Биологическая роль элементов VА группы

Среди элементов VА группы наибольшее биологическое значение имеют азот и фосфор. Оба они относятся к элементам-органогенам и необходимы для существования любой формы жизни на Земле. Азот входит в состав всех аминокислот, белков, смешанных биополимеров, имеющих белковую составляющую (протеогликанов, липопротеинов), нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), АТФ, многих гормонов и витаминов. Практически все нейромедиаторы (ацетилхолин, норадреналин, g-аминомасляная кислота и др.) – азотсодержащие вещества. Интересно отметить, что большинство известных к настоящему времени наркотических веществ тоже содержат в своем составе атомы азота.

Растения потребляют азот из почв в виде ионов NH₄⁺, NO₃^–, NO₂^–, образующихся при диссоциации соответствующих неорганических соединений, и синтезируют все необходимые для процесса жизнедеятельности азотсодержащие биомолекулы.

В отличие от них человеческий организм некоторые азотсодержащие соединения (например незаменимые аминокислоты) сам образовать не может. Они должны содержаться в употребляемых продуктах питания. При их нехватке или полном отсутствии жизнедеятельность организма угнетается и со временем может наступить летальный исход. В связи с этим пищевой рацион человека должен быть разнообразным и включать в себя как растительную, так и животную составляющие.

Фосфор входит в состав некоторых белков, нуклеиновых кислот, фосфолипидов, АТФ, АДФ, АМФ костной ткани, анионов фосфорной кислоты (HPO₄^2– и H₂PO₄^–), образующих в биологических жидкостях фосфатный буфер.

Многие процессы, связанные с ростом организма (формирование скелета, увеличение мышечной массы и др.) осуществляются при участии фосфорсодержащих веществ через стадию фосфорилирования. Универсальным поставщиком химической энергии, используемой организмом для протекания биохимических процессов, является аденозинтрифосфорная кислота АТФ.

Мышьяк, в отличие от фосфора и азота, является условно эссенциальным элементом для человека. Считается, что его присутствие в небольших количествах повышает устойчивость к действию микроорганизмов.

Многие соединения мышьяка в малых дозах оказывают лечебный эффект, а в больших дозах являются сильнейшими ядами.

Механизм их токсического действия заключается в способности мышьяка блокировать –SH группы ферментов и других биологически важных соединений. Смертельная доза для человека составляет» 0,1–0,3 г мышьяка, при этом летальный исход наступает не сразу, а примерно через 70 часов.

Гораздо меньшие дозы соединений мышьяка используют для лечения анемии, истощения, миастении и неврастении как в виде подкожных инъекций (1% раствор Na₂HAsO₄), так и перорально в виде таблеток (As₂O₃). Оксид мышьяка As₂O₃ применяют в стоматологии для некротизации пульпы при лечении кариеса. В начале ХХ века Пауль Эрлих синтезировал органические вещества, содержащие мышьяк, и стал использовать их для лечения сифилиса и других венерических заболеваний.

Сурьма и висмут являются примесными элементами, их биологическая роль не выявлена. Многие их соединения (особенно это касается сурьмы) являются токсичными) поэтому в лечебной практике широко не используются, хотя отдельные случаи встречаются. Так, некоторые соли висмута назначают для лечения язвы желудка и двенадцатиперстной кишки, а также при различных воспалительных процессах желудочно-кишечного тракта.

Общая харатеристика элементов IVА группы

Нахождение в природе

В IVA группу входят следующие элементы: углерод (С), кремний (Si), германий (Ge), олово (Sn), свинец (Pb). Они принадлежат к семейству р-элементов и встречаются в природе только в связанном виде. Исключение составляет углерод, который в значительных количествах присутствует на Земле и в свободном виде, образуя простые вещества: алмаз, графит.

Из элементов IVA группы наиболее распространены на Земле кремний (массовая доля в земной коре ≈ 27%) и углерод
(≈ 0,1% по массе). Кремний при этом занимает второе место по распространенности среди всех элементов, уступая только кислороду. Германий, олово и свинец встречаются в природе значительно реже (≈ 7 ∙ 10^-4%, 4 ∙ 10^-3% и 1,6 ∙ 10^-3% по массе, соответственно).

Все элементы IVA группы присутствуют на Земле в виде нескольких стабильных нуклидов. Причем больше всего нуклидов (10) имеет олово; у свинца и германия их – по 4 у каждого; у кремния – 3 и у углерода – 2.

Физические и химические свойства элементов
IVA группы

По своим физическим и химическим свойствам углерод и кремний принадлежат к неметаллам, германий является амфотерным или переходным элементом, а олово и свинец в целом характеризуются как металлы.

Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ представлены в таблице 16. Как видно, с ростом атомного номера элемента наблюдается увеличение радиусов его атомов, уменьшение значения энергии ионизации и относительной электроотрицательности.

Таким образом, для элементов IVA группы сверху вниз происходит типичное усиление металлических свойств, а, значит, и их восстановительной способности.

 

Таблица 16. Некоторые физические свойства атомов элементов IVA группы и образуемых ими простых веществ

 

Символ элемента	C	Si	Gе	Sn	Pb
Радиус атома, нм	0,062	0,107	0,109	0,124	0,122
Энергия ионизации атома, кДж/моль	~1090	~790	~760	~710	~716
Относительная электроотрицательность	2,5	1,74	2,02	1,72	1,55
Агрегатное состояние образуемого простого вещества (при н.у.)	тв. тело	тв. тело	тв. тело	тв. тело	тв. тело
Температура плавления простого вещества, оС	>3500оС
Плотность простого вещества ρ, г/см3	2,265 (графит)	2,328	5,323	5,846 (для α-Sn)	11,336

 

Атомы элементов IV A группы имеют одинаковое строение внешнего электронного слоя и содержат на нем 4 электрона:

 

 

Углерод отличается от всех остальных элементов тем, что на внешнем энергетическом уровне у него отсутствует d-подуровень.

В невозбужденном состоянии элементы IV A группы имеют на внешнем слое только 2 неспаренных электрона. Значит, валентность их в этом случае будет равна 2 и по обменному механизму они могут образовать только 2 ковалентные связи. В возбужденном состоянии число неспаренных электронов может увеличиваться до 4 за счет распаривания электронной пары:

 

 

Соответственно, и валентность в этом случае тоже будет равна 4.

⇐ Предыдущая23242526272829303132Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: