ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. С увеличением порядкового номера в побочных подгруппах металлические свойства элементов уменьшаются. Все d-элементы являются восстановителями. Восстановительная способность в растворах в пределах периода уменьшается. Наиболее сильными восстановителями являются металлы III-Б группы. У большинства d-элементов образуются защитные оксидные пленки, вызывающие их пассивацию и предохраняющие их от коррозии. Наиболее склонны к пассивации металлы IV–VI групп. Элементы III и II-Б групп (кроме ртути) легко взаимодействуют с разбавленными кислотами, а лантан взаимодействует и с водой. Не взаимодействуют с разбавленными кислотами металлы I-Б группы, ртуть и платиновые металлы (Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt).

Общим свойством d-элементов является способность образовывать соединения, в которых они проявляют различные степени окисления (кроме d-элементов II группы: цинка и кадмия). Поэтому для большинства d-элементов характерны окислительно-восстановительные реакции. Строение и свойства соединений d-элементов зависят от степени окисления металла. Большинство соединений d-элементов с низшей степенью окисления проявляют восстановительные свойства. Переходные металлы, проявляющие переменную валентность, в низшей степени окисления с сильными окислителями образуют соединения, как правило, ионного типа с основными или амфотерными свойствами. Соединения d-элементов со слабыми окислителями (N, B, C, H, S, Si) являются металлоподобными веществами, обладающими электрической проводимостью. Некоторые из соединений обладают сверхпроводимостью при низких температурах. Для соединений, d-элементов, в которых металл находится в высшей степени окисления, характерны кислотные и окислительные свойства, при этом они образуют полярные ковалентные химические связи.

С увеличением степени окисления в соединениях d-элементов усиливаются кислотные и окислительные свойства:



Так как атомы d-элементов и их ионы имеют большое число вакантных орбиталей на внешнем (s- и р-орбитали) и предвнешнем (d- и у многих f-орбитали) энергетическом уровне и относительно большой радиус, то для них характерны реакции комплексообразования. При этом d-элементы могут образовывать комплексные соединения различных типов:

---

Прочность комплексов с одинаковыми лигандами возрастает с увеличением заряда иона металла и с уменьшением его радиуса. Так как переходные металлы и их ионы имеют неспаренные электроны, способные при поглощении световой энергии переходить с основных энергетических уровней и подуровней на более высокие уровни (в возбужденное состояние), то большинство ионов металлов и их соединений окрашены. Окраска зависит от разности энергии основного и возбужденного состояния и длины поглощаемого света. Многие d-элементы, особенно металлы VIII и I групп используются в качестве катализаторов для различных реакций. [3,7,10,12]

Биологическая роль некоторых d-элементов:

Молибден. В организме взрослого человека содержится примерно 6 г хрома (0,1 %).Избыточное содержание молибдена в пище нарушает метаболизм Ca²⁺ и PO4^3-, вызывая снижение прочности костей – остеопорозы, а дефицит – вызывает уменьшение активности ксантиноксидазы в тканях.

Марганец, технеций. Используется для решения медико-биологических задач.

Железо. При недостатке в организме железа может развиваться болезнь – железодефицитная анемия (малокровие). Возникает тканевая кислородная недостаточность, связанная с нехваткой железа для синтеза гемоглобина.

Медь. Ежедневно организму требуется 2,5 – 5,0 мг меди. При недостатке в организме меди может развиваться болезнь – медьдефицитная анемия. Медь необходима для усвоения железа, в частности, при синтезе цитохромоксидазы, которая содержит и железо, и медь. При дефиците меди нарушается нормальное развитие соединительных тканей и кровеносных сосудов.

Ртуть. Содержание ртути в пищевых продуктах (в морских, как в Японии) приводит к «болезни минамата». Симптомы включают нарушение моторики, парестезию в конечностях, ослабление зрения и слуха, а в тяжёлых случаях — паралич и нарушение сознания, завершающиеся летальным исходом. [1,5,8]

---

Глава 3. «Химия биогенных элементов» в учебной деятельности студентов в рамках дисциплины «Химия».

3.1.	Методическая разработка лабораторно-практического занятия по химии биогенных элементов.

Тема: «Химия биогенных элементов. Принципы качественного анализа»

Вид занятия: лабораторная работа [2].
Основной задачей качественного анализа является обнаружение веществ, находящихся в интересующем нас объекте (биологические материалы, лекарственные препараты, продукты питания, объекты окружающей среды). В данном курсе рассматривается качественный анализ неорганических веществ, являющихся электролитами, т. е. по сути качественный анализ ионов. Из всей совокупности встречаю­щихся ионов выбраны наиболее важные в медико-биологическом отношении: ионы биогенных элементов (Fe²⁺, Fe³⁺, Zn²⁺, Ca²⁺, Na⁺, K⁺, Mg²⁺, Cl^-, PO₄^3-, CO₃^2-), ионы-токсиканты окружающей среды (Pb²⁺ , NO3^-, NO2^-). Многие из этих ионов входят в состав раз­личных лекарственных препаратов и продуктов питания.

В качественном анализе используются не все реакции, возможные между теми или иными ионами, а только те, которые сопровож­даются отчетливым аналитическим эффектом.

Наиболее часто встречающиеся аналитические эффекты: появле­ние новой окраски, выделение газа, образование осадка.

В основе деления катионов на группы лежат реакции с кислота­ми и основаниями. При последовательной обработке испытуемой смеси соляной кислотой; серной кислотой; избытком щелочи в при­сутствии пероксида водорода; раствором аммиака выделяют следую­щие группы:

1. Ионы, не образующие осадки ни с одним из перечисленных реактивов (Na⁺, К⁺, NH₄^-);

2. 
   Ионы, образующие нерастворимые хлориды (Рb²⁺, Ag⁺);
   
3. 
   Ионы, образующие нерастворимые сульфаты (Pb²⁺, Са²⁺, Sr²⁺, Ва²⁺);
   

4. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в избытке щело­чи (Al³⁺, Cr³⁺, Zn²⁺);

5. Ионы, образующие гидроксиды, нерастворимые ни в избытке щелочи, ни в аммиаке (Fe²⁺, Fe³⁺, Мn²⁺, Mg²⁺);

---

6. Ионы, образующие гидроксиды, растворимые в аммиаке (Со²⁺,Сu²⁺, Ni²⁺, Hg²⁺, Cd²⁺).

Анионы делят на группы с использованием реакций осаждения и окислительно-восстановительных реакций.

При протекании реакций осаждения выделяют:

1) ионы, образующие осадки с нитратом серебра в присутствии NO₃^-: Cl^-, Br^-, I^-, SCN^-, S^2-, S₂O₃^2-;

2) ионы, образующие осадки с хлоридом бария в нейтральной среде: SO₄^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, PO₄^3-, CO₃^2-, B₄O₇^2-;

3) ионы, не образующие осадки ни с одним из перечисленных реактивов: NО₃^-, NO₂^-.

Анионы некоторых кислот при обработке сильными кислотами выделяют газообразные продукты: NO₂^- (образует бурый газ NO₂), CO₃^2-, SO₃^2-, S₂O₃^2-, S^2- (одновременно выпадает в осадок сера).

По возможности протекания окислительно-восстановительных реакций выделяют:

1) анионы-окислители, реагирующие в кислой среде с иодидом калия с образованием йода (NО₃^-, NO₂^-);

2) анионы-восстановители, реагирующие с подкисленным рас­твором перманганата калия (SO₃^2-, S₂O₃^2-, S^2-, NO₂^-, Br^-, I^-, SCN^-, Cl^-). Серосодержащие ионы (SO₃^2-, S₂O₃^2-, S^2-) являются более силь­ными восстановителями по сравнению с остальными, поэтому они способны вступать в реакцию с йодом, менее сильным, чем перман­ганат калия, окислителем;

3) анионы, не проявляющие окислительно-восстановительные свойства в водных растворах, т. е. не вступающие в реакции ни с перманганатом калия, ни с йодидом калия (CO₃^2-, PO₄^3-, SO₄^2-, B₄O₇^2-, СН₃СОО^-).

Работа 1. Качественные и групповые реакции катионов и анионов

Цель: Освоить технику проведения качественных и групповых реакций на ионы биогенных элементов и элементов-токсикантов.

Оборудование: штатив с пробирками; микроскоп; предметные стекла; изогнутые стеклянные трубки, вставленные в пробки; стеклянные палочки; нихромовая проволока; фильтровальная бумага; лакмусовая бумага синяя и красная; универсальный индикатор.

Реактивы: растворы сульфата натрия, сульфата калия, сульфата аммония, хлорида бария, хлорида кальция, хлорида магния, хлорида цинка, хлорида хрома(III), хлорида марганца(II), хлорида железа(III), нитрита натрия, тио­сульфата натрия, оксалата аммония, бромида калия, иодида калия, нитрата натрия, ацетата кальция, дихромата калия, карбоната аммония, гексациано­феррата(III) калия, гексацианоферрата (П) калия (все - с концентрацией 0,5 моль/л); ацетата натрия, с(СН

---

_зСООNа) = 1 моль/л; перманганата калия, с(КМпО₄) = 0,05 моль/л; карбоната калия, с(К₂СО_з) = 2 моль/л; пероксида водорода, с(Н₂О₂) = 0,15 моль/л; иодида калия, с(К1) = 0,1 моль/л; серной кислоты, c(H₂S0₄) = 2 моль/л; азотной кислоты, с(НNО_з) = 2 моль/л; гидр оксида натрия, c(NaOH) = 6 моль/л и 2 моль/л; уксусной кислоты, с(СН_зСООН) = 2 моль/л; нитрата серебра (w = 0,1 %); гидроксида кальция (насышенный); иода (1,3 г иода в 1 л воды); тиоцианата калия (насыщенный); хлорная вода; сульфат железа(lI); растворы гексанитрокупрата натрия-свинца, цинк-уранил ацетат; амиловый спирт; хлороформ; висмутат натрия; сульфит натрия (кристаллический); сухие соли натрия, калия, лития, кальция, бария, стронция.

Выполнение эксперимента:

О п ы т 1. Изучение классификации анионов, основанной на окислительно-восстановительных свойствах.

Раствор сульфита натрия наливают в три пробирки. В первую про­бирку добавляют раствор йодида калия и разбавленный раствор сер­ной кислоты, во вторую - водный раствор йода, в третью - раствор перманганата калия слабо-розового цвета и разбавленный раствор серной кислоты. Аналогично поступают с растворами бромида на­трия, ацетата натрия и нитрита натрия. Результаты наблюдений за­писывают в таблицу 5.

Таблица 5. Изучение классификации анионов, основанной на окислительно-восстановительных свойствах

Изучаемый ион	Наблюдения при добавлении реактива
	I-, H+	I2	MnO4-, H+
SO32-
Br-
СН3СОО-
NO2-

О п ы т 2. Изучение действия сильных кислот на анионы.

В три про­бирки наливают по 1 мл растворов: а) нитрита натрия; б) тиосульфа­та натрия; в) карбоната натрия. В каждую пробирку добавляют по несколько капель разбавленного раствора серной кислоты. Наблюдаемые измерения записывают в тетрадь.

О п ы т 3. Использование осадочных реакций для обнаружения ионов щелочноземельных металлов и галогенид-ионов.

---

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