 |
Биологическая роль марганца и его соединений
|
|
|
|
Марганец является важным биогенным элементом. Недостаток марганца в организме приводит к заболеваниям: развивается дегенерация яичников и семенников, происходит укорочение и искривление конечностей и другие деформации скелета. В хрящах понижается содержание галактозамина. В организме марганец образует комплексы с белками, нуклеиновыми и аминокислотами. Эти комплексы входят в состав металлоферментов - аргиназы, холинэстеразы, пируваткарбоксилазы и др. Аргиназа - фермент катализирующий превращение в мочевину аминокислоты - аргинина, входящей в состав белков. Холинэстераза - фермент крови, образуется в печени, участвует в процессе свертывания крови. Марганец участвует в таком жизненно важном процессе, как аккумуляция и перенос энергии. В организме человека биохимическим аккумулятором и переносчиком энергии являются системы АТФ и АДФ, которые в клетках находятся в виде комплексных ионов [MnАТФ]2-. Схематично перенос концевой фосфатной группы можно представить так:
В процессе гидролиза [MnАТФ]2- до [MnАДФ]- выделяется большое количество энергии, за счет которой осуществляется синтез белков. Марганец усиливает действие гормонов, в том числе инсулина, а также действие ферментов, участвующих в процессах кроветворения. Суточная потребность марганца составляет 5-7 мг, она полностью удовлетворяется продуктами, которые человек употребляет в пищу. Больше всего марганца содержится в картофеле, моркови, красной свекле, печени, чае.
Лекарственные препараты
Kalii permanganas (KMnO4) Калия перманганат. Применяется как антисептик для полосканий при ларингитах и др. заболеваниях горла; для промываний мочевого пузыря и уретры; инфицированных ран, ожоговых поражений кожи; для промываний желудка при отравлениях опием, морфином; цианидами; для прижиганий мест укуса змей.
|
|
|
Лечебное действие KMnO4 основано на реакции:
Образующийся MnO2 оказывает вяжущее, раздражающее и прижигающее действие, а выделяющийся кислород обладает антимикробным и дезодорирующим действием. Кислород выделяется без образования пузырьков, поэтому растворы калия перманганата можно вводить в глубокие раны при анаэробной инфекции.
Токсическое действие соединений марганца
Из соединений марганца наиболее токсичными являются перманганаты. KMnO4 взаимодействует с органическими компонентами клеток тканей.
При этом он восстанавливается до MnO2, который в свою очередь также может взаимодействовать с белками. При отравлениях перманганатами внутрь назначают раствор тиосульфата натрия Na2S2O3.
Применение соединений марганца в фармации
Перманганат калия применяется в аналитической практике и фармацевтическом анализе для количественного определения веществ и лекарственных препаратов, обладающих восстановительными свойствами, этот метод называется перманганатометрией. Перманганатометрия используется также в биохимическом анализе для определения некоторых ферментов и уровня мочевой кислоты в крови. Способность KMnO4 взаимодействовать с органическими веществами протоплазмы микробов используется в фармации для получения апирогенной воды, воды лишенной белковых веществ микроорганизмов.
Вопросы и задачи для самоподготовки
1. Напишите электронную формулу атома марганца. Какие степени окисления он может проявлять, какие из них наиболее устойчивы?
2. Напишите электронные формулы реальных и гипотетических ионов марганца: Mn2+,Mn4+,Mn7+. Укажите тип их электронной оболочки.
3. В виде какой комплексной частицы Mn (II) существует в водных растворах? Рассмотрите гидролиз этой частицы с позиций протолитической теории кислот и оснований. Какую реакцию среды имеют растворы солей Mn(II) с анионами сильных кислот?
|
|
|
4. Какой характер носит гидроксид марганца (II), какая окраска для него характерна? Почему на воздухе он приобретает бурую окраску? Напишите соответствующее уравнение реакции.
5. В какой среде соединения марганца (II) окисляются до манганатов, а в какой до перманганатов? Приведите уравнения соответствующих реакций.
6. Опишите качественную реакцию на ион марганца (II).
7. Какое соединение марганца (IV) наиболее устойчиво? Приведите уравнения реакций, в которых MnO2 является окислителем, восстановителем? Объясните причину его окислительно-восстановительной двойственности.
8. В какой среде манганаты имеют максимальную устойчивость? В какой среде они диспропорционируют? В каком случае они проявляют только окислительные свойства?
9. Напишите уравнения реакций взаимодействия манганата калия с уксусной кислотой, с хлорной водой.
10. Приведите уравнения реакций, характеризующих окислительные свойства перманганатов в кислой, нейтральной и щелочной среде. В какой среде они выражены наиболее сильно? Почему?
11. Почему растворы и кристаллы перманганата калия при попадании на кожу образуют бурые пятна? Какими веществами нужно обработать пятна, чтобы они обесцветились? Напишите соответствующие уравнения реакций.
12. Опишите биологическую роль марганца (II). В состав каких ферментов и в состав каких жизненно важных систем, являющихся аккумулятором и переносчиком энергии, он входит?
13. На какой химической реакции основано применение перманганата калия в качестве антисептического средства?
14. Напишите уравнение реакции на которой основано применение KMnO4 в качестве антидота при отравлении цианидами.
15. Почему при отравлении перманганатом калия в качестве антидота назначают тиосульфат натрия?
16. Напишите уравнения реакций при помощи которых можно соуществить следующие превращения:
MnSO4 ® Mn(OH)2 ® MnO2 ® K2MnO4 ® KMnO4
d- Элементы VIII группы
VIII группа ПС включает девять d-элементов: железо (Fe), кобальт (Co), никель (Ni), рутений (Ru), родий (Rh), палладий (Pd), осмий (Os), иридий (Ir) и платину (Pt). Эти элементы образуют три побочных подгруппы; в подгруппах сходство элементов электронных аналогов проявляется в меньшей степени, чем у элементов, находящихся в одном периоде.
|
|
|
Поэтому d-элементы VIII группы принято рассматривать по семействам: семейство железа (Fe,Co,Ni) и семейство платины (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt). Электронная конфигурация валентного слоя d-элементов VIII группы и одного периода имеет вид... (n-1)d6¸8ns2.
Как видно из формулы, сумма электронов может превышать номер группы; однако, валентность равную восьми проявляют только рутений и осмий в оксидах, которые не носят кислотный характер. У остальных d-элементов такая валентность не реализуется из-за стерических препятствий.
Семейство железа
Для d-элементов семейства железа характерны степени окисления +2, +3; для железа кроме того +6. Fe, Co, Ni относятся к ферромагнетикам, металлам с аномально высокими парамагнитными свойствами.
Соединения железа (II)
Железу (П) соответствует ион с конфигурацией... 3d6 с незавершенным d-подуровнем, который в водных растворах образует аквакомплекс, окрашенный в бледно-зеленый цвет, ион подвергается гидролизу:
[Fe(H2O)6]22+ + H2O «[FeOH(H2O)5]++ H3O+
Железу (П) соответствует основной гидроксид Fe(OH)2, вещество белого цвета, однако при осаждении его из растворов солей железа (II) щелочью выпадает осадок грязно-зеленого цвета, т.к. одновременно образуются основные соли железа (III). Гидроксид железа (II) легко окисляется кислородом воздуха: 4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O ® 4Fe(OH)3
Из соединений железа (II) заслуживает внимания гептагидрат сульфата железа (II) FeSO4´7H2O (железный купорос), который в растворах окисляется до соли железа (III):
4FeSO4+2H2O+O2 ® 4FeOHSO4
Поэтому растворы солей железа (II) не рекомендуется готовить заранее.
Более устойчиво железо (II) в соли Мора (двойная соль) – гексагидрат сульфата аммония железа (II) (NH4)2Fe(SO4)2´6H2O.
Из комплексных соединений железа (II) представляют интерес желтая кровяная соль - гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)6] и нитропруссид натрия - пентацианонитрозилферрат (II) натрия Na2[FeNO(CN)5], используемый как реактив на сульфид-ион и соединения, содержащие SH-группу, в том числе лекарственные препараты (многие из реакций были изучены профессором ПГФА В.Г.Беликовым). Соединения Fe(II) являются восстановителями,
|
|
|
10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 ® 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4+ 8H2O
Эта реакция используется для количественного определения FeSO4. Реактивом для обнаружения иона Fe(II) является гексацианоферрат (III) калия (красная кровяная соль).
Выпадает синий осадок турнбуллевой сини - гексацианоферрат (III) железа (II). Растворимой форме этого соединения соответствует формула KFe[Fe(CN)6] - гексацианоферрат (III) калия железа (II).
Соединения железа (III)
Железу (III) соответствует ион с конфигурацией...3d5, в водных растворах образующий ион гексаакважелеза (III) [Fe(H2O)6]3+, окрашенный в бледно-фиолетовый цвет. Однако, в результате гидролиза растворы солей железа (III) приобретает желтый цвет:
[Fe(H2O)6]3++H2O[FeOH(H2O)5]2+ +H3O+
Для подавления гидролиза необходимо создать рН около 0.
Гидроксид железа (III), в форме Fe(OH)3, как считают, не существует; часто ему приписывают формулу FeOOH - гидроксид оксид железа (III), O=Fe-OH; однако, для простоты в уравнениях реакций допускается написание формулы - Fe(OH)3. Fe(OH)3- амфотерен, однако в концентрированных растворах щелочей растворяется только частично:
Fe(OH)3+3KOH®K3[Fe(OH)6]
Многие соли железа (III) хорошо растворяются в воде; из растворов кристаллизуются в виде кристаллогидратов FeCl3´6H2O; Fe(NO3)3´9H2O; Fe(ClO4)3´10H2O. Соединения железа (III) являются окислителями, поэтому с некоторыми ионами - восстановителями получить соединения железа (III)
|
|
|
