Тема занятия: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Р-ЭЛЕМЕНТОВ V ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ

Актуальность темы

р-элементы V группы — это азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут. Наиболее важные из них — азот и фосфор, являются органогенами. Азот- основной компонент воздуха, по содержанию в организме (3,1%) относится к макроэлементам. Вместе с углеродом и кислородом азот образует жизненно важные соединения-аминокислоты, содержащие одновременно аминогруппу -NH₂ и карбоксильную группу -COOH. В свою очередь аминокислоты - это биоорганические вещества, играющие роль строительных блоков для образования белков-основы жизни. Аминогруппа выполняет очень важную функцию и в молекулах нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое значение азотсодержащих биолигандов — порфиринов, например гемоглобина. Соединение азота - аммиак в виде 10%-ного раствора, используется в медицинской практике для вывода из обморочного состояния. Представителем лекарственных нитратов (производных азотной кислоты) является нитроглицерин, который применяется для профилактики при ишемической болезни сердца и снятия приступов стенокардии.

Фосфор по содержанию в организме человека (0,95%) относится к макроэлементам. В организме он встречается только в виде неорганических и органических фосфатов, которые играют две важные ключевые роли. Во-первых, они служат структурными компонентами скелета, клеточных мембран и нуклеиновых кислот. Вторая роль фосфатов, точнее полифосфатов, заключается в аккумуляции и переносе энергии от высокоэнергетического акцептора к низкоэнергитическому. Фосфатная буферная система является одной из основных буферных систем крови. То есть живые организмы не могут обходиться без фосфора. Целый ряд соединений фосфора используются в качестве лекарственных препаратов. Например, ортофосфорная кислота и труднорастворимые фосфаты алюминия AlPO₄ и цинка Zn₃(PO₄)₂ входят в состав фосфат-цементов, применяемых в стоматологии в качестве пломбировочного материала. Аденозинтрифосфорная кислота (АТФ) используются в виде подкожных инъекций при болезнях сердца и общем истощении организма.

Мышьяк, сурьма,висмут по содержанию в организме относятся к микроэлементам. Оксид мышьяка As₂O₃ применяют наружно при кожных заболеваниях, в стоматологической практике его используют для омертвления мягких тканей зуба, в микродозах - при малокровии, истощении, нервозности. Раствор арсенита К₂АsО₃ применяют при тех же заболеваниях, что и Аs₂О₃. Препарат: основной нитрат висмута (смесь Bi(OH)₂NO₃ , BiONO₂ , BiOOH), используют в качестве вяжущего средства при желудочно-кишечных заболеваниях.

Некоторые соединения р-элементов V группы являются токсичными. Соли азотистой и азотной кислот (нитриты и нитраты), попадая в кровь, вызывают кислородную недостаточность. Токсичными являются водородные соединения фосфин РН₃ , арсин АsН₃, стибин SbН₃ , висмутин ВiН₃ . Токсичны и другие соединения мышьяка (III), а так же мышьяка (V), обладающие способностью блокировать сульфгидридные группы ферментов и других биологически активных соединений.

Цель занятия

Получить системные знания о строении, свойствах, биологической роли р-элементов V группы и их соединений.

Студент должен знать:

1. Общие свойства р-элементов V группы и зависимость химических свойств соединений р-элементов от строения их атомов.

2. Химические свойства р-элементов V группы и их соединений.

3. Кислотно-основную характеристику р-элементов.

4. Окислительно-восстановительную характеристику р-элементов.

5. Комплексообразующие свойства р-элементов и их соединений.

6.Биологическую роль р-элементов и их соединений;

Студент должен уметь:

1. Проводить простейший эксперимент по изучению физико-химических свойств р-элементов и их соединений.

2. Анализировать исследуемый раствор на присутствие ионов р-элементов.

Вопросы для подготовки и обсуждения на занятии

1. Характеристика р-элементов V группы — положение в периодической системе, электронные формулы и спиновые схемы.

2. Химические свойства р-элементов V группы и их соединений.

3. Сравнительная характеристика кислотно-основных и окислительно-восстановительных свойств соединений р-элементов V группы.

4.Биологическая роль р-элементов V группы и применение их соединений в медицине.

Вопросы и задачи для самоконтроля

1. Дайте сравнительную характеристику атомов элементов подгруппы азота с указанием электронной конфигурации, валентных возможностей, наиболее характерных степеней окисления.

2. Напишите электронные и электронно-графические формулы атомов элементов № 33 и № 51. Укажите положение их в периодической системе (семейство, период, группу, подгруппу)

3. Приведите примеры реакций, в которых аммиак и его производные образуют связи по донорно-акцепторному механизму.

4. Опишите электронное строение молекулы азота с позиций методов валентных связей и молекулярных орбиталей.

5. Азот можно получить путем следующих реакций:

а) NH₄NO₃(к) = N₂(г) + 1/2O₂(г) + 2H₂O(г)

б) NH₄NO₂(к) = N₂(г) + 2H₂O(г)

Какая из приведенных реакций наиболее вероятна при стандартных условиях? Ответ подтвердите расчетом.

6. Приведите примеры реакций, в которых соединения азота ведут себя, как:

а) окислители;

б) восстановители;

в)соединения, проявляющие окислительно-восстановительную двойственность

7. Требуется растворить кусочек серебра в азотной кислоте. Какую кислоту выгоднее взять — концентрированную или разбавленную? В каком случае расход НNO₃ будет меньше?

8. Приведите примеры наиболее типичных реакций взаимодействия азотной кислоты различной концентрации с металлами и неметаллами?.

9. Напишите формулы фосфорных кислот, содержащих фосфор в степени окисления (+5). Какие из них имеют наибольшее значение?

10. Укажите, какие соединения образует фосфор с водородом и сравните их свойства со свойствами аналогичных соединений азота.

11. Сколько теплоты выделится при превращении 1 т белого фосфора в красный, если теплота перехода составляет 16,73 кДж на 1 моль атомов?

12. Какие степени окисления проявляют в своих соединениях мышьяк, сурьма, висмут? Как изменяются кислотно-основные свойства в ряду гидроксидов этих элементов с одинаковой степенью окисления?

13. Почему раствор SbCl₃ становится мутным при разбавлении водой? Как сделать его прозрачным, не фильтруя?

14. Какая химическая реакция лежит в основе токсического действия соединений мышьяка на живые организмы?

15. Каково отношение солей сурьмы и висмута к гидролизу? Каким будет соотношение рН растворов солей SbCl₃ и BiCl₃? Ответ мотивируйте.