Материал: полезная метода

3. В лаборатории фосфорную кислоту получают окислением фосфора азотной кислотой:

3P + 5HNO3разб. + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

Cоли фосфорной кислоты (фосфаты)

1. Фосфаты и гидрофосфаты большинства металлов плохо растворимы. В воде растворяются только фосфаты и гидрофосфаты щелочных металлов и аммония (Na3PO4, K3PO4, (NH4)3PO4, Na2HPO4, K2HPO4, (NH4)2HPO4).

2.Дигидрофосфаты хорошо растворимы в воде. Плохо растворимые фосфаты и гидрофосфаты можна перевести в растворимые дигидрофосфаты, обрабатывая эти соли рассчитанными количествами кислоты (при избытке кислоты вытесняется фосфорная кислота).

3.Фосфаты в водных растворах частично гидролизуются (в основном по первой ступени).

4.Фосфаты очень стойки к нагреванию и плавятся без разложения Гидрофосфаты при нагревании превращаются в пирофосфаты, а дигидрофосфаты - в метафосфаты.

5.Гидрофосфат натрия используется в аналитической практике как осадитель ионов металлов. В осадок обычно выпадают гидрофосфаты металлов, а в присутствии щелочи - фосфаты.

BaCl2 + Na2HPO4 = BaHPO4 + 2NaCl 2AlCl3 + 3Na2HPO4 = Al2(HPO4)3 + 6NaCl

3ZnSO4 + 2Na2HPO4 + 2NaOH = Zn3(PO4)2 + 3Na2SO4 + 2H2O AlCl3 + Na2HPO4 + NaOH = AlPO4 + 3NaCl + H2O

Мышьяк, сурьма, висмут. Характерные степени окисления: +3, +5 и –3. С водородом образуют гидриды - AsH3, SbH3, BiH3, а с металлами - соединения, подобные фосфидам: Сa3As2, Mg3Sb2, Mg3Bi2. C кислородом образуют оксиды со степенью окисления +3 и +5: As2O3, As2O5, Sb2O3, Sb2O5, Bi2O3 (Bi2O5 – не известен).

As2O3 - амфотерный оксид:

As2O3 + 3H2O = 2H3AsO3 (или HAsO2)

As2O3 + 6NaOH = 2Na3AsO3 + 3H2O As2O3 + 6HCl = 2AsCl3 + 3H2O

Sb2О3 имеет амфотерные свойства (ему соответствует амфотерный гидроксид H3SbO3), а Bi2O3 проявляет только основные свойства и ему соответствует основание - Bi(OH)3. As2O5 - кислотый оксид (ему соответствует кислота - H3AsO4, которая по свойствам напоминает ортофосфорную кислоту). Мышьяк, сурьма и висмут и соединения со степенью окисления +3 - восстановители. Соединения Вi+5 - окислители.

As2S3 + 28HNO3конц = 2H3AsO4 + 3H2SO4 + 28NO2 + 8H2O 4MnSO4+ 10NaBiO3+ 16H2SO4 = 5Bi2(SO4)3 + 4HMnO4 + 5Na2SO4+ 14H2O

281

§3. Биологическая роль элементов VA-группа и применение их соединений в медицине и фармации

ВVA-группу периодической системы Д.И.Менделеева входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма, висмут.

Ворганизме человека азот находится в биомолекулах: аминах, амидах, аминокислотах в степени окисления —3, фосфор — в виде солей и сложных эфиров ортофосфорной кислоты и полифосфорных кислот в степени окисления -+5.

Среди р-элементов VA-группы азот и фосфор являются элементами, незаменимыми для всех живых организмов. Возможно, незаменимым микроэлементом является и мышьяк, в то время как для сурьмы и висмута необходимость их живым организмам пока не установлена. Являясь синергистами, мышьяк, сурьма и висмут блокируют сульфгидрильные группы биолигандов, и в относительно больших дозах весьма токсичны. В то же время положительная биологическая роль микроколичеств мышьяка дает основание полагать, что сурьма и висмут, возможно, тоже могут быть

втой или иной мере полезны живым организмам.

Азот – основной компонент воздуха, где его объемная доля равна 78,2 % и массовая доля 76 %. Неорганические соединения азота встречаются в природе в незначительных количествах. Массовая доля азота в земной коре (включая гидросферу и атмосферу) составляет 0,04 %.

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 образует полярные связи с атомами водорода и углерода в биомолекулах. Во многих бионеорганических комплексах — металлоферментах атомы азота по донорно-акцепторному механизму связывают неорганическую и органическую части молекулы.

Вместе с кислородом и углеродом азот образует жизненно важные соединения — аминокислоты, содержащие одновременно аминогруппу — NН2 с основными свойствами и карбоксильную группу (–COОH) с кислотными свойствами. Аминогруппа выполняет очень важную функцию и 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.

282

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.

Аммиак NН3 в организме человека является одним из продуктов метаболизма аминокислот и белков, поступивших с пищей или присутствующих в самой клетке в качестве запасных веществ. В медицинской практике применяют 10 %-ный раствор аммиака (нашатырный спирт) для вывода из обморочного состояния. При вдыхании аммиак оказывает возбуждающее влияние на дыхательный центр. При больших дозах наступает удушье.

Из солей аммония в медицинской практике в качестве мочегонного средства применяют аммоний хлорид NH4Cl В крови в результате

гидролиза аммония хлорида по катиону повышается кислотность: NH3 + 2Н2О = NH3 H2O + Н3О+

Кроме того, протоны образуются в результате превращения

аммоний-иона в мочевину:

2NH4+ + СО2 + Н2О = CO(NH2)2 + 2Н3О+

Для нейтрализации избытка ионов Н3О+ почки мобилизуют и выделяют в мочу ионы натрия, с которыми одновременно выделяется соответствующее количество воды.

Вместе с тем аммоний хлорид может быть эффективным средством против защелачивания крови (коррекция алкалоза). Образующиеся при введении NH4+ протоны Н3О+ нейтрализуют ОН–-ионы:

Известно, что аминокислоты — биоорганические вещества, играющие роль строительных блоков для образования белков — основы жизни. Их можно рассматривать как производные аммиака, в котором один из атомов водорода замещен остатком карбоновой кислоты:

Аминогруппа —NН2 входит в состав различных биолигандов, играющих важную роль в процессах жизнедеятельности: аминокислот, нуклеотидов, нуклеиновых кислот и т. д. В процессах распада этих веществ в организме образуется аммиак.

Причина токсического действия аммиака на мозг до конца не выяснена. В крови при рН 7,4 аммиак почти полностью находится в виде ионов аммония. Из уравнения Гендерсона–Гассельбаха следует, что доля молекул NH3 при этом значении рН составляет всего около 1 % от общего числа молекул аммиака, поступивших в кровь:

7,4 9,25 lg[NH3]

[NH+4 ], где 9,25 = pКa(NH3), отсюда [NH3]/[NH4+] = 0,013.

283

Ионы аммония, несмотря на то, что они в крови находятся в большом избытке, не могут проникать через клеточные мембраны, в то время как нейтральные молекулы NН3 легко проходят через эти мембраны и могут воздействовать на мозг.

Азот (I) оксид N2O — несолеобразующий. В настоящее время азот (I) оксид в смеси с кислородом используют для наркоза. При малых концентрациях N2O вызывает чувство опьянения (отсюда название веселящий газ). Вдыхание чистого N2O быстро вызывает наркотическое состояние и удушье. Механизм действия неизвестен.

Нитриты до последнего времени добавляли в. качестве консервантов в колбасу, сосиски и другие мясные продукты. Хотя консерванты добавляют в очень незначительных количествах, существует мнение, что они опасны для человека. Одна из причин ядовитых свойств азотистой кислоты или нитритов в том, что они являются дезаминирующими агентами, способствуют окислению аминогрупп нуклеиновых оснований. Особенно сильное действие оказывает азотистая кислота, образующаяся из органических предшественников, например нитрозаминов, а также из нитросоединений. При этом изменяется структура нуклеиновых оснований ДНК и их способность к образованию водородных связей, т.е. происходят повреждения в ДНК.

Токсическое действие нитритов проявляется и в том, что под их воздействием гемоглобин превращается в метгемоглобин, который не способен связывать и переносить кислород:

Таким образом, попадая в кровь, нитриты вызывают кислородную недостаточность.

Аналогично действуют неорганические нитраты.

Вместе с тем в очень незначительных количествах некоторые неорганические нитриты (соединения типа R–О–N=О) и органические нитраты (R—О—NO2) улучшают коронарное кровообращение и применяются для профилактики при ишемической болезни сердца и снятия приступов стенокардии.

Представителями лекарственных нитритов и нитратов являются натрий нитрит NaNO2 и нитроглицерин (органическое соединение). Однако в настоящее время NaNO2 почти не используют, так как он может вызвать осложнения из-за метгемоглобиновой гипоксии в организме.

Фосфор. 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 (кальций ортофосфат, гидроксилапатит), зубов (гидроксилапатит, фторапатит).

284