Тема занятия: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Р-ЭЛЕМЕНТОВ VI-VП ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ
Актуальность темы
р-элементы VI группы – это кислород, сера, селен, теллур, полоний. Наиболее важные из них- кислород и сера, являются органогенами. Кислород по содержанию в организме (62%) относится к макроэлементам. Его роль в процессах жизнедеятельности исключительно велика. Без кислорода невозможны многочисленные чрезвычайно важные жизненные процессы, например дыхание, окисление аминокислот, жиров, углеводов. Защитные функции организма также связаны с наличием кислорода и уменьшение содержания кислорода в организме понижает его защитные свойства. В медицинской практике кислород применяют для вдыхания при кислородной недостаточности, заболеваниях дыхательных путей, сердечно- сосудистой системы, отравлениях СО2, HCN и др.
По содержанию в организме (0,16%) сера, как и кислород, относится к макроэлементам. Сера входит в состав многих биомолекул - белков, аминокислот, гормонов (инсулина), витаминов (витамин B1), содержится в каротине волос, костях, нервной ткани. Многие серосодержащие биосубстраты организма имеют в своем составе тиольную группу R-SH, которая легко окисляется в дисульфидную группу R-S-S-R.
Этот процесс носит в организме обратимый характер, так как он позволяет поддерживать в организме тиол-дисульфидное равновесие, которое лежит в основе регуляции активности ферментов и гормонов, проницаемости мембран, свертывания крови и адаптации организма к экстремальным воздействиям. В медицинской практике широко применяют как саму серу, так и многие её соединения: сера осажденная, тиосульфат натрия Na2S2O3∙ 5H2O, сульфаты Na2SO4∙ 10H2O , CuSO4 ∙ 5H2O , ZnSO4 ∙ 7H2O.
Селен по содержанию в организме относится к микроэлементам (10-5 – 10-7 %). В живых организмах селен, как и сера, входит в состав биосубстратов в степени окисления -2. Селен может замещать атомы серы в аминокислотах; эти необычные селенсодержащие аминокислоты входят в состав активных центров некоторых ферментов, обеспечивая их высокую ферментативную активность. Хорошо известна способность селена предохранять организм от отравления ртутью и кадмием. Интересным является факт взаимосвязи между низкой смертностью от рака и высоким содержанием селена в пище. В то же время замещение группы SH на группу SeH в ряде ферментов приводит к снижению их дегидрогеназной активности и ингибированию клеточного дыхания.
К р-элементам VII группы относятся фтор, хлор, бром, йод, астат; эти элементы называются галогенами. По содержанию в организме человека хлор (0,15%) относится к макроэлементам, остальные галогены- к микроэлементам (~10-5%). Соединения фтора являются компонентами костной ткани, ногтей и зубов. Фторирование питьевой воды до концентрации фторид-иона 1мг/л и добавление фторида натрия в зубную пасту значительно снижает кариес зубов. Хлорид- ионы обеспечивают ионные потоки через клеточные мембраны, участвуют в поддержании осмотического гомеостаза, создают благоприятную среду для действия и активации протолитических ферментов желудочного сока. Бромид-ионы в организме человека локализуются преимущественно в гипофизе и других железах внутренней секреции. Они усиливают тормозные процессы в нейронах коры головного мозга, в связи с чем бромиды калия, натрия и бромкамфора применяются в фармакологии. Йод и его соединения влияют на синтез белков, жиров и гормонов. Больше половины количества йода находится в щитовидной железе в связанном состоянии в виде гормонов. При недостаточном поступлении йода в организм развивается эндемический зоб. Для профилактики этого заболевания к поваренной соли добавляют NaJ или KJ.
Цель занятия
Получить системные знания об общих свойствах р-элементов VI-VII групп, зависимости химических свойств соединений р-элементов от свойств атомов и биологической роли р-элементов VI-VII групп и их соединений.
Студент должен знать:
1. Общие свойства р-элементов VI-VII групп.
2. Зависимость химических свойств соединений р-элементов от свойств атомов.
3. Окислительно-восстановительные свойства соединений р-элементов VI-VII групп.
4. Изменение свойств галогенводородных соединений сверху вниз по группе.
5. Комплексообразующую способность р-элементов VI-VII групп.
6. Биологическую роль р-элементов.
Студент должен уметь:
1. Проводить простейший эксперимент по изучению физико-химических свойств р-элементов VI-VII групп и их соединений.
2. Анализировать исследуемый раствор на присутствие ионов р-элементов VI-VII групп.
Вопросы для подготовки и обсуждения на занятии
1.Характеристика р-элементов VI-VII групп – положение в периодической системе, строение атомов, степени окисления.
2.Кислород; химические свойства. Пероксиды; окислительно-восстановительные свойства пероксидов.
3.Галогены; химические свойства. Изменение прочности химической связи, восстановительной способности и степени электролитической диссоциации в водных растворах кислот в ряду HF- HCl- HBr- HJ.
4.Химизм биологического действия р-элементов VI-VII групп и их соединений; применение в медицине.
Вопросы и задачи для самоконтроля
1.Напишите электронную конфигурацию атомов и дайте сравнительную
характеристику р-элементов VI группы. Какие степени окисления они проявляют?
2.Опишите строение молекулы кислорода, используя метод молекулярных орбиталей. Обладает ли молекула магнитными свойствами? Ответ мотивируйте.
3.Сравните химическую активность озона и кислорода. Ответ подтвердите химическими реакциями.
4.Какие жизненные процессы протекают при обязательном участии кислорода? Укажите применение кислорода в медицинских целях.
5.Как и почему изменяются кислотные свойства в ряду: серная – селеновая - теллуровая кислоты? Как изменяются в этом ряду их окислительные свойства?
6.Привести примеры реакций получения SO2, в которых степень окисления серы: а) изменяется; б) не изменяется.
7.Приведите примеры биологически важных серусодержащих соединений.
Объясните механизм обезвреживания ядовитых соединений (фенола, крезола и т.д.) с помощью образующейся в организме эндогенной серной кислот
8.Через 100 мл 0,2 М раствора NaOH пропустили 448 мл SO2 (условия нормальные). Найти массу образовавшейся соли.
9.Почему серусодержащие аминокислоты применяют для защиты организма от радиационных поражений. Ответ подтвердите химическими реакциями.
10.Объясните биологическую роль селена. В каких органах он концентрируется?
11. Дайте сравнительную характеристику атомов галогенов с указанием характера изменения первых потенциалов ионизации, энергии сродства к электрону, электроотрицательности. Какие степени окисления проявляют галогены в своих соединениях?
12. Как изменяются кислотные, окислительные свойства и устойчивость в ряду кислородсодержащих кислот: HClO, HClO2, HClO3, HClO4?
13. Могут ли галогеноводороды в каких-либо реакциях играть роль окислителя? Дайте мотивированный ответ.
14. Какова реакция среды в водных растворах фторида натрия, фторида аммония, фторида кремния. Ответ мотивируйте с помощью химических реакций. Вычислите рН 0,001 М раствора фторида аммония.
15. Объясните изменение силы кислот ННаl в ряду F-J.
16. Какова биологическая роль галогенов? Какие их соединения используются в медицине?
17. Объясните механизм защитного действия фторид-ионов на зубную эмаль.
18. Приведите примеры токсичного действия галогенов на организм.