Учебно-методическое пособие к лабораторным работам по общей химии ставрополь 2005 (07. 07)

В одну пробирку налейте 4-5 капель раствора Na₂S0₃. В каждую пробирку добавьте по 5-6 капель раствора ВаС1₂. Испытайте растворимость осадка в разбав­ленных соляной и азотной кислотах. Напишите уравнения реакции.

Часто в растворе сульфитов присутствует ион S0₄²", образовавшийся при окислении иона S0₃²", и осадок может полностью не раствориться. Поэтому опыт лучше проводить следующим образом: осадок BaS0₃ разделите на две пробирки. В одну добавьте разбавленной соляной кислоты, в другую - такой же объем воды и взболтайте. Наблюдайте, что мутность раствора в первой пробирке значитель­но меньше, чем во второй.

Объясните растворение осадка BaS0₃ в солянной кислоте пользуясь поня­тием константы растворимости.

В две пробирки налейте раствор калий йодида. В одну пробирку добавьте раствор KN0₂, а в другую - KN0₃. Наблюдайте, изменилась ли окраска растворов. Затем добавьте в пробирки 1-2 капли концентрированной серной кислоты. Со­ставьте уравнения реакций, расставьте коэффициенты.

Поместите в две пробирки по 3-4 капли раствора дифениламина. В одну

пробирку добавьте две капли раствора KN0₂, в другую - две капли раствора KN0₃. (C₆H₅)₂NH окисляется ионами N0₂" и N0₃" до продукта, имеющего синюю окрас­ку.

в) Аналитическая реакция нитритов с калий перманганатом

К 4-5 каплям раствора натрий нитрата прилейте 5-6 капель серной кислоты. К полученному раствору добавьте по каплям раствор КМп0₄. Наблюдайте обес­цвечивание калий перманганата. Составьте уравнение реакции и расставьте ко­эффициенты, пользуясь методом электронного баланса.

К 3-4 каплям растворимых солей бария, кальция и магния добавьте 1-2 кап­ли раствора NH₄OH и 1-2 капли раствора Na₂HP0₄. Укажите цвет и состав полу­ченных осадков. Изучите их растворимость в соляной и уксусной кислотах. Напи­шите уравнения соответствующих реакций. Какую из известных вам кислот нельзя применять в данном случае и почему?

Натрий гидрофосфат Na₂HP0₄ осаждает катионы элементов II А группы в виде кислых солей ЭНР0₄, частично растворимых в воде. В присутствии NH₄OH образуются средние соли, практически не растворимые в воде:

ЗВаС1₂ + 2Na₂HP0₄ + 2NH₄OH = Ba₃(P0₄)₂ I +2NH₄C1 + 2Н₂0

Катион магния в этих условиях образует двойную соль:

MgCl₂ +Na₂HP0₄ +NH₄OH = MgNH₄P0₄ i +2NaCl + H₂0 3.2.6. Получение малорастворимых ортофосфатов

В пробирки налейте по 1 мл 0,1 М растворов солей алюминия, никеля и кобальта, добавьте в каждую пробирку по 1 мл 0,1 М раствора Na₂HP0₄. Наблю­дайте осаждение средних ортофосфатов. Отметьте цвет осадков. Напишите урав­нения реакций.

3.2.7. Окислительно-восстановительные свойства водородпероксида

а) Водородпероксид в роли окислителя. В пробирку прилейте 3-4 капли
раствора калий йодида, 2-3 капли водородпероксида. Какое вещество изменило
окраску раствора? Напишите уравнение реакции и расставьте коэффициенты,
пользуясь методом электронного баланса.

б) Водородпероксид в роли восстановителя. В пробирку прилейте 3-4 кап-
ли водородпероксида, подкислите 1 -2 каплями серной кислоты, затем прилейте 1 -
2 капли раствора калий перманганата. Что наблюдается? Напишите уравнение
проведенной реакции и расставьте коэффициенты, пользуясь методом электрон-
ного баланса.

4. Контрольные вопросы

1. 
   Какова биологическая роль ионов Li⁺, Na⁺, К⁺ в организме?
   

1. 
   Какова роль водородпероксида в организме человека, и его применение в медицине?
   

1. 
   Какие элементы входят в состав зубов и костей?
   
2. 
   Объясните, почему ион Ва²⁺ токсичен для организма?
   
3. 
   Что называется хлорной водой? Чем обусловлено бактерицидное и отбе­ливающее действие хлорной воды?
   
4. 
   Какие из изучаемых р-элементов и их соединений являются токсичными? Каковы правила оказания первой помощи при отравлении ими?
   
5. 
   Как изменяется сила галогеноводородных кислот? Как изменяются вос­становительные свойства галогеноводородных кислот?
   
6. 
   На чем основано применение в медицине гипертонических растворов NaCl?
   
7. 
   Какой комплекс иона магния во многих ферментативных реакциях выпол­няет функцию донора фосфатной группы?
   

1. В промышленных стоках содержание ионов Ва²⁺ может достигать высо-

1. 
   Какими реакциями можно качественно обнаружить ионы Ва²⁺? Запи­шите уравнения реакций и укажите признаки реакций.
   
2. 
   Предложите методы количественного определения ионов Ва²⁺.
   
3. 
   На основании физико-химических свойств соединений бария объясни­те, почему при отравлении ионами Ва²⁺ пострадавшему вводят ЭДТА или MgS0₄ и дают белковые препараты. Ответ подтвердите уравнениями реакций.
   

2. 
   Почему при гиперацидных гастритах с повышенной кислотностью не применяют NaHC0₃ в качестве нейтрализующего средства, а применяют оксид магния и назначают белковые вещества (молоко, яичный желток)? Ответ обосно­вать.
   
3. 
   Ионы Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺ неравномерно распределены по обе стороны клеточной мембраны. Неравномерное распределение ионов необходимо для про­текания биохимических реакций внутри и вне клетки, а также влияет на величину мембранного потенциала.
   

1. 
   Какой механизм поддерживает неравномерное распределение ионов Na⁺, К⁺, Са²⁺, Mg²⁺ по обе стороны мембраны?
   
2. 
   Проницаемы ли биологические мембраны в состоянии покоя для ионов Na⁺, К⁺? Как изменяется проницаемость мембраны для ионов Na⁺, К⁺ при воз­буждении?
   
3. 
   Предложите способ направленного введения ионов Na⁺, К⁺ через био­логические мембраны.
   

1. 
   Характеристика d-элементов и их соединений по положению в периоди­ческой системе (ПСЭ) Д.И. Менделеева.
   
2. 
   Окислительно-восстановительные свойства d-элементов и их соедине­ний. Устойчивость различных степеней окисления в условиях организма.
   
3. 
   Образование комплексных и нерастворимых соединений.
   
4. 
   Биологическая роль d-элементов, применение их соединений в медици­не.
   
5. 
   Контроль на входе: тестовый (письменно), фронтальный (устно).
   

1. 
   Получение гидроксидов Zn (II), Си (II), Cr (III), Fe (ПДП), Со (II), Mn (II) и исследование их свойств.
   
2. 
   Гидролиз солей Си (II), Zn, Fe (ПДП).
   
3. 
   Комплексообразующая способность d-элементов.
   

1. 
   Комплексообразующая способность катионов Cu²⁺, Ag⁺, Zn²⁺.
   
2. 
   Образование комплексного марганца (III) оксалата.
   
3. 
   Образование внутрикомплексного соединения железа (III) со щавеле­вой кислотой.
   

4. 
   Типичные аналитические реакции на ионы Ag⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺.
   
5. 
   Восстановительная способность соединений d-элементов в низших сте­пенях окисления.
   

1. 
   Восстановительная способность хрома (III) в щелочной среде (аналити­ческая реакция на Сг³⁺).
   
2. 
   Восстановительная способность Mn (II) в кислой среде (аналитическая реакция на Мп²⁺).
   

6. 
   Окислительная способность соединений d-элементов в высших степенях окисления.
   

7. 
   Контроль на выходе: представить результаты наблюдений и сделанных объяснений и выводов.
   
8. 
   Контрольная работа.
   

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для мед. спец. вузов/Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др.; Под ред. Ю. А. Ершова - М.: Высшая школа, 2003, гл. 3, с. 255-305.

Для поддержания жизнедеятельности организму необходимы не только бел­ки, жиры, углеводы, витамины, аминокислоты и др. соединения, но и определен­ный набор микроэлементов. Большинство d-элементов 4 периода (Mn, Fe, Со, Си, Zn) и Мо - 5 периода, являются биогенными микроэлементами.

Формы пребывания их в организме весьма разнообразны - от относитель­но лабильных комплексов с аминокислотами, нуклеотидами, белками и нуклеи­новыми кислотами, в которых ионы микроэлементов образуют с донорными атомами этих соединений (N, О, S) донорно-акцепторные связи различной степе­ни прочности, до образования высокопрочных комплексов (витамин В _э железо-порфирины и т. д. Способность микроэлементов к каталитическому действию повышается в миллионы раз, если они образуют органические комплексы в виде металлозависимых или металлоферментов. Наиболее широко представлены в организме комплексы ионов металлов с белками, которые можно разделить на две группы:

Металлопротеины

В них ион металла и белок настолько прочно связаны друг с другом, что металл может быть извлечен только сильным химическим воздействием. Эти комплексы теряют активность при замене исходного металла на другой, и соот­ношение металл - белок в них постоянно.

Так, для гемоглобина на 1моль белка приходится 4 атома Fe, для карбоангидразы на 1 моль белка - 1 атом Zn, для аскорбатоксидазы на 1 моль белка - 8 атомов Си.

Белки, активируемые ионами металлов

В них ион металла связан с белком обратимо. Количество иона металла легко меняется, что приводит к снижению активности фермента. К этой группе относится трансферрин (обратимо связывает ионы железа), церулоплазмин (об­ратимо связывает ионы меди) и т. д. Изучая свойства биогенных d-элементов следует отметить их отличительные свойства от s- и р-элементов:

1. 
   ярко выраженная способность к комлексообразованию;
   
2. 
   устойчивость определенных ионов в определенной среде.
   

Таким образом, металлы в металлосодержащих белках могут действовать разными путями:

1) участвовать в механизме запуска и контроля процесса;

2. 
   представлять структурирование систем, включая матричные реакции;
   
3. 
   выполнять роль кислот Льюиса;
   
4. 
   катализаторов окислительно-восстановительных процессов. Например:
   

Отмечена большая роль марганца в окислительно-восстановительных про­цессах в клетках и тканях. Он действует как окислитель во многих биологических системах и участвует как водородный акцептор при анаэробных условиях. В ма­лых дозах соли марганца повышают окислительные процессы, в больших - обрат­ный эффект. Он оказывает благоприятное воздействие на рост и созревание хря­щевых и костных структур, на размножение, участвует в активировании отдель­ных ферментов (фосфатаза костей, кишечная пептидаза, аргиназа печени и др.). Марганец нормализует количество холестерина в крови у больных атеросклеро­зом, входит в состав слизистой кишечника, оказывает большое влияние на про­цессы кроветворения, ускоряет образование антител, нейтрализующих вредное действие чужеродных белков. В растениях стимулирует синтез витамина С. Со­единения марганца широко используются в диагностике и клинике. Например, при базедовой болезни количество марганца в крови увеличивается в 3 раза, а при диабете и туберкулезе легких идет понижение его. Красная волчанка указы­вает на хронический дефицит марганца в организме. Количество марганца значи­тельно колеблется при злокачественных образованиях, лейкозах.

Калия перманганат широко используется в медицине как дезинфицирую­щее средство. Внутривенным вливанием раствора марганца сульфата удается спасать укушенных каракуртом - ядовитым пауком.

Железо содержится в каждой клетке человеческого организма. Общее со­держание его в организме составляет около 5 граммов (при средней массе тела 70 кг). Основная масса его в гемоглобине - 3 г или 60 - 73%. Железо гемоглобина всегда двухвалентно и при переносе кислорода не переходит в трехвалентное. 15% железа составляет запас его в форме железобелковых комплексов - 0,1%) - в фер­

ментах, 3 - 5% - в миоглобине. Запасы железа сосредоточены в печени, селезенке и костном мозге. Резервное железо входит в состав ряда ферментов, например, в дыхательные металлозависимые ферменты (каталаза, пероксидаза), где железо находится в виде металлокомплекса. Здесь железо всегда двухвалентно. Железо входит в состав ядер нуклеопротеидов клетки. Железо участвует в процессе ге-моглобинообразования. Служит для переноса кислорода внутри организма. Оно необходимо в ОВ процессах, иммунологических реакциях, для процессов роста и кроветворения. При недостатке железа развивается анемия (особенно в первый год жизни ребенка). Препараты железа широко применяются в медицине. Напри­мер, кристаллогидрат железа хлорида как вяжущее, прижигающее и кровеоста-навливающее средство. Кальция глюконат (где есть железо) используется для внут­ривенного вливания при язвах, гастритах.

Медь катализирует ряд клеточных процессов - углеводный обмен, усилива­ет водный, газовый и минеральный, принимает участие в кроветворении, росте и развитии организма, в тканевом дыхании. Некоторые медьсодержащие протеи­ны участвуют в переносе электронов к кислороду (супероксиддисмутаза), синте­зе белков, жиров и углеводов, в выработке пигментов кожи животных. Высокая биологическая активность меди как окислителя проявляется в соединениях с бел­

ками. Медь оказывает заметное влияние на повышение иммунобиологической устойчивости и сопротивляемости организма к вредному влиянию факторов окружающей среды. Недостаток или избыток меди в организме приводит к нару­шениям обмена веществ в организме, к заболеваниям. Клиническая практика показала, что ряд случаев возникновения и развития анемий связан с недостат­ком меди в продуктах питания. Педиатрам хорошо известна физиологическая анемия детей на первом году их жизни, зависящая от одностороннего молочного вскармливания. В этом периоде у детей снижается уровень гемоглобина, падает число эритроцитов, повышается содержание меди в сыворотке крови. Но со вре­менем, когда ребенок начинает получать более разнообразную пишу с достаточ­ным количеством меди и железа, анемии проходят. Много меди в дрожжах. Из соединений меди в качестве лекарственных препаратов применяется медь суль­фат как антисептическое, вяжущее, прижигающее (наружное) и как рвотное (внутрь) средство. Феррокупрон (медно-железистый препарат, активированный аскорбиновой кислотой) применяется при лечении анемии.

Цинк - постоянная составная часть организма почти всех видов животных и человека. Наиболее высокое содержание отмечается в печени, железах внутрен­ней секреции, мышечной ткани, молочных железах, сетчатой оболочке глаза. Наблюдается накапливание его в злокачественных опухолях. Содержание в крови составляет 0,9-10"⁴-0,12-10"⁴ моль/л. Цинк в организме связан с ферментами (карбоангидраза), гормонами (инсулин), витаминами, и оказывает значительное влияние на фундаментальные жизненные процессы: кроветворение, размноже­ние, рост и развитие организма, обмен углеводов, белков и жиров, окислительно-восстановительные процессы, энергетический обмен. Цинк, входит в фермент крови, карбоангидразу, который ускоряет выделение углекислого газа в легких, а также помогает превратить часть углекислого газа в гидрокарбонат-ион, играю­щий важную роль в обмене веществ. Цинк входит в состав свыше 30 ферментов. Предполагают, что он играет значительную роль в процессе клеточного дыхания, окисления углеводов. Цинк входит также в состав инсулина (0,36%). Важная роль цинка отмечается в период интенсивного роста и полового созревания. В связи с этим потребность в нем организма велика. Соединения цинка широко использу­ются в медицине при лечении различных заболеваний. 0,25%) раствор цинка суль­фата применяется как глазные капли, смесь оксида и цинка сульфата - цинковые мази, цинка стеарат - присыпка, цинка феносульфат - хороший антисептик. Сус­пензия, в которую входят: инсулин, протамин, цинка хлорид - эффективное сред­ство против диабета. Антагонистом цинка является кадмий. Он токсичен, ингиби-рует многие ферментативные процессы. Коллективы кафедры гигиены и общей химии (доц. Еременко Л.И.) исследовали влияние на обменные процессы и, в

частности, на углеводный обмен кадмий-цинковых люминофоров и их компо­нентов - кадмий и цинка сульфидов.

Установлено, что особенно чувствительны такие показатели состояния уг­леводного обмена, как сахар крови, гликоген печени, активность ^-амилазы кро­ви. Активным началом кадмий - цинковых соединений является кадмий, который способен повреждать инсулярный аппарат поджелудочной железы, гиперглике-мический эффект, изменять интенсивность процессов синтеза гликогена, вызы­вая его снижение. Способность кадмия соединяться с белками объясняет сниже­ние гликогена именно за счет "связанной" фракции, а его способность вытеснять цинк из белковых комплексов усугубляет повреждающее действие этого элемен­та.

Любой металл, поступивший тем или иным путем в организм, довольно быстро проникает в кровь. Из крови ионы металлов переходят во внутренние органы: печень, почки и костную систему. Из внутренних органов металлы в течение месяца выделяются из организма, преимущественно почками и кишеч­ником.

В пробирки налейте по 5 капель растворов соли соответствующего катиона, прибавьте к растворам по 5 капель раствора NaOH. Отметьте цвет осадков. Отде­лите часть осадков в пробирки и испытайте их на растворимость в кислоте (НО), в щелочи (NaOH), в избытке щелочи. Что происходит с осадками?

Напишите в молекулярной и ионной форме уравнения реакций:

а) получения гидроксидов;

б) растворения их в кислотах и щелочах.

На основании проведенных опытов сделайте выводы о свойствах гидрокси­дов данных элементов.

С помощью универсальной индикаторной бумаги определите реакцию (кислая, нейтральная, щелочная) сильно разбавленных растворов солей указан­ных катионов, предварительно нагрев. Данные внесите в таблицу.

В пробирки налейте по 2 капли растворов солей CuS0₄, AgN0₃, ZnS0₄. До­бавьте в каждую пробирку по 3 капли растворов NH₄OH (C_f = 2 моль/л). Отметьте цвет образующихся осадков. Добавьте во все пробирки раствор NH₄OH до полно­го растворения осадков и отметьте цвет образовавшихся растворов. Напишите уравнения происходящих реакций. Назовите образовавшиеся комплексные со­единения и напишите уравнения их диссоциации.

В пробирку поместите 3-4 капли раствора соли Мп²⁺. Добавьте 2 капли раствора щелочи. Перемешайте. Отметьте эффект реакции. Затем добавьте 3-4 капли раствора щавелевой кислоты. Запишите наблюдения. Уравнения реакций:

Подберите коэффициенты к реакциям. Сделайте вывод об устойчивости степени окисления (+3) марганца в комплексных соединениях с органическими лигандами.

Получите осадок Fe(OH)₃ взаимодействием FeCl₃ с NaOH. К осадку при­бавьте раствор щавелевой кислоты (НООС-СООРГ), нагрейте. Запишите, что на­блюдаете.

Образуются внутрикомплексные соединения:

о=с-о--^___ _^о-с = о

I Je_L I

но-с=о ^ / ^ ^-о=с-он

I II с-с

о он

В пробирку к раствору соли серебра (1-2 капли) прибавьте 1-2 капли раство­ра соляной кислоты. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции в молеку­лярном и ионном виде. Часть осадка перенесите в другую пробирку и прилейте избыток раствора NH₄OH. . Что при этом наблюдаете? Напишите уравнение реак­ции.

Прибавьте к полученному раствору 5-6 капель концентрированного раство­ра HN0₃. Что наблюдаете? Составьте уравнение реакции в молекулярном и ион­ном виде и объясните происходящие явления, исходя из реакций конкурентных взаимодействий.

б) реакция на ионы Си²⁺

В пробирку поместите 1-2 капли соли CuS0₄ и добавьте избыток раствора NH₄OH. Что наблюдаете? Напишите уравнения реакций в молекулярном и ион­ном виде.

К 2-3 каплям раствора FeS0₄ добавьте 1 -2 капли НС1 и 1 -2 капли K₃[Fe(CN)₆]. Содержимое пробирки разбавьте дистиллированной водой. Каков цвет осадка? Проверьте его растворимость в кислотах и щелочах. Напишите уравнения реак­ций в молекулярной и ионной форме. Сделайте вывод.

реакция с K₄[Fe(CN)J

К 2-3 каплям раствора соли железа (III) добавьте 1-2 капли НС1 и 2-3 капли реактива. Содержимое пробирки разбавьте водой. Напишите уравнение реакции в молекулярном и сокращенном ионном виде, указав признаки реакции.

2. 
   реакция с KCNS
   

К 4-5 каплям раствора соли цинка добавьте 4-5 капель раствора K₄[Fe(CN)₆]. Нагрейте смесь до кипения. Наблюдайте образование белого осадка Zn₃K₂[Fe(CN)₆]₂. Напишите уравнение реакции. Испытайте осадок на растворе­ние кислотами HN0₃, НС1 и щелочью NaOH. Сделайте соответствующие выводы.

Соединения Cr (III) серо-зеленого цвета при действии окислителей в щелоч­ной среде переходят в соединение Cr (VI) - хроматы - желтого цвета (К₂СЮ₄). 2К_Ъ[Сг(ОН)₆] + ЗН₂0₂ -> 2К₂СЮ₄ + Ш₂0 + 2КОН

К 2-3 каплям раствора соли Cr (III) добавьте 4-5 капель раствора КОН до полного растворения образующегося в начале осадка Сг(ОН)₃. Затем прилейте 2­3 капли 3% раствора Н₂0₂ и нагрейте на водяной бане до изменения серо-зеленой окраски раствора в желтую. Полученный раствор подкислите СН₃СООН и при­лейте к нему 3-4 капли ВаС1₂. Образование желтого осадка ВаСЮ₄ указывает на присутствие в растворе ионов Сг0₄²". Составьте уравнения протекающих реак­ций, в окислительно-восстановительных реакциях расставьте коэффициенты, ука­жите функции реагентов.

б) восстановительная способность Mn (II) в кислой среде (аналитическая
реакция на Мп²⁺)

Под влиянием различных окислителей катион Мп²⁺ превращается в анион Мп0₄". Так как ион Мп0₄" окрашен в характерный малиново-красный цвет, то этой реакцией пользуются для обнаружения иона Мп²⁺.

Внесите в пробирку на кончике ножа Pb0₂, 1 мл HNO_3(K0H4) и 1 каплю (не больше) раствора соли Мп²⁺ (стеклянную палочку смочите раствором соли). Смесь нагрейте до кипения и кипятите 1-2 минуты, затем охладите смесь и далее разбавьте ее 8-10 каплями дистиллированной воды, дайте отстояться. Появление малиновой окраски в растворе указывает на образование НМп0₄.

Напишите уравнение протекающей реакции:

Для успеха реакции соли Mn (II) возьмите не больше 1 капли раствора, так как избыток ее восстанавливает образовавшуюся НМп0₄ до Н₂Мп0₃, и вместо малиновой окраски раствора появляется почти черный осадок.

1. 
   К 2-3 мл раствора К₂Сг₂0₇ прилейте раствор H₂S0₄ и раствор NaN0₂. Смесь слабо нагрейте. Наблюдайте изменение окраски. Напишите уравнение ре­акции, методом электронного баланса, расставьте коэффициенты, укажите фун­кции реагентов.
   
2. 
   К раствору К₂Сг₂0₇, подкисленному H₂S0₄, прилейте раствор Na₂S0₃. Наблюдайте изменение окраски раствора и объясните его. Напишите уравнение реакции, укажите ее тип и функции реагентов.
   

I. Раствор мочи, взятый у больного с пищевым отравлением, имеет зелено­ватую окраску. Анализ проб мочи, проведенные на присутствие ионов d-элемен­тов показал следующие результаты:

1. 
   НС1 - осадка нет.
   
2. 
   NaOH - грязно-зеленый осадок.
   
3. 
   Осадок растворим в избытке щелочи с образованием раствора изумруд­но зеленого-цвета.
   
4. 
   При действии избытка растворов NaOH и Н₂0₂ и нагревании образуется раствор желтого цвета.
   

П. Цинк относится к биогенным элементам и постоянно присутствует в организме человека. Основываясь на свойстве цинка и его соединений, опреде­лите, в какой форме он может находиться в организме и в каких процессах прини­мать участие. Покажите на примере механизм действия цинксодержащего фер­мента карбоангидразы в метаболических процессах.

1. 
   Какую роль выполняют d-элементы в живых организмах? Назовите d-элементы - металлы жизни.
   
2. 
   Какие типы реакций, происходящих в организме, катализируют металло-ферменты?
   
3. 
   Через атомы каких элементов, как правило, идет координация лигандов с металлами - комплексообразователями в биокомплексах?
   
4. 
   Какое важнейшее химическое свойство дихроматов позволяет использо­вать их в аналитической, клинической и санитарно-гигиенической практике?
   
5. 
   Какие продукты восстановления дают перманганаты в зависимости от среды? Какую окраску растворам сообщают различные ионы марганца?
   
6. 
   Изменяется ли степень окисления в молекуле гемоглобина в процессе присоединения и отдачи кислорода?
   
7. 
   Почему при отравлениях соединениями серебра используют NaCl?
   
8. 
   На чем основано применение комлексонов как лечебных препаратов при отравлении соединениями цинка, кадмия, ртути?
   
9. 
   Чем отличается состояние и поведение железа в геминовых ферментах: гемоглобине, цитохромах, каталазе?
   

1. 
   Дайте определение биосферы. Какие процессы протекают в ней с участи­ем солнечного излучения и живых организмов?
   
2. 
   Приведите основные принципы классификации элементов по В. И. Вер­
   

3. 
   Приведите основные принципы классификации элементов по В. В. Ко­вальскому.
   
4. 
   Приведите современную классификацию элементов.
   
5. 
   Охарактеризуйте важнейшие органогены. Какие химические связи харак­терны для соединений, образуемых ими в организме?
   
6. 
   Какое положение в периодической системе Д. И. Менделеева занимают макроэлементы? Укажите их важнейшие соединения и роль в организме.
   
7. 
   Приведите примеры эндемических заболеваний. С избытком и недостат­ком каких элементов связаны эти заболевания?
   
8. 
   Напишите важнейшие микроэлементы. Какую роль они играют в орга­низме человека?
   
9. 
   Охарактеризуйте свойства и биологическую роль s-блока элементов.
   

10. 
    Какие ионы s-элементов участвуют в поддержании ионного гомеостаза и какие физико-химические и физиологические процессы в организме человека они регулируют?
    
11. 
    Охарактеризуйте общее свойство и биологическую роль р-блока эле­ментов.
    
12. 
    Приведите особенности электронного строения d-элементов и их ионов. Какие биологические функции связаны с их строением?
    
13. 
    Ионы каких d-элементов входят в состав металлоферментов? Приведите примеры. Опишите биологическую роль биокомплексов d-металлов.
    
14. 
    Чем объясняется переменная валентность и набор разных степеней окис­ления d-элементов? Какие d-элементы выбраны природой в качестве активных центров различных ферментов? Какой силы окислительно - восстановительные свойства они проявляют? Ответ дайте на конкретных примерах.
    
15. 
    Охарактеризуйте комплексообразующие свойства d-элементов. Какие комплексы с биолигандами они образуют? Отметьте особенности связей между центральным атомом и лигандами согласно теории ЖМКО.
    
16. 
    С привлечением теории ЖМКО опишите механизм токсического дей­ствия ионов Tl⁺, Cd²⁺, Hg²⁺, и Pb²⁺. Укажите основания Льюиса с которыми они взаимодействуют в организме. Приведите схему.
    
17. 
    В чем причина работы натрий - калиевого насоса? Как распределяются ионы Na⁺ и К⁺ при его работе? Что происходит с внутренней и внешней поверх­ностью мембран?
    
18. 
    Укажите причины токсичности солей бария. Какое соединение бария в костной ткани, нервных клетках и мозговом веществе образуется при отравлении солями бария?
    
19. 
    С какими веществами взаимодействует как магний так и марганец, уча­ствуя в жизненно важном процессе аккумуляции и переноса энергии в организ­ме? Напишите схемы образования гидролиза указанных вами соединений.
    

их биологические функции.

21. 
    Опишите роль сульфидной серы в организме человека. Каким действи­ем обладают продукты окисления серы в организме - политионовые кислоты?
    
22. 
    Приведите объяснение механизма токсического действия соединений мышьяка. Напишите схему взаимодействия их с глутатионом. Какие биологичес­кие функции теряет глутатион, присоединив мышьяк?
    
23. 
    Опишите токсическое действие ионов свинца РЬ²⁺ на организм. Приве­дите схемы взаимодействия с белками и вытеснения металлов из металлофер­ментов.
    
24. 
    Каковы степени окисления d-элемента марганца? Приведите примеры важнейших соединений. Какие из них играют биологическую роль?
    
25. 
    Охарактеризуйте комплексообразование у s-элементов. Коронанды и криптанды как полидентатные лиганды для ионов s-элементов.
    
26. 
    Приведите примеры биологически важных серосодержащих соедине­ний. Почему диводордсульфид является токсичным соединением для живых орга­низмов?
    
27. 
    Почему калий перманганат в больших количествах является ядом для организма? Каким свойством должно обладать вещество которое, используется как противоядие перманганату?
    
28. 
    Какова роль фтора в формировании зубной эмали? Приведите схему взаимодействия фторид-иона с гидроксилапатитом.
    
29. 
    В чем состоит токсическое действие солей азотистой кислоты нитритов? Напишите схему действия их на гемоглобин.
    
30. 
    В каком виде присутствуют аденозинтрифосфат (АТФ) и аденозинди-фосфат (АДФ) во внутриклеточной жидкости? Соединения с какими s- и d-эле-ментами они образуют? Укажите роль этих соединений в аккумуляции и перено­се энергии в организме.
    
31. 
    Какие ионы являются центральными в комплексных соединениях: гемог­лобине, хлорофилле, витамине В₁₂? В окружении каких атомов они находятся? Как теория ЖМКО объясняет устойчивость этих соединений? Какие основания Льюиса могут понизить транспорт кислорода гемоглобином?
    
32. 
    Опишите действие медьсодержащего фермента супероксиддисмутазы. На каком свойстве меди оно основано? Обоснуйте с привлечением схемы запол­нения электронами внешней 4s и предвнешних Зд.-орбта.лей.
    
33. 
    Какие катионы и анионы могут находиться в костной ткани совместно с ионами Са²⁺ и Р0₄³"? Приведите формулы соединений. Какие из них повышают, а какие понижают прочность костной ткани?
    
34. 
    Назовите биогеохимическую провинцию с повышенным содержанием стронция и эндемическое заболевание, которое там встречается. Объясните при­чину его возникновения с использованием понятия концентрационной констан­ты растворимости.
    

сообразователь в молекуле В₁₂. Что общего в структурах молекул гемоглобина и витамина В ?

36. 
    Какую роль играет серная кислота в выведении из организма чужерод­ных веществ?
    
37. 
    Почему серосодержащие аминокислоты применяют для защиты орга­низма от радиационных поражений?
    
38. 
    Опишите биологическую роль йода. К какому заболеванию приведет недостаток йода в пище?
    
39. 
    К каким изменениям в организме приводит избыток фтора в окружаю­щей среде и питьевой воде? Как называется возникающее в этом случае заболе­вание?
    
40. 
    На чем основано применение олово (II) фторида как средства против ка­риеса? Приведите схемы взаимодействия его с гидроксилапатитом.
    

1. 
   Дисперсные системы. Принципы классификации дисперсных систем.
   
2. 
   Значение коллоидно-дисперсных систем в биологии и медицине.
   
3. 
   Получение коллоидно-дисперсных систем.
   
4. 
   Методы очистки дисперсных растворов.
   
5. 
   Строение коллоидных частиц.
   
6. 
   Устойчивость и коагуляция коллоидных систем.
   
7. 
   Коллоидная защита и ее биологическое значение.
   

1. 
   Получение золей методами:
   

б) Дисперсионным (пептизация).

в) На полученных золях убедиться в особенностях оптических свойств
коллоидных растворов (конус Тиндаля) и разобрать строение коллоидных частиц
по мицеллярной теории.

2. 
   Очистка коллоидных растворов (диализ золя гидроксида железа).
   
3. 
   Определение порога коагуляции золя гидрооксида железа.
   

1. Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов. /Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд и др.; Под. ред. Ю. А. Ершова - М.:

Высшая школа, 2003, гл. 12, с. 491-518.
6. Слесарев В. И. Химия. СПб. 2000, с. 708-768.

2. Основные теоретические положения

2.1. Значение коллоидов в медицине

Большое значение имеют коллоидные системы для биологии и медици­ны. С химической точки зрения организм в целом есть сложнейшая совокуп­ность многих коллоидных систем, включающих в себя и жидкие коллоиды и гели.

Важнейшие пищевые продукты - хлеб, молоко, масло - коллоидные сис­темы. От величины капелек жира может зависеть скорость их всасывания через стенки пищеварительных органов. Тонко раздробленный жир в молоке и в сли­вочном масле усваивается организмом лучше, чем жир в сплошной массе, на­пример сало.

Сильно раздробленные вещества легче проникают через поры кожи, эф­фективнее действуют на организм. Поэтому в медицине широко применяются лекарственные вещества в виде дисперсных систем. Это суспензии, эмульсии, мази, кремы, аэрозоли. Терапевтическое действие коллоидных препаратов обус­ловлено тем, что они обеспечивают слабое, но продолжительное действие малых доз лекарственных веществ.

2.2. Получение коллоидных систем

Получить вещество в коллоидном состоянии можно при следующих ус­

ловиях:

1. 
   размеры частиц вещества должны соответствовать размерам частиц коллоидных растворов. Это можно сделать двумя методами:
   

б) укрупнением молекул, атомов или ионов до частиц коллоидного раз-

2. 
   в растворе необходимо присутствие стабилизатора, для воспрепятство­вания слипанию частиц при их взаимном столкновении.
   
3. 
   коллоидные частицы (дисперсная фаза) должны обладать плохой ра­створимостью в дисперсной среде, хотя бы в момент их получения. При соблюде­нии этих условий коллоидные частицы приобретают электрический заряд и гид-ратную оболочку, что препятствует выпадению их в осадок.
   

2H₂S + 0₂ = 2S + 2H₂0 Коллоидные растворы серебра получают следующим образом:

2AgN0₃ + Н₂0₂ = 2Ag + 0₂ + 2HN0₃ Бактерицидные свойства коллоидных растворов серебра широко исполь­зуются в медицине в качестве препаратов колларгол и протаргол, которые приме­няются для промывания гнойных ран, для смазывания слизистых оболочек дыха­тельных путей при ангинах, фарингитах, ларингитах, для закапывания глаз.

Золь радиоактивного золота применяется для лечения злокачественных новообразований и получают следующим путем:

2HAuCI₄+ ЗН₂0₂ = 2Au + 30₂ + 8HCI

В условиях организма превалирующим является конденсационный метод, который включает химические (образование агрегатов молекул в ходе химических реакций, особенно осадительных) и физические (направленный транспорт) механизмы. Например, железо в организме депонируется в виде коллоидных частиц (мицелл), состав которых передается формулой FeO(OH)₈* (FeO *ОР0₃Н₂). В одной мицелле находится до 4500 атомов железа. Мицеллы располагаются в полостях, образуемых молекулами белков. Образова­ние такого лиофобного коллоида происходит за счет постоянной доставки ионов железа, высвобождающихся при разрушении молекул гемоглобина из распадаю­щихся эритроцитов.

В лабораторных условиях очистка коллоидно-дисперсных систем осуще­ствляется либо фильтрацией (для удаления крупных частиц), либо диализом (для удаления примесей низкомолекулярных веществ и ионов). В обоих случаях очис­тка основана на разнице в размерах частиц дисперсной фазы и примесей.

Для проведения диализа коллоидный раствор с содержащимися в нем примесями отделяют от растворителя полупроницаемой мембраной. Такая мем­брана пропускает молекулы и ионы низкомолекулярных веществ, в том числе растворителя, но не пропускает частицы дисперсной фазы системы. В результате диффузии примеси через мембрану удаляются в растворитель. Во избежание быстрого снижения градиента концентрации растворитель периодически заме­няют или же используют проточный метод.

Для ускорения диализа на мембрану накладывают разность потенциалов (электродиализ). Ультрафильтрацией называют диализ, проводимый при повы­шенном давлении во внутреннем сосуде (содержащим очищаемую дисперсную систему).

Кровь нуждается в постоянной очистке от примесей низкомолекулярных веществ, образующихся в ходе метаболизма в тканях или в результате гомеостати-ческого регулирования: азотистых соединений (в первую очередь аммиака), фос­фатов, гидрокарбонатов, хлоридов. В кровь попадают также многие ксенобиоти­ки которые необходимо удалять. Очистка крови происходит в нефронах по прин­ципу ультрафильтрации. Поры в фильтрующей мембране могут пропускать мо­лекулы размером не более 5-6 нм. Гидростатическое давление в капилярах клу­бочков у человека составляет 9,3 кПа, а в капсуле клубочка 2,7 кПа. Осмотическое давление нефильтрующихся компонентов крови равно 4 кПа.

Некоторое количество крупных молекул проходит через мембрану, что связано, вероятно, с изменением их конформаций.

Диализ используется для детоксикации организма при заболеваниях по­чек и острых отравлениях. На принципе гемодиализа основано действие аппарата

"Искуственная почка", в котором используются синтетические полисульфоно-вые мембраны.

На том же физико-химическом механизме основан и метод перитонеаль-ного диализа, который применяется при острых отравлениях. При проведении этой процедуры брюшную полость заполняют теплым диализирующим раство­ром объемом около 2 л, который после экспозиции (20-30 мин) удаляют. Брюши­на представляет собой полупроницаемую мембрану с площадью поверхности около 2 м. Для повышения эффективности перитонеального диализа используют гипертонические диализирующие растворы (0,35-0,85 осмоль/л). Гипертонич-ность раствора обеспечивает скорость потока жидкости в перитонеальную об­ласть от 5 до 15 мл/мин.

При отравлении веществами кислого характера (например барбитурата­ми, салицилатами) величину рН диализирующего раствора устанавливают не­сколько выше величины плазмы крови 7,5-8,4 и наоборот, при отравлении веще­ствами основного характера, например аминазином, величина рН диализирую-щей жидкости долна быть несколько ниже величины рН плазмы крови. Ускорение диализа в этих случаях обеспечивается подключением осмотического и протоли­тического механизмов.

Подключение лигандообменного механизма (добавлением в диализиру-ющий раствор альбумина) эффективно в том случае, если удаляемые вещества образуют прочные комплесные соединения с белками. Такой вариант диализа применяется, в частности, при отравлении сулемой - хлоридом ртути (II).

2.4. Устойчивость коллоидно-дисперсных систем

В момент возникновения коллоидов в системе образуется избыточная энергия. С одной стороны без нее немыслимо существование коллоидных ра­створов, с другой - она является причиной их гибели. Отсюда следовало бы сде­лать вывод о невозможности существования коллоидных систем, т. к. поверхнос­тная энергия, возникая вместе с возникновением коллоидов должна вызывать немедленную их агрегацию, т. к. изменение поверхностной энергии идет за счет уменьшения абсолютной поверхности. Это противоречие объясняется понятия­ми кинетической и агрегативной устойчивости коллоидных систем.

(путь уменьшения избытка энергии системы). Здесь, на ядре, возникает слой потенциал-определяющих ионов, сообщающий термодинамический Е потенци­ал системы. Теперь, возникающий потенциал притягивает свой слой противоио-нов. Поверхностная энергия на ядре коллоидной частицы больше поверхностной энергии на слое потенциал-определяющих ионов, поэтому число противоионов меньше и они не полностью компенсируют Е потенциал. Поэтому на границе первого слоя - адсорбционного и второго слоя диффузного (оставшаяся часть противоионов) возникает электрокинетический ^-потенциал: он определяет знак и величину заряда гранулы, а в целом коллоидная частица , т. е. мицелла электро­нейтральна (см. схему). Величина ^-потенциала играет исключительную роль в устойчивости коллоидной системы: чем она выше, тем устойчивее система, если £, = 0, то система находится в ИЭС и она теряет устойчивость и вот здесь коллоид­ные частицы, потерявшие заряд, объединяются в крупные агрегаты. Идет нару­шение устойчивости двойного электрического слоя: противоионы диффузного слоя переходят в адсорбционный, гранула оголяется, лишаясь потенциала.

крозом тканей, в острый период появляется С-реактивный белок. С переходом в хроническую форму заболевания С-реактивный белок исчезает из крови и снова появляется при обострении. При электрофорезе этот белок перемещается с ос -глобулинами.

К электрокинетическим свойствам коллоидных растворов относятся по­тенциалы протекания и оседания (седиментации). Если механически проталки­вать жидкость по капиллярам, на концах ее возникает разность потенциалов и называется потенциалом протекания. При оседании коллоидных частиц в жидкой среде также появляется разность потенциалов - потенциал оседания. Потенциа­лы протекания и оседания представляют собой один из механизмов возникнове­ния биотоков при проталкивании крови по сосудам. В частности, один из пиков электрокардиограммы (так называемый зубец Q) обусловлен течением крови в коронарной системе.

3. Лабораторные работы

3.1. Получение золей конденсационным методом

1. 
   Гидролизом. В пробирку наливают 1 мл 2% раствора FeCI₃ и 10 мл дистиллированной воды, смешивают и нагревают до кипения. Получается крас­но-бурый, совершенно прозрачный золь гидрооксида железа. Написать мицел-лярную формулу образовавшегося золя.
   
2. 
   Реакцией двойного обмена. К 10 мл 0,002 моль/л раствора KI при­бавляют 1 мл 0,01 моль/л раствора AgN0₃ и взбалтывают. Получается желтоватый мутный золь с отрицательным зарядом гранул (избыток KI). Изобразить мицел-лярную формулу. Дать строение мицеллы при избытке AgN0₃.
   

К 5 мл FeCI₃ прибавляют 1 мл насыщенного раствора K₄[Fe(CN)₆], от­фильтровывают и промывают осадок дистиллированной водой. Осадок на филь­тре обрабатывают щавелевой кислотой (пептизатор), в результате фильтруется синий золь берлинской лазури. Напишите строение мицеллы полученного золя.

В сосуд с пергаментным дном или в коллоидный мешочек наливают го­рячий золь гидроксида железа и погружают его в сосуд с горячей дистиллирова-ной водой. Через 10-20 мин в отдельной пробе, омывающей коллоидный мешо­чек воды, с помощью AgN0₃ устанавливают наличие ионов хлора и отмечают отсутствие окрашивания воды (почему?).

В три колбочки отмеряют по 5 мл золя гидроксида железа и затем их

осторожно титруют: первую - 1 М раствором KCI; вторую - 0,1 М раствором К₂СЮ₄; третью - 0,001 М раствором K₃[Fe(CN)₆] до появления первой заметной на глаз мути. Порог коагуляции вычислить по формуле С_пор= 200 • С • V, где С - мо­лярная концентрация электролита, вызвавшего коагуляцию; V - наименьший объем в мл раствора электролита, достаточный для коагуляции золя (первое помутнение золя), 200 - коэффициент пересчета на 1 л золя. С_пор- выражается в миллимолях в 1 л золя. Данные занести в таблицу:

Таблица № 17

сать значение порога коагуляции и сопоставить результаты с правилом валентно-сти-значности Шульца-Гарди.

XV. Лабораторное занятие № 15 1. Задание к занятию № 15