Их биологическая роль и применение в медицине. В настоящее время известно 110 химических элементов, большинство из них встречается в природе, некоторые получены искусственно (с помощью ядерных реакций)

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ S- И P- ЭЛЕМЕНТОВ.

В настоящее время известно 110 химических элементов, большинство из них встречается в природе, некоторые получены искусственно (с помощью ядерных реакций). С точки зрения строения атома химические элементы делятся на s-, p-, d-, f- семейства. У s-элементов последний электрон заполняет s-орбиталь внешнего электронного слоя, у р-элементов – р-орбиталь внешнего электронного слоя.

Человек – составная часть природы. В живых организмах, в том числе и в организме человека, можно обнаружить почти все те же химические элементы, которые есть в земной коре и морской воде, только в иных количествах. В результате естественного отбора основу живых систем составляют 6 элементов: C, H, O, N, P, S, получивших название органогенов. Эти элементы составляют в организме 97,4% и являются основой органических соединений. Для органогенов характерно образование водорастворимых соединений, что способствует их концентрированию в живых организмах.

Существуют различные классификации химических элементов, находящихся в организме человека. По содержанию их разделяют на следующие группы.

1. Макроэлементы – это элементы, содержание которых в организме выше 10^-2%. К ним относятся О (62), С (21), Н (10), N (3), Ca (2), P (1), K (0.23), S (0.16), Cl (0.1), Nа (0.08), Mg (0.027). В скобках указана массовая доля элементов в %.

2. Микроэлементы – это элементы, содержание которых в организме находится в пределах от 10^-3% и ниже. К ним относятся: йод, медь, мышьяк, фтор, бром, стронций, барий, кобальт и другие. Иногда выделяют ультрамикроэлементы – это элементы, содержание которых в организме ниже 10^-5%. К ним относятся: ртуть, золото, уран, торий, радий и др. Но в настоящее время их объединяют с микроэлементами в одну группу. Основателем этой классификации является В.И.Вернадский.

В.В.Ковальский, исходя из значимости элементов для жизнедеятельности, подразделил их на три группы.

1. Жизненно необходимые (незаменимые) элементы. Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: Н, О, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, Cl, C, I, Mn, Cu, Co, Fe, Zn, Mo, V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека.

2. Примесные элементы. Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Ga, Sb, Sr, Br, F, B, Be, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ba, Ge, As, Rb, Pb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.

3. Примесные элементы (Sc, Tl, Jn, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др.). Обнаружены в организме человека и животных. Данные о количестве и биологическая роль не выяснены.

Элементы, необходимые для построения и жизнедеятельности различных клеток и организмов, называют биогенными элементами. Точно перечислить все биогенные элементы в настоящее время еще невозможно из-за сложности определения очень низких концентраций микроэлементов и установления их биологических функций. Для 24 элементов биогенность установлена надежно. Это элементы 1-ой и некоторые элементы 2-ой группы по Ковальскому.

Органы человека по-разному концентрируют в себе различные химические элементы, т.е. они неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Данные по распределению (топографии) некоторых макро- и микроэлементов в организме человека представлены на рис. 3.1.

Десять металлов, жизненно необходимых для живого организма, получили название «металлы жизни». К ним относятся Ca, K, Na, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co (расположены в порядке уменьшения их содержания).

Биологическая роль химических элементов в организме человека разнообразна. Главная функция макроэлементов состоит в построении тканей, поддержании постоянства осмотического давления, ионного и кислотно-основного состава. Микроэлементы участвуют в обмене веществ, процессах размножения, тканевом дыхании, обезвреживании токсичных веществ, влияют на процессы кроветворения, окисления-восстановления, проницаемость сосудов и тканей.

Необходимо знать, что для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных элементов, так как при этом нарушается химический гомеостаз. Например, избыток Zn в пище вызывает угнетение активности железосодержащих ферментов (антагонизм Zn и Fe). На рис. 3.2 представлена кривая зависимости реакции организма от концентрации веществ в пище. Ряд элементов (Hg, Pb, Cd, и др.) считаются токсичными, так как попадание их в организм уже в микроколичествах приводит к тяжелой патологии.

Различные элементы и их соединения широко используются в медицинской практике при оказании помощи, в качестве лекарственных средств. Например, для приготовления антисептической повязки при термических ожогах используется 2%-ный водный раствор NaHCO₃; для нейтрализации места ожога кислотами после длительного промывания его проточной водой используется 3%-ный раствор NaHCO₃, 0,9%-ный раствор NaCl называется физиологическим раствором и т.д.

В результате производственной и хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение окружающей среды промышленными отходящими газами, сточными водами, твердыми отходами и т.д. Санитарная охрана окружающей среды предусматривает соблюдение предельных нормативов содержания загрязнителей в воздухе, в воде и в почве, называемых предельно допустимыми концентрациями (ПДК). ПДК – это максимальная концентрация вредного вещества в окружающей среде, практически не влияющая отрицательно на живые организмы, в том числе и на человека. Например, ПДК меди в водоемах хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения составляет 1,0 мг/л, в почве 3,0 мг/кг (подвижные соединения).

Наряду с заболеваниями, вызванными загрязнением окружающей среды, существуют заболевания, связанные с аномальным содержанием некоторых элементов в почве, водоемах той или иной географической зоны. Такие заболевания называются эндемическими. Например, в Белгородской области обнаружен дефицит йода, избыток кальция, много железа, особенно в районах добычи железной руды.

В этой лабораторной работе рассмотрены свойства биогенных s- и р-элементов. К s-элементам относятся первые два элемента каждого периода. Электронная формула внешнего слоя ns¹–ns². К ним относятся элементы главной подгруппы I группы (IА группы) – водород, щелочные металлы (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а также элементы главной подгруппы II группы (IIA группы) – Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra, и элемент VIIIА благородный газ гелий Не. Некоторые из них относятся к макроэлементам (H, Na, K, Ca, Mg), другие – к микроэлементам (например, Sr, Ba, Ra). Первые пять элементов являются жизненно необходимыми (незаменимыми), биогенными элементами. Остальные s-элементы (Li, Rb, Cs, Fr, Be, Sr, Ba, Ra) являются примесными элементами.

К р-элементам относятся последние 6 элементов II–VI периодов (VII период не завершен). Электронная формула внешнего слоя этих элементов np¹–np⁶. Это элементы главных подгрупп III–VIII групп (кроме гелия, он s-элемент). Из них к макроэлементам относятся O, C, N, P, S, Cl, они же являются жизненно необходимыми биогенными элементами. Большинство р-элементов относятся к примесным микроэлементам. Из микроэлементов только йод (I) относится к числу незаменимых биогенных элементов. Фтор (F) также можно считать элементом, необходимым для нормального функционирования живых организмов. Некоторые исследователи относят и селен (Se) к жизненно необходимым элементам.

Цель работы.

1. Изучить химические свойства биогенных элементов и их соединений.

2. Ознакомиться с биологической ролью элементов и применением их соединений в медицине.

3. Ознакомиться с химизмом действия некоторых лекарственных препаратов.

Дата добавления: 2014-12-29