P-элементы

Sb₂S₃ + 2 (NH₄)₂S₂ = Sb₂S₅ + 2 (NH₄)₂S.

Для производных Bi (III) восстановительная активность вообще не характерна. Ослабление кислотных признаков проявляется так же в ряду сульфидов Э₂S₃: желтый As₂S₃, оранжевый Sb₂S₃ и черно-бурый Bi₂S₃ - твердые вещества, не растворимые в воде. Если производные мышька (V) к типичным окислителям не относятся, а их окислительная способность (H₃AsO₄) проявляется в кислой среде. Производные висмута (V) являются сильнейшими окислителями. Сульфиды Э₂S₅ во многом напоминают оксиды Э₂О₅. Желтый As₂S₅ и оранжевый Sb₂S₅ с водой не взаимодействуют; будучи кислотными соединениями, они растворяются в присутствии основных сульфидов или при действии щелочей с образованием тиосолей:

As₂S₃ + 3 (NН₄)₂S = 2 (NН₄)₃AsS_4,

As₂S₃ + 3Na₂S = 2Na₃AsS

Сульфиды получают либо взаимодействием простых веществ, либо осаждением при действии H₂S на производные Э (V) в кислой среде:

2Na₃AsО₄ + 5H₂S (p) + 6HCl (p) = As₂S₅ (т) + 6NaCl + 8H₂О.

Применение. Мышьяк используют как добавку к некоторым сплавам. Соединения мышьяка применяют для борьбы вредителями сельскохозяйственных культур. Мышьяк и висмут - составная часть электродов для измерения pH, компоненты многих сплавов, легирующае добавки полупроводников. Соединения сурьмы применяются для изготовления красителей керамических изделий и художественных красок. Соли висмута используют в производстве косметических препаратов.

9. Биологическая роль р-элементов VA-группы. Применение их соединений в медицине

Азот по содержанию в организме человека (3,1%) относится к макроэлементам. Если учитывать только массу сухого вещества организмов (без воды), то в клетках содержание азота составляет 8-10%. Этот элемент - составная часть аминокислот, белков, витаминов, гормонов. Азот обра зует полярные связи с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганических комплексах - металло-ферментах атомы азота по донорно-акцепторному механизму связывают неорганическую и органическую части молекулы, аминогруппу - NH₂ с основными свойствами и карбоксильную группу (-СООН) с кислотными свойствами. Аминогруппа выполяет очень важную функцию в молекулах нуклеиновых кислот. Огромно физиологическое значение азотсодержащих биолигандов - порфиринов, например, гемоглобина.

Почти все животные должны получать хотя бы часть необходимого им азота в виде аминокислот, так как их организмы не способны синтезировать все аминокислоты из более простых предшественников. Растения могут использовать в качестве источника азота растворимые нитраты. Только немногие организмы способны усваивать элементный газообразный азот.

В биосфере происходит круговорот азота Азотный цикл имеет жизненно важное значение для сельского хозяйства. Необходимо отметить еще одно важное в биологическом плане свойство азота - его растворимость в воде почти такая же, как у кислорода. Присутствие избытка азота в крови может быть причиной развития кессонной болезни. При быстром подъеме водолазов происходит резкое падение давления - соответственно падает растворимость азота в крови (закон Генри) и пузырьки элементного азота, выходящие из крови, закупоривают мелкие сосуды, что может привести к параличу и смерти.

Монооксид азота NO образуется в организме млекопитающих в небольших количествах из аминокислоты аргинина и в настоящее время является предметом тщательного изучения. Это небольшая молекула способна легко проникать сквозь оболочку клеток. Она играет активную роль в процессах регулирования кровяного давления, мышечной релаксации, передачи нервных импульсов; регулирует действие памяти и секрецию инсулина. Лекарственное действие некоторых сосудорасширяющих средств, например нитроглицерина (глицеринтринитрата), как раз связано с образованием NОпри восстановлении нитрогруппы. Одним из наиболее замечательных свойств монооксида азота является его цитотоксичность (способность разрушать индивидуальные клетки), позволяющая иммунной системе организма разрушать, например, опухолевые клетки. В то же время необходимо помнить, что в больших концентрациях NО опасен для здоровья. Он способен связывать гемоглобин, аналогично угарному газу, тем самым подавляя его способность к переносу кислорода. В тканях большие концентрации NО окисляются кислородом, и с водой дают азотную кислоту.

Фосфор. По содержанию в организме человека (0,95%) - (см. табл. 5.3) фосфор относится к макроэлементам. Фосфор - элемент органоген и играет исключительно важную роль в обмене веществ. В форме фосфата фосфор представляет собой необходимый компонент внутриклеточной АТФ. Он входит в состав белков (0,5 0.6%), нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений. Фосфор является основой скелета животных и человека (ортофосфат кальций, гидроксилапатит), зубов (гидроксилапатит, фторапатит).

Растворимые фосфаты (гидро- и дигидрофосфаты калия) формируют биологическую буферную систему, ответственную (вместе с белковыми буферными системами) за постоянство рН внутриклеточной жидкости. Труднорастворимые кальциевые соли: гидроксоапатит ЗСа₃(РО₄)² • Са(ОН)₂ (произведение растворимости 1,6-10^-58) и карбонатоапатит ЗСа₃(РО₄)₂-СаСО₃-Н₂О - составляют минеральную основу костной ткани. В организме человека происходит постепенное растворение гидроксоапатита, так как существует равновесие между растворимыми и нерастворимыми фосфатами:

Са₅(ОН) (РО₄)₃ + 3Н⁺ - Са₃(РО₄)₂ + 2С⁺² + Н₂РО₄- + Н₂О

В среднем каждые семь лет костная ткань полностью обновляется.

Нерастворимые фосфаты, а также оксалаты, ураты (соли мочевой кислоты), карбонаты являются основой мочевых камней в почках и мочевыводящих путях. Образуются они при нарушении в организме обмена веществ, и особенно водно-солевого обмена и кислотно-основного равновесия. В природной воде аммиак образуется при разложении азотсодержащих органических веществ. Хорошо растворим в воде с образованием гилроксида аммония.

10. Экологическая роль соединений азота

Азотсодержащие соединения находятся в поверхностных водах в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии и могут под влиянием многих физико-химических и биохимических факторов переходить из одного состояния в другое.

Повышение концентрации ионов аммония и нитритов обычно указывает на свежее загрязнение, в то время как увеличение содержания нитратов - на загрязнение в предшествующее время. Все формы азота, включая и газообразную, способны к взаимным превращениям.

Аммоний. Содержание ионов аммония в природных волах варьирует в интервале от 10 до 200 мкг/дм³ в пересчете на азот. Присутствие в незагрязненных поверхностных водах ионов аммония связано главным образом с процессами биохимической деградации. Основными источниками поступления ионов аммония в водные объекты являются животноводческие фермы, хозяйственно-бытовые сточные волы, поверхностный сток с сельхозугодий в случае использования аммонийных удобрении, а также сточные волы предприятий пищевой, коксохимической, лесохимической и химической промышленности.

Присутствие аммония в концентрациях порядка 1 мг/дм³ снижает способность гемоглобина рыб связывать кислород. Признаки интоксикации возбуждение, судороги, рыба мечется по воде и выпрыгивает на поверхность. Механизм токсического действия центральной нервной системы, поражение жаберного эпителия, гемолиз (разрыв) эритроцитов. Токсичность аммония возрастает с повышением рН среды.

Нитраты. Присутствие нитратных ионов в природных водах связано с:

внутриводоемными процессами нитрификации аммонийных ионов в присутствии кислорода под действием нитрифицирующих бактерий;

атмосферными осадками, которые поглощают образующиеся при атмосферных электрических разрядах оксиды азота (концентрация нитратов в атмосферных осадках достигает 0,9 - 1 мг/дм³);

промышленными и хозяйственно-бытовыми сточными водами, особенно после биологической очистки, когда концентрация достигает 50 мг/дм;

стоком с сельскохозяйственных угодий и со сбросными водами с орошаемых полей, на которых применяются азотные удобрения

Главными процессами, направленными на понижение концентрации нитратов, являются потребление их фитопланктоном и денптрофицирующими бактериями, которые при недостатке кислорода используют кислород нитратов на окисление органических веществ.

В поверхностных водах нитраты находятся в растворенной форме. Концентрация нитратов в поверхностных водах подвержена заметным сезонным колебаниям: минимальная в вегетационный период, она увеличивается осенью и достигает максимума зимой, когда при минимальном потреблении азота происходит разложение органических веществ и переход азота из органических форм в минеральные. Амплитуда сезонных колебаний может служить одним m показателей эвтрофирования водного объекта.

При длительном употреблении питьевой воды и пищевых продуктов, содержащих значительные количества нитратов (от 25 до 100 мг/дм³ по азоту), резко возрастает концентрация метгемоглобина в крови. Крайне тяжело протекают метгемоглобинемии у грудных детей (прежде всего, искусственно вскармливаемых молочными смесями, приготовленными на воде с повышенным - порядка 200 мг/дм - содержанием нитратов) и у людей, страдающих сердечно-сосудистыми заболеваниями. Особенно в этом случае опасны фунтовые воды и питаемые ими колодцы, поскольку в открытых водоемах нитраты частично потребляются водными растениями.

Присутствие нитрата аммония в концентрациях порядка 2 мг/дм³ не вызывает нарушения биохимических процессов в водоеме; подпороговая концентрация этого вещества, не влияющая на санитарный режим водоема, 10 мг/дм³. Повреждающие концентрации соединений азота (в первую очередь, аммония) для различных видов рыб составляют величины порядка сотен миллиграммов в 1 дм³ воды.

В воздействии на человека различают первичную токсичность собственно нитрат-иона; вторичную, связанную с образованием нитрит-иона, и третичную, обусловленную образованием из нитритов и аминов нитрозаминов. Смертельная доза нитратов для человека составляет 8-15 г.; допустимое суточное потребление по рекомендациям ФАО/ВОЗ - 5 мг/кг массы тела.

Наряду с описанными эффектами воздействия немаловажную роль играет тот факт, что азот - это один из первостепенных биогенных (необходимых для жизни) элементов. Именно этим обусловлено применение соединений азота в качестве удобрений, но, с другой стороны, с этим связан вклад вынесенного с сельскохозяйственных земель азота в развитие процессов эвтрофикации (неконтролируемого роста биомассы) водоемов. Так, с одного гектара орошаемых земель выносится в водные системы 8-10 кг азота.

Нитриты. Нитриты представляют собой промежуточную ступень в цепи бактериальных процессов окисления аммония до нитратов (нитрификация - только в аэробных условиях) и, напротив, восстановления нитратов до азота и аммиака (денитрификация - при недостатке кислорода). Подобные окислительно-восстановительные реакции характерны для станции аэрации, систем водоснабжения и собственно природных вод. Кроме того, нитриты используются в качестве ингибиторов коррозии в процессах водоподготовки технологической воды и поэтому могут попасть и в системы хозяйственно-питьевого водоснабжения. Широко известно также применение нитритов для консервирования пищевых продуктов.

В поверхностных водах нитриты находятся в растворенном виде. В кислых водах могут присутствовать небольшие концентрации азотистой кислоты (HNO₂) (недиссоциированной на ионы). Повышенное содержание нитритов указывает на усиление процессов разложения органических веществ в условиях более медленного окисления NO₂ в NCb, что указывает на загрязнение водного объекта, т.е. является важным санитарным показателем.

Концентрация нитритов в поверхностных водах составляет сотые (иногда даже тысячные) доли миллиграмма в 1 дм; в подземных водах концентрация нитритов обычно выше, особенно в верхних водоносных горизонтах (сотые, десятые доли миллиграмма в 1 дм³).

Сезонные колебания содержания нитритов характеризуются отсутствием их зимой и появлением весной при разложении неживого органического вещества. Наибольшая концентрация нитритов наблюдается в конце лета, их присутствие связано с активностью фитопланктона (установлена способность диатомовых и зеленых водорослей восстанавливать нитраты до нитритов). Осенью содержание нитритов уменьшается.

Библиографический список

1. Карапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Химия, 1993. - 590 с.

2. Ахметов Н.С. Общая и неорганическая химия. Учебник для вузов. - М.: Высш. шк., 2001. -679 с.

3. Угай Я.А. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1997. 527 с.

4. Дроздов Д.А, Зломанов В.П., Мазо Г.Н., Спиридонов Ф.М. Неорганическая химия. В 3-х томах. Т.2. Химия непереходных элементов. / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. «Академия», 2004, 368 с.

5. Тамм И.Е., Третьяков Ю.Д. Неорганическая химия: В 3-х томах, Т.1. Физико-химические основы неорганической химии. Учебник для студентов ВУЗв / Под ред. Ю.Д. Третьякова - М.: Изд. «Академия», 2004, 240 с.

6. Коржуков Н.Г. Общая и неорганическая химия. Учеб. Пособие. /Под ред В.И. Деляна-М.: Изд. МИСИС: ИНФРА-М, 2004, 512 с.

7. Ершов Ю.А., Попков В.А., Берлянд А.С., Книжник А.З. Общая химия. Биофизичческая химия. Химия биогенных элементов. Учебник для ВУЗов. /Под ред. Ю.А. Ершова. 3-е изд., - М.: Интеграл-Прес, 2007. 728 с.

8. Глинка Н.Л. Общая химия. Учебное пособие для ВУЗов. Изд. 30-е исправленное./ Под ред. А.И. Ермакова. - М.: Интеграл-Пресс, 2007, 728 с.

9. Черных, М.М. Овчаренко. Тяжелые металлы и радионуклиды в биогеоцинозах. - М.: Агроконсалт, 2004.

10. Н.В. Гусакова Химия окружающей среды. - Ростов-на-Дону, Феникс, 2004.

11. Балецкая Л.Г. Неорганическая химия. - Ростов-на-Дону, Феникс, 2005.

12. М. Хенце, П. Армоэс, Й. Ля-кур-янсен, Э. Арван. Очистка сточных вод. - М.: Мир, 2006.

13. Коровин Н.В. Общая химия. - М.: Высш. шк., 1998. -558 с.

14. Петрова В.В. и др. Обзор свойств химических элементов и их соединений. Учебное пособие по курсу «Химия в микроэлектронике». - М.: Изд-во МИЭТ, 1993. -108 с.

15. Харин А.Н., Катаева Н.А., Харина Л.Т. Курс химии. - М.: Высш. шк., 1983. -511 с.

Размещено на Allbest.ru