27.Биогенные элементы- элементы ответственные за построение и жизнедеятельность клеток организма.

Важнейшие биогенные элементы:

1. Элементы-органогены

2. Металлы жизни

3. Различные макро- и микроэлементы

Элементы-органогены- главные химические элементы, входящие в состав организма, составляющие основу жизнедеятельности живых организмов. К ним относятся: углерод (С), водород (Н), кислород (О), азот (N), фосфор (Р), сера (S)

О- 62,4%

С-21%

Н- 9,7%

N- 3,1%

Р- 0,95%

S-0,16%

Активное участие в процессах жизнедеятельности принимают 10 элементов металлов ( «металлы жизни» )

Кальций- 1700г

Натрий- 70г

Калий- 250г

Магний-42г

Марганец- 12мг

Железо- 5г

Кобальт- 1,5 мг

Медь- 0,2г

Цинк- 3г

Молибден- 9мг

На долю этих элементов приходится 2,4 от массы тела ( расчеты на 70 кг)

Кальций и Магний в основном находятся в костных тканях, остальные в виде биокомплексов. Элементы, содержание которых >10^-3 % называются макроэлементами. Их главная функция заключается в построении ткани и поддержании осмотического водно-электролитного, кислотно- основного, окислительно-восстановительного гомеостаза. (напр: Фтор, Бром, Кремний..)

Элементы, содержание которых в организме от 10^-6 до 10^-4 % называются микроэлементы. Они входят в состав ферментов, гормонов, витаминов в основном в качестве комплексообразователя (активаторы обменных процессов)

Элементы-токсиканты - ряд элементов, опасных для жизнедеятельности живых организмов (т.к. обладают токсичностью вплоть до летального исхода). Бериллий, Барий, Мышьяк, Свинец, Кадмий итд.

Микроэлементы жизненно необходимые для организма должны находится в организме в строго определенном содержании. В противном случае наблюдается нарушение жизнедеятельности вплоть до летального исхода

Оптимальное содержание Селена в организме для сердечно-сосудистой системы примерно 14мг. Если больше, то это уже яд для организма.

Водород и его свойства

Его содержание на планете примерно 1%, массовое содержание во вселенной порядка 50% (самый распространенный элемент). Половина массы солнца приходится на водород. Энергия солнца, доходящая в виде светового излучения выделяется приемущественно в результате термоядерных реакций между изотопами* водорода. За 1с на солнце сгорает 4 млн.тон вещ-ва.

*  Изотоп- атом химического элемента, отличающийся от другого атома того же элемента своей массой

В природе водород представлен двумя изотопами:  Протий - необычный элемент, так как в ядре его нет нейтронов. Если в ядре появляется нейтрон, то такой водород называется дейтерий. Также есть искусственно полученный радиоактивный изотоп тритий На 1 атом дейтерия приходится 6800 атомов протия.

Распространенность в природе: - основной минерал H₂O

- углеводороды (нефть, газ)

- живая природа (флора, фауна)

Физические свойства

Бесцветный газ, без вкуса, запаха, мало растворим в H2O, tкип= -2530С. На внешнем энергетическом уровне 1ê, принимая один электрон до завершения своего энергетического уровня, проявляет окислительные свойства. В реакциях с активными Ме. Сa+ H2= CaH2

Отдавая электрон проявляет восстановительные свойства. Водород реагирует с большинством неметаллов. Н2 + Br2 = 2HBr (при t).

Вода и ее свойства

Бесцветная прозрачная жидкость без вкуса и запаха, tкип=1000С при давлении 1 атмосфера. Удельная теплоемкость 4190 Дж/кг. На H2O приходится 60 % от массы тела. Потребность чел-ка в воде 35г на 1кг.

Свойства:

Взаимодействует с активными Ме и их оксидами

2Na + H2O = 2NaOH + H2 

CaO + H2O = Ca(OH)2

С кислотными оксидами

SO3 + H2O = H2SO4.

Образование кристаллогидрата

CuSO4 + 5H2O= CuSO4·5H2O

Реакция фотосинтеза

6СО2 + 6Н2О → С6Н12О6 + 6О2 ( при условии хлорофилла и солнечного света)

Вода за счет неподеленных электронных пар на атоме О является активным лигандом, образуют комплекты с переходными Ме. [Cr(H2O)6]3+

Тяжелая вода (D2O). В обычной H2O≈0,02 D2O в чистом виде. D таксично по отношению к обычной воде. Тяж.вода обладает меньшей реакционной способностью. В частности при электролизе H2O разлагается, а D2O накапливается.(многократный электролиз H2O способ получения D2O)

Физические свойства: tплавления=3,80С, tкипения=101,40С, плотность 1,1 г\см3 при t=250C

Апирогенная вода (вода для инъекций)- препарат, не содержащий пирогенных веществ(Вещества бактериального происхождения и продукты их жизнедеятельности вызывающие нарушение сердечно –сосудистой деятельности, озноб, головные боли)

Получают ее двойной дистилляцией(перегонкой). Используется для приготовления лекарственных форм

28.Углерод, его свойства и соединения. Круговорот углерода в природе.

Углерод(С)-главный из элементов органогенов т.к. образует скелеты всех органических молекул. В органических веществах углерод всегда четырёх валентен, что связано с наличием на внешнем уровне в возбуждённом состоянии четырёх не спаренных электронов на четырёх орбиталях.

С 1S²2S²2P²––> C^*1S²2S¹2P^{3*-возбуждённое состояние.} Равенство числа электронов и число орбиталей на внешнем уровне а также уникальное сочетание заряда ядра и радиуса атома сообщается с рядом специфических свойств:

1 в зависимости от природы атома с которым реагирует атом углерода, он может как отдавать так и принимать электроны проявляя в соединениях степень окисления от -4до +4.

2.Атомные орбитали на внешнем энергетическом уровне могут легко претерпевать различные типы гибридизации- sp; sp²; sp³_, что позволяет атому углерода образовывать кратные связи (двойные, тройные, бензольное кольцо) это в свою очередь приводит к огромному числу органических молекул.

Кислотно-основные свойства углерода. Углерод образует два основных оксида: СО(несолеобразующий)-оксид углерода

СО₂(кислотный)-диоксид углерода.

Также существует С₃О₂ (О=С=С=С=О)-триоксид углерода.

СО₂умеренно растворим в воде. При температуре 0⁰С в одном объёме воды растворяется 1объём СО_2. В растворах СО₂ присутствует сложное равновесие:

СО₂+Н₂О↔Н₂СО₃↔Н⁺+НСО₃^-↔2Н⁺+СО₃^2- (при увеличении рН равновесие смещается вправо ).

Н₂СО₃- очень слабая кислота, образует 2 типа солей: кислые гидрокарбонаты и средние карбонаты (раствори соли щелочных Ме кроме Li₂CО₃ и аммония (NH₄)₂CО₃). Так как это соли очень слабой кислоты то в растворах они подвергаются гидролизу по аниону:

НСО₃^-+Н₂О↔ Н₂СО₃+ОН^-

СО₃^2--+Н₂О↔ НСО₃^-+ОН^- -среда растворов щелочная.

В момент образования Н₂СО₃ разлагается на СО₂ и Н₂О,поэтому такие соли, как питьевая вода (NaHCO₃), мел (CaCO₃) и магнезия (4MgCO ∙ Mg(OH)₂- Н₂О) применяются как антоцидные (нейтрализующие кислату) средства. Для снижения повышенной кислотности желудочного сока: NaHCO₃+НCl--->NaCl+СО₂↑ + Н₂О

CaCO₃+2 НCl--->CaCl₂ +СО₂↑+ Н₂О

Угольная кислота гидрокарбонат иона НСО₃^- образует карбонатную буферную систему, главную систему плазмы крови, обеспечивает постоянство рН на уровне 7,4±0,05.

Содержащие в природной воде гидрокарбонаты Ca и Mg обуславливают её временную (карбонатную) жёсткость, которая удаляется при кипячении:

Са(НСО₃)₂-^t-->СаСО₃↓ + СО₂+ Н₂О

Mg(НСО₃)₂-^t--> Mg(OH)₂↓+2СО₃↑

Окислительно-восстановительные свойства углерода.

С Ме и Н₂ углерод проявляет отрицательную степень окисления, а с атомами высокой электроотрицательности, галогенами, кислородом и азотом- положительную степень окисления. Таким образом степень окисления углерода может изменяться от -4(NН₄) до +4 (СО₂).

Соединения углерода в организме в различных процессах могут выступать как в качестве восстановителей (СО₃^2-), так и окислителей. Восстановление может протекать как в частичной, так и в полной форме( при полном окислении конечными продуктами являются: СО₂; Н₂О, если присутствует азот, то N₂)

CН₃-CН₂-ОН+ [О]--->CН₃-СОН + Н₂О

CН₃-CН₂-ОН+6 [О]--->2 СО₂+3 Н₂О

Окислительные свойства углерода проявляются при присоединении водорода по кратным связям.

Комплексообразовательные свойства углерода.

В возбуждённом состоянии у атома углерода на его четырёхатомных орбиталях располагаются по одному не спаренному электрону, поэтому в процессах комплексообразования могут принимать участия только такие соединения углерода (молекулы или ионы), которые содержат готовую не поделённую электронную пару. К таким высокореакционным лигандам относятся: угарный газ(СО)и цианид ионы (СN^-). Данные частицы размещая свои электронные пары в свободных орбиталях переходных Ме (Fe²⁺; Сu²⁺) приводят к образованию сложных компонентом, с этим связана ядовитость данных частиц.

ННb+ СО---> ННb СО

ННbO₂+ СО--->ННb СО+ O₂

ННbO₂+ СN---> ННb СN^-+O₂

Круговорот углерода в природе.

В основе круговорота углерода лежит окислительно-восстановительные реакции. Растения в результате реакции фотосинтеза( 6CO₂+6Н₂О=С₆Н₁₂О₆+6O₂) усваивают CO₂ из атмосферы и литосферы. Животные поедают растения , а человек потребляет как растения, так и животных. В результате процессов дыхания в атмосферу выделяется CO₂. CO₂, а также СН₄( при анаэробном окислении) выделяется в процессах гниения и разложения.

Кроме того часть углерода выводится из атмосферы при образовании угля, торфа, нефти, газа, а также связывается в виде средних, кислых и основных солей.

Са(ОН)₂+ СО₂----> СаСО₃+ Н₂О-средние

СаСО₃+ СО₂+ Н₂О--->Са(НСО₃)₂ -кислые

2Сu(ОН)₂+ СО₂--->Сu(ОН)₂ СО₃+ Н₂О. -основные

Основная реакция (р-я фотосинтеза) регулирует соединения СО₂ в атмосфере, однако в результате деятельности человека, в атмосферу, за счёт сжигания топлива, попадает огромное количество СО₂, которое в полном объёме не усваивается растениями, в связи с чем концентрация СО₂ растёт, что может привести к парниковому эффекту, способному привести к глобальному изменению климата планеты.