 |
Биологическая роль кобальта и никеля
|
|
|
|
В организме человека кобальт входит в состав витамина В12. Витамин В12 - это бионеорганическое комплексное соединение, циклическая система которого подобна циклической системе порфиринов, т.е. гему крови. Комплексообразователем в витамине В12 является ион Со3+. Это октаэдрический комплекс. Строение его подобно строению гемоглобина.
Т.к. одно из координационных мест в витамине занимает цианид- ион, витамин В12 называют цианкобаламином. Обычно витамин В12 входит в состав ферментов, их называют В12-коферментами. В роли кофермента В12 выполняет функцию переносчика метильных групп. Образование и перенос метильных групп является существенным аспектом метаболизма всех клеток; кофермент - В12 участвует также в переносе ионов водорода:
Участвуя в этих процессах, кобальт влияет на обмен углеводов, белков, жиров и минеральный обмен. Одна из важнейших функций – влияние на процесс кроветворения. Недостаток витамина В12 в организме приводит к возникновению пернициозной анемии. Часто этот вид анемии развивается у строгих вегетарианцев, т.к. в растениях В12 содержится в очень небольших количествах. Долгое время никелю отводили незначительную роль в организме человека по сравнению с железом и кобальтом. Однако, было установлено, что никель в виде Ni3+ входит в состав фермента уреазы, который катализирует гидролитическое расщепление мочевины с образованием двух молекул аммиака и молекулы углекислого газа. Кроме того, в опытах на цыплятах показано, что при дефиците никеля в рационе обнаруживается набухание митохондрий, нарушение функции клеточных мембран.
Токсическое действие кобальта и никеля
Данные о токсичности кобальта и никеля противоречивы. Некоторые авторы считают, что кобальт не токсичен, а никель – примесный токсичный элемент. Однако, другие авторы полагают, что токсичность никеля очень низка и в организме животных и человека существуют гомеостатические механизмы, регулирующие его концентрацию.
|
|
|
Применение соединений кобальта в медицине
Cyancobalamini, Витамин В12, цианкобаламин, применяется для лечения пернициозной анемии.
Вопросы и задачи для самоподготовки
1. В чем особенность конструкции VIII группы? Почему сходство d-элементов VIII группы, находящихся в одном периоде, проявляются в большей степени, чем у элементов одной подгруппы?
2. Какие элементы образуют семейство железа? Напишите электронные формулы их атомов, какие степени окисления для них возможны, какие из них устойчивы?
3. Какие соли - простые, двойные и комплексные образует железо (II)?
4. В виде какого комплекса железо (II) существует в водных растворах? Рассмотрите гидролиз этой частицы с позиций протолитической теории кислот и оснований.
5. Почему растворы солей железа (II) не готовят заранее? Что происходит в водном растворе с сульфатом железа (II) под действием кислорода воздуха? Напишите уравнение реакции, расставьте коэффициенты методом подуреакций.
6. Какие киcлотно-осносновные свойства проявляет гидроксид железа (II)? Чем объясняется его грязно-зеленая окраска?
7. При помощи какого реактива можно установить присутствие ионов Fe(II) в растворе? Напишите уравнения реакций.
8. Приведите уравнения реакций, подтверждающих восстановительные свойства ионов Fe(II).
9. Какие соли образует железо (III)? Приведите примеры простых, двойных и комплексных солей. Какие соли железа (III) нельзя получить в водных растворах реакцией обмена? Почему?
10. Какой характер носит гидроксид железа (III)?Ответ подтвердите уравнениями реакций.
11. Почему нельзя получить иодид железа (III)?
|
|
|
12. Напишите уравнения двух реакций при помощи которых можно обнаружить ионы железа (III).
13. В чем заключается биологическая роль железа?
14. Какие препараты железа применяются в медицине?
15. В виде каких ионов в водных растворах существует Co(II) и Ni(II)? Какую окраску они имеют?
16. В чем особенность гидроксида кобальта (II)? Какие кислотно-основные свойства он проявляет?
17. Чем отличается гидроксид никеля (II) от гидроксида кобальта (II)?
18. Как получают гидроксиды кобальта (III) и никеля (III)?
19. Что произойдет, если к гидроксиду кобальта (III) прибавить серную кислоту? Напишите уравнение реакции.
20. В чем заключается биологическая роль кобальта и никеля?
21. При помощи каких реакций можно осуществить следующие превращения:
FeSO4 ® FeOHSO4 ® Fe2(SO4)3 ® K3[Fe(CN)6] ® K3[Fe(NCS)6]?
D- Элементы I группы
К d-элементам I группы ПС относятся медь - Cu, серебро -Ag, золото - Au. Т.к. каждый из этих элементов является предпоследним d-элементом в своем периоде, в (n-1)d-подуровне их атомов должно находиться по девять электронов. Однако, энергетически более выгодным оказывается переход одного из s-электронов в (n-1)d состояние. Поэтому для Cu, Ag, Au характерна электронная конфигурация валентного слоя... (n-I)s2(n-1)p6(n-1)d10ns1.
На величину энергии ионизации этих электронов значительное влияние оказывают эффекты экранирования и проникновения s-электронов к ядру. В результате этого энергия ns -электронов близка к энергии (n-1)d -электронов, поэтому два из десяти (n-1)d электронов могут участвовать в образовании химических связей. В соответствии с этим d-элементы этой группы проявляют степени окисления +1,+2,+3. Для меди наиболее характерна степень окисления +2, для золота +3, для серебра +1. Устойчивость степени окисления +1 у серебра объясняется тем, что конфигурация (n-1)d10 встречается уже у предшествующего 46 элемента - палладия. В результате проникновения ns -электрона к ядру эти элементы относятся к неактивным металлам и стоят в электрохимическом ряду напряжений после водорода. Уменьшение химической активности при переходе от меди к золоту объясняется эффектом проникновения ns -электрона под экран 4f14 -электронов. Этим же объясняется склонность меди и ее электронных аналогов к образованию ковалентных связей.
|
|
|
Медь (Cuprum)
Соединения меди (II)
Ион меди относится к ионам с незавершенным d-подуровнем; в водных растворах образует аквакомплекс [Cu(H2O)4]2+ , окрашенный в голубой цвет. Эта окраска характерна для многих соединений меди (II). Из солей меди наибольшее значение имеет пентагидрат сульфата меди (II) образующий синие кристаллы. Получают его, действуя на медь разбавленной серной кислотой в присутствии окислителей (O2, HNO3 и др.):
2Cu+2H2SO4+O2+8H2O®2Cu SO4´5H2O
Гидроксид меди (II) Cu(OH)2 выпадает в виде голубого осадка из растворов солей меди (II) при добавлении щелочей, при нагревании легко разлагается на черный оксид меди (II) и воду. При нагревании Cu(OH)2 с альдегидами в щелочной среде голубой осадок превращается в желтый гидроксид меди (I), а затем в красный осадок оксида меди (I)
При взаимодействии с глюкозой в щелочной среде при нагревании происходит деструкция молекул глюкозы:
Гидроксид меди (II) легко растворяется в многоатомных спиртах с образованием хелатного комплекса синего цвета:
Действие концентрированного раствора гидроксида натрия приводит к образованию тетрагидроксокупрата (II) натрия:
Cu(OH)2+2NaOH ® Na2[Cu(OH)4]
При действии концентрированного раствора аммиака образуется аммиачный комплекс - гидроксид тетраамминмеди (II), окрашенный в синий цвет:
Cu(OH)2+4NH3´H2O®[Cu(NH3)4](OH)2 +4H2O
Координационное число меди (II), как правило, равно 4. Теоретически следовало ожидать координационное число равное 6 и октаэдрическое расположение лигандов, однако, лиганды, расположенные вдоль оси Z, оказываются настолько удаленными от иона меди (II), что комплексы можно считать квадратными.
Соединения меди (II) являются окислителями, поэтому некоторые соединения меди (II) с ионами-восстановителями получить нельзя:
2CuSO4 + 4KI®2CuI¯ + I2 + 2K2SO4
2CuSO4 + 4KCN®2CuCN + (CN)2 + 2K2SO4
Соединения меди (I) неустойчивы; практическое значение имеет оксид меди (I), который применяется для получения окрашенных стекол и эмалей.
|
|
|
