Биологическая роль элементов IIА группы

В организме человека бериллий является примесным элементом, его биологическая роль не выявлена, он обладает ярко выраженными токсичными свойствами и может вызывать ряд заболеваний. Наиболее важными (эссенциальными) для организма человека элементами IIА группы являются магний и кальций.

Магний является преимущественно внутриклеточным элементом. Он входит в состав дентина, эмали зубов, обнаруживается в почках, мозге, печени, сердце, поджелудочной железе, вместе с кальцием участвует в построении костей скелета.

В биологических жидкостях магний присутствует как в свободном виде, так и в виде комплексных соединений с водой, белками, нуклеотидами, фосфолипидами. В клетках растений ионы Mg²⁺ выступают в качестве комплексообразователя, образуя зеленый пигмент хлорофилл, участвующий в фотосинтезе. В организме человека комплексные соединения магния входят в состав многих ферментативных систем. Недостаток ионов магния в организме приводит к развитию инфаркта миокарда.

Из всех элементов-металлов в организме человека больше всего содержится кальция. Причем до 99% его общей массы сосредоточено в костной ткани и только около 1% находится в биологических жидкостях. Кальций является внеклеточным элементом. Одна из важнейших функций ионов Ca²⁺ в организме – передача первого сигнала внутрь клетки и запуск многих каскадных механизмов. Он участвует в регулировании ритма сердца, сокращении мышц, обеспечивает нормальную свертываемость крови. Ионы Ca²⁺ обладают противовоспалительными и противоаллергическими свойствами, стимулируют защитные силы организма, снижают возбудимость ЦНС (центральной нервной системы).

Кальций – главный компонент костной ткани и зубов. От количественного содержания кальция в скелете зависят его твердость, рост и минерализация костей. Костную ткань можно считать кальциевым буфером организма, т.к. она поддерживает концентрацию ионов Ca²⁺ в биологических жидкостях на определенном уровне.

Повышенное содержание ионов Ca²⁺ в межклеточных жидкостях приводит к отложению кальциевых солей в различных органах, мышечной слабости, усилению сердечных сокращений.

При недостатке ионов Ca²⁺ в крови происходит их вымывание из скелета, размягчение и искривление его костей, нередко наблюдается судорожное сокращение мышц.

Ионы Ca²⁺ в костной ткани могут замещаться ионами Sr²⁺ (см. главу «Гетерогенные равновесия»).

Многие соединения элементов IIА группы используются в качестве лекарственных средств.

Магнезия, или горькая соль MgSO₄ × 7H₂O, выступает как слабительное, желчегонное, спазмолитическое средство. Применяется при гипертонической болезни и судорогах различного происхождения. Наружно гипертонический раствор используют для очищения ран и их быстрого заживления.

Жженая магнезия MgO является хорошим адсорбентом газов, назначается при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гиперацидном гастрите, отравлении кислотами.

Белая магнезия Mg(OH)₂ × 4MgCO₃ × H₂O применяется как слабительное, очищающее средство.

Тальк 3MgO × 4SiO₂ × H₂O используется в качестве присыпок (обладает адсорбционным и высушивающим действием).

Гексагидрат хлорида кальция CaCl₂ × 6H₂O вводится внутривенно для повышения свертываемости крови, оказывает противовоспалительное, противоаллергическое и успокаивающее действие, уменьшает проницаемость сосудов.

Алебастр 2CaSO₄ × H₂O применяется в травматологии для изготовления гипсовых повязок при переломах костей.

Бериллий и барий в организме человека являются примесными элементами с ярко выраженными токсичными свойствами. Ионы Ве²⁺ угнетают активность многих важных ферментов, повреждают липидные компоненты клеточных мембран, оказывают цитотоксическое воздействие и обладают канцерогенным действием. Бериллий депонируется в костной ткани в виде фосфата бериллия (увеличивая ломкость и хрупкость костей), в легких, лимфатических узлах, печени.

Отравление бериллием в основном носит производственный характер. Чаще всего оно вызывается ингаляцией пыли, содержащей соединения бериллия, и приводит к развитию бериллиоза.

В бытовых условиях опасным источником отравления могут быть перегоревшие люминесцентные лампы. Особая опасность бериллия заключается в том, что его токсичность носит латентный характер: клинические признаки хронического отравления бериллием могут проявиться лишь через 10 и более лет после начала контакта с его соединениями.

Эффективных способов выведения соединений бериллия из организма нет.

Барий является антагонистом калия, так как имеет сходный с ним ионный радиус, нарушает способность мышц к сокращению. Острый баритоз обусловлен интоксикацией водорастворимыми соединениями бария. Для взрослого человека токсичной дозой бария является 0,2 г, летальной – 3,7 г.

Общая харатеристика элементов IА группы

Нахождение в природе

Щелочными металлами называются элементы IА группы: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs и франций Fr. Они относятся к семейству s-элементов и свое название получили из-за того, что их гидроксиды являются сильными щелочами.

Из щелочных металлов на Земле наиболее распространены натрий и калий, мольные доли которых в земной коре равны, соответственно, 2,0 и 1,1%. Содержание лития (0,02%), рубидия (0,004%) и цезия (0,00009%) уже значительно меньше, а франция – ничтожно мало.

Натрий и цезий в природе представлены только одним нуклидом каждый: ²³Na и Cs¹³³, литий и рубидий имеют по 2 устойчивых нуклида: ⁷Li (92,58%) и ⁶Li (7,42%); ⁸⁵Rb (72,7%) и ⁸⁷Rb (27,3%). Калий встречается в виде трех нуклидов: ³⁹K (93,1%), ⁴⁰K (0,01%) и ⁴¹K (6,88%) – но один из них ⁴⁰K является радиоактивным (Т_1/2 = 1,32 ∙ 10⁹ лет).

Франций принадлежит к радиоактивным элементам и все его нуклиды являются короткоживущими. Период полураспада наиболее устойчивого из них ²²³Fr равен 21,8 минуты.

Щелочные металлы являются сильно реакционноспособными элементами и поэтому в природе существуют только в связанном виде. Наиболее распространенными минералами лития, натрия и калия являются: сподумен – LiAl(SiO₃)₂; каменная соль (галит) – NaCl; сильвинит – KCl ∙ NaCl; сильвин – KCl; карналлит – KCl ∙ MgCl₂ ∙ 6H₂O; глауберова соль или мирабилит – Na₂SO₄ ∙ 10H₂O; кристаллическая сода – Na₂CO₃ ∙ 10H₂O; бура – Na₂B₄O₇ ∙ 10H₂O; криолит – Na₃[AlF₆]; полевой шпат или ортоклаз – K₂O ∙ Al₂O₃ ∙ 6SiO₂; чилийская селитра – NaNO₃.

Соединения рубидия и цезия встречаются обычно в виде примесей к минералам других щелочных металлов: лития, натрия или калия. Следовые количества франция всегда присутствуют в урановых рудах (≈ 4 ∙ 10^{-28 г на 1 г природного урана). Обычно} Fr получают искусственным путем. Но вследствие малого периода полураспада его нуклидов сколько-нибудь заметных количеств франция накопить не удается, поэтому его свойства изучены недостаточно.

Большое количество растворимых соединений натрия находится в природных водах. Так, 1 литр морской воды содержит обычно более 10 г ионов Na⁺. Калий и натрий являются жизненно важными элементами и присутствуют в биологических жидкостях животных, растительных организмов и человека. Причем ионы Na⁺ преимущественно находятся в межклеточных жидкостях, а ионы K⁺ – внутри клеток.

Общая характеристика щелочных металлов
на основании строения их атомов и положения
в таблице Д.И. Менделеева

Щелочные металлы находятся в начале каждого периода (кроме первого), поэтому из всех его элементов они имеют самый большой радиус, наименьшее значение энергии ионизации, электроотрицательности и наиболее сильно выраженные металлические свойства. Причем в группе сверху вниз эти характеристики для щелочных металлов закономерно возрастают.

Элементы IА группы имеют по одному неспаренному электрону на внешнем электронном слое, строение которого можно представить следующим образом (Li не имеет на внешнем слое d-подуровня):

Этот электрон слабо удерживается ядром атома и поэтому щелочные металлы являются активными реагентами, в химических реакциях всегда выступают в роли восстановителей, отдавая свой валентный электрон атомам других элементов и проявляя в соединениях только положительную степень окисления «+1».

 

В группе сверху вниз восстановительные свойства и реакционная способность щелочных металлов возрастают. Наиболее сильно они выражены у Cs (без учета радиоактивного франция).

Химическая связь в большинстве соединений элементов IА группы носит ярко выраженный ионный характер.

От остальных элементов группы несколько отличается литий. Он имеет значительно меньшие размеры атома и иона, вследствие чего характеризуется высокой энергией гидратации Li⁺ и способностью образовывать не только ионные, но и ковалентные связи (например, в литийорганических соединениях).

⇐ Предыдущая26272829303132333435Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: