Тема. Металлы IБ и IIБ групп

1. Актуальность. B IБ группу входят три элемента: медь, серебро, золото. На предпоследнем электронном слое находится 18 электронов, часть которых может перемещаться на внешнюю электронную орбиту. Это обстоятельство обуславливает переменную валентность указанных элементов. Все три элемента могут образовывать одновалентные катионы. Кроме того, широко известны двухвалентные соединения меди и трехвалентные соединения золота.

Важное биологическое значение имеют катионы Сu⁺ и Сu²⁺. В таком виде медь входит в состав комплексных соединений, которые подобно гемоглобину участвуют в переносе кислорода.

Медь активирует синтез гемоглобина, участвует в процессах клеточного дыхания, синтезе белка, образовании костной ткани и пигмента кожных покровов. У людей недостаток меди проявляется в детском возрасте (вследствие дефицита меди в молоке) и может приводить к нарушению костеобразования. Установлено, что накопление меди в организме человека способствует развитию хронического гепатита. Избыток меди, как правило, отлагается в печени, мозге, почках, глазах, вызывая тяжелое заболевание − болезнь Вильсона-Коновалова. Медь связывает микробные токсины и усиливает действие антибиотиков.

Наиболее используемым в медицине соединением является CuSO₄∙5Н₂О (медный купорос), который обладает вяжущим и прижигающим действием. Раствор употребляется как рвотное, при ожогах фосфором и как противоядие при отравлении белым фосфором. Механизм лечебного действия основан на реакции взаимодействия его с белым фосфором, в результате ее на частичках фосфора образуется пленка металлической меди, изолирующая эти частички от контакта с биологическим субстратом.

Из соединений серебра в медицинской практике применяются AgNO₃ и коллоидные препараты серебра: колларгол и протаргол. Применение нитрата серебра обусловлено его способностью образовывать растворимые альбуминаты при взаимодействии с белками. В зависимости от концентрации препарат проявляет антисептическое или прижигающее действие. Антисептические свойства основаны на окислительных свойствах серебра.

Золото - микроэлемент, не играющий важной роли для живых организмов. Однако соединения золота используются в химиотерапии в виде простых и комплексных соединений.

К элементам IIБ группы относятся цинк, кадмий, ртуть. Цинк − биогенный элемент, является частью металлоферментов. В организме человека содержится несколько десятков цинксодержащих ферментов, различающихся по своему строению и функциям. Наиболее хорошо изучено строение и биологическая роль двух металлоферментов, катализирующих гидролитические процессы − карбоангидразы и карбоксипептидазы.

Фермент карбоангидраза содержится в эритроцитах, ускоряет реакцию образования бикарбонат-иона и обратную реакцию распада НСО₃^-:

СО₂ + ОН^- → НСО₃^-

Карбоксипептидаза представляет собой фермент, вырабатываемый поджелудочной железой млекопитающих. Биологическая роль карбоксипептидазы заключается в катализе процесса гидролиза пептидов - разрыве пептидной связи на карбоксильном конце пептидной цепи:

Замена иона цинка в карбоксипептидазе на Са²⁺ или Hg²⁺ приводит к исчезновению каталитической активности фермента.

Соединения цинка - весьма важные лечебные препараты. Применение в медицинской практике солей цинка основано на образовании растворимых соединений с белками, поэтому в малых концентрациях (0,1-0,25%) применяют в качестве вяжущего и антисептического средства в глазной и урологической практике. ZnO применяют наружно в качестве вяжущего, подсушивающего и дезинфицирующего средства при кожных заболеваниях. В фармацевтической практике ZnO используют для приготовления различных лекарственных форм (мазей, паст, присыпок).

Кадмий и ртуть ядовиты, содержание этих элементов в биосфере контролируется ВОЗ. Ртуть и особенно ртутно-органические соединения относятся к ферментным ядам, вызывающим отравления и нервные расстройства. Токсичность их обусловлена взаимодействием с группами SH клеточных протеинов. Пары ртути, попадая в кровь, циркулируют вначале в организме в виде атомной ртути, но затем она подвергается ферментному окислению и вступает во взаимодействие с SH - группами молекул белка, а при большой концентрации ртути − с карбоксильными и аминогруппами белков ткани. Ртуть чрезвычайно ядовита. Острые отравления ею немедленно нарушают деятельность кишечника, возникает воспаление десен, ослабление деятельности сердца, падение пульса, обмороки.

Применяют препараты ртути в медицине как антисептические средства. Антисептическое действие соединений ртути обусловлено способностью к образованию альбуминатов. Некоторые нерастворимые соединения ртути (каломель − Hg₂Cl₂) ранее использовали в качестве слабительных, желчегонных и диуретических средств. Однако в настоящее время их не применяют из-за токсичности.

2. Учебные цели: научиться

- на основе электронной структуры атомов и ионов определять общие свойства соединений, возможные пути их превращения, формировать представления о роли d-элементов IБ и IIБ групп 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).