Химия биогенных элементов главной подгруппы первой группы

                                       

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ 
 
ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ ПЕРВОЙ ГРУППЫ 
 
 
 
 
 
 
Исполнитель: 

 

 

 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

1

Оглавление

Глава1.Общая характеристика элементов 1А группы…………..3

Глава2.Элементы 1А группы………………………………….... ..4-6

2.1 Литий………………………………………………………….. 4

2.2 Натрий………………………………………………………….4-5

2.3 Калий………………………………………………………….. 5 
2.3.1. Натриево-калиевый насос………………………………….6

2.5 Рубидий и цезий….....................................................................6

2.6 Франций......................................................................................6

Заключение…………………………………………………….......6

Глава3.Список использованной литературы…………………….7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Глава 1. Общая  характеристика элементов 1А группы

Элементы главной подгруппы  первой группы - это щелочные металлы. Они самые активные металлы, получают их электролизом солей. Щелочные металлы  на последнем энергетическом уровне имеют по одному электрону, который  легко отдают, приобретая при этом положительную степень окисления. Являются только восстановителями. С увеличением заряда ядра атома у них увеличиваются металлические свойства, увеличивается радиус атома.  

Металлы серебристо-белого цвета, режутся ножом, легкие и мягкие, легкоплавкие, плотность возрастает, а температура плавления уменьшается от Li к Cs. При горении металлы окрашивают пламя в характерные цвета. Fr – радиоактивный металл, его свойства изучены недостаточно, поэтому его не включают в характеристику.

Щелочные металлы взаимодействуют с простыми веществами: при взаимодействии с O₂ только Li дает оксид, другие металлы – пероксиды. Щелочные металлы взаимодействуют со сложными веществами: при растворении в воде выделяется газ- водород. 
 
Эти металлы самые реакционноспособные из всех, хранятся под слоем керосина или вазелинового масла. Rb и Cs – воспламеняются на воздухе. В реакциях K с водой водород всегда воспламеняется. 

Щелочные металлы получают электролизом расплава или раствора соли или гидроксидов этих металлов.

По содержанию в организме человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся к макроэлементам, а остальные щелочные металлы – литий (10^-4%), рубидий (10^-5%), цезий (10^-4%) – к микроэлементам.

По содержанию в организме  человека натрий (0,08%) и калий (0,23%) относятся  к макроэлементам, а остальные щелочные металлы – литий (10^-4%), рубидий (10^-5%), цезий (10^-4%) – к микроэлементам.

 

 

 

 

 

3

 

 

Глава 2. Элементы 1А группы

2.1. Литий(Li)

Литий по своим свойствам  немного отличается от других щелочных металлов: он имеет малый размер иона и наибольшую поляризуя способность, вызывает высокую сольватацию иона. Имеет выразительную биологическое действие (А. А. Войнар). Сходство химических свойств лития и натрия определяет их одинаковое действие на течение ферментативных процессов.

Содержание  лития в организме человека около 70 мг (10 ммоль) – 10-4%. Соединения лития  у высших животных концентрируются  в печени, почках, селезенке, легких, крови, молоке. Максимальное количество лития найдено в мышцах человека. Биологическая роль лития как микроэлемента пока до конца не выяснена.

Доказано, что на уровне клеточных мембран  ионы Li (при достаточной концентрации) конкурируют с ионами натрия при проникновении в клетки. Очевидно, замещение ионов Na в клетках ионами Li связано с большей ковалентностью соединений лития, вследствие чего они лучше растворяются в фосфолипидах. Литий постоянно есть в крови, органах и тканях человека. Способность лития замещать ионы натрия в солях мочевой кислоты, тем именно образуя растворимые соединения, используют при лечении подагры. Литий характеризуется десенсибилизирующим действием, при небольшой концентрации способный к ингибирующие действия на факторы свертывания крови. Поэтому его соединения могут применяться для комплексной профилактики и терапии тромбозов.

Установлено, что некоторые соединения лития  оказывают положительное влияние  на больных маниакальной депрессией. Всасываясь из желудочно-кишечного тракта, ионы Li накапливаются в крови. Когда концентрация ионов Li достигает 0,6 ммоль/л и выше, происходит снижение эмоциональной напряженности и ослабление маниакального возбуждения. Вместе с тем содержание ионов Li в плазме крови нужно строго контролировать. В тех случаях, когда концентрация ионов Li превышает 1,6 ммоль/л, возможны отрицательные явления. 
Li используется для получения трития (ракетное топливо), как добавка к сталям (придает твердость).

2.2. Натрий(Na)

Содержание  натрия в организме человека массой 70 кг составляет около 60 г (2610 ммоль) – 0,08%. Из этого количества 44% натрия находится во внеклеточной жидкости и 9% – во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани, являющейся местом депонирования иона Na в организме. Около 40% натрия, содержащегося в костной ткани, участвует в обменных процессах, и благодаря этому скелет является либо донором, либо акцептором ионов Na, что способствует поддержанию постоянства концентрации ионов Na во внеклеточной жидкости.

Натрий  является основным внеклеточным ионом. В организме человека натрий находится  в виде его растворимых солей, главным образом – хлорида, фосфата и карбоната водорода. Натрий распределен по всему организму: в сыворотке крови, спинномозговой жидкости, глазной жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, коже, костной ткани, легких, мозге.          4

Ионы Na играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза). Ионы Na участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов. Вместе с ионами K, Mg, Ca, Cl ион Na участвует в передаче нервных импульсов и поддерживает нормальную возбудимость мышечных клеток.       

При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения  функций нервной, сердечно—сосудистой  и других систем, гладких и скелетных  мышц. Хлорид натрия NaCl служит основным источником соляной кислоты для  желудочного сока.

В организм человека натрий поступает в основном в виде поваренной соли. Истинная ежедневная потребность организма в натрии составляет 1 г, хотя среднее потребление этого элемента достигает 4—7 г. Непрерывное избыточное потребление NaCl способствует появлению гипертонии.

При воздействии щелочей на микробные клетки происходит осаждение клеточных белков и вследствие этого – гибель микроорганизмов.

Сульфат натрия (глауберова соль) Na₂SO₄  * 10H₂O применяют в качестве слабительного средства.

Тетраборат натрия Na₂B₄О₇ * 10H₂O применяют наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний.

Гидроксид натрия в виде 10%-ного раствора входит в  состав силамина, применяемого в ортопедической практике для отливки огнеупорных  моделей при изготовлении цельнолитых  протезов из кобальтохромового сплава. 
Кроме того, ионы натрия способствуют набуханию коллоидов тканей, это задерживает воду в организме.

 

2.3. Калий(K)

Содержание калия в  организме человека массой 70 кг составляет примерно 160 г (4090 ммоль) – 0,23%. Калий  является основным внутриклеточным катионом, составляя 2/3 от общего количества активных клеточных катионов.

Из общего количества калия, содержащегося в организме, 98% находится внутри клеток и лишь около 2% – во внеклеточной жидкости. Калий распространен по всему  организму. Его топография: печень, почки, сердце, костная ткань, мышцы, кровь, мозг и т. д. По свойствам калий существенно отличается от натрия, и особенно от лития. В значительной степени это обусловлено наличием в калия и его аналогов свободных    d-орбиталей, имеющие энергию, близкую к энергии ns-подуровней. Разница свойств, возможно, определяет их различное поведение в живых организмах. Ионы К играют важную роль в физиологических процессах – сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, про–ведении нервных импульсов, обменных реакциях. Ионы К являются важными активаторами ферментов, находящихся внутри клетки. 
Na и K используются в атомных реакторах, в органических синтезах. 
             5

2.3.1. Натриево-калиевый  насос 
Натрий и калий функционируют в паре. Скорость диффузии ионов Na+, и K+ через мембрану в покое мала, разность их концентрации вне клетки и внутри должна была выровняться, если бы в клетке не существовало натрий – калиевого насоса, который обеспечивает выведение из протоплазмы проникающих в неё ионов натрия и введение ионов калия. Источником энергии для работы насоса является расщепление фосфорных соединений – АТФ, которое происходит под влиянием фермента –аденозинтрифосфатазы. Торможение активности этого фермента приводит к нарушению работы насоса. По мере старения организма градиент концентрации ионов калия и натрия на границе клеток падает, а при наступление смерти выравнивается.

2.4. Рубидий и цезий

По содержанию в организме  человека рубидий (10^-5%) и цезий (10^-4%) относятся к микроэлементам. Они постоянно содержатся в организме, но биологическая роль их еще не выяснена. Являясь полным аналогом калия, рубидий также накапливается во внутриклеточной жидкости и может в различных процессах замещать эквивалентное количество калия.

Радиоактивные изотопы ^13rCs и ⁸⁷Rb используются в радиотерапии злокачественных опухолей, а также при изучении метаболизма калия. Благодаря быстрому распаду их можно даже вводить в организм, не опасаясь длительного вредного воздействия. 
Cs и Rb – получение фотоэлементов, преобразование солнечного света в электрическую энергию.

2.5. Франций

Это радиоактивный химический элемент, полученный искусственным  путем. Имеются данные, что франций  способен избирательно накапливаться  в опухолях на самых ранних стадиях  их развития. Эти наблюдения могут оказаться полезными при диагностике онкологических заболеваний.

Заключение

Таким образом, из элементов IA-группы физиологически активны Li, Rb, Cs, a Na и К – жизненно необходимы. Близость физико-химических свойств Li и Na, обусловленная сходством электронного строения их атомов, проявляется и в биологическом действии катионов (накопление во внеклеточной жидкости, взаимозамещаемость). Исследование протекающих в организме физиологических и патологических процессов с участием комплексных соединений, а также создание на основе комплексных соединений лекарственных препаратов является одной из важнейших задач бионеорганической химии. Нарушение баланса макро- и микроэлементов приводит к различным изменениям в состоянии организма. Поэтому в состав пищи должны входить минеральные вещества, за счет которых организм реализует свою потребность в химических элементах. Недостаток или избыток тех или иных химических элементов в организме человека позволяет врачу сделать заключение о том, правильно ли питается пациент, безопасна ли среда, в которой он живет, хорошо ли функционируют его желудочно-кишечной тракт, почки, печень.

 

 

6

 

Глава 3. Список использованной литературы

 

Книги: 
Химия: Справочник. Изд./В. Шретер, К.Х.Лаутеншлегер, Х. Бибрак и др. Пер. с нем. – М. Химия, 1989.  

Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З., Михайличенко Н.И. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. -М.: Высшая школа, 1993. 

Фримантл М.  Химия в действии. -М.: Мир, 1991. т.2,

                                                               Сайты:

nnre.ru 
lib.znate.ru

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7