Тема. Химия элементов VA группы

1. Актуальность. В растительных и животных организмах азота содержится соответственно 0,3 и 3,1 % (значительно больше, чем в почвах), фосфора – несколько меньше: 0,07 и 0,96 %, мышьяка (в виде примесей) – 3^.10^-5 и 10^-6-10^-5 %, сурьмы и висмута – еще меньше.

По содержанию в организме человека (3,1 %) азот относится к макроэлементам. Он входит в состав большинства биоактивных веществ и играет важную роль в регулировании биопроцессов. В таких биоактивных соединениях, как белки, амиды, амины и аминокислоты, азот находится в степени окисления, равном -3.

Биологически важным свойством азота является его относительно высокая растворимость в воде (почти такая же, как у кислорода). Присутствие избытка азота в крови может быть причиной развития кессонной болезни. При быстром подъеме водолазов происходит резкое падение давления, соответственно падает растворимость азота в крови и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.

Из многочисленных неорганических соединений азота наиболее широко применяются следующие вещества:

- Аммиак при вдыхании оказывает возбуждающее влияние на дыхательный центр, а в больших дозах вызывает удушье. Вдыхание паров нашатырного спирта (10%-ного раствора NH₃) выводит больных из обморочного состояния;

- NH₄Cl – используется в качестве мочегонного средства и для коррекции алкалозов (перещелачивания крови);

- Кислородные соединения азота также обладают биологической активностью: N₂O используется для наркоза; NaNO₂ - как коронарорасширяющее средство при стенокардии. Однако, в последнее время применение его ограничено из-за токсичности: под воздействием нитритов гемоглобин превращается в метагемоглобин, который не способен связывать и переносить кислород. Кроме того, нитриты, как и азотная кислота, способны выступать в роли дезаминирующих агентов. Они способствуют окислению аминогрупп нуклеиновых оснований, в результате чего происходит повреждение участков ДНК.

Фосфор относится к макробиогенным элементам. Из 70 % массы тела человека на долю фосфора приходится 780 г или 25,2 молей. Фосфор в виде моно-, ди- и трифосфорных групп входит в активные группы ферментов − переносчиков водорода, молекулы ДНК и фосфорорганические вещества, аккумулирующие энергию процессов обмена.

АТФ − первичный источник энергии для многих биологических реакций: от биосинтеза белка и ионного транспорта до сокращения мышц и электрической активности нервных клеток. Энергия, необходимая для проведения всех этих процессов, обеспечивается гидролизом АТФ.

Фосфор входит в состав костной ткани в виде Са(ОН)₂, Са₃(РО₄)₂. В крови и тканевых жидкостях, содержатся гидрофосфаты калия и натрия, которые выполняют роль буферных систем при поддержке постоянства рН в тканях. Недостаток соединений фосфора в пище вызывает тяжелое заболевание − ломкость, костей. Поэтому определение фосфорной кислоты в моче в виде минеральных солей имеет клиническое значение.

Общее содержание мышьяка в человеческом теле составляет 0,008−0.002 мг на 100 г сухого вещества. Мышьяк обладает способностью избирательно накапливаться в эритроцитах, связываясь с молекулой гемоглобина. В волосах и костях мышьяк задерживается на годы. Биологическая роль мышьяка не выяснена. Однако мышьяк оказывает определенное стимулирующее воздействие на процессы обмена веществ, стимулирует кроветворение и благоприятно влияет на общий тонус организма. Мышьяк обладает способностью намертво блокировать SH-группы в белковых молекулах, которые придают им определенную конфигурацию и участвуют в переносе водорода в клетках.

Соединения сурьмы ядовиты. В организме человека и животных сурьма не обнаружена. Наибольшее применение находят: SbCl₃ как отхаркивающее средство, рвотный камень (КSbOC₄H₄O₆∙Н₂O) как рвотное и отхаркивающее средство.

2. Учебные цели: научиться

- на основе электронной структуры атомов и ионов определять общие свойства соединений, возможные пути их превращения, формировать представления о роли элементов VА группы в живом организме;

- прогнозировать реакционную способность соединений в зависимости от положения в периодической системе Д.И. Менделеева;

- проводить пробирочные реакции;

- объяснять суть конкретных реакций;

- пользоваться справочной литературой;

- оформлять отчетную документацию (протокол лабораторных работ).