Химия и биологическая роль элементов VIБ группы

 

 

Содержание

 Введение

1. Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе.

2. Изменение в группе величин радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации. 

3. Свойства простых веществ: реакции с кислотами. 

4. Важнейшие соединения хрома (III) и их свойства. 

5. Гидратная изомерия катионов аквакомплексов. 

6. Соединения Ме (VI): молибденил- и вольфрамил-ионы; галогениды и оксигалогениды, оксиды,анионные комплексы. 

7. Окислительные свойства хроматов и дихроматов. 

8. Изополикислоты и гетерополикислоты. 

9. Медико-биологическое значение соединений хрома, молибдена, вольфрама. 

Заключение

Список Литературы

 

Введение

Минеральные вещества наряду с белками, жирами, углеводами и витаминами являются жизненно важными компонентами пищи человека, необходимыми для построения структур живых тканей и осуществления  биохимических и физиологических процессов, лежащих в основе жизнедеятельности организма.

Минеральные вещества участвуют  в важнейших обменных процессах  организма: водно-солевом и кислотно-щелочном. Многие ферментативные процессы в организме  невозможны без участия тех или  иных минеральных веществ. Организм человека получает эти элементы из окружающей среды, пищи и воды. Количественное содержание того или иного химического  элемента в организме определяется его содержанием во внешней среде, а также свойствами самого элемента, с учетом растворимости его соединений.

Впервые научные основы учения о микроэлементах в нашей стране обосновал В. И. Вернадский (1960). Фундаментальные  исследования были проведены А.П. Виноградовым (1957) - основоположником учения о биогеохимических провинциях и их роли в возникновении  эндемических заболеваний человека и животных и В.В. Ковальским (1974) - основоположником геохимической экологии и биогеографии химических элементов. В настоящее время из 92 встречающихся  в природе элементов 81 химический элемент обнаружен в организме  человека. Минеральные вещества составляют значительную часть человеческого  тела по массе (в среднем, в организме  около 3 кг золы). В костях минеральные  вещества представлены в виде кристаллов, в мягких тканях - в виде истинного  либо коллоидного раствора в соединении главным образом с белками. Для  наглядности можно привести такой  пример: в организме взрослого  человека содержится около 1 кг кальция, 0,5 кг фосфора, по 150 г калия, натрия и  хлора, 25 г магния, 4 г железа.

 

 

 

 

 

Краткая  характеристикаVIБ элементов

Хром — элемент побочной подгруппы 6-ой группы 4-го периода периодической  системы химических элементов Д. И. Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr (лат.Chromium). Простое вещество хром (CAS-номер: 7440-47-3) — твёрдый металл голубовато-белого цвета.В 1766 году в окрестностях Екатеринбурга был обнаружен минерал, который получил название «сибирский красный свинец», PbCrO4. Современное название — крокоит. В 1797 французский химик Л. Н. Воклен выделил из него новый тугоплавкий металл (скорее всего Воклен получил карбид хрома). Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома — хромистый железняк (хромит) FeO·Cr2O3. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO4.

Молибде́н — элемент побочной подгруппы шестой группы пятого периода  периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, атомный  номер 42. Обозначается символом Mo (лат.Molybdaenum). Простое вещество молибден (CAS-номер: 7439-98-7) — переходный металл светло-серого цвета. Главное применение находит  в металлургии.Открыт в 1778 году шведским химиком Карлом Шееле, который, прокаливая молибденовую кислоту, получил МоО3. В металлическом состоянии впервые получен П. Гьельмом в 1782 г. восстановлением оксида углём: он получил молибден, загрязненный углеродом и карбидом молибдена. Чистый молибден в 1817 году получил Й. Берцелиус.Название происходит от др.-греч. μόλυβδος, означающего «свинец». Оно дано из-за внешнего сходства молибденита (MoS2), минерала из которого впервые удалось выделить оксид молибдена, со свинцовым блеском (PbS). Вплоть до XVIII в. молибденит не отличали от графита и свинцового блеска, эти минералы носили общее название «молибден».Содержание в земной коре 3·10−4% по массе. В свободном виде молибден не встречается. В земной коре молибден распространён относительно равномерно. Меньше всего содержат молибдена ультраосновные и карбонатные породы (0,4 — 0,5 г/т). Концентрация молибдена в породах повышается по мере увеличения SiO2. Молибден находится также в морской и речной воде, в золе растений, в углях и нефти. Содержание молибдена в морской воде колеблется от 8,9 до 12,2 мкг/лдля разных океанов и акваторий. Общим является то, что воды вблизи берега и верхние слои меньше обогащены молибденом, чем воды на глубине и вдали от берега. Наиболее высокие концентрации молибдена в породах связаны с акцессорными минералами (магнетит, ильменит, сфен), однако основная масса его заключена в полевых шпатах и меньше в кварце. Молибден в породах находится в следующих формах: молибдатной и сульфидной в виде микроскопических и субмикроскопических выделений, изоморфной и рассеянной (в породообразующих минералах). Молибден обладает большим сродством с серой, чем с кислородом, и в рудных телах образуется сульфид четырёхвалентного молибдена — молибденит. Для кристаллизации молибденита наиболее благоприятны восстановительная среда и повышенная кислотность. В поверхностных условиях образуются преимущественно кислородные соединения Мо(степень окисления +6). В первичных рудах молибденит встречается в ассоциации с вольфрамитом и висмутином, с минералами меди (медно-порфировые руды), а также с галенитом, сфалеритом и урановой смолкой (в низкотемпературных гидротермальных месторождениях). Хотя молибденит считается устойчивым сульфидом по отношению к кислым и щелочным растворителям, в природных условиях при длительном воздействии воды и кислорода воздуха молибденит окисляется и молибден может интенсивно мигрировать с образованием вторичных минералов. Этим можно объяснить повышенные концентрации молибдена в осадочных отложениях — углистых и кремнисто-углистых сланцах и углях.Известно около 20 минералов молибдена. Важнейшие из них: молибденит MoS2 (60 % Mo), повеллит СаМоО4 (48 % Мо), молибдитFe(MoO4)3·nH2O (60 % Mo) и вульфенит PbMoO4.

Вольфра́м — химический элемент  с атомным номером 74 в Периодической  системе химических элементов Д. И. Менделеева, обозначается символом W (лат. Wolframium). При нормальных условиях представляет собой твёрдый блестящий  серебристо-серый переходный металл.Вольфрам — самый тугоплавкий из металлов. Более высокую температуру плавления имеет только неметаллический элемент — углерод. При стандартных условиях химически стоек.Название Wolframium перешло на элемент с минерала вольфрамит, известного ещё в XVI в. под названием «волчья пена» — «Spumalupi» на латыни, или «WolfRahm» по-немецки. Название было связано с тем, что вольфрам, сопровождая оловянные руды, мешал выплавке олова, переводя его в пену шлаков («пожирает олово как волк овцу»).В настоящее время в США, Великобритании и Франции для вольфрама используют название «tungsten» (швед. tungsten — «тяжелый камень»).В 1781 году знаменитый шведский химик Шееле, обрабатывая азотной кислотой минерал шеелит, получил жёлтый «тяжёлый камень» (триоксид вольфрама).В 1783 году испанские химики братья Элюар сообщили о получении из саксонского минерала вольфрамита как растворимой в аммиаке жёлтой окиси нового металла, так и самого металла. При этом один из братьев, Фаусто, был в Швеции в 1781 году и общался с Шееле. Шееле не претендовал на открытие вольфрама, а братья Элюар не настаивали на своём приоритете.Кларк вольфрама земной коры составляет (по Виноградову) 1,3 г/т (0,0013 % по содержанию в земной коре). Его среднее содержание в горных породах, г/т: ультраосновных — 0,1, основных — 0,7, средних — 1,2, кислых — 1,9.

Вольфрам встречается  в природе главным образом  в виде окисленных сложных соединений, образованных трехокисью вольфрама WO3 с оксидами железа и марганца или кальция, а иногда свинца, меди, тория и редкоземельных элементов. Промышленное значение имеют вольфрамит (вольфрамат железа и марганца nFeWO4 * mMnWO4 — соответственно, ферберит и гюбнерит) и шеелит (вольфрамат кальция CaWO4). Вольфрамовые минералы обычно вкраплены в гранитные породы, так что средняя концентрация вольфрама составляет 1-2 %.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.Изменение в группе величин радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации. 

Подгруппу хрома образуют металлы побочной подгруппы шестой группы — хром, молибден и вольфрам.

Наружный электронный  слой атомов элементов подгруппы  хрома содержит один или два электрона, что обусловливает металлический  характер этих элементов и их отличие  от элементой главной подгруппы. Вместе с тем их максимальная степень  равна +6 , так как, помимо наружных электронов, в образовании связей может участвовать еще соответствующее число электронов  недостроенного предпоследнего слоя.

Для хрома и его аналогов наиболее типичны производные высшей степени окисленности, во многом сходные  с соответствующими соединениями серы.

Хром:

Электродный потенциал	-0.74
Степени окисления	6, 3, 2, 0
Энергия ионизации  (первый электрон)	652,4 (6,76) кДж/моль (эВ)

Молибден:

Электродный потенциал	-0,2
Степени окисления	6, 5, 4, 3, 2
Энергия ионизации  (первый электрон)	684,8 (7,10) кДж/моль (эВ)

 

Вольфрам:

Электродный потенциал	W←W3+ 0,11В  W ← W6+ 0,68 В
Степени окисления	6, 5, 4, 3, 2, 0
Энергия ионизации  (первый электрон)	769,7 (7,98) кДж/моль (эВ)

 

3. Свойства простых веществ: реакции с кислотами. 

Непрокаленный оксид хрома(III) растворяется в щелочных растворах  и в кислотах:

Известныпентафторид хрома CrF5 и малоустойчивый гексафторид хрома CrF6. Также получены летучие оксигалогениды хрома CrO2F2 и CrO2Cl2 (хромилхлорид).

Соединения хрома(VI) —  сильные окислители, например:

K2Cr2O7 + 14HCl =2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O

Вольфрам имеет высокую  коррозионную стойкость: при комнатной  температуре не изменяется на воздухе; при температуре красного каления  медленно окисляется в оксид вольфрама (VI). Вольфрам в ряду напряжений стоит  сразу после водорода, и всоляной, разбавленной серной и плавиковой кислотах почти не растворим. В азотной кислоте и царской водкеокисляется с поверхности.

Легко растворяется в смеси  азотной и плавиковой кислот:

Молибден — серебристо-белый  металл плотностью , плавящийся при . При  комнатной температуре он не изменяется на воздухе, но при накаливании окисляется в белый триоксид . Соляная и  разбавленная серная кислоты при  комнатной температуре не действуют  на молибден; он растворяется в азотной  кислоте или горячей концентрированной серной кислоте:

3Mn + 8HNO3(разб.) = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O

 

 

 

 

 

 

4. Важнейшие соединения хрома (III) и их свойства

Оксид хрома (III) Cr2O3. Зеленые гексагональные микрокристаллы. tпл=2275°С, tкип=3027°С, плотность равна 5,22 г/см3. Проявляет амфотерные свойства. Антиферромагнитны ниже 33°С и парамагнитны выше 55°С. Растворяется в жидком диоксиде серы. Мало растворим в воде, разбавленных кислотах и щелочах . Получают прямым взаимодействием элементов при повышенной температуре, нагреванием CrO на воздухе, прокаливанием хромата или бихромата аммония, гидроксида или нитрата хрома (III), хромата ртути (I), бихромата ртути. Применяют в качестве зеленого пигмента в живописи и для окрашивания фарфора и стекла. Кристаллический порошок используется в качестве абразивного материала. Применяют для получения искусственных рубинов. Служит катализатором процесса окисления аммиака на воздухе, синтеза аммиака из элементов и других.

Гидроксид хрома (III) Cr(OH)3. Обладает амфотерными свойствами. Мало растворим в воде. Легко переходит с коллоидное состояние. Растворяется в щелочах и кислотах. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25градусах равна 795,9см^2/моль. Получают в виде студнеобразного зеленого осадка при обработке солей хрома (III) щелочами, при гидролизе солей хрома (III) с карбонатами щелочных металлов или сульфидом аммония.

Фторид хрома (III) CrF3. Парамагнитные зеленые ромбические кристаллы. tпл=1200°С [1], tкип=1427°С [2], плотность равна 3,78 г/см^3 . Растворяется в плавиковой кислоте и мало растворим в воде. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25 градусах равна 367,2.см^2/моль. Получают действием плавиковой кислоты на оксид хрома (III), пропусканием фтороводорода над нагретым до 500-1100 градусов хлоридом хрома (III). Водные растворы используют в производстве шелка, при переработке шерсти и фторировании галогенпроизводных этана и пропана.

Хлорид хрома (III) CrCl3. Гексагональные парамагнитные кристаллы имеют окраску цветов персикового дерева. Расплываются на воздухе. tпл=1150°С, плотность равна 2,87 г/см^3 . Безводный CrCl3 мало растворим в воде, спирте, эфире, ацетальдегиде, ацетоне. Восстанавливается при высокой температуре до металлического хрома кальцием, цинком, магнием, водородом, железом. Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25градусах равна 430,05 см^2/моль. Получают прямым взаимодействием элементов при нагревании, действием хлора на нагретую до 700-800градусов смесь оксида хрома (III) с углем или на нагретый до красного каления сульфид хрома (III). Применяют в качестве катализатора в реакциях органического синтеза.

Бромид хрома (III) CrBr3. Зеленые гексагональные кристаллы. tпл=1127°С , плотность равна 4,25 г/см^3 . Сублимируется при 927°С. Восстанавливается до CrBr2 водородом при нагревании. Разлагается щелочами и растворяется в воде только в присутствии солей хрома (II). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25градусах равна 435,3 см^2/моль. Получают действием паров брома в присутствии азота на металлический хром или на смесь оксида хрома (III) с углем при высокой температуре.

Ортофосфат хрома (III) CrPO4. Черный порошок. tпл=1800°С , плотность равна 2,94 г/см^3 . Мало растворим в воде. Медленно взаимодействует с горячей серной кислотой. Известны кристаллогидраты CrРО4.nН2О (n=2, 3, 4, 6). Молярная электропроводность при бесконечном разведении при 25градусах равна 408 см^2/моль. Получают дегидратацией кристалогидратов.

 

 

5. Гидратная изомерия катионов аквакомплексов.

АКВАКОМПЛЕКСЫ-координационные соединения., содержащие в кач-ве лигандов одну или несколько. молекул воды. Последняя связана с центральным, атомом металлачерез атом кислорода. Различают аквакомплексы катионного типа (например., [Со(Н₂О)₆]С1₂), анионного (например., К[Сг(Н₂О)₂(ОН)₄]) и комплексы-неэлектролиты (например., [PtCl₄(H₂0)₂]).