Химия и биологическая роль элементов VI B группы

Государственное бюджетное образовательное учреждение

ВПО «ЧелГМУ» Минздрава России

 

 

 

Кафедра «Химии и фармацевтической химии.»

 

Реферат по дисциплине Химия

на тему: «Химия и биологическая роль

элементов VI B группы.»

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка 17 группы

 педиатрического факультета

 Петрова С. В.

Проверила:

к. б. н., доцент кафедры

 химии и фармацевтической химии

Иванова А. И.

 

 

Оренбург 2010

Содержание

1.Введение…………………………………………………………………..……..3

2.Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия

элементов и их распространенности в природе………....………………...……5

3. Свойства простых веществ: реакции с кислотами……………………….…..14

4. Важнейшие соединения хрома (III) и их химические свойства………..…..17

5. Соединения Ме (VI): молибденил- и вольфрамил-ионы; галогениды и оксигалогениды, оксиды, анионные комплексы………………………………20

6. Окислительные свойства хроматов и дихроматов……………………….…29

7. Медико-биологическое значение соединений хрома,

молибдена, вольфрама……………………………………………………….…..31

8.Заключение…………………………………………………………….……….34

9.Список используемой литературы……………………………..……………..35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

Введение

      Мнение  о том, что в организме человека можно обнаружить, практически все   элементы периодической системы Д. И. Меделеева, становится привычным.

     Однако многие ученые предполагают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет какую-то биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. По мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.

    Имеются данные, что содержание некоторых элементов в организме меняются с возрастом. Так, содержание кадмия в почках и молибдена в печени к старости повышается. Максимальное содержание цинка наблюдается в период полового созревания, затем оно понижается и в старости доходит до минимума.

     Однако необходимо  помнить, что для организма вреден не только недостаток, но и избыток биогенных элементов, так как при этом нарушается гомеостаз. Например, при поступлении избытка марганца с пищей в плазме повышается уровень меди, а в почках он снижается. Повышение содержания молибдена в продуктах питания приводит к увеличению количества меди в печени. Избыток цинка вызывает угнетение активности железосодержащих ферментов (антагонизм Zn и Fe).

   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.

3

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. Широко используют различные элементы и их соединения в качестве лекарственных средств.

    Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% - на неорганические. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se. Я остановлюсь на элементах шестой побочной подгруппы (подгруппа хрома): Cr,Mo и W.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе

  Шестую побочную подгруппу (подгруппу хрома) составляют элементы: хром, молибден, вольфрам. Содержание их в природе невелико, относятся они к редким металлам. Благодаря целому ряду полезных химических и физических свойств эти элементы широко используют в машиностроении и химической технологии.

Конфигурация валентных электронов Cr и Мо –(n-1)d5 ns1,W-5d46s2/.

Cумма валентных электронов хрома, молибдена, вольфрама равна 6, что и определило их положение в VIБ группе. Как у большинства d-элементов, предпоследний электронный слой неустойчив. У Cr и Мо-13 электронов, у W-12. Поэтому валентность хрома, молибдена и вольфрама непостоянна. По этой же причине соединения металлов группы VIБ характеризуется набором степеней окисления от +2 до +6.Наиболее устойчивы соединения со степенью окисления +3 и +6.

Соединения молибдена и вольфрама более устойчивы со степенью окисления +6.Молибден со степенью окисления проявляет слабые окислительные свойства, восстанавливаясь до +5. Окислительные свойства практически не проявляются в аналогических соединениях вольфрама, что соответствует общей закономерности для d-элементов: c увеличением  порядкового номера элемента в группе увеличивается устойчивость соединений с высшей степенью окисления.

В свойствах элементов этой группы проявляются закономерности, характерные для всех d-элементов. Незначительное увеличение орбитального радиуса молибдена (по сравнению с хромом) и небольшое

5

уменьшение орбитального радиуса вольфрама (вследствие лантаноидного сжатия) определяют следующие свойства: в группе сверху вниз энергия ионизации увеличивается, что ведет к уменьшению металлических и восстановительных свойств элементов. Поэтому самым активным является хром, он проявляет и более сильные восстановительные свойства.

Химия хрома, молибдена и вольфрама, как и у других d-элементов представлена большим числом комплексных соединений, для которых наиболее характерно координационное число 6, что соответствует sp3d2-гибридизации.

Элементы группы VIБ, в отличие от других d-элементов ,образуют  кислородные полимерные соединения сложного состава .Склонность к полимеризации у Cr(VI) слабо выражена и сильнее проявляется у Мо(VI) и W(VI).Образование полимерных ионов обьясняется большой  энергией связи М-О и способностью мономерных ионов МоО42-  и WO42- образовывать полимерные кристаллы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

История открытия молибдена и его распространение в природе

      Название молибдена  происходит от латинского слова molybdaena, которым в средние века обозначали все минералы способные оставлять след на бумаге: и графит, и галенит Pbs, и даже сам свинец. И ещё минерал, который сейчас называют молибденитом, или молибденовым блеском. Впоследствии оказалось, что этот минерал тогда ещё неизвестного элемента №42. Но до середины 18-го века молибденит и графит не различали, лишь в 1758 г. известный шведский химик и минералог Аксель Фредерик Кронстедт предположил, что это самостоятельных вещества, но прошло ещё 20 лет, прежде чем это сумели доказать на опыте.

      Минерал, которым писали, попал в лабораторию другого большого химика, Карла Вильгельма Шееле. Первое, что он сделал, это исследовал, как на этот минерал действуют крепкие кислоты. В концентрированной азотной кислоте минерал растворился, но при этом в колбе выпал белый осадок. Высушив его и исследовав, Шееле установил, что особая белая земля обладает свойствами кислотного окисла.

      В то время химики ещё не имели чёткого представления о том, что ангидрид(«кислота-вода») – это соединение элемента с кислородом. Однако собственный опыт подсказывал учёному: чтобы выделить элемент из «земли», нужно прокалить её с чистым углем. Но для этого у Шееле не было подходящей печи. И он попросил проделать этот опыт другого химика, Гьельма, у которого такая печь была. Гьельм согласился.

Лишённый чувств зависти, беззаветно преданный науке, Шееле с волнением ждал результата. И когда опыты завершились получением неизвестного металла, Шееле написал Гьельму: «Радуюсь, что мы теперь обладаем

7

металлом – молибденом».

       Это было в 1790 г. Новый металл получил имя – чужое имя, потому что латинское molibdaena происходит от древнегреческого названия свинца – μολνβδος. В этом есть парадокс – трудно найти металлы более несхожие чем молибден и свинец.

Но металл полученный Шееле и Гьельмом, не был чистым: при прокаливании с углем трёхокиси молибдена МоО3 невозможно получить чистый Мо, т.к. он реагирует с углем, образуя карбид.

       Уже после смерти обоих первооткрывателей их знаменитый соотечественник Берцелиус восстановил молибденовый ангидрид не углем, а водородом, получил чистый молибден, установил его атомный вес и подробно исследовал его свойства.

        Молибден принадлежит к малораспространённым элементам. Среднее содержание его в земной коре составляет ~3•10-4% (по массе).  Концентрация молибдена в рудах незначительна. Эксплуатируются руды, содержащие десятые и даже сотые доли процента молибдена.

     Различают несколько видов молибденовых руд:

1.простые кварцево-молибденовые руды, в которых молибденит залегает в кварцевых жилах.

2.Кварцево-молибдено-вольфрамитовые руды, содержащие наряду с молибденитом вольфрамит.

3.Скарновые руды. В рудах этого типа молибденит часто с шеелитом и некоторыми сульфидами (перит, халькоперит) залегают в кварцевых жилах, заполняющих трещины в скарнах (окременённых известняках).

8

4.Медно-молибденовые руды, в которых молибденит сочетается с сульфидами меди и железа. Это наиболее важный источник получения молибдена.

Содержание молибдена в биосфере тесно связана с живым веществом и продуктами его распада; среднее содержание Молибдена в организмах 1·10-5%. На земной поверхности, особенно в щелочных условиях, Mo (IV) легко окисляется до молибдатов, многие из которых сравнительно растворимы. В ландшафтах сухого климата Молибден легко мигрирует, накапливаясь при испарении в соляных озерах (до 1-10-3%) и солончаках. Во влажном климате, в кислых почвах Молибден часто малоподвижен; здесь требуются удобрения, содержащие Молибден (например, для бобовых).

В речных водах Молибдена мало (10-7 - 10-8%). Поступая со стоком в океан, Молибден частично накапливается в морской воде (в результате ее испарения Молибдена здесь 1·10-6%), частично осаждается, концентрируясь в глинистых илах, богатых органическим веществом и H2S.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

История открытия хрома и его распространенность в природе

        Хром был обнаружен в конце XVIII века.

        В 1766 году петербургский профессор химии И.Г.Леман описал новый минерал, найденный на Урале на Березовском руднике, в 15 километрах от Екатеринбурга. Обрабатывая камень соляной кислотой, Леман получил изумрудно-зеленый раствор, а в образовавшемся белом осадке обнаружил свинец.

Спустя несколько лет, в 1770 году, Березовские рудники описал академик П.С.Паллас.

Вот как он описывал хром в своих работах:

“Березовские копи, состоят из четырех рудников, которые разрабатываются с 1752 года. В них наряду с золотом добываются серебро и свинцовые руды, а также находят замечательный красный свинцовый минерал, который не был обнаружен больше ни в одном другом руднике России. Эта свинцовая руда бывает разного цвета (иногда похожего на цвет киновари), тяжелая и полупрозрачная... Иногда маленькие неправильные пирамидки этого минерала бывают вкраплены в кварц подобно маленьким рубинам. При размельчении в порошок она дает красивую желтую краску...”.

Сначала обнаруженный минерал был назван “сибирским красным свинцом”. Впоследствии за ним закрепилось название “крокоит”.

В конце XVIII века образец крокоита был привезен Палласом в Париж.

Этим минералом заинтересовался известный французский химик Луи Никола Воклен. В 1796 году он подверг минерал химическому анализу.

 

10

Он проводит анализ минерала в своем отчете: “Все образцы этого вещества, которые имеются в нескольких минералогических кабинетах Европы, были получены из Березовского золотого рудника. Раньше рудник был очень богат этим минералом, однако говорят, что несколько лет назад запасы минерала в руднике истощились, и теперь этот минерал покупают на вес золота, в особенности, если он желтый.

Образцы минерала, не имеющие правильных очертаний или расколотые на кусочки, годятся для использования их в живописи, где они ценятся за свою желто-оранжевую окраску, не изменяющуюся на воздухе...

Красивый красный цвет, прозрачность и кристаллическая форма сибирского красного минерала заставила минералогов заинтересоваться его природой и местом, где он был найден. Большой удельный вес и сопутствующая ему свинцовая руда, естественно, заставляли предполагать о наличии свинца в этом минерале...”

      В 1797 году Воклен повторил анализ. Растертый в порошок крокоит он поместил в раствор углекислого калия и прокипятил. В результате опыта ученый получил углекислый свинец и желтый раствор, в котором содержалась калиевая соль неизвестной тогда кислоты. При добавлении к раствору ртутной соли образовывался красный осадок, после реакции со свинцовой солью появлялся желтый осадок, а введение хлористого олова окрашивало раствор в зеленый цвет. После осаждения соляной кислотой свинца Воклен выпарил фильтрат, а выделившиеся красные кристаллы (это был оксид шестивалентного хрома) смешал с углем, поместил в графитовый тигель и нагрел до высокой температуры. Когда опыт был закончен, ученый обнаружил в тигле множество серых сросшихся металлических иголок, весивших в 3 раза меньше, чем исходное вещество.

     Так впервые был выделен новый элемент. Один из друзей Воклена

11

предложил ему назвать элемент хромом (по-гречески “хрома” - окраска) из-за яркого разнообразного цвета его соединений. Сначала Воклену не понравилось предложенное название, поскольку открытый им металл имел скромную серую окраску и как будто не оправдывал своего имени. Но друзья все же сумели уговорить Воклена и, после того как французская Академия наук по всей форме зарегистрировала его открытие, химики всего мира внесли слово “хром” в списки известных науке элементов.

      В 1854 году удалось получить чистый металлический хром электролизом водных растворов хлорида хрома. В металлургии, где расход хрома для легирования сталей очень велик, используют не сам хром, а его сплав с железом - феррохром.