в желудочном соке. MgSО₄∙7H₂O (английская соль) оказывает слабительное действие, связаннное с полной непроницаемостью стенок кишечника для ионов магния, вследствие чего происходит осмотический перенос воды через стенки в кишечник. Следует иметь в виду, что продолжительное применение препаратов магния вызывает снижение содержания кальция в крови, так как эти два элемента являются физиологическими антагонистами.

Роль ионов кальция в организмах животных и растений сложна. Больше всего кальция содержится в костной ткани. Кристаллы кости имеют приблизительный состав: Са₁₀(РО₄)₆(ОН)₂ и относятся к числу гидроксилапатитов. Наиболее важной функцией ионов кальция является их роль в ферментативных системах, в том числе как регулятора сокращения мышц, передатчика нервного импульса, а также в системе свертывания крови. В организм кальций вводится в виде среднего фосфата, содержащегося в пище. В пищеварительном тракте под влиянием кислой среды средний фосфат преобразуется в хорошо растворимые кислые фосфаты СаНРО₄ и Са(Н₂РО₄)₂, которые всасываются в кишечнике и переходят в плазму крови. Концентрация ионов Са²⁺ в крови человека составляет обычно 0,0022-0,0028 моль/л.

Примерно половина кальция находится в виде акваионов, способных проходить через мембраны. Другая часть связана с белком и через мембраны не проходит. Переизбыток ионов кальция оказывает нежелательное воздействие на организм - происходит образование камней, отложение солей. Ионы Са²⁺ (R (Ca²⁺) = 1,06 Å) могут замещаться ионами стронция (R(Sr²⁺)= l,23 Å) и La (R = l,22 Å). Замещение Са²⁺ в организме ионами элементов Cd, Mn, Sr может приводить к тяжелым заболеваниям. Особенно опасен ⁹⁰Sr, оседающий в результате обмена кальция в костях, извлечь который из костей практически невозможно.

Наибольшее значение имеют следующие соединения кальция:

Са(ОН)₂ насыщенный водный раствор - применяется наружно и внутрь в качестве противовоспалительного, вяжущего и дезинфицирующего средства. При наружном употреблении известковую воду обычно смешивают с каким-нибудь маслом, используя в виде эмульсий от ожогов.

СаС1₂ применяют как успокаивающее средство при лечении неврозов, бронхиальной астме, туберкулезе и как противовоспалительное, противоаллергическое и противоотёчное средство, так как он понижает проницаемость стенок капилляров. Назначают внутривенно или внутрь, но не подкожно, - так как он вызывает раздражение и некроз тканей.

2CaSО₄∙ Н₂О применяется в хирургической практике для наложения фиксирующих повязок и впитывания выделений из ран.

BaSО₄ применяют для рентгеноскопии желудочно-кишечного тракта, в силу своей нерастворимости он не всасывается. Однако препарат не должен содержать растворимых солей бария, так как, всасываясь, они могут вызвать очень тяжелое отравление организма.

Таким образом, знание химии s-элементов позволяет:

1. Сопоставить электронную структуру и свойства ионов этих элементов с особенностями их биологического действия.

2. Предсказать возможность протекания нежелательных для организма реакций, приводящих к патологическим эффектам, например:

Са₃(РО₄)₂+3Sr⁹⁰ ↔ Sr₃ (РО₄)₂ + ЗСа²⁺

3. Правильно идентифицировать различные сложные вещества.

4. Углубленно изучать такие дисциплины, как биохимия, физиология.

2. Учебные цели:научиться

- на основе электронной структуры атомов и ионов определять общие свойства соединений, возможные пути их превращения, формировать представления о роли металлов IА и IIA групп в живом организме;

- прогнозировать реакционную способность соединений в зависимости от положения в периодической системе Д.И. Менделеева;

- проводить пробирочные реакции;

- объяснять суть конкретных реакций;

- пользоваться справочной литературой;

- оформлять отчетную документацию (протокол лабораторных работ).