Биологическая роль химических элементов VII группы, главной подгруппы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственною бюджетное образовательное

учреждение высшего профессионального образования

«Государственная классическая академия им. Маймонида»

Министерства образования и науки Российской Федерации

Реферат на тему:

«Биологическая роль химических элементов VII группы, главной подгруппы»

Подготовил студент I курса

101 группы

Пащенко Олег

г. Москва, 2013 год

Оглавление

1. Общие представления

2. Содержание галогенов в организме, их токсическая и летальная дозы для человека

3. Фтор

4. Хлор

5. Бром

6. Иод

7. Астат

1. Общие представления

В 17 группу входят F (фтор), Cl (хлор), Br (бром), I (иод), At (астат), которые являются галогенами. Все элементы -- неметаллы. Во внешней оболочке имеют 7 электронов. Из-за высокой электроотрицательности и реакционной способности в свободном виде в природе не встречаются. Благодаря легкому присоединению электрона образуют галогенид-ионы, поэтому существуют в форме двухатомных молекул (прим. Cl2, F2 и т.д.). Атомы в молекулах связаны ковалентной связью в результате объединения пары электронов, по одному от атома. Молекулы галогенов удерживаются вместе слабыми Ван-дер-Ваальсовыми силами, что объясняет их высокую летучесть.

Некоторые физические и химические свойства металлов 17 группы

Все галогены токсичны, имеют характерные резкий запах и окраску, интенсивность которой возрастает к нижней части группы. Эта группа состоит из наиболее реакционноспособных элементов Периодической системы. Атомные и ионные радиусы галогенов, а также длины связи в молекулах возрастают к нижней части группы в Периодической системе. Напротив, энергии диссоциации связи и ее прочность при этом уменьшаются, за исключением фтора.

Галогениды щелочных металлов (1 группа) являются соединениями ионного типа. У галогенидов щелочноземельных металлов (2 группа), кроме ионных, встречаются соединения частично ковалентного типа. При перемещении слева направо вдоль периода галогениды элементов становятся более ковалентными. Ковалентный характер галогенидов возрастает также при перемещении по группе вниз. При этом, если металл может существовать в нескольких состояниях окисления, то его связь с галогенидом в низшем из них имеет ионный характер, а в высшем -- ковалентный. Как ионные, так и ковалентные галогениды двухвалентных металлов, как правило, кристаллизуются в слоистые решетки. Исключением является CuСl2, имеющий полимерное строение. Галогенид-ионы являются лигандами во многих комплексных ионах, вытесняя при этом менее сильные лиганды, например, воду.

Галогениды серебра неустойчивы на солнечном свету, разлагаясь на металл и галоген. Это свойство использовано в черно-белой фотографии. Наиболее светочувствительными оказались бромиды Ag. Широкое применение имеют галогеноводороды, являющиеся одними из самых известных сильных кислот. Кислотность их водных растворов увеличивается к нижней части группы. Исключением является фтороводород. Его водный раствор (плавиковая кислота) имеет небольшую кислотность, благодаря прочности связи Н - F и малой константе диссоциации кислоты.

галоген токсический фтор

2. Содержание галогенов в организме, их токсическая и летальная дозы для человека

3. Фтор (F)

По распространенности занимает 13 место среди элементов земной коры, наиболее реакционноспособный элемент, наиболее мощный из промышленно получаемых окислителей. В газообразном виде имеет бледно-желтый цвет. Близкое расположение атомов в молекуле F приводит к сильному отталкиванию между несвязывающими электронами, что объясняет ослабление связи в молекуле. Поэтому фтор в элементном состоянии в форме F2 не встречается, но присутствует в виде фторид-иона в криолите Na3AlF6 и плавиковом шпате (флюорите) CaF2.

F всегда имеет степень окисления -1. Малый ковалентный радиус позволяет ему образовывать соединения с высокими координационными числами; например, SF6 существует, a SJ6 образоваться не может. В ионах фторидов металлов небольшой размер иона F - обусловливает высокие значения энтальпий решетки и термодинамическую стабильность.

Вследствие высокой окислительной способности фтора галогены могут реагировать между собой, образуя межгалогенные соединения («интергалогениды») ClF, ClF3, BrF5, IF7, в которых степень окисления других галогенов изменяется от +1 до +7.

После инкубации печени крыс с NaF поглощенный фтор концентрируется в митохондриях и ядрах гепатоцитов. Костной тканью (зубы, кости, хрящи) он поглощается в 3 раза активней, чем кровью. Выводится F в основном почками. Токсическое действие фторид-ионов связано с тем, что они связывают и тем самым инактивируют ионы-активаторы ферментных систем Са2+, Mg2+ с образованием малорастворимых фторидов. Комплексные ионы PF-, BF4-, SiF62-, вследствие прочности ковалентных связей в их молекулах, биологически неактивны. F- ингибирует металлопротеины.

Недостаток и избыток фтора

Дефицит фтора в организме провоцирует развитие кариеса, более всего к этому склонны дети. Кроме того, кости становятся более слабыми и хрупкими, ногти ломкими, появляется проблема выпадения волос. В силу того, что железо хорошо усваивается только вместе с фтором, при нехватке этого микроэлемента часто возникает железодефицитная анемия.

Избыток фтора ведет к тому, что процесс обмена веществ становится более медленным, замедляется также и рост, повреждаются кости, ухудшается здоровье зубной эмали, появляются слабость и рвота. Увеличение количества фтора приводит к учащенному дыханию, понижению давления, возникновению судорог и к поражению почек.

Вызванное избытком фтора отравление может привести к появлению конъюнктивита, бронхита, пневмонии. Кроме того, страдают слизистые оболочки бронхов и кожные покровы, нарушается деятельность центральной нервной системы. Отравление фтором может привести к коме.

Отравление фтором имеет свое название - флюороз. Чаще всего им страдают люди, живущие в местности, богатой этим микроэлементом и пользующиеся зубной пастой, содержащей фтор.

4. Хлор (Сl)

В природе встречается преимущественно в виде каменной соли NaCl. Из нее электролизом получают Сl2 -- тяжелый желто-зеленый газ с резким запахом. В промышленности его используют в качестве отбеливающего агента и при производстве хлорорганических растворителей и полимеров. Кроме того, его широко применяют для стерилизации воды на водопроводных станциях в концентрациях (0,6-6)х10-5 моль/кг. Однако при загрязнении воды органическими азотсодержащими веществами хлорирование воды опасно, поскольку атомы Сl могут замещать атомы Н в молекулах алканов и алкенов в фотолитических реакциях, то есть при облучении видимым светом с длиной волны 200-800 нм. При этом образуются хлорорганические токсичные соединения -- производные диоксина, в частности, высокоядовитый 2,3,7,8-тетрахлордибензо-n-диоксин (рис. 1). «Диоксинами» в целом называют полихлорированные дибензо-и-диоксины. Все они даже в очень низких концентрациях резко снижают иммунитет человека к вирусным инфекциям и влияют на генетический аппарат.

Соединения с O2 (хлорноватистая НСlO, соли «гипохлориты»; хлористая НСlO2, соли «хлориты»; хлорноватая HСlO3, соли «хлораты»; хлорная НСlO4 кислоты, соли «перхлораты», а также их анионы и оксиды) являются окислителями; их применяют в качестве дезинфицирующих средств.

Содержание хлора в тканях млекопитающих близко к его содержанию в морской воде. Хлорид-ионы Сl- почти равномерно распределяются в организме живых существ в заметных количествах (от 70 до 103 ммоль/л). Их выделение осуществляется почками. Жидкий хлор вызывает серьезные ожоги кожи, а газообразный -- сильно раздражает глаза и легкие, образуя с тканевой жидкостью соляную и хлорноватистую кислоты. В легких при этом может развиться пневмония.

Роль хлора в организме

Хлор играет важную роль в поддержании кислотно-основного состояния (между плазмой и эритроцитами), осмотического равновесия (между кровью и тканями), баланса воды в организме, активирует амилазу, участвует в образовании хлористоводородной кислоты желудочного сока.

Основным депо микроэлемента является кожа, способная депонировать в себе до 30-60% введенного хлора. В физиологических условиях изменения концентрации хлора вторичны по отношению к изменениям других электролитов и направлены в первую очередь на создание электронейтральности среды. Хлор из организма выводится в основном с мочой (90%), а также с потом и калом. Обмен хлора регулируется гормонами коркового вещества надпочечников и щитовидной железы.

Нарушение обмена хлора ведет к отекам, недостаточной секреции желудочного сока. Резкое уменьшение содержания хлора в организме может привести к тяжелому состоянию вплоть до комы со смертельным исходом.

5. Бром (Вr)

Густая темно-красная жидкость с резким запахом и тяжелыми парами коричневого цвета. Это единственный неметалл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре.

Вr2 ядовит. Соотношение Br/Cl в крови равно примерно 0.01, причем Вr- содержится в основном в плазме. Сопутствует хлору в процессах обмена веществ, выводится с мочой.

Поступает бром в организм человека с пищей. Основным источником брома являются бобовые, хлебопродукты и молоко. В обычном суточном рационе содержится 0,4-1,0 мг брома.

Бром оказывает успокаивающее действие на нервную систему, а поэтому входит в ряд медикаментозных препаратов.

Однако повышенное потребление брома и передозировка во время лечения с последующим его накоплением в организме может вызвать угнетение нервной системы (сонливость, атаксию, снижение болевой чувствительности, слуха, зрения, ослабление памяти). Хроническое отравление бромом (бромизм) также сопровождается катаральными явлениями в различных органах (насморк, конъюнктивиты, бронхит, понос) и изменениями со стороны кожи.

6. Иод (I)

Твердый черный блестящий неметалл. Легко возгорается. Применяется в качестве дезинфицирующего спиртового раствора, в пищевых добавках, красителях. Относится к биологически необходимым («эссенциальным») элементам, входит в состав тиреоидных гормонов. Его дефицит считают фактором, предрасполагающим к развитию рака щитовидной и молочной желез.

I избирательно накапливается в щитовидной железе (более 80%). Йодид, поступивший в организм, быстро концентрируется в железй, где его концентрация выше, чем в крови, в 25-500 раз. В щитовидной железе йодид окисляется до йода, который под влиянием специфичного фермента йодирует ароматические кольца тирозина в молекулах тиреоглобулина с образованием липофильных гормонов роста -- тироксина, йодтиронина, трийодтиронина. Йод в концентрации 5x10-5 моль разобщает окислительное фосфорилирование в митохондриях, легко образует нерастворимые хелаты с двухзарядными ионами металлов, особенно с Mg2+ и Мп2+. Деятельность щитовидной железы активируется йодсодержащим тиреотропным гормоном гипофиза.

Недостаток йода в пище человека приводит к гипотиреозу и базедовой болезни (зобу). Йод в заметных количествах содержится в составе морской капусты (бурых водорослей рода Laminaria) в виде моно- и дийодтирозина, что позволяет использовать эти водоросли при заболеваниях щитовидной железы в качестве природного источника готовых предшественников гормона роста.

В биогеохимических провинциях с недостатком йода его соли добавляют в пищевую соль, однако это не приносит положительных результатов. Установлено, что значительно эффективнее с дефицитом йода можно бороться добавлением природных йодсодержащих продуктов, в частности, морской капусты, в пищевые продукты, например, в хлеб. Отметим, что один из ключевых ферментов обмена йода (дейодиназа), обеспечивающий гомеостаз тироксина, относится к селенопротеинам. Следовательно, борьба с йоддефицитом на фоне дефицита Se бессмысленна, а с учетом механизма обратных связей -- вредна.

7. Астат (At)

Простое вещество астат при нормальных условиях -- нестабильные кристаллы тёмно-синего цвета. Молекула астата, по всей видимости, двухатомна (формула At2). Недавние квантовомеханические расчёты предсказывают, что в конденсированном состоянии астат состоит не из молекул диастата, а образует металлический кристалл, в отличие от всех более лёгких галогенов, образующих при нормальном давлении молекулярные кристаллы из молекул димеров Hal2.

В лабораторных условиях астат из-за сильной радиоактивности не удаётся получить в макроскопических количествах, достаточных для глубокого изучения его свойств.

При попадании в организм концентрируется в печени. Как и иод, астат способен накапливаться в щитовидной железе. Альфа-излучение астата поражает близлежащие ткани, приводит к нарушению их функции и в перспективе -- к образованию опухолей.

Более точно его действие на организм человека и химические свойства на данный момент не изучены.

Размещено на Allbest.ru