重要的生命元素.ppt
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1、第五章 重要生命元素教学目标:1、了解生命中的必须元素和有毒元素。2、了解s区元素的通用性及氢、钠、钾、钙、镁元素的主要性质。3、了解p区元素的通用性及硼、铝、碳族、氮族、氧族、卤族的重要化合物性质。4、了解d区元素的通用性及铜、锌、钒、铬、锰、铁、钴、镍等元素的性质5、了解f区元素的电子排布及镧系元素的生物效应,5-1概述1、必需元素必需元素的三原则:(1)若无该元素存在,则生物不能生长或不能完成其生活周期(2)该元素在生物体内的作用不能由其他元素完全替代(3)该元素具有一定的生物功能或对生物功能有直接的影响,并参与其代谢过程,H,Na,K,Mg,Ca,V,Cr,Mo,Fe,Co,Ni,Cu
2、,Zn,C,N,P,F,Si,Cl,SE,Br,I共25种。含量在0.01%以上,通常称之为生命必需的宏量元素。其含量小于0.01%的称为生命必需的微量元素。2、有毒元素 定义:某些元素在人体中的存在和剧增,使人类和其他生物体受到伤害。3、有益元素 这些元素的存在对生命是有益的,但没有元素生命尚可存在,如Ge等。,4、不确定元素 这些元素含量较微外、种类不定,其生物效应尚不清楚。人体生命元素在周期表中分布特征:1)主要分布在二、三、四、五周期。其中生命必需元素主要为二、三、四周期的前36号元素;有毒元素主要集中在五、六周期的IIIAVA族。2)生命必需元素,宏量元素分布于二、三周期;微量元素主
3、要集中于第四周期,5-2 s区元素 一、s区元素的通性 位置与与概况IA:H、Li、Na、K、Rb、Cs、Fr-ns1IIA:Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra-ns2,二、氢1、氢的性质 H-eH+H+eH-ex:CaH2、NaH2、氢的用途(1)氢气的燃烧热很大,作为燃料其产物无污染,不影响生态环境(2)氢是人和动、植物所必需的宏量元素。,三、氧化物 s区元素形成的氧化物Li(IIA)+O2正常氧化物2Na+O2Na2O2(淡黄色)K+O2 KO2Na2O2+2Na 2Na2O2KNO3+10K 6K2O+N2,三、氢氧化物 M2O+H2O MOHMO(除BeO,MgO以外)+H2OM(O
4、H)2 氢氧化物均为白色固体,易潮解,在空气中吸收CO2生成碳酸盐。固体氢氧化钠是常用的干燥剂。由于碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈的腐蚀作用,故称为苛性碱。氢氧化物递变情况:LiOH NaOH KOH RbOH CsOH 中间碱 强碱 强碱 强碱 强碱 Be(OH)2 Mg(OH)2 Ca(OH)2 Sr(OH)2 Ba(OH)2 两性 中强碱 强碱 强碱 强碱,四、盐类卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和磷酸盐1、晶体类型 绝大多数是离子晶体2、色 碱金属离子和碱土金属离子都是无色,阴离子是无色的-化合物是无色的;阴离子有色则化合物呈现的阴离子的颜色。例BaCrO4、K2CrO4是黄色的。KM
5、nO4是紫红色3、热稳定性 一般来说,碱金属盐具有较高的热稳定性。,卤化物 高温 挥发而不分解 硫酸盐 高温 既不挥发,又难分解 碳酸盐(除Li2CO3外)高温 不分解 4Li2NO3 630 2Li2O+4NO2+O2 2NaNO3 830 NaNO2+O2 2KNO3 830 KNO2+O2 碱土金属的碳酸盐在常温下是稳定的(除BeCO3),只有在强热的情况下,才能分解为相应的MO和CO2。,4、溶解度 碱金属的盐类都易溶于水。仅有少数碱金属盐是难溶的。碱土金属的盐类中,卤化物和硝酸盐外,多数碱土金属的盐溶解度较小。5、焰色反应 Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+,Ca2+,Sr2+,B
6、a2+红 黄 紫 紫红 紫红 橙红 红 黄绿,6、对角线规则(1)锂和镁的相似性A、单质在过量氧中燃烧时,均只生成正常氧化物;B、氢氧化物均为中强碱,而且在水中的溶解度都不大;C、氟化物、碳酸盐、磷酸盐等均难溶;D、氯化物都能溶于有机溶剂(如乙醇)中;E、碳酸盐在受热时,均能分解成相应的氧化物(Li2O,MgO),对角线规则:Li Be B C Na Mg Al Si,暂时硬水和永久硬水 溶有较多钙盐或镁盐的天然水称为硬水 只含少量或完全不含钙盐或镁盐的水称软水 德国度():1度代表在100,000份水含有1份CaO,即1升水中含有10毫克CaO 永久硬水:含有钙、镁硫酸盐或氯化物的硬水称为永
7、久硬水-只能用蒸馏或化学净化化方法处理使其软化 暂时硬水:含有钙、镁的碳酸氢盐称为暂时硬水-可以用煮沸的办法使其软化,7、(1)钠、钾的生物效应 钠、钾是生物必需元素 钠的含量:人体中约占总重量的0.16%,其中80%分布于细胞外液,血浆中钠的浓度约为1.3510-11.4810-1mol/L 钾的含量:细胞外液钾的含量很少。例红细胞内钾的浓度为1.1010-11.2510-1mol/L而血浆中含量约为5.010-3mol/L。,生理功能:钠:维持细胞外液的渗透压和体液酸碱平衡、并参于信息传递过程。钾:维持细胞外液的渗透压,参于信息传递;同时它又是某些酶的激活剂;对植物体内碳水化合物的形成、植
8、物机械组织的发育也起着十分重要的作用。过量钠:引起高血压等症 K含量过高:产生恶心、腹泻等症。,(2)钙、镁的生物效应钙、镁是人和动、植物必需的宏量元素。镁:是人类心脏的保护伞。镁是人体必须的矿物质元素,约占体重的0.05%(约2030克),体内近98%的镁存在于骨髓、牙齿和软组织中2%存在于体液中,肝与肌肉是镁浓度最高的组织。;,镁的重要作用如下镁与钙都是骨骼和牙齿的重要组成部分;镁与钙合用,可帮助钙的吸收利用,镁能牢牢地把钙固定在骨骼中,减少钙质的流失,巩固骨骼和牙齿;镁与钙合用,可防止绝经后妇女的骨质疏松症。可减少肝、胆、肾结石形成,以及软组织的钙化机会。是人类心脏的保护伞。帮助血液循环
9、及舒缓神经,维持正常的肌肉(包括心肌)及神经活动。有利于脂肪代谢,是多种酶的激活剂。镁能大幅度降低心脏病死亡率,钙镁合用,可有效保护心脏、保护心脑血管、预防高血压、糖尿病(镁缺乏也是诱发糖尿病的重要原因);有抑制癌症高发生率的作用。,缺镁易导致如下症状:糖尿病和缺钙。钙是植物结构组分元素。主要构成果胶酸钙、钙调素蛋白、肌醇六磷酸钙镁等,在液泡中有大量的有机酸钙,如草酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钙等。钙在人体中的含量约占2%,其中99%以钙盐的形式存在于骨骼和牙齿中,剩余1%左右分布于各种体液中。,生理功能:存在于细胞外,参于血液凝结、激素释放、神经传导、肌肉收缩、乳汁分泌等重要生理过程。缺钙:会引起
10、人和动物发育不良-佝偻病 钙过量:会产生体内组织钙沉积、结石等症。,5-3P区元素一、P区元素的通性:概况:族 价电子结构 可能氧化数 IIIA 硼族 ns2np1+3,0,-3IVA 碳族 ns2np2+4,+2,0,-2,-4 VA 氮族 ns2np3+5,+4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3VIA 氧族 ns2np4+6,+4,0,-2VIIA 卤族 ns2np5+7,+5,+3,+1,0,-1 0族 ns2np6,IIIA:B,Al,Ga,In,Tl IVA:C,Si,Ge,Sn,PbVA:N,P,As,Sb,Bi VIA:O,S,Se,Te,PoVIIA:F,Cl,Br,I,
11、At 0:He,Ne,Ar,Kr,Xn,Rn,二、硼族元素:1、硼和铝的性质价电子结构 B:2s22p1 Al:3s23p1单质硼的制备:B2O3(s)+3Mg(s)(Na)高温 3MgO(s)+2B(s),2Al+6HCl=2AlCl3+3H2(g)(硼无此反应)2 Al+3 H2SO4=Al2(SO4)3+3H2(g)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(g)(硼无此反应)铝是强还原剂(=-1.66V)-铝热法,2、硼、铝的重要化合物硼的存在形式:自然界中主要以硼酸及各种硼酸盐形式存在。无定形硼的性质:较活泼。常温下:B(s)+F2(g)BF3(g)高温下:2B(s)+N2
12、(g)=2BN(s)4B(s)+3O2(g)=2B2O3(s)2B(s)+3S(s)=2B2S3(s)2B(s)+3X2(g)=BX3B(s)+H2SO4(HNO3)(浓)=H3BO3+3SO2(g)(NO2),铝存在于粘土、长石、云母以及很多矿物中。最重要是刚玉(Al2O3)、矾土(Al2O32H2O)、冰晶石(AlF33NaF)铝的重要性质 两性:单质 2Al+6H+=2Al3+3H2(g)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2(g)氧化物 Al2O3(s)+6H+=2Al3+3H2O Al2O3(s)+2OH-=2AlO2-+H2 氢氧化物 Al(OH)3+3H+=Al3+3H
13、2O Al(OH)3+OH-=Al(OH)4-(AlO2-+H2O),钝化作用:能被冷浓的H2SO4、HNO3钝化,高纯度的铝一般不与酸作用(除王水)铝盐-铝的卤化物:AlF3-离子型,气体AlCl3,AlBr3,AlI3为共价双聚体,Cl Cl Cl Al Al Cl Cl Cl铍和铝的相似性(1)单质均为活泼金属,其标准电极电位相近;(Be2+/Be)=-1.85V,(Al3+/Al)=-1.66V(2)单质均为两性金属,它们既能溶于酸也能溶于强碱(3)单质都能被除冷、浓硝酸钝化(4)氯化物均为双聚物,并显示共价性,可以升华,且溶于有机溶剂(5)碳化物属于同一类型,水解后都产生甲烷:,Be
14、2C+4H2O2Be(OH)2+CH4 Al4C3+12H2O 4Al(OH)3+3 CH4,3、硼铝的生物效应(1)硼:硼是非植物结构组分元素。1923年K.Warington发现它是植物生成发育必需微量元素。参于化合物的代谢和运输,调节水分吸收,平衡养分和氧化还原过程。是植物开花、结实和生长点所必需的调节剂,可使植物提早开花、结果和成熟。,(2)铝:长期以来,铝一直被认为是无毒元素。铝制烹调器皿、含铝膨松剂、发酵粉、净水剂的使用也未发现铝的直接毒性;大剂量的口服含铝药物也无明显的毒性反应。铝的毒性主要表现为对中枢神经的损害,临床铝中毒的表现主要有:铝性脑病、铝性胃病、铝性贫血等。老年性痴呆
15、症的发生也与铝在体内的积累有关。,铝在人体内还能阻止机体对钙、磷的吸收,磷的缺少会使机体代谢紊乱,钙缺少会导致骨软化症。Al3+还能取代重要酶及生物分子上Mg2+、Al3+可与生物配体形成比Mg2+更稳定的化合物,抑制Mg2+依赖酶的活性。Mg2+对神经系统有抑制作用,低镁时神经肌肉兴奋性强,因此,Al3+一旦取代Mg2+,将引起机体代谢的不平衡,造成神经系统的疾患。,三、碳族元素1、性质,特殊位置:IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 失电子易 两者较难 得到电子越易2、重要化合物(1)碳的氧化物制备 CO:制备HCOOH浓硫酸CO+H2O CO2:CaCO3+2HCl=C
16、aCl2+CO2+H2O H2C2O4浓硫酸CO+CO2+H2ONaOHCO,性质:可燃性CO+1/2O2=CO2 还原性CuO+CO=Cu+CO2 氧化性 CO2+C=2CO FeO+CO=Fe+CO2 CO2+2Mg=2MgO+CPdCl2+H2O+CO室温Pd(黑色)+CO2-检验 加合性 作为配体Fe(CO)5等应用:还原性 灭火剂,SiO2+2OH-=SiO32-+H2O SiO2+Na2CO3 加热 CO2+Na2SiO3(水玻璃)SiO2+CaO加热CaSiO3 SiO2+Na2SO4加热Na2SiO3+SO3 SiO2+2KNO3加热K2SiO3+NO2+NO+O2(2)、碳和
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