lection16 (1113314)
Текст из файла
Биологический факультет (Специальность биофизика)Факультет биоинженерии и биоинформатики2005/2006Общая и неорганическая химияЛЕКЦИИЛекция 16. Переходныеметаллы. Марганец.Железо, кобальт, никельМеталлический марганец используется в сплавах. Специальная твердаяизносостойкая сталь для зубцов ковшей экскаваторов и т.п. содержит до 15% марганца.В соединениях марганец устойчив в степенях окисления +2, +3, +4, +7. Солимарганца +2 бледно-розовые.Гидроксид марганца +2 легко окисляется:2 Mn(OH)2 + O2 = 2 MnO2*H2OДальнейшее окисление возможно при сплавлении на воздухе со щелочью:2 MnO2 + O2 + 4 KOH = 2 K2MnO4 + 2 H2OНеустойчивый манганат диспропорционирует:3 K2MnO4 + 2 H2O = 2 KMnO4 + MnO2 + 4 KOHСоединения марганца +4 и +7 в кислой среде – сильные окислители:MnO2 + 4 HCl = MnCl2 + Cl2 + 2 H2OРеакция идет через промежуточное образование темно-красного комплекса [1]:MnO2 + 6 HCl = H2[MnCl6] + 2 H2OH2[MnCl6] → MnCl4 + 2 HCl → MnCl2 + Cl2Перманганат как окислитель в кислой среде:2 KMnO4 + 3 H2SO4 + 5 K2SO3 = 2 MnSO4 + 3 H2O + 6 K2SO42 KMnO4 + 5 SO2 + 2 H2O = 2 MnSO4 + K2SO4 + 2 H2SO42 KMnO4 + 16 HCl = 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2 + 8 H2OВ нейтральной среде:2 KMnO4 + H2O + 3 Na2SO3 = 2 MnO2 + 2 KOH + 3 Na2SO42 KMnO4 + 3 MnCl2 + 2 H2O = 5 MnO2 + 2 KCl + 4 HClВ щелочной среде:2 KMnO4 + 2 KOH + Na2SO3 = 2 K2MnO4 + H2O + K2SO4Демонстрация: перманганат калия с глицериномЖелезо, кобальт, никельСвойства простых веществ [2]FeCo0Температура плавления, С15351495Температура кипения, 0С275028703Плотность, г/см7,868,83-12Радиус атома, пм (10 м)124125Радиус иона Э2+ , пм82823+Радиус иона Э , пм6764Сплавы железаЧугун (2-5% углерода) t0 плавления 1100-12000С.1Ni145327328,901257862Белый чугун (хрупкий) – цементит Fe3C (6,68% С)Серый чугун – углерод в виде пластинок графитаКовкий чугун – углерод в виде зерен графитаКовкое железо (0,04-1,5% углерода)Сталь (0,5-1,7% углерода)Закалка стали – превращение аустенита (равновесный раствор углерода в железе) вметастабильный мартенсит.Для железа наиболее характерны степени окисления +2 и +3, неустойчивысоединения железа +4 и +6.Соединения железа +3 довольно сильные окислители:Fe3+ + e = Fe2+ E0 = +0,77 ВМожно ли окислить железом медь?Cu2+ + 2e = Cu+0,34 В2 FeCl3 + Cu = 2 FeCl2 + CuCl2I2 + 2e = 2 I– + 0,54 В2 FeCl3 + 2 KI = 2 FeCl2 + I2 + 2 KClДемонстрация: хлорное железо с иодидомА можно ли окислить серебро железом Fe3+ ?Fe3+ + e = Fe2+ E0 = +0,77 В+ 0,80 В(нельзя?)Ag+ + e = AgНО:AgCl + e = Ag+ + Cl– + 0,22 В(почему?)– По уравнению Нернста E = E0 + (0,059/n)lg[Mn+][Ag+] << 1AgCl:ПР = 1,6*10-10[AgCl2]–Kн = 10–52–[AgCl3]Kн = 10–5Получается, что можно, если окислитель FeCl3Оксоферраты (+6) получаются в щелочной среде:Fe2O3 + 3 KNO3 + 4 KOH = 2 K2FeO4 + 3 KNO2 + 2 H2OСоединения железа +6 – сильные окислители:2 FeO42– + 2 Cr3+ + 2 H+ = 2 Fe3+ + Cr2O72– + H2OУстойчивость к окислению и сила окислителей возрастает в ряду: Fe2+, Co2+, Ni2+Fe3+ + e = Fe2+E0 = +0,77 В3+2+Co + e = CoE0 = +1,81 ВNi3+ + e = Ni2+E0 = > +2 ВЩелочные железо-никелевые (кадмиево-никелевые) аккумуляторы:ЭДС мин.
1,1 В; зарядный ток = 1/4 емкости; емкость 3,5-8 Ач/кг2 Ni(OH)3 + KOH + Fe (Cd) ↔ 2 Ni(OH)2 + KOH + Fe(OH)2 → разряд(+)(-)Наибольшее биологическое значение имеют комплексные соединения элементов VIII Бгруппы. В 1951 г. было получено соединение железа (+2) с циклопентадиеном,уникальное по стабильности (выдерживает нагрев до 4000С). Позже был получен ряд“сэндвичевых” соединений, в которых соблюдается “правило 18-ти электронов” [3].2Для человека и теплокровных чрезвычайно важен гемоглобин [4]:Комплексные соединения.
Лиганды-комплексообразователиРяд лигандов по способности расщеплять d-уровни центрального иона(спектрохимический ряд лигандов) [5]:CO, CN– > NO2– > NH3 > NSC– > OH2 > OH– > F– > SCN– > Cl– > Br– > I–лиганды сильного полялиганды слабого полянизкоспиновые комплексывысокоспиновые комплексыσ-Донорыσ-Доноры, слабые π-донорыσ, π-Доноры, слабые π-акцепторыσ-Доноры, π-акцепторыπ-Доноры, π-акцепторыNH3, NR3, NSC–F–, OH–, H2O, ROH, R2OCl–, Br– , I– , SH– , SCN–CN–, CO, NO, PR3, NO2–C6H6, C2H4Моноксид углерода СО:Цианид-ион CN– ::С≡О:[:С≡N:]–3Содержание в живом организме и биологическое действиеУ человека марганец находится во всех органах и тканях – всего до 12 мг (1,6*10%) [ ].
Наиболее богаты марганцем трубчатые кости и печень (на 100 г свежего веществав трубчатых костях марганца содержится 0,3 мг, в печени – 0,205-0,170 мг) [7].Марганец активирует многие ферменты: дипептидазы, аргиназу (связываниетоксичного аммиака), карбоксилазу, каталазу, оксидазы, фосфатазы (совместно смагнием). Установлена связь марганца с витамином В1.
Марганец благотворно влияет наразвитие и процессы репродукции, усиливает рост.Для детского организма необходимо в сутки 0,2-0,3 мг марганца на 1 кг веса тела,для взрослого 0,1 мг. Всосавшийся с пищей марганец поступает с кровью в печень, где онотлагается. Особенно интенсивно марганец накапливается в печени в последние тримесяца эмбриональной жизни. Благодаря этому запасу грудной ребенок безболезненнопереносит относительный недостаток марганца во время кормления его материнскиммолоком, бедным марганцем.Выведение марганца происходит главным образом через кишечник. Наряду спеченью марганец накапливается в поджелудочной железе.Марганец защищает стенки артерий, делая их устойчивыми к образованиюатеросклеротических бляшек.
Марганец жизненно важен для функции мозга, дляобразования кожного пигмента. Входит в состав белков и ферментов. Обладаетвыраженной антиоксидантной активностью.В организм человека марганец поступает с пищей. Очень богаты марганцемрастительные соки и чай.При недостатке марганца нарушаются процессы окостенения во всем скелете,трубчатые кости утолщаются и укорачиваются, суставы деформируются. Нарушаетсярепродуктивная функция яичников и яичек.
Без оптимальных количеств марганца резковозрастает риск ревматоидного артрита, остеопороза, катаракты, рассеянного склероза исудорог. У больных диабетом содержание марганца снижено вдвое, и этот дефицит влияетна неспособность организма перерабатывать сахар [8].В настоящее время многочисленными опытами доказано, что марганец необходимдля нормального развития растений. При недостатке в почве марганца листья растенийприобретают бледно-желтый цвет с серым оттенком, на кончиках появляются черныепятна, листья скручиваются и отмирают.56Общее содержание железа в организме человека составляет около 4,5-5 г (0,007%).Из этого количества 57% находится в гемоглобине крови, 23% – в тканях и тканевыхферментах, а остальные 20% – депонированы в печени, селезенке, костном мозге ипредставляют собой "физиологический резерв" железа [9].Железо является жизненно необходимым элементом для организма.
Оно входит нетолько в состав кровяного пигмента гемоглобина, но также и в состав протоплазмы всехклеток. Гемоглобин играет чрезвычайно важную роль в дыхательной функции крови. Всостав гемоглобина входит атом двухвалентного железа, который, присоединяя кислород,превращает гемоглобин в оксигемоглобин. Это очень непрочное соединение, легкодиссоцииорующее на гемоглобин и кислород [10].Железо, необходимое для синтеза гемоглобина, доставляется белком ферритином,находящимся в селезенке, печени, костном мозге. Железо также входит в составцитохромов (сложные белки, относящиеся к классу хромопротеидов), участвующих впроцессах тканевого дыхания.При недостатке железа в организме развивается железодефицитная анемия(малокровие).
Даже незначительный дефицит железа ведет к утомлению, ухудшениюспособностей к обучению, ослаблению иммунной системы, снижению температуры тела,4поседению волос, повышению ломкости ногтей, потере физической силы и выносливости,а также уменьшению выработки тиреоидного гормона. Рак желудка также связан систощением запасов железа в организме. У женщин на истощение запасов железа можетуказывать постоянная неспособность сбрасывать лишний вес, связанная с пониженнойактивностью щитовидной железы [11].Кобальт принимает участие в процессе кроветворения, входит в состав витаминаВ12 (цианокобаламина), многих важных ферментов. Кобальт необходим для усвоенияжелеза. Органические соединения кобальта оказывают благоприятное влияние наиммунную активность [12].
В организме взрослого человека около 1,2 мг (2*10-6%)кобальта.Дефицит кобальта – это всегда дефицит витамина В12, который вызываетзлокачественную бессонницу, астму, невралгию и другие "злокачественные" заболевания.Назойливый звон и хронический шум в ушах, вызывающий потерю слуха, очень частосовпадает с дефицитом кобальта. У людей с диагнозом "депрессия" в крови отмеченыкрайне низкие показатели кобальта. Дефицит кобальта вызывает высокую частотузаболеваний эндокринной системы, особенно в районах с дефицитом кобальта в питании(наибольший дефицит кобальта выявлен в Латвии и Ярославской области). Подобнаязакономерность выявлена и в отношении системы кровообращения, рост заболеваниякоторой, как правило, сопровождается дефицитом кобальта.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
