Тема занятия: ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Р-ЭЛЕМЕНТОВ Ш-IV ГРУПП ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЙ.
Актуальность темы
р-элементы являются макро- и микроэлементами , их соединения входят в состав органов и тканей человека, играя весьма важную биологическую роль.
Благодаря естественному отбору основу живых систем составляют только шесть элементов, из которых пять: углерод, кислород, азот, фосфор, сера – р-элементы, получившие название органогены. Связи, образуемые органогенами, чрезвычайно разнообразны, что определяет многообразие биомолекул в живых организмах. Органогены образуют в основном водорастворимые соединения, что способствует их концентрированию в живых организмах, содержащих более 60% воды. Из атомов органогенов построены молекулы таких важных в биологическом отношении соединений, как белки, жиры, углеводы, нуклеиновые кислоты и др.
Из р-элементов III-IV групп наиболее важны бор, алюминий, углерод, кремний, олово, свинец. Биологическое действие бора ещё недостаточно изучено. Известно, что он усиливает действие инсулина, угнетает каталазу, уменьшает активность адреналина, инактивирует витамины B2 и B12. Из соединений бора борная кислота H3BO3 и тетраборат натрия
Na2B4O7∙10H2O обладают слабо дезинфицирующими свойствами и применяются как антисептические средства в мазях и присыпках при заболевании кожи в виде 1-4 % водных растворов для полоскания и промывания полости рта, носа, а также в виде глазных капель. Некоторые препараты алюминия оказывают вяжущее, подсушивающее, дезинфицирующее действие и применяются наружно при воспалительных заболеваниях слизистых оболочек, при лечении ран, язв и т.д.
Углерод играет основополагающую роль в жизнедеятельности организма, где его содержание составляет около 20%. С биологической точки зрения углерод является органогеном № 1, входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, углеводов, жиров, витаминов, гормонов. Углекислота, содержащаяся в крови, возбуждает дыхательный центр, расширяет мозговые сосуды, понижает возбудимость сердечной мышцы. Гидрокарбонаты калия и натрия входят в состав буферных систем крови и тканей, поддерживают постоянную величину водородного показателя pH. Уксусная кислота принимает участие в синтезе холестерина. Соединения олова, например PbF2, используются в стоматологии, как средство против кариеса. Ацетат и оксид свинца находят применение в медицинской практике как наружные вяжущие антисептические средства. Олово в сплавах с серебром, ртутью, медью, цинком и кадмием используется в зубоврачебной практике в качестве материала для зубных пломб.
Некоторые соединения р-элементов являются токсичным для организма (например, оксид углерода (П), соединения свинца, диоксид кремния). Их токсичность обусловлена тем, что они образуют более прочные связи с белками, вытесняя при этом ионы биометаллов (Zn2+, Fe2+,Mg2+).
Цель занятия
Получить системные знания о строении и свойствах р-элементов III-IV групп и их соединений; изучить зависимость свойств от строения атомов и на этой основе научиться раскрывать химизм действия важных лекарственных препаратов, содержащих соединения р-элементов.
Студент должен знать:
1. Свойства р-элементов Ш-IV группы ;
2. Зависимость химических свойств соединений р-элементов от строения их атомов;
3. Основные валентные состояния каждого элемента и характерные особенности образуемых им химических связей;
4. Изменение кислотно-основного характера оксидов и гидроксидов р-элементов по группам;
5. Изменение окислительно-востановительных свойств соединений
р-элементов с изменением степени окисления;
5.Биологическую роль р-элементов;
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 Ш-IV групп – положение в периодической системе, строение атомов, степени окисления, закономерности изменения радиусов атомов, энергии ионизации и электоотрицательности по группам.
2.Химические свойства р-элементов и их соединений.
3.Изменение окислительно-востановительных свойств соединений р-элементов с изменением степени окисления.
4.Изменение кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов р-элементов по группам.
5.Изменение кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов р-элементов с изменением степени окисления.
6.Биологическая роль р-элементов III-IV групп; химические основы применения соединений р-элементов в медицине.
Вопросы и задачи для самостоятельного решения
1. Напишите электронные формулы атомов следующих элементов: а) № 31 б) № 50.
На основании этих формул укажите положение элементов в периодической системе (период, семейство, группу, подгруппу)
2. Напишите электронную формулу элемента, у которого внешняя структура атома: 5s24d105p1. Определите порядковый номер элемента, семейство, группу, подгруппу.
3. Почему для элементов Ш группы более характерна степень окисления +3, а не +1 ?
4. Почему для углерода, кремния и германия наиболее характерна степень окисления +4, а для свинца +2.
5. Как изменятся неметаллические свойства р-элементов Ш-IV группы сверху вниз по группе?
6. Какие типы гибридизации атомных орбиталей характерны для углерода? Опишите с позиций метода валентных связей строение молекул CH4 , C2H6 , C2H4 , C2H2.
7. Допишите следующие окислительно-восстановительные реакции:
а) Al+ CuSO4 →
б) Fе3O4 + C →
в) Al + NaOH + H2O →
Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
8.Какой объем CO2 (условия нормальные) можно получить из 210 г NaHCO3 :а) прокаливанием; б) действием кислоты?
9. Приведите химические реакции, объясняющие токсическое действие СО.
10. Объясните как изменяется токсичность элементов IVA группы с ростом атомной массы.
12. Объясните, какое влияние оказывает алюминий на ферментативные процессы?