Условно элементы можно разделить на токсичные и нетоксичные. Токсичные элементы – химические элементы, оказывающие отрицательное влияние на живые организмы, которое проявляется только при достижении некоторой концентрации, определяемой природой организма. Наиболее токсичные элементы расположены в таблице Д.И. Менделеева компактно и представлены в таблице 2.

Таблица 2. Положение токсичных элементов в периодической системе Д.И.Менделеева

Период	Группа
	VIII	IВ	IIВ	IIA	IIIA	IVA	VA	VIA
2	–	–	–	Be	–	–	–	–
4	Ni	Си	Zn	–	–	–	As	–
5	Pd	Аg	Cd	–	–	Sn	Sb	Тe
6	Pt	Аи	Hg	Ba	Тl	Pb	Bi	–

За исключением Be и Ва, эти элементы образуют прочные сульфидные соединения. Существует мнение, что основная причина токсического действия этих элементов связана с блокированием определенных функциональных групп (в частности сульфгидрильных протеина) или же вытеснением из некоторых ферментов ионов металлов, например Сu, Zn. Особой токсичностью и распространенностью отличаются Hg, Pb, Be, Сu, Cd, Сr, Ni, кото­рые конкурируют в процессе комплексообразования с биометаллами и могут их вытеснять из биокомплексов.

Схема реакции:

M_бL_б + M_т « M_б + M_тL_б, где М_б - ион биогенного металла; L_б - биолиганд.

Токсичность определяют как меру любого аномального изменения функции организма под действием химического агента. Токсичность представляет собой сравнительную харак­теристику. Эта величина позволяет сопоставить ядовитые свойства различных веществ. Необходимые элементы обеспечивают поддержание динамического равновесия процессов жизнедеятельности организма. Токсичные элементы, а также избыток необходимых эле­ментов могут вызвать необратимые изменения динамического равновесия биологических систем, приводящие к развитию патологии. [3,4,5]

---

Максимальную токсичность проявляют наиболее химически активные частицы, координационно-ненасыщенные ионы, к числу которых следует отнести ионы свободных металлов. Снижение электрофильных свойств иона соответственно приводит к снижению его токсического действия на организм. Хелатирование свободных ионов металла полидентатными лигандами превращает их в устойчивые, более координационно-насыщенные частицы не способные разрушить бикомлексы, а следовательно малотоксичные. Они мембранопроницаемы, способны к транспортировке, и выведению из организма.

Итак, токсичность элемента определяется его природой, дозой, а также молекулярной формой, в составе которой находится элемент. [10]

4. 
   Закономерности распределения биогенных элементов по s-, p-, d-, f-блокам периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
   

Основой для изучения свойств элементов и, в частности, их биологической роли является периодический закон Д.И. Менде­леева. Физико-химические свойства, а следовательно, их физиологическая и патологическая роль, определяются положением этих элементов в периодической системе Д.И. Менделеева.

Как правило, с увеличением заряда ядра атомов увеличива­ется токсичность элементов данной группы и уменьшается их содержание в организме. Уменьшение содержания, очевидно, связано с тем, что многие элементы длинных периодов из-за больших атомных и ионных радиусов, высокого заряда ядро, сложности электронных конфигураций, малой растворимости соединений плохо усваиваются живыми организмами. В организме в значительных количествах содержатся легкие элементы s- и р-6локов.

К макроэлементам относятся s-элементы первого (водород), третьего (натрий, магний) и четвертого (калий, кальций) перио­дов, а также р-элементы второго (углерод, азот: кислород) и третьего (фосфор, сера, хлор) периодов. Все они жизненно необходимы. Большинство остальных s- и р-элементов первых трех периодов (Li, В, AI, F) физиологически активны. s- и р-элемен­ты больших периодов (n≥4) редко выступают в качестве незаменимых. Исключение составляют s-элементы - калий, кальций, р-элемент - иод. К физиологически активным относят некоторые

---

s- и р-элементы четвертого и пятого периодов – стронций, мышь­як, селен, бром.

Среди d-элементов жизненно необходимы в основном эле­менты четвертого периода: марганец, железо, цинк, медь, ко­бальт. В последнее время установлено, что несомненна физио­логическая роль и некоторых других d-элементов этого периода: титана, хрома, ванадия.

d-элементы пятого и шестого периодов, за исключением мо­либдена, не проявляют выраженной положительной физиологи­ческой активности. Молибден же входит в состав ряда окисли­тельно-восстановительных ферментов (например, ксантиноксида­зы, альдегидоксидазы) и играет большую роль в протекании биохимических процессов.

Некоторые f-элементы(лантаноиды и актиноиды) в ничтож­ных количествах содержатся в организме человека, наличие мно­гих из них пока не установлено. Как правило, они высокоток­сичны, образуют устойчивые соединения с комплексонами, поли­фосфатами, β-дикетонамн, полифенолами. оксикислотами и дру­гими полидентантными лигандами. Поэтому попадание их в орга­низм может изменить течение многих биохимических реакций.

Сходство и различие биологического действия связано с электронным строением атомов и ионов. Взаимосвязь между физико-химическими характеристиками элементов и их биологическим действием позволяет прогнози­ровать результат поступления различных соединений биогенных эле­ментов в организм человека. [1]

---

Глава 2. Химические свойства и биологическая роль элементов.

2.1. s-элементы.

В периодической таблице s-элементы расположены в IА и IIА группах. Элементы первой группы называются щелочными металлами. Элементы второй группы: кальций, стронций, барий и радий называются щелочноземельными металлами. Элементы IА и IIА группы характеризуются сходными свойствами, так как имеют однотипное строение не только валентного слоя, но и одинаковое строение предвнешней электронной оболочки (за исключением лития и бериллия). [7]

Атомы щелочных металлов имеют на внешнем энергетическом уровне один электрон, атомы элементов второй группы – два электрона, которые атомами s-элементов легко теряются. При этом образуются катионы Ме⁺ и Ме²⁺, имеющие устойчивую электронную конфигурацию, соответствующую атомам благородных газов:

Ме ⁰ – 1ē = Ме ⁺; Ме ⁰ – 2ē = Ме ²⁺

Основные свойства s-элементов представлены в таблице 3.

Таблица 3. Свойства s-элементов


Физические свойства. В свободном состоянии металлы I-А группы характеризуются низкими температурами плавления и кипения, высокой электрической проводимостью, малой твердостью и плотностью, неустойчивостью к коррозии. Имеют серебристо-белую окраску. Металлы IIА группы имеют более прочные кристаллические решетки. На воздухе блеск

сохраняют только бериллий и магний, остальные металлы покрываются

пленкой из оксидов, сульфидов, карбонатов и т. д. [8]

Получение металлов. В свободном виде металлы I-А и II-А групп не встречаются. Получают эти металлы электролизом расплавов солей (как правило, хлоридов). Такие металлы, как калий, рубидий, цезий, стронций и барий можно получить алюмотермическим методом:

4 SrO + 2 Al = 3 Sr + SrO*Al₂O₃ (или [Sr(AlO₂)₂] – алюминат стронция)

Химические свойства:

Взаимодействие с кислородом. Большинство s-элементов легко окисляются на воздухе, поэтому хранят в закрытых сосудах под слоем керосина. При взаимодействии с кислородом s-элементы образуют оксиды трех видов:

---

а) Нормальные оксиды образуют – Li, Be, Mg, Ca и Sr:

4 Li + O₂ = 2 Li₂O;

б) Натрий и барий, соединяясь с кислородом, образуют пероксиды:

2 Na + O₂ = Na₂O₂;

в) Калий, рубидий и цезий с кислородом образуют надпероксиды:

К + O₂ = КO₂ (К₂О₄);

Рубидий и цезий воспламеняются при комнатной температуре, натрий и калий – только при нагревании. Бериллий на воздухе покрывается оксидной пленкой (ВеО), которая защищает металл от дальнейшего разрушения.

Взаимодействие с неметаллами. Все s-элементы энергично взаимо-действуют с галогенами:

Са + С1₂ = СаС1₂

С серой и другими неметаллами эти металлы взаимодействуют при нагревании. При взаимодействии с серой получаются соли – сульфиды:

2 Na + S = Na₂S (реакция идёт при нагревании);

При нагревании с углеродом получаются карбиды металлов:

2 Na + 2 С = Na₂С₂ (реакция идёт при нагревании);

С азотом без нагревания взаимодействует только литий, остальные s-элементы взаимодействуют с азотом при нагревании.

Металлы I-А и II-А групп могут взаимодействовать и с водородом с образованием гидридов металлов. При взаимодействии с активными металлами водород выступает в роли окислителя:

2 Na + Н₂ = 2 NaH

Взаимодействие с водой. Все s-элементы I группы энергично взаимодействуют с водой. Интенсивность этого взаимодействия в ряду Li – Cs

усиливается. Рубидий и цезий реагируют с водой со взрывом:

2 Na + 2 Н₂О = 2 NaОН + Н₂↑

Менее энергично с водой взаимодействуют s-элементы II группы. Бериллий с водой не взаимодействует за счет образования на его поверхности защитной оксидной пленки ВеО (так же, как и алюминий):

Mg + Н₂О = MgО + Н₂↑; MgO + Н₂О = Mg(ОН)₂

Остальные s-элементы II-А группы вытесняют водород из воды при комнатной температуре:

Ba (Ca, Sr) + 2 Н₂О = Bа(ОН)₂ + Н₂↑

Взаимодействие с кислотами. Все металлы I-А и II-А групп легко растворяются в разбавленных кислотах:

2 Na + 2 НС1 = 2 NaС1 + Н₂↑; Мg + Н₂SO_4(разб.) = МgSO₄ + Н₂↑

При взаимодействии металлов с концентрированной серной кислотой окислителем является сера, а поскольку металлы очень активны, то восстановление серы в серной кислоте идет до низшей степени окисления, т. е. до образования Н₂S:

4 Mg + 5 Н₂SO_{4 (конц.)} = 4 MgSO₄ + Н₂S↑ + 4 Н₂О

Взаимодействие металлов с азотной кислотой зависит от степени разбавления кислоты и активности металла:

---

Смотрите также файлы

• Реферат по дисциплине Социальная экология на тему Учение В. И. Вернадского о ноосфере.docx

• Новый фгос третьего поколения изменения стандартов.docx

• Внешняя политика России на рубеже xviiixix вв.doc

• Италия.docx

• Напористая пара Слейда.doc