Химия и биологическая роль элементов IБ группы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГБОУ ВПО ОРЕНБУРГСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ

МИНЗДРАВСОЦРАЗВИТИЯ РФ

Кафедра химии и фармацевтической химии

Реферат

По дисциплине: «Химия»

На тему: «Химия и биологическая роль элементов IБ группы»

Выполнила: студентка 1 курса лечебного факультета

Дубова Елена

Проверила преподаватель:

Ковалева Фаина Фоатовна

Оренбург 2015

Содержание

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

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

3. Свойства простых веществ: реакции с кислотами

4. Свойства важнейших соединений Ме (I)

5. Свойства соединений меди (II) и золота (III) (окислительно-восстановительные реакции, реакции комплексообразования и образования малорастворимых соединений)

6. Качественные реакции на ионы меди и серебра

7. Медико-биологическое значение меди

8. Применение соединений меди, серебра и золота в медицине

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

В группе Iб, полностью представленной древними элементами - медью, серебром, золотом

Физико-химические константы простых веществ элементов группы меди

	Cu	Ag	Au
Плотность (20°C), г/см3	8,95	10,49	19,32
Тпл, °С	1083	961	1064
Ткип, °С	2570	2155	2808
Модуль Юнга*, ГПа	129,8	82,7	78,5
ДН°возг, кДж/моль	337	284	379
Удельное электрическое сопротивление (20°С), мкОм·см	1,673	1,59	2,35

*мягкие, ковкие и пластичные металлы (для сравнения, модуль Юнга для стали 208 ГПа)

Мне хотелось бы рассказать о каждом металле отдельно, т.к. их история уникальна, и каждый элемент заслуживает отдельного внимания.

Начну с золота, самого благородного металла из IБ группы.

Золото - это редко встречающийся элемент. Его среднее содержание всего 0,3 г на тонну веса Земли, включая металлическое ядро, концентрация золота в котором, по крайней мере, в пять раз больше средней

В земной коре континентов, состоящей из различных горных пород, золота и того меньше - 5 мг (0,005 г) на тонну. Чтобы добыть золото для обручального кольца, пришлось бы переработать 2 тыс. тонн породы. К счастью, есть месторождения - участки с исключительно высокой концентрацией драгоценного металла, - где его добыча требует несравнимо меньших затрат.

Так же одной из причин, почему золото является сегодня столь уважаемым и почитаемым драгоценным металлом, является то, что оно имеет захватывающую историю. От Египетских пирамид до Джеймса Бонда, от «Одиссеи» Гомера до калифорнийской золотой лихорадки, золото играло восхитительную роль в мировой истории и культуре на протяжении тысячелетий.

Переходим к серебру, чуть менее благородному чем золото.

Человечество знакомо с ним очень давно. Во всех индоевропейских языках название этого металла звучит похоже (нем. «Silber», англ. «silver» и т. д.) и происходит от слова «сарпа», которое на санскрите означает Луну.

Историю открытия серебра можно разделить на несколько этапов. Важной поворотной вехой стали эксперименты средневековых алхимиков, главной целью которых было превращение иных металлов в золото. Серебро рассматривалось как своеобразный «перевалочный пункт» на этом пути. Так с помощью проб и ошибок европейцы научились извлекать серебро из его соединений с хлором, мышьяком и другими химическими элементами.

Ag2S+4NaCN=2Na[Ag(CN)2]+Na2S

2Na[Ag(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Ag

Тогда же было отмечено сходство между серебром и медью (их даже рассматривали как один металл, который имеет различную окраску).

В истории открытия серебра встречаются такие известные имена как Парацельс, Шееле, другие. Эти ученые изучали как сам металл, так и его соединения. Причиной их пристального интереса стали удивительные свойства серебра. Речь идет в первую очередь о его дезинфицирующих способностях, замеченных еще в древности. Например, египетские врачи использовали серебряные пластины для обработки раны: в результате раны не гноились и заживали намного быстрее.

Переходим к последнему элементу IБ группы - меди

Это - один из первых металлов, которые человек стал применять для технических целей. Периоды использования меди и бронзы ознаменовали целые эпохи культурного развития человечества под названием медный век и бронзовый век. Медь была впервые использована еще десять тысяч лет назад. Кулон из меди, изготовленный около 8700 г.д.н.э, был найден на севере современного Ирака .Древнейшие изделия, по-видимому, из самородной меди, найденные в Египте, относятся к тысячелетию до н. э.

Латинское название меди Cuprum (древн. Aes cuprium, Aes cyprium) произошло от названия острова Кипр, где уже в III в. до н. э. существовали медные рудники и производилась выплавка меди. У Страбона медь именуется халкосом от названия города Халкиды на Эвбее. От этого слова произошли многие древнегреческие названия медных и бронзовых предметов, кузнечного ремесла, кузнечных изделий и литья.

Медь встречается в природе как в соединениях, так и в самородном виде. Промышленное значение имеют халькопирит CuFeS2, также известный как медный колчедан, халькозин Cu2S и борнит Cu5FeS4

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

Для того чтобы было легче проследить изменения велечин радиуса атомов и ионов, я составила таблицу:

	Золото	Серебро	Медь
Металлический радиус(атомный) (Au, Ag, Cu) (нм)	0,144	0,1442	0,128
Ионный радиус (Аu+, Сu2+, Ag+ ) (нм)
Э+	1,37	1,15	0,77
Э2+	-	0,94	0,73
Э3+	0,85	0,75	0,54
Потенциал ионизации (эВ)	9,22	7,58	7,73

С помощью этой таблицы легко проследить, что сверху вниз (по т. Менделеева) атомный радиус, ионный радиус, потенциал ионизации увеличиваются. Чем больше атомный вес, тем больше все перечисленный параметры.

3. Свойства простых веществ: реакции с кислотами

Золото.

Золото -- самый инертный металл, стоящий в ряду напряжений правее всех других металлов, при нормальных условиях оно не реагирует с большинством кислот и не образует оксидов, благодаря чему было отнесено к благородным металлам.

НОЗатем была открыта способность царской водки растворять золото, что поколебало уверенность в его инертности.

Au + HNO3(конц.) + 4HCl(конц.) = HAuCl4 + NO + 2H2O

Из чистых кислот золото растворяется только в горячей концентрированной селеновой кислоте:

2Au + 6H2SeO4 = Au2(SeO4)3 + 3H2SeO3 + 3H2O

Серебро

Реагирует с сероводородом с образованием черного сульфида серебра (I)

4Ag + H2S + O2 = 2Ag2S + 2H2O

Этой реакцией объясняется потемнение сребрянных изделий на воздухе.

Серебро благородный металл, поэтому реагирует только с кислотами-окислителями (азотной, горячей конц. серной кислотой).

Следующую реакцию серебра древние алхимики представляли так

«“Крепкая водка” пожирает “луну”, выпуская “лисий хвост”. Сгущение полученной жидкости порождает “адский камень”, который чернит ткань, бумагу и руки. Чтобы “луна” опять взошла, прокаливай “адский камень” в печи».

Ag + 2HNo3(конц.)= AgNOз +NO2 + 2H2O

«Адский камень» - нитрат серебра - при нагревании разлагается с образованием серебра - «луна взошла»:

2АgNO3 (кр.) 2Аg + 2NO2 + O2.

Рассмотрим теперь такую реакцию:

2Ag+2H2SO4(конц.)=Ag2SO4+SO2+2H2O

В концентрированной горячей серной кислоте (очень сильной кислоте) серебро растворяется потому, что кислота здесь выступает как окислитель, окисляя серебро,

Ag - e --> Ag+ - восстанавитель (Ag)

S⁺⁶ + 2e --> S⁺⁴ - окислитель (H₂SO₄)

Разбавленная серная кислота теряет окислительные свойства и реакция с ней может идти только по пути замещения водорода более активным элементом, но серебро с ней не взаимодействует, потому что находится в ряду напряжений металлов правее водорода, т.е. менее активно и не может вытеснять водород.

Медь.

Медь - малоактивный металл, который стоит в ряду активности после водорода. Это значит, что не возможна реакция:

Cu + 2H⁺ = Cu²⁺ + H₂

Но медь можно растворить в азотной кислоте.

Азотная кислота содержит два окислителя - Н⁺ и NO₃-. Анион NO₃- - более сильный окислитель, чем Н⁺.

Растворение меди в разбавленной азотной кислоте происходит медленно, а в концентрированной очень бурно.

Cu + 4HNO₃ (конц.) = Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

А в присутствии окислителей, прежде всего кислорода, медь может реагировать с соляной кислотой и разбавленной серной кислотой, но водород при этом не выделяется:

2Cu + 4HCl + O₂ = 2CuCl₂ + 2H₂O.

С концентрированной серной кислотой медь реагирует при сильном нагревании:

Cu + 2H₂SO₄ = CuSO₄ + SO₂+ 2H₂O.

4. Свойства важнейших соединений Ме(I)

Свойства соединений меди(I)

2Cu₂O + O₂ >500 °C> 4CuO

Cu₂O + CO >t> 2Cu + CO₂

Cu₂O + 4(NH₃ * Н₂O) (конц.) = 2[Cu(NH₃)₂]OH + 3H₂O

Свойства соединений серебра

2AgNO₃ + 2NaOH = Ag₂Ov + H₂O + 2NaNO₃

AgNO₃ + HCl = AgClv + HNO₃

AgClv + 2(NH₃ * H₂O) = [Ag(NH₃)₂]Cl + 2H₂O

[Ag(NH₃)₂]Cl + 2HNO₃ = AgClv + 2NH₄NO₃

Ag₂O + 4(NH₃ * Н₂O) (конц.) = 2[Ag(NH₃)₂]OH + 3H₂O

2[Ag(NH₃)₂]OH + CH₃CHO + 2H₂O = 2Agv + CH₃COONH₄ + 3(NH₃ * H₂O)

Соединения золота (I)

Оксид золота (I) - порошок серо-фиолетового цвета, при температуре выше 200°С разлагающийся на элементы:

2Au₂O = 4Au + O₂

3Au₂O = 4Au + Au₂O₃

AuCl + КОН = AuOH + КСl

При осторожном нагревании (не выше 200 °С) полученный гидроксид переходит в Au₂O.

Галоиды золота (I) - довольно неустойчивые соединения. Они могут быть получены термическим разложением соответствующих галоидов Аu (III).

АuСl₃ = AuCl + Cl₂

разлагается на элементы уже при температуре выше 200°С и представляет собой порошок бледно-желтого цвета, медленно диспропорционирующий на металлическое золото и хлорид Аu (III), даже при комнатной температуре:

3AuCl = 2Au + AuCl₃

Бромид золота (I) по своим свойствам сходен с AuCl. О

Иодид золота (I) образуется при разложении AuI₃ при комнатной температуре. При нагревании AuI разлагается даже легче, чем AuCl и AuBr. Наоборот, водой он разлагается медленнее, чем другие галогениды. В присутствии йодид ионов AuI растворяется с образованием комплексных ионов [Aul₂] ^-. При действии раствора иода в водном растворе HI или KI на мелкодисперсное золота последнее растворяется, образуя комплексные анионы AuI₂^-:

2Au + I₂ + 2I^- = 2AuI₂^-.

Сульфид золота (I) Au₂S может быть получен действием сероводорода на подкисленный раствор K[Au(CN)₂]:

2 [Au(CN)₂]^- + 2H₂S = Au₂S + 4HCN.

Эта реакция обратима, и для ее протекания слева направо необходимо сильное насыщение раствора сероводородом.

5. Свойства соединений меди (II) и золота (III) (окислительно-восстановительные реакции, реакции комплексообразования и образования малорастворимых соединений

Свойства соединений меди(II)

CuO + 2HCl = CuCl₂ + Н₂O

CuSO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂v + Na₂SO₄

Cu(OH)₂v >t> CuOv + Н₂O

Cu(OH)₂v + H₂SO₄ = CuSO₄ + 2H₂O

Cu(OH)₂v + NaOH ? не идет в растворе

Cu(OH)₂v + 2NaOH (конц.) >t> Na₂[Cu(OH)₄]

CuSO₄ + 4(NH₃ * H₂O) = [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4Н₂O

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + Na₂S = CuSv + Na₂SO₄ + 4NH₃

2CuSO₄ + 2H₂O - (CuOH)₂SO₄ + H₂SO₄

2CuSO₄ + 4KI = 2CuIv + I₂ + 2K₂SO₄

2Cu(NO₃)₂ >t> 2CuO + 4NO₂ + O₂

Соединения золота (III)

Оксид золота (III) Au₂O₃, темно-коричневый, нерастворимый в воде порошок, может быть получен косвенным путем из гидроксида Au(ОН)₃, который, в свою очередь, получают действием сильных щелочей на крепкий раствор НAuС1₄. При сушке Au(ОН)з над пентаксидом фосфора образуется порошок состава AuО(ОН), который при осторожном нагреве до 140°С теряет воду и переходит в Au₂O₃. Однако уже при температуре около 160°С оксид золота (III) разлагается на элементы. Гидроксид золота (III) проявляет амфотерные свойства. Однако кислотный характер этого соединения преобладает, поэтому иногда его называют золотой кислотой. Соответствующие ей соли - аураты могут быть получены растворением Au(ОН)₃ в сильных щелочах:

Au(OH)₃ + NaOH = Na [Au(OH)₄]

Аураты щелочных металлов - соединения, хорошо растворимые в воде.

Соли, соответствующие основной функции Au(ОН)₃, могут быть получены растворением этого соединения в сильных кислотах, которое идет за счет образования анионных комплексов:

Au(OH)₃ + 4HC1 = H[AuCl₄] + 3H₂O

Au(ОН)₃ + 4HNO₃ = Н [Au(N0₃)₄] + 3H₂O

Из галогенидов золота (III) интересен хлорид AuС1₃, который получают пропусканием газообразного хлора над порошком золота при температуре ~240°С. Образующийся хлорид возгоняется и при охлаждении осаждается в виде красных кристаллов. В воде AuС1₃ растворим, водный раствор этого соединения имеет коричнево-красную окраску, что объясняется образованием комплексной кислоты:

AuCl₃ + Н₂O= Н₂[AuОС1₃]

Вообще, склонность к образованию комплексных анионов - характерная черта Au(III).

При добавлении к водному раствору хлорида Au(III) соляной кислоты образуется золотохлористоводородная кислота Н[AuС1₄]:

Н₂ [AuОС1₃] + HCI = Н [AuС1₄] + Н₂O

в результате чего раствор становится лимонно-желтым. Золотохлористоводородная кислота образуется также при растворении металлического золота в насыщенном хлором растворе соляной кислоты:

2Au + ЗС1₂ + 2HC1 = 2Н[AuCl₄]

Характерно, что даже перекись водорода, для которой более свойственна окислительная функция, по отношению к хлоридным растворам золота выступают в качестве восстановителя:

2AuСl₄^- + ЗН₂O₂ = 2Au + 8Сl^- + 6Н⁺ + 3O₂

При восстановлении из разбавленных растворов золото часто не выпадает в осадок, а образует устойчивые ярко окрашенные коллоидные растворы. Интенсивно окрашенный раствор коллоидного золота, так называемый кассиев пурпур, может быть получен восстановлением золота хлоридом олова (II):

2Н [AuCl₄] + 3SnCl₂ = Au + 3SnCl₄ + 2НС1

Эту реакцию иногда используют для обнаружения в растворе следов золота

Сульфид золота (III) Au₂S₃ представляет собой черный порошок, разлагающийся на элементы при нагревании выше 200°С. Его можно получить лишь сухим путем (например, действием сероводорода на раствор AuС1₃ в безводном эфире), так как действие сероводорода на соединения Au(III) в водной среде сопровождается частичным восстановлением золота (III). Сульфид золота (III) не растворяется в НСl и H₂SO₄, но растворяется в царской водке, водном растворе цианида калия. При взаимодействии Au₂S₃ с раствором Na₂S образуется растворимый тиоаурат:

Au₂S₃ + Na₂S = 2NaAuS₂

Это соединение имеет тенденцию к распаду по реакции:

NaAuS₂ = NaAuS + S

Под действием воды NaAuS₂ гидролизуется:

2NaAuS₂ + Н₂Щ = Au₂S₃ + NaSH + NaOH.

6. Качественные реакции на ионы меди и серебра

Качественные реакции на ион Сu^+2..

а) Реакция с NH₄OH

Аммиак при взаимодействии с ионом Cu(II) осаждает основные соли переменного состава сине-зеленого цвета (реактив Швейцера; растворяет целлюлозу) медь реакция малорастворимый соединение

CuSO₄+ NH₄OH --> [Cu(NH₃)₄ ]SO₄ +4Н₂О

4-5 кап. 1 кап. конц. синий осадок.

б) Железная проволочка или железные опилки, помещенные в раствор соли меди (II), через несколько минут покрывается красным налетом металлической меди.

Сu ^+2. + Fе(тв.) --> Fе⁺² + Сu(тв.)

в) Растворы солей Сu²⁺ окрашены в голубой цвет; Cu²⁺ окрашивает пламя в зеленый цвет.

г) Сероводород образует черный осадок сульфида меди CuS; открываемый минимум - 1 µг меди, предельное разбавление 1:5^.10⁶. Осадок нерастворим в соляной и серной кислотах, но растворяется в горячей конц. НNO_3.

д) Гидроксиды щелочных металлов осаждают голубой осадок Сu(OH)₂, который при нагревании дегидратируется и превращается в черный осадок оксида меди CuO:

Cu²⁺ + 2OH^---® Cu(OH)₂

Cu(OH)₂ ® CuO + H₂O

Качественные реакции на ион Ag^+..

а) реакция бромид - иона с нитратом серебра.

КВr + AgNO₃ = AgВr + К NO₃

желтый

Вr^- + Ag⁺ = AgВr

Так же это является качественной реакцией на ион Вr -

б)

Na₃РО₄ + 3AgNO₃ = Ag₃ РО₄ +3 Na NO₃

желтый осадок растворимый в НNО₃

3Ag⁺ + РО₄^-3 = Ag₃ РО₄

Так же это является качественной реакцией на ион РО₄^-3

7. Медико-биологическое значение меди

В организме взрослого содержится в количестве 80-120 мг. 50% меди содержится в мышцах и костях, 10% - в печени.

Концентрация в крови взрослого около 15 мкмоль/л.

В сыворотке крови мужчин содержится 15,2±0,27 мкмоль/л, женщин - 16,4±0,43 мкмоль/л. Приблизительно столько же ее находится и в эритроцитах.

Концентрация меди в крови увеличивается при анафилактическом шоке средней силы.

В ходе сенсибилизации наблюдается перераспределение меди в организме: концентрации в легких уменьшается, а в надпочечниках и селезенке увеличивается.

Выводится из организма в основном через желудочно-кишечный тракт, в меньшей степени - через почки. Медь может попасть в кровь через 15 минут после приема.

Суточная потребность

Взрослые: 1-5 мг, дети: до 5 лет - 20 мкг на 1 кг массы тела, 5-10 лет - 200 мкг, 10-15 лет - 300-500 мкг.

Потребность возрастает при употреблении в пищу большого количества фитатов (злаки, хлеб, зелень), яичных желтков, фруктозы, алкоголя, при приеме аскорбиновой кислоты.

Обмен меди регулируется центральной и вегетативной нервной системой, а также функцией эндокринных желез.

Медь входит в состав многих ферментов, в том числе: тирозиназы и цитохромоксидазы, супероксиддисмутазы, лактазы, аскорбиноксидазы, цитохром-С-оксидазы, допамин-бета-гидроксилазы.

Значение в организме

- Стимулирует гемопоэз. Медь - незаменимый компонент для синтеза гема, поэтому участвует в синтезе гемоглобина.

- Входит в состав церулоплазмина - транспортного белка, относящегося к альфа-2-глобулинам и обладающего свойствами фермента (медьоксидаза). Он включает в себя 90-95% ионов меди сыворотки крови и осуществляет перенос металла к органам и тканям. Наибольший интерес клиницистов к этому ферменту определяется тем, что он катализирует в организме окисление таких биологически активных соединений, как серотонин, адреналин, гистамин, аскорбиновая кислота и другие.

- Участвует в окислительно-восстановительных процессах, поддерживая многие ферменты, влияя на активность некоторых гормонов и витаминов.

- В минимальных концентрациях обладает бактериостатическим эффектом (связывает микробные токсины) и предохраняет организм от инфекции.

- Повышает устойчивость организма к гипоксии (кислородному голоданию).

- Усиливает действие антибиотиков.

- Входит в состав супероксиддисмутазы - фермента антиоксидантной системы защиты организма.

- Активирует гонадотропные гормоны гипофиза, что влечет за собой быстрое созревание фолликул яичника.

- Усиливает регенерационную способность тканей (например, защищает от язвы желудка, возникающей на фоне больших доз аспирина).

- Благодаря активизации лизилоксидазы, которая обеспечивает перекрестное связывание коллагена и эластина, медь играет важную роль в механической упругости соединительной ткани.

- Предупреждает раковые заболевания.

- Участвует в синтезе миелина - оболочки нервных волокон.

- Стимулирует иммунитет, влияя на первичную и вторичную иммунную реакцию. Влияет на количество лизоцима, причем как увеличение, так и уменьшение ионов меди снижают титр лизоцима.

- Оказывает гипогликемический эффект, усиливая действие инсулина. Уменьшает распад гликогена в печени.

- Влияет на синтез тирозина - фактор пигментации волос и кожи.

Роль в обмене витаминов- Необходима для утилизации витамина С.

- Улучшает усвоение витамина Р и является его синергистом.

Причины избытка

- Наследственно обусловленное нарушение обмена меди.

- Профессиональный гиперкупреоз.

- Отравление медьсодержащими препаратами.

- Гемодиализный гиперкупреоз.

8. Применение соединений меди, серебра и золота в медицине

Серебро

Начиная с 1990 г., в нетрадиционной медицине наблюдается возрождение использования коллоидного серебра в качестве средства для лечения многочисленных болезней. В лабораторных условиях исследования дают весьма противоречивые результаты; результаты одних исследований показывают, что его антимикробное воздействие весьма незначительно, в то время как другие показали, что раствор 5-30 ppm является эффективным против стафилококка и кишечной палочки. Данное противоречие связано с размерами коллоидных частиц серебра -- чем меньше их размер, тем более выражен антимикробный эффект. Следует отметить, что раствор 5-30 ppm (5-30 мг/л) уже опасен для человекаю.

До эпохи доказательной медицины растворы солей серебра широко применяли в качестве обеззараживающих средств. На этом свойстве серебра основано действие таких лекарственных препаратов, как протаргол, колларгол и др., представляющих собой коллоидные формы серебра и способствующих излечению гнойных поражений глаз. В настоящее время протаргол и колларгол применяются всё реже в связи с низкой их эффективностью и высокой вероятностью отравления серебром.

Золото

В медицине используют зубопротезные золотые сплавы и медицинские препараты, содержащие соли золота, для различных целей, например при лечении туберкулеза. Радиоактивное золото используют при лечении злокачественных опухолей. В качестве эффективных противовоспалительных средств применяют также препараты золота. Наиболее известны кризанол с 30%-ным содержанием благородного металла, и коллоидное золото

Медь

В качестве наружного средства применяют 0,25%-ный водный раствор сульфата меди CuSO4 при воспалении слизистых оболочек и конъюнктивитах. Малые дозы этого препарата могут применяться во время приема пищи для усиления эритропоэза при малокровии.

Размещено на Allbest.ru

...