- •Министерство здравоохранения Республики Беларусь
- •Введение
- •Химический эквивалент. Основы титриметрического метода анализа
- •Техника выполнения лабораторных работ и техника безопасности
- •Первая помощь при ожогах и отравлениях *
- •Фундаментальные единицы измерения
- •Лабораторная посуда
- •Методические указания к занятию № 2
- •Химический эквивалент
- •Молярная масса химического эквивалента
- •Количество вещества эквивалента
- •Молярная концентрация химического эквивалента
- •Закон эквивалентов
- •1. Примеры расчета молярной концентрации эквивалента (нормальной концентрации)
- •2. Контролирующие задания
- •3. Выполнение индивидуальных заданий
- •Методические указания к занятию № 3
- •Титриметрический анализ. Общая характеристика метода
- •Требования, предъявляемые к реакциям, которые используют в титриметрии
- •Способы титрования
- •Способы приготовления рабочих растворов
- •Правила работы с мерной посудой при проведении аналитических измерений
- •Мерные колбы
- •Пипетки
- •Бюретки
- •Проведение титрования
- •Методические указания к занятию № 4
- •Кислотно-основное титрование. Общая характеристика метода
- •Определение точки эквивалентности в кислотно-основном титровании. Кислотно-основные индикаторы
- •Подбор индикаторов при кислотно-основном титровании
- •Кривые титрования многоосновных (полипротонных) кислот, многокислотных оснований и их солей
- •Применение кислотно-основного титрования
- •Расчет: вычисляют средний объем (V) кислоты, пошедшей на титрование, с точностью до сотых мл
- •Методические указания к занятию № 5
- •Редоксиметрия. Общая характеристика и классификация методов
- •Кривые титрования в редоксиметрии
- •Способы определения точки эквивалентности
- •Перманганатометрия
- •Иодометрия
- •Расчет: вычисляют средний объем (V) kMnO4,, пошедшей на титрование с точностью до сотых мл
- •Тесты к теме: Закон эквивалентов. Титриметрия
- •Учение о растворах Методические указания к занятию № 6
- •1. Задачи для самостоятельного решения
- •Методические указания к занятию № 7
- •1. Задачи для самостоятельного решения
- •Тесты к теме: Растворы. Электролитическая диссоциация. Буферные растворы
- •Методические указания к занятию № 8
- •Лабораторная работа № 2: Прочность и разрушение комплексных ионов.
- •Тесты к теме: Комплексные соединения
- •Химическая кинетика и катализ Методические указания к занятию № 9
- •1. Задачи для самостоятельного решения
- •Тесты к теме: Скорость химических реакций
- •Методические указания к занятию № 10
- •Тесты к теме: Катализ
- •Электрохимия Методические указания к занятию № 11
- •Методические указания к занятию № 12
- •Тесты к теме: Электрохимия. Электропроводимость растворов
- •Поверхностные явления Методические указания к занятию № 13
- •Методические указания к занятию № 14
- •Тесты к теме: Поверхностные явления. Адсорбция
- •Физическая химия дисперсных систем Методические указания к занятию № 15
- •Методические указания к занятию № 16
- •Тесты к теме: Дисперсные системы. Коллоидные растворы
- •Методические указания к занятию № 17
- •Тесты к теме: Растворы биополимеров
- •Химия биогенных элементов Методические указания к занятию № 18
- •Общая характеристика биогенных элементов.
- •Общая характеристика групп элементов общая характеристика элементов VII а группы Нахождение в природе
- •Строение атомов галогенов, их физические и химические свойства
- •Общая характеристика элементов
- •VI а группы Нахождение в природе
- •Строение атомов, химические и физические свойства халькогенов
- •Общая характеристика элементов
- •V a группы Нахождение в природе
- •Строение атомов, физические и химические свойства пниктогенов
- •Общая харатеристика элементов
- •Ivа группы Нахождение в природе
- •Физические и химические свойства элементов iva группы
- •Общая характеристика элементов II а группы Нахождение в природе
- •Общая характеристика элементов iiа группы на основании строения их атомов и положения в таблице д.И. Менделеева
- •Общая харатеристика элементов
- •I а группы Нахождение в природе
- •Общая характеристика щелочных металлов на основании строения их атомов и положения в таблице д.И. Менделеева
- •Физические свойства простых веществ
- •Общая харатеристика d-элементов
- •Качественные реакции на важнейшие биогенные элементы
- •1. Химическая термодинамика
- •2. Строение атома, химическая связь
- •Тесты по темам кср Химическая термодинамика
- •Строение атома. Химическая связь
- •Вопросы для подготовки к экзамену по общей химии для лечебного и педиатрического факультетов
- •Вопросы для подготовки к экзамену по общей химии для медико-психологического факультета
- •Содержание
- •VI а группы 287
- •V a группы 290
- •Ivа группы 296
- •I а группы 303
- •Подписано в печать 20 .07.2011.
Химия биогенных элементов Методические указания к занятию № 18
Тема: Групповые и характерные реакции катионов важнейших биогенных элементов.
Цель: Освоить качественные реакции на важнейшие биогенные элементы.
Исходный уровень:
Понятие о s-, p-, d-семействах химических элементов, их характеристика.
Вопросы для обсуждения:
Учение В.И. Вернадского о биосфере. Макро- и микроэлементы в окружающей среде и организме человека.
Топография важнейших биогенных элементов в организме человека.
Общая характеристика s-элементов, их биологическая роль.
Общая характеристика p-элементов, их биологическая роль.
Общая характеристика d-элементов, их биологическая роль.
Аналитические реакции на важнейшие катионы и анионы.
Рекомендуемая литература для подготовки:
Селезнёв К.А. Аналитическая химия. М., Высш. школа., 1973, с. 65-71.
Информационная часть занятия
Общая характеристика биогенных элементов.
Все живые существа, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой, т.е. представляют собой открытые термодинамические системы. Необходимым условием их существования является постоянный обмен различными веществами с окружающей средой. Пищевые продукты, питьевая вода и вдыхаемый воздух способствуют нахождению в организме практически всех химических элементов, которые постоянно поступают в ткани и выводятся из них.
В конце XIX – начале ХХ в.в. американский геохимик Ф.У.Кларк систематизировал данные по распространенности химических элементов в различных объектах (горные породы, природная вода, почва, воздух и т.д.). В ознаменование его заслуг российский геохимик А.Е.Ферсман предположил содержание определённого элемента в той или иной выделенной системе (вселенной, земной коре, океане, биомассе, как совокупности всех живых существ, человеческом организме и т.д.) характеризовать с помощью кларков.
Кларк – дольная величина, которая показывает, какая часть выделенной системы, приходится на данный элемент. Различают кларки химических элементов: массовые и атомные. Атомные кларки представляют собой отношение числа атомов данного элемента к общему числу всех атомов, присутствующих в данной системе. Очевидно, что эта величина по своей сущности совпадает с мольной долей и измеряется в долях единицы или в %.
Массовые кларки представляют собой отношение массы атомов данного элемента к общей массе всех атомов, присутствующих в той или иной системе. Они измеряются в долях единицы или в весовых %.
Элементы, необходимые для построения клеток организма и поддержания его жизнедеятельности, называются биогенными или эссенциальными.
По содержанию в живых клетках биогенные элементы подразделяются на макроэлементы (содержание 10-2 % и выше), микроэлементы (содержание 10-3 – 10-5 %) и ультрамикроэлементы (содержание 10-6 % и ниже) (табл.3).
Хотя классификация по количественному признаку является сравнительно простой, она не даёт ответа на вопрос о биологической роли того или иного элемента.
В связи с этим, в зависимости от выполняемых в организме человека функций, присутствующие в нём химические элементы можно разделить на 4 группы.
1. Органогенные элементы. Из их атомов построена основная масса тела человека и животных. К ним относятся: углерод, кислород, водород, азот, фосфор и сера. Данные элементы играют незаменимую роль в образовании белков, углеводов, липидов, нуклеиновых кислот и других биологически активных соединений. Без них не может быть построена ни одна клетка. В организме человека на долю этих элементов приходится около 99% всех атомов.
2. Жизненно необходимые (биотические) элементы, к которым можно отнести кальций, калий, натрий, хлор, цинк, марганец, молибден, иод, селен, магний, железо, медь, кобальт. Они могут выполнять в организме самые различные функции, среди которых различают: механическую или опорную, осмотическую, регуляторную, биоэлектрическую и т.д.
Механическая или опорная функция данных элементов (Ca, Mg, Na, F, Co и др.) связана с их вхождением в состав скелета, волос, ногтей в виде нерастворимых минеральных компонентов и органических соединений.
Осмотическая функция заключается в поддержании определённой величины осмотического давления в жидкостях организма. Причем осмотическое давление межклеточных жидкостей определяется, главным образом, ионами Ca2+, Na+, CO32–, HCO3–, а внутриклеточных – ионами K+, Mg2+, Cl–, CO32–, HCO3–.
Элементы Ca, Mg, К, Na, Сl называют иначе элементами электролитного фона.
Регуляторная функция обусловлена способностью ионов металлов взаимодействовать с ферментами и оказывать тем самым влияние на скорость и направление соответствующих биохимических реакций.
Все ферменты, нуждающиеся в координационном взаимодействии с металлами для проявления своей максимальной активности, делятся на 2 группы: металлоферменты и ферменты, активизируемые металлами.
В металлоферментах ионы металлов образуют стабильные координационные комплексы с органическими молекулами, которые тяжело разрушить.
В ферментах, активизируемых металлами, ионы металлов связаны непрочно и могут быть удалены диализом.
В роли регуляторов активности ферментов в организме человека выступают ионы: Mg2+, Ca2+, Cl–, Cr2+, Cu2+, Mn2+, Fe2+, Cо2+, Ni2+. Катионы, имеющие примерно одинаковые радиусы, электронную конфигурацию и электроотрицательность в ряде случаев могут заменять друг друга.
Биоэлектрическая функция связана с возникновением разности потенциалов между внешней и внутренней стороной клеточной мембраны за счёт различного ионного состава биологических жидкостей, например, неодинакового содержания ионов Na+ и K+ в них.
Таким образом, критерием эссенциальности или биотичности элемента является наличие в организме хотя бы одной структуры или соединения, включающих его в свой состав. Причём важная физиологическая роль данной структуры или соединения для организма должна быть достоверно установлена. Как известно, все молекулы, находящиеся в организме, рано или поздно разрушаются, взамен им необходимо синтезировать новые. Искусственное устранение из среды обитания одного из эссенциальных элементов приводит к быстрой гибели организма.
3. Вероятно необходимые элементы. Их потребность для организма и физиологическая роль к настоящему времени достоверно не установлены, но их присутствие в нём желательно. Таковыми элементами являются: титан, ванадий, бром, стронций, кремний и др.
4. Элементы с неустановленной ролью. Они обнаруживаются в организме, но их роль и значение для организма не выявлены. Вероятнее всего, они играют роль фона или примесей, т.к. присутствуют в поступающей в организм пище и воде. В зависимости от своих свойств данные элементы могут накапливаться в той или иной части организма или беспрепятственно удаляться из него с мочой и потом.
Вероятно, необходимые элементы по мере усовершенствования методов исследования и накопления знаний о функциональной роли тех или иных структур человеческого организма могут переходить в разряд жизненно необходимых элементов. Наличие условно-эссенциальных элементов тем самым отражает динамический характер развития научных знаний.
Как уже отмечалось ранее, жизнь всех организмов неразрывно связана с окружающей средой. Изменение концентрации микроэлемента в среде обитания может существенно влиять на функциональное состояние организма, вызывая появление патологических явлений, так называемых, микроэлементозов.
Состав земной поверхности неоднородный. В ней имеются области с повышенным или пониженным содержанием определённых химических элементов. Такие местности получили называние биогеохимических провинций. Обитающие в них живые организмы, в том числе и человек, будут давать определённую биологическую реакцию на недостаточность или избыточность соответствующих жизненно важных элементов, которая привёдет к возникновению эндемических (endemos – местность) заболеваний.
Исследование биогеохимических провинций позволяет научно применять минеральные добавки в пищевые продукты, разрабатывать профилактические и лечебные мероприятия против эндемических болезней.
В последнее время опасность развития эндемических микроэлементозов уменьшается в связи с процессами глобализации, что приводит к использованию в любой местности продуктов питания, произведённых не только в ней, но и в самых различных регионах земного шара.
Только в слаборазвитых странах Африки и в некоторых регионах Юго-Восточной Азии, где продукты питания имеют исключительно местное происхождение, за исключением гуманитарной помощи, вероятность возникновения эндемических заболеваний остаётся достаточно высокой.
Следует отметить, что практически все эссенциальные и условно-эссенциальные микроэлементы в количествах, превышающих потребности организма, оказывают токсическое воздействие. Многие примесные элементы четвёртой группы становятся также опасными даже при незначительном увеличении их поступления в организм с пищей и водой. Это может происходить в результате активной хозяйственной деятельности человека, приводящей к увеличению содержания того или иного элемента в почве либо воде данной местности. В связи с эти необходим постоянный и неослабный контроль соответствующих организаций за работой промышленных и сельскохозяйственных предприятий.