Медико-биологическое значение элементов 4А группы таблицы Д.И.Менделеева

МИНИСТЕРСТВО ЗДРАВООХРАНЕНИЯ

И СОЦИАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ РФ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра общей, бионеорганической  и биоорганической химии

 

Медико-биологическое  значение элементов 4А группы таблицы  Д.И.Менделеева

 

                                                    Реферат

                                                                             Студентки 132 группы

                                                                                            Медико-профилактического 

                                                          факультета

                                                                Т.С. Давыдова

 

                                                                                  Научный руководитель:

                                                                                               В.Я. Кириллова

 

 

 

САМАРА

2012

 

 

Оглавление

Введение......................................................................................................3

1.Общая характеристика элементов подгруппы углерода……………….4-9

А) Германий. Биологическое значение. Применение в медицине…..4-5

Б) Олово и свинец. Применение в  медицине……………………………………5-6

В) Углерод и кремний……………………………………………………………………….6-11

2.Аллотропные видоизменения углерода…………………………………….12-15

Заключение…………………………………………………………………………………………16

3.Список использованной литературы……………………………………………….17

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Цель состоит в том, чтобы провести анализ химических элементов 4А группы.

 Достижение указанной  цели требует постановки и  решения следующих задач:

1. Рассмотреть общую характеристику элементов.
2. Исследовать физические и химические свойства элементов.
3. Узнать о получении элементов, о их наличии в природе.
4. Выявить медико-биологическое значение элементов 4А группы и их использование в медицине.
5. Оценить в целом значение элементов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика элементов подгруппы углерода. 

 

Главную подгруппу IV группы периодической системы Д. И. Менделеева  образуют пять элементов - углерод, кремний, германий, олово и свинец. В связи с тем, что от углерода к свинцу радиус атома увеличивается, размеры атомов возрастают, способность к присоединению электронов, а следовательно, и неметаллические свойства будут ослабевать, легкость же отдачи электронов - возрастать. Уже у германия проявляются металлические свойства, а у олова и у свинца они преобладают над неметаллическими. Таким образом, углерод и кремний относят к неметаллам, германий причисляют как к металлам, так и к неметаллам, а олово и свинец - металлы.

По содержанию в организме  человека (10^?6—10^?5%) германий относится к микроэлементам. Биологическая роль окончательно не выяснена. Соединения германия усиливают процессы кроветворения в костном мозге. Известно также, что соединения германия мало–токсичны. 

Германий по внешнему виду похож на металлы, но хрупок. Как  и кремний, германий принадлежит  к полупроводникам, т. е. к веществам, занимающим промежуточное положение  между непроводниками электрического тока, или изоляторами (многие неметаллы),  и проводниками (металлы). В качестве полупроводника германий широко применяется в радиоэлектронике.

Для медицинских нужд наиболее широко германий первыми начали применять в Японии. Испытания различных германийорганических соединений в опытах на животных и  в клинических испытаниях на людях  показали, что они в разной степени  положительно влияют на организм человека. Прорыв наступил в 1967 г., когда доктор К. Асаи обнаружил, что органический германий, способ синтеза которого был ранее разработан в нашей стране, обладает широким спектром биологического действия.

Среди биологических свойств органического  германия можно отметить его способности:

·  обеспечивать перенос кислорода в тканях организма;

·  повышать иммунный статус организма;

·  проявлять противоопухолевую активность

Так японскими учеными был создан первый препарат с содержанием органического  германия «Германий – 132», использующийся для коррекции иммунного статуса  при различных заболеваниях человека.

В России биологическое действие германия изучалось давно, но создание первого  российского препарата «Гермавит» стало возможным только в 2000 г., когда финансы в развитие науки и, в частности, медицины стали вкладывать российские бизнесмены, понимающие, что здоровье нации требует самого пристального внимания, а его укрепление является важнейшей социальной задачей нашего времени.

Простые вещества, образованные оловом и свинцом- следующими элементами подгруппы, проявляют уже все типичные свойства металлов:  металлический блеск, высокую электрическую проводимость и  теплопроводность, пластичность. Как правило, олово и свинец образуют соединения, в которых они проявляют степени окисления +2 и +4.  На внешнем энергетическом уровне атомов элементов главной подгруппы IV группы содержатся четыре электрона: два спаренных s-электрона и  два неспаренных р-электрона. Поэтому при образовании соединений атомы этих элементов могут или отдавать все  четыре электрона, проявляя высшую степень окисления +4, или принимать четыре электрона, проявляя при этом степень окисления -4.

По  содержанию в организме человека (10^-4 %) олово относится к микроэлементам.

Олово попадает в организм человека с кислыми продуктами, консервированными в жестяных банках, покрытых слоем олова. В кислой среде олово растворяется и в форме соли поступает в кровь, проявляя токсическое действие. Однако в опытах на крысах установлено, что олово в малых количествах стимулирующе действует на рост крыс. Это дает основание предполагать его необходимость и для человека. Безусловно, выяснение биологической роли этого микроэлемента требует дополни–тельного изучения.

В медицинской практике находят применение различные материалы, в частности пломбировочные, содержащие олово. Так, олово входит в состав серебряной амальгамы (28%) для изготовления пломб.

Свинец  и его соединения, особенно органические, весьма токсичны. Соединения свинца влияют на синтез белка, энергетический баланс клетки и ее генетический аппарат. Многие факторы говорят в пользу денатура-ционного механизма. Установлено, что свинец – один из элементов, присутствие которых в продуктах питания влияет на развитие кариеса.

С пищей, водой, атмосферным воздухом человек ежесуточно поглощает до 100 мкг свинца. Свинец депонируется в основном в скелете (до 90%) в форме труднорастворимого фосфата. Массовая доля свинца в организме человека – 106 %? . Безопасным для человека считают суточное поступление 0,2—2 мг свинца.

В медицинской практике нашли применение как наружные вяжущие антисептические средства ацетат свинца (примочки) и оксид свинца (II) РЬО (входит в состав пластыря свинцового простого).

Среди элементов IV группы наибольшее значение имеют углерод, входящий в  состав всех живых организмов, и  кремний - важнейший элемент земной коры.

Двухвалентные соединения  для кремния менее характерны, чем для углерода. Это связано с меньшим значением энергии возбуждения атомов кремния благодаря большей удаленности наружных электронов от ядра. При обычных условиях углерод и кремний очень инертны и практически не взаимодействуют ни с какими простыми и сложными веществами.

По содержанию в организме человека (21,15%) углерод относится к макроэлементам. Он входит в состав всех тканей и клеток в форме белков, жиров, углеводов, витаминов, гормонов. С биологической точки зрения углерод является органогеном номер 1.

По  содержанию в организме человека (103 %?) кремний относится к примесным микроэлементам. Больше всего кремния в печени, надпочечниках, волосах, хрусталике. Так как природный диоксид кремния плохо растворим в воде, то в организм человека он попадает не столько через пищеварительный тракт, сколько воздушным путем через легкие в виде пылеобразного SiО₂. С нарушением обмена кремния связывают возни–кновение гипертонии, ревматизма, язвы, малокровия.

В медицинской практике применяют  карбид кремния (IV) SiC – карборунд для шлифовки пломб и пластмассовых протезов. Диоксид кремния SiО₂ входит в состав силикатных цементов.

Необходимо  отметить, что пыль, состоящая из частиц угля, диоксида кремния и алюминия при систематическом воздействии на легкие вызывает заболевание – пневмокониозы. При действии угольной пыли – это антракоз, профессиональное заболевание шахтеров. При вдыхании пыли, содержащей S1O₂ , возникает силикоз, при действии алюминиевой пыли – алюминоз.

 

При обычных условиях углерод  и кремний очень инертны и практически не взаимодействуют ни с какими простыми и сложными веществами. Исключение составляет аморфный кремний, реагирующий с фтором.

При нагревании углерод и  кремний взаимодействуют с галогенами, с элементами подгруппы серы, азотом, водородом и многими металлами. В последнем случае образуются соединения, называемые карбидами и силицидами. С углеродом и кремнием взаимодействуют лишь некоторые кислоты, являющиеся сильными окислителями. Например, в присутствии окислителей (KClO₃, MnO₂) аморфный углерод растворяется в концентрированных азотной и серной кислотах при нагревании. Кремний же растворяется лишь в смеси азотной и плавиковой кислот:

3Si + 18HF + 4HNO₃ = 3H₂SiF₆ + 4NO + 8Н₂О

Щелочи переводят кремний  в соли кремниевой кислоты с выделением водорода:

Si + 2КОН + H₂O= К₂Si0₃ + 2Н₂

С водой углерод и кремний  реагируют лишь при высоких температурах:

С + Н₂О ^®_¬ СО + Н₂

Si + ЗН₂О = Н₂SiO₃ + 2Н₂

Первая из этих реакций  имеет большое практическое значение. Она лежит в основе процесса газификации  твердого топлива.

Углерод в отличие от кремния  непосредственно взаимодействует с водородом:

С + 2Н₂ = СН₄

Реакция осуществляется при  нагревании в присутствии катализатора (мелкий раздробленный никель). Продукт взаимодействия — метан — является первым членом ряда предельных углеводородов, состав которых выражается формулой C_nH_2n+2.

Аналогично углероду кремний  тоже образует с водородом соединения, но они менее устойчивы. Надежно идентифицированы только шесть низших гомологов предельного ряда. Их называют силанами. Простейший представитель моносилан SiH₄ имеет строение, аналогичное СН₄. Силаны - крайне реакционноспособные соединения, воспламеняющиеся на воздухе. Низкая прочность связи Si—Si (DH = -220 кДж/моль) по сравнению со связью С—С (DH = -340 кДж/моль) обусловила возможность образования лишь ограниченного числа силанов по сравнению с углеводородами. 

Склонность углерода к  образованию полимерных цепей объясняет  то обстоятельство, что он в обычных  условиях тверд, нелетуч и химически инертен.

При нагревании на воздухе  углерод и кремний сгорают  с образованием оксидов. Однако процессы окисления идут по-разному. При недостатке кислорода углерод образует оксид углерода (II), а при избытке — оксид углерода (IV). Кремний с кислородом во всех случаях образует оксид кремния (IV). Оксид кремния (II) может быть получен лишь косвенным путем:

Si + SiO₂ = 2SiO.           

 В природе кремнезем(SiO₂) встречается в виде включений в граниты и другие породы. Такие включения заметны на осколках породы, они напоминают кусочки оплавленного стекла. Освобождаясь при выветривании породы, они скапливаются в руслах рек в виде белого песка. Встречается оксид кремния(IV) и в виде прекрасных кристаллов кварца размером, иногда превышающим человеческий рост. Советские ученые и инженеры разработали методы, позволяющие искусственно выращивать кристаллы кварца длиной до 1,5-2 м.           

 При плавлении аморфный  кварц размягчается постепенно  и также постепенно при охлаждении  затвердевает. Это облегчает изготовление  из кварца изделий, например  химической посуды. Кварц очень  мало расширяется при нагревании. Поэтому кварцевую посуду можно,  раскалив добела, бросить в холодную  воду, и она не растрескается. 

Оксид кремния (IV) практически  нерастворим в воде. Соответствующая ему кремниевая кислота получается вытеснением ее из растворов солей другими кислотами, в том числе и угольной. Обратите внимание, что в растворе угольная кислота вытесняет кремниевую из ее солей, а при прокаливании происходит обратное явление. Первый процесс обусловлен тем, что кремниевая кислота более слабая, чем угольная. Второй же процесс объясняется меньшей летучестью оксида кремния (IV).

Высшие солеобразующие оксиды углерода и кремния довольно сильно отличаются по свойствам. Оксид углерода (IV) - газ, который конденсируется лишь при сильном охлаждении, образуя кристаллическую массу, а оксид кремния (IV), напротив, кристаллическое вещество, встречающееся в природе в виде минерала кварца.