Размещено на http://www.Allbest.Ru/

Министерство здравоохранения Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Омский государственный медицинский университет

Лечебный факультет

Кафедра Химии

Дисциплина: «Химия, биоорганическая и биофизическая химия»

РЕФЕРАТ

На тему:

Химические свойства кислородных соединений марганца, их биологическая роль и применение в медицине

Исполнитель: Сайдалиев Ш.М.

студент 125 группы

Преподаватель: Макарова О.А.

к.б.н., ст. преподаватель

Омск 2020



Содержание

1. Химические свойства кислородных соединений марганца (MnO)

2. Химические свойства кислородных соединений марганца (MnO₂)

3. Химические свойства кислородных соединений марганца (Mn₂O₃)

4. Химические свойства кислородных соединений марганца Mn(OH)₂

5. Химические свойства кислородных соединений марганца (соли)

6. Химические свойства кислородных соединений марганца (Mn₂O₇)

7. Биологическая роль соединений марганца

8. Применение в медицине соединений марганца



1. Химические свойства кислородных соединений марганца (MnO)

Марганец - серебристый, розовато-белый, хрупкий металл, на воздухе покрывается пленкой оксидов.

Оксид марганца (II) представляет собой зеленый, нерастворимый в воде порошок. Он является типичным основным оксидом, взаимодействует с кислотами, образуя соли марганца(II):

MnO + 2HCl = MnCl₂ + H₂O.

С кислотными оксидами:

МnО + SO₃ = MnSO₄

В воде монооксид марганца практически нерастворим. При нагревании на воздухе превращается в разные оксиды:

6МnО + 3O₂> 6МnО₂+ ³/₂ О₂ > 3Мn₂О₃+4,5О₂ 1000°С> 6МnО₃

Получают MnO восстановлением водородом оксида марганца (IV):

или при прокаливании карбоната марганца:

Оксид марганца (II) представляет собой кристаллы серо-зеленого цвета, обладает полупроводниковыми свойствами. Получают его прокаливанием гидроксида марганца (II) или карбоната марганца(II), а также восстановлением оксидов с более высокой степенью окисления:

Mn(OH)₂ >t MnO + H₂O

MnСO₃ >t MnO + СО2

MnO₂ + H₂ >t MnO + H₂O

2. Химические свойства кислородных соединений марганца (MnO2)

С сильными кислотами MnO2 проявляет свойства основного оксида, образуя первоначально соли марганца (IV), которые очень неустойчивы, легко восстанавливаются до соединений марганца (II):

MnO₂ + 4 НС1(конц.) = MnС1₂ + С1₂^ + 2 H₂O

2 MnО₂ + 2 Н₂SO₄(конц.) = 2 MnSO₄ + O₂^ + 2 H₂O

2 MnO₂ + 4 HNO₃(конц.) = 2 Mn(NO₃)₂ + O₂^ + 2 H₂O

Технический марганец получают восстановлением его оксидов в электропечах алюмино- или силикотермическим способом. Очистку производят переплавкой в атмосфере аргона. Уравнения протекающих реакций:

При сплавлении с основными оксидами или щелочами проявляет слабые свойства кислотного оксида, образуя соли (манганиты)



MnO₂ + СаО (сплавление) > СаMnO₃ (или Са₂MnO₄)

MnO₂ + 2 КОН (сплавление) > К₂MnO₃ + H₂O

К₂MnO₃ + H₂O = MnO₂v + 2 КОН

При сплавлении MnO2 со щелочами в присутствии кислорода, воздуха или окислителей получают соли шестивалентного Марганца, называемые манганатами.

MnO₂+2KOH+KNO₃ =K₂MnO₂ + KNO₂+H₂O.

Соединения Mn(+4) могут выступать и как окислители и как восстановители:

1) MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

(по этой редакции в лабораториях получают хлор) и как восстановители:

2) MnO₂ + KClO₃ + 6KOH = 3K₂MnO₄ + KCl + 3H₂O

Диоксид марганца восстанавливается водородом:

MnO₂+H₂ = MnO+H₂O

Примеры окислительно-восстановительной двойственности МnО₂:

МnО₂+ 2КI+ 3СО₂+ Н₂О >I₂+ МnСО₃+ 2КНСО₃

6МnО₂+ 2NH₃> 3Мn₂О₃+N₂+ 3Н₂О

4МnО₂+ 3О₂+ 4КОН > 4КМnО₄+ 2Н₂О

2МnО₂+ 3Сl₂+ 8КОН > 2КМnО₄+ 6КСl+ 4Н₂О

Последняя реакция ставит под сомнение расхожее утверждение, что МnО2в щелочной среде превращается в манганат - соль Мn(VI), а в кислой - в перманганат - соль Мn(VII). Кроме среды на окислительно-восстановительную способность влияют концентрация и потенциал окислителя.

При сплавлении оксида марганца (IV) со щелочами без доступа воздуха образуется манганит, или манганат (IV):

2 МnО₂ + 2 КОН = К₂МnО₃ + Н₂О

В присутствии кислорода воздуха, игравшего роль окислителя, при сплавлении образуется соль манганата(VI):

2 МnО₂ + 4 КОН + O₂ = 2 К₂МnО₄ + 2 Н₂О

3. Химические свойства кислородных соединений марганца Mn₂O₃

Триоксид марганца MnO₃, в свободном виде не существует вследствие неустойчивости к процессам окисления - восстановления.

МnО₃ - темно-красная масса, вызывающая кашель.

Гидролизуется при растворении в воде:

3МnО₃+ Н₂О > МnО₂+ 2НМnО₄

Оксид марганца (III) Мn₂О₃ встречается в природе в виде минерала браунита. В лаборатории образуется при осторожном нагревании МnО₂ при температуре 530-940°С:

4 МnО₂ = 2 Мn₂О₃ + O₂

При более высокой температуре разложение диоксида сопровождается образованием оксида Мn₃O₄.

3 МnО₂ = Мn₃О₄ + O₂

Mn2O3 проявляет основные свойства, при взаимодействии с кислотами диспропорционирует:

Mn₂О₃ + Н₂SO₄(разб.) = MnSO₄ + MnO₂v + H₂O

При нагревании соединений марганца (III) с концентрированными кислотами выделяется кислород, с соляной кислотой - хлор:

2 Mn₂О₃ + 8 HNO₃(конц.) = 4 Mn(NO₃)₂ + O₂^ + 2 H₂O

Mn₂О₃ + 6 НС1(конц.) = 2 MnС1₂ + С1₂^ + 3 H₂O

При нагревании оксида марганца (III) с оксидами других металлов получают манганиты:

NiO + Mn2О₃ >t Ni[Mn₂O₄] (или Ni(MnO₂)₂ - манганит никеля)

Некоторые манганиты обладают полупроводниковыми свойствами.

Соединение MnО(OH) встречается в природе в виде минерала манганита и может быть получено действием хлора или перманганата калия на суспензию карбоната марганца в воде:

3 MnСO₃ + С1₂ + H₂O = 2 MnО(OH) + MnС1₂ + 3 СO₂

4 MnСO₃ + КMnO₄ + 3 H₂O = 5 MnО(OH) + КОН + 4 СO₂

химический кислородный марганец биологический медицина



4. Химические свойства кислородных соединений марганца Mn(OH)₂

Соединение Mn(OH)2 студнеобразный белый осадок, плохо растворимый в воде, на воздухе быстро темнеет, окисляясь в бурый Mn(OH)4 или MnOОН:

4 Mn(OH)₂ + O₂ = 4 MnОOH + 2 H₂O

При взаимодействии с кислотами даёт соответствующие соли:

Mn(OH)₂+2HCl =MnCl₂+2H₂O

Гидроксид марганца (II) обладает восстановительными свойствами. В присутствии сильных окислителей он может окисляться до перманганата:

2 Мn(ОН)₂ + 5 КВгО + 2 КОН = 2 КМnO₄ + 5 КВг + 3 Н₂О

При недостаточном количестве окислителя образуется диоксид марганца:

5 Мn(ОН)₂ + КВrО = 5 МnО₂ + КВr + Н₂О

5. Химические свойства кислородных соединений марганца (соли)

Соли марганца (II) обычно розового цвета, а в растворах - бесцветные, устойчивые на воздухе. Соли марганца (II) служат реактивом на озон. Пропитанная раствором хлорида марганца (II) бумага в присутствии озона чернеет:



MnСl₂ + О₃ + 3Н₂О = Mn(OH)₄ + 2HCl + O₂.

В зависимости от среды перманганат калия может восстанавливаться до различных соединений. При нагревании:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

термическое разложение нитрата марганца (II):

Оксиду марганца (II) соответствует гидроксид Mn(OH)2 телесного цвета. Это основание практически не растворяется в воде. Получают его из соли марганца (II):

MnCl₂ + 2NaOH = Mn(OH)₂ + 2NaCl

При действии окислителей производные марганца(II) проявляют восстановительные свойства. Продукты окисления Mn(II) зависят от характера среды и силы окислителя. В сильнощелочной среде окисление cопровождается образованием соединений марганца(VI):

3 MnSO₄ + 2 КС1О₃ + 12КОН

сплавление > 3 К₂MnO4 + 2 КС1+ 3 К₂SO₄ + 6 H₂O

Соли марганцовистой кислоты легко гидролизуются и разлагаются под действием кислот или при нагревании:

3 К₂MnO₄ + 2 H₂O = 2 КMnO₄ + MnO₂ + 4 КОН

3 К₂MnO₄ + 4 НNO₂ = 2 КMnO₄ + MnO₂ + 4 КNO₃ + 2 H₂O

Соединения марганца (VI) довольно сильные окислители, продукты восстановления соединений марганца (VI) зависят от характера среды:

К₂MnO₄ + С₂Н₅ОН = MnO₂ + СН₃СООН + 2 КОН

К₂MnO₄ + 2 Na₂SО₃ + 2 H₂SО₄ = MnSО₄ + 2 Na₂SО₄ + К₂SО₄ + 2 H₂O

При действии сильных окислителей соединения марганца (VI) проявляют восстановительные свойства (манганат калия превращается в перманганат калия):

Манганат калия К2МnO4 самопроизвольно разлагается на перманганат калия и диоксид марганца:

3 К₂МnО₄ + 2 Н₂О = 2 КМnО₄ + МnО₂ + 4 КОН

Перманганат калия КМnO4 широко применяется в лабораторной практике, промышленности, медицине и быту. Он является очень сильным окислителем. В зависимости от среды марганец в присутствии восстановителя может восстанавливаться до различной степени окисления. В кислой среде он всегда восстанавливается до Мn (II):

2 КМnО₄ +10 КВг + 8 Н₂SO₄ = 2 МnSO₄ + 6 К₂SO₄ + 5 Вr₂ + 8 Н₂О

Аналогично ведут себя манганат калия К2МnО4 и диоксид марганца. В щелочной среде перманганат калия восстанавливается до манганата:

2 КМnО₄ + К₂SO₃ + 2 КОН = К₂SO₄ + 2 К₂МnO₄ + Н₂О

В нейтральной или слабощелочной среде перманганат калия восстанавливается до диоксида марганца:



2 КМnО₄ + С₆Н₅СН₃ = 2 КОН + 2 МnО₂ + С₆Н₅СООН

2 КМnО₄ + 3 МnSO₄ + 2 Н₂О = 5 МnО₂ + К₂SО₄ + 2 Н₂SО₄

Последняя реакция используется в аналитической химии при количественном определении марганца.

Раньше перманганат калия получали окислением либо диоксида марганца, либо манганата калия. Диоксид марганца окисляли селитрой при сплавлении со щелочью:

МnО₂ + КNО₃ + 2 КОН = К₂МnО₄ + КNО₂ + Н₂О

Образовавшийся манганат калия в растворе самопроизвольно распадался на перманганат калия и диоксид марганца:

3 К₂MnО₄ + 2 Н₂О = 2 КМnО₄ + MnО₂ + 4 КОН

По второму способу манганат калия окисляли хлором:

2 К₂МnО₄ + Сl₂ = 2 КМnО₄ + 2 КСl

Перманганат калия широко применяется как в промышленности, так и в лабораторной практике. Его используют для отбелки хлопка, шерсти, прядильных волокон, осветления масел и окисления различных органических веществ. В лабораторной практике он применяется для получения хлора и кислорода:

2 КМnO₄ + 16 НСl = 2 КСl + 2 МnСl₂ + 5 Cl₂ + 8 Н₂О

2 КМnО₄ = К₂МnО₄ + МnО₂ + O₂

В аналитической химии перманганат калия применяют для количественного определения веществ, обладающих восстановительными свойствами (Fе²⁺, Sn²⁺, АsО3³⁺, Н₂О₂, и др.). Этот метод анализа называется перманганатометрией.

При подкислении раствора манганата калия образуется марганцовистая кислота Н2MnO4, которая неустойчива и быстро разлагается:

К2MnO4 + H2SО4 = Н2MnO4 + К2SО4

3 Н2MnO4 = 2 НMnO4 + MnO2 + 2 H2O

Перманганат калия КMnO4 представляет собой почти черные блестящие кристаллы. При нагревании выше 200 С перманганат калия разлагается:

2 КMnO4 >t К2MnO4 + MnO2 + О2

6. Химические свойства кислородных соединений (Mn2O7)

Оксид Mn2O7 представляет собой темно-зеленые кристаллы, устойчивые при -5 С. При повышении температуры образуется зеленовато-черная маслянистая жидкость, которая разлагается со взрывом при 10 С:

2 Mn2O7 = 4 MnO2 + 3 O2

Оксид марганца (VII) является сильным окислителем (в контакте с ним воспламеняется бумага, спирты), но он очень неустойчив и поэтому в лабораторной практике не используется.

Оксид марганца (VII) обладает ярко выраженными кислотными свойствами, растворяется в холодной воде с образованием сильной марганцовой кислоты:



Mn2O7 + H2O (холод) > 2 НMnO4

7. Биологическая роль соединений марганца

Соединения марганца оказывают положительное воздействие на работу ЦНС. Под его воздействием вырабатываются нейромедиаторы. Это физиологически активные вещества, которые отвечают за передачу нервных импульсов между волокнами ткани нервной системы. Если в организме человека достаточно марганца, то без сбоев формируются кости. В этом процессе марганец не менее важен, чем кальций. Иммунитет, благодаря соединениям марганца, всегда в тонусе, а это - защита от различных инфекций и прочих негативных воздействий. Марганец влияет на нормальное течение обменов веществ и процесса пищеварения. Витаминный обмен соединений В-спектра, С и Е тоже проходит нормально, если в достаточном количестве имеются элементы марганца. Он важен для роста клеток и образования новых клеточных соединений. Он помогает заживать тканям, нормальному течению метаболизма и мозговой деятельности.

Марганец в организме способен предупредить развитие ревматоидных артритов, остеопороза, так как он активизирует восстановительные процессы в хрящах. Марганец, то есть достаточное его количество в нашем организме, не дает развиться рассеянному склерозу, катаракте и нервным заболеваниям. Ученые-медики уверены, что соединения марганца могут обеспечить профилактическое действие развитию сахарного диабета и поражению щитовидки. Марганец предотвращает и заболевания сердца, как, впрочем, и сосудов. Очень важен марганец в инсулиновом обмене. Известен тот факт, что у больных сахарным диабетом в организме, примерно, на половину меньше соединений марганца, нежели у здоровых людей. А они нужны для переработки сахара, поэтому требуется увеличение их поступления, для этого надо применять, например, БАДы и витаминные комплексы. Соединения марганца способны помочь вернуть конечностям потерянную способность чувствовать, а мышцам - утраченный тонус. Они могут снизить активность вредного холестерина и предотвратить тем самым развитие атеросклероза, потому как сосуды остаются чистыми.

Марганец оказывает влияние на нормальную работу желез половой системы, улучшая подвижность половых клеток мужчин, избавляя от бесплодия, нормализуя работу яичников. Беременным дамам тоже нужно достаточное количество марганца, потому как он важен для нормального развития плода. У тех, кто достаточно употребляет продуктов с содержанием марганца, не бывает проблем с мышечными рефлексами, опорно-двигательной системой, структурой костной ткани, суставами. Эти люди двигаются без напряжения, они полны энергии, у них нет проблем в половом плане. Марганец влияет на нормальное течение процесса образование и дальнейшее развитие тканей и органов всего организма. Его соединения важны для кровообразования. Давно известно о способности марганцевых соединений подавлять воздействие токсичных элементов: вспомните, ведь до сих пор многие используют марганцовку для устранения последствий пищевых отравлений. Марганцевые соединения способны восстанавливать ткани и их структуру, поддерживать нормальный уровень сахаров в нашей крови и воздействовать на процесс лактации у молодых матерей, поэтому марганец можно смело отнести к разряду антиоксидантов.

8. Применение кислородосодержащих соединений марганца в медицине

В медицине применяют некоторые соли марганца. Например, перманганат калия применяют как антисептическое средство в виде водного раствора, для промывания ран, полоскания горла, смазывания язв и ожогов. Раствор KMnO4 применяют и внутрь при некоторых случаях отравления алкалоидами и цианидами. Марганец является одним из активнейших микроэлементов и встречается почти во всех растительных и живых организмах.

Он улучшает процессы кроветворения в организмах. Не стоит забывать, что соединения марганца могут оказывать токсичное действие на организм человека. Предельно допустимая концентрация марганца в воздухе 0.3 мг/м3. При выраженном отравлении наблюдается поражение нервной системы с характерным синдромом марганцевого паркинсонизма.

Марганец в виде марганца сульфата моногидрата входит в состав витаминно-минерального комплекса «Комплевит» в количестве 2,5 мг на 1 таблетку. Препараты, содержащие сульфат марганца (II) и хлорид марганца (II), используют для лечения малокровия.

Размещено на allbest.ru

...