Biologisk roll för icke-metaller i presentationen av levande organismer. Icke-metaller i mänskligt liv

Denna definition lämnar elementen i grupp VIII i huvudundergruppen - inerta eller ädla gaser, vars atomer har ett fullständigt yttre elektronskikt. Den elektroniska konfigurationen av atomerna i dessa grundämnen är sådan att de inte kan klassificeras som vare sig metaller eller icke-metaller. De är de föremål som i det naturliga systemet tydligt delar upp element i metaller och icke-metaller, och upptar en gränsposition mellan dem. Inerta eller ädla gaser ("ädelhet" uttrycks i tröghet) klassificeras ibland som icke-metaller, men rent formellt, baserat på fysiska egenskaper. Dessa ämnen behåller ett gasformigt tillstånd ner till mycket låga temperaturer.

Den kemiska trögheten hos dessa element är relativ. För xenon och krypton är föreningar med fluor och syre kända. Utan tvekan, vid bildningen av dessa föreningar, verkade inerta gaser som reduktionsmedel.

Av definitionen av icke-metaller följer att deras atomer kännetecknas av höga elektronegativitetsvärden. Oia varierar från 2 till 4. Icke-metaller är element i huvudundergrupperna, främst p-element, med undantag för väte - ett s-element.
Alla icke-metalliska element (förutom väte) upptar det övre högra hörnet i D.I. Mendeleevs periodiska system för kemiska grundämnen, och bildar en triangel, vars spets är fluor.

Särskild uppmärksamhet bör dock ägnas åt den dubbla positionen för väte i det periodiska systemet: i grupperna I och VII i huvudundergrupperna. Detta är ingen slump. Å ena sidan har väteatomen, liksom alkalimetallatomer, en elektron (elektronisk konfiguration 1s1) på sitt yttre (och enda) elektroniska skikt, som den kan donera och uppvisar egenskaperna hos ett reduktionsmedel.

I de flesta av dess föreningar uppvisar väte, liksom alkalimetaller, ett oxidationstillstånd på +1, men förlusten av en elektron med en väteatom är svårare än för alkalimetallatomer. Å andra sidan saknar väteatomen, liksom halogenatomerna, en elektron för att komplettera det yttre elektronskiktet, så väteatomen kan acceptera en elektron, uppvisar egenskaperna hos ett oxidationsmedel och det -1 oxidationstillstånd som är karakteristiskt för halogen i hydrider - föreningar med metaller, liknande metallföreningar med halogener - halogenider. Men tillsatsen av en elektron till en väteatom är svårare än för halogener.

Under normala förhållanden är väte H2 en gas. Dess molekyl, liksom halogener, är diatomisk.

Icke-metallatomer har övervägande oxiderande egenskaper, det vill säga förmågan att få elektroner. Denna förmåga kännetecknas av värdet av elektronegativitet, som naturligt förändras i perioder och undergrupper (Fig. 47).

Fluor- det starkaste oxidationsmedlet, dess atomer i kemiska reaktioner kan inte ge upp elektroner, det vill säga uppvisar reducerande egenskaper.

Konfiguration av yttre elektronskikt

Andra icke-metaller kan uppvisa reducerande egenskaper, men i mycket svagare utsträckning jämfört med metaller; i perioder och undergrupper förändras deras reducerande förmåga i motsatt ordning jämfört med den oxidativa förmågan.

Det finns bara 161 icke-metalliska kemiska grundämnen ganska lite, med tanke på att 114 grundämnen är kända. Två icke-metalliska element utgör 76% av massan av jordskorpan. Dessa är syre (49 %) och kisel (27 %). Atmosfären innehåller 0,03 % av syremassan i jordskorpan. Icke-metaller utgör 98,5 % av växternas massa, 97,6 % av människokroppens massa. Sex icke-metaller - C, H, O, N, P och S - är biogena grundämnen som utgör de viktigaste organiskt material levande cell: proteiner, fetter, kolhydrater, nukleinsyror. Sammansättningen av luften vi andas inkluderar enkla och komplexa ämnen, även bildade av mineralämnen (syre O2, kväve, koldioxid CO2, vattenånga H2O, etc.).

Väte- huvudelementet i universum. Många rymdobjekt (gasmoln, stjärnor, inklusive solen) består av mer än hälften av väte. På jorden, inklusive atmosfären, hydrosfären och litosfären, är den bara 0,88 %. Men detta är i massa, och atommassan av väte är mycket liten. Därför är dess lilla innehåll bara uppenbart, och av var 100:e atom på jorden är 17 väteatomer.

Enkla ämnen är icke-metaller. Strukturera. Fysikaliska egenskaper

I enkla ämnen är icke-metalliska atomer sammanlänkade med kovalenta opolära bindningar. Tack vare detta bildas ett stabilare elektroniskt system än det för isolerade atomer. I detta fall bildas enkla (till exempel i vätemolekyler H2, halogener Ru, Br2), dubbla (till exempel i svavelmolekyler, tronic bindningar (till exempel i kvävemolekyler) kovalenta bindningar.

Som du redan vet kan enkla icke-metalliska ämnen ha:

1. Molekylär struktur. Under normala förhållanden är de flesta av dessa ämnen gaser eller fasta ämnen och endast det enda bromet (Br2) är flytande. Alla dessa ämnen har en molekylär struktur och är därför flyktiga. I fast tillstånd är de smältbara på grund av den svaga intermolekylära interaktionen som håller deras molekyler i kristallen och kan sublimeras.

2. Atomstruktur. Dessa ämnen bildas av långa kedjor av atomer. På grund av den höga styrkan hos kovalenta bindningar har de vanligtvis hög hårdhet, och alla förändringar som är förknippade med förstörelsen av kovalenta bindningar i deras kristaller (smältning, avdunstning) sker med en stor energiförbrukning. Många sådana ämnen har höga smält- och kokpunkter, och deras flyktighet är mycket låg. (I figur 47 är symbolerna för de icke-metalliska element som endast bildar atomiska kristallgitter understrukna.)

Många icke-metalliska element bildar flera enkla ämnen - allotropa modifieringar. Som ni minns kallas denna egenskap hos atomer allotropi. Allotropi kan associeras med olika sammansättningar av molekyler och olika kristallstrukturer. Allotropa modifieringar av kol är grafit, diamant, karbyn och fulleren (Fig. 48).

Ickemetalliska element som har egenskapen allotropi indikeras i figur 47 med en asterisk. Det finns alltså mycket fler enkla ämnen (icke-metaller) än kemiska grundämnen (icke-metaller).

Du vet att de flesta metaller, med sällsynta undantag (guld, koppar och några andra), kännetecknas av en silvervit färg. Men enkla icke-metalliska ämnen har ett mycket mer varierat färgutbud.

Trots de stora skillnaderna i de fysiska egenskaperna hos icke-metaller är det fortfarande nödvändigt att notera några av deras gemensamma egenskaper. Alla gasformiga ämnen, flytande brom, såväl som typiska kovalenta kristaller är dielektriska, eftersom alla de yttre elektronerna i deras atomer används för att bilda kemiska bindningar. Kristaller är icke-plastiska, och varje deformation orsakar förstörelse av kovalenta bindningar. De flesta icke-metaller har ingen metallisk lyster.

Kemiska egenskaper

Som vi redan har noterat kännetecknas icke-metallatomer, och därför de enkla ämnen som bildas av dem, av både oxiderande och reducerande egenskaper.

Oxiderande egenskaper hos enkla ämnen av icke-metaller

1. De oxiderande egenskaperna hos icke-metaller visar sig främst under deras interaktion med metaller (som ni vet är metaller alltid reduktionsmedel):

De oxiderande egenskaperna hos klor Cl2 är mer uttalade än hos svavel, varför metallen Fe, som har stabila oxidationstillstånd i sina föreningar, är +2 b +3. oxideras av det till ett högre oxidationstillstånd.

2. De flesta icke-metaller uppvisar oxiderande egenskaper när de interagerar med väte. Som ett resultat bildas flyktiga väteföreningar.

3. Alla icke-metaller fungerar som ett oxidationsmedel i reaktioner med de icke-metaller som har ett lägre elektronegativitetsvärde:

Elektronegativiteten för svavel är större än fosfors, så det uppvisar oxiderande egenskaper här.

Elektronegativiteten hos fluor är större än för alla andra kemiska element, så det uppvisar egenskaperna hos ett oxidationsmedel.
Fluor är det starkaste oxidationsmedlet bland icke-metaller, det uppvisar endast oxiderande egenskaper i reaktioner.

4. Icke-metaller uppvisar också oxiderande egenskaper i reaktioner med vissa komplexa ämnen. Inte bara syre, utan även andra icke-metaller kan också vara oxidationsmedel i reaktioner med komplexa ämnen - oorganiska och organiska.

Det starka oxidationsmedlet klor Cl2 oxiderar järn(II)klorid till järn(III)klorid.

Du kommer naturligtvis ihåg den kvalitativa reaktionen på omättade föreningar - missfärgningen av bromvatten.

Reducerande egenskaper hos enkla ämnen - icke-metaller

När vi överväger reaktionen av icke-metaller med varandra, har vi redan noterat att, beroende på värdena för deras elektronegativitet, en av dem uppvisar egenskaperna hos ett oxidationsmedel och den andra - egenskaperna hos ett reduktionsmedel.

1. I förhållande till fluor uppvisar alla icke-metaller (även syre) reducerande egenskaper.
2. Naturligtvis fungerar icke-metaller, förutom fluor, som reduktionsmedel när de interagerar med syre:

8 Många icke-metalliska ämnen kan fungera som ett reduktionsmedel i reaktioner med komplexa oxiderande ämnen:

Det finns också reaktioner där samma icke-metall är både ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel, dessa är självoxidations-självreduktionsreaktioner.

Så, låt oss sammanfatta det! De flesta icke-metaller kan verka i kemiska reaktioner både som ett oxidationsmedel och som ett reduktionsmedel (reducerande egenskaper är inte inneboende i enbart fluor).

Väteföreningar av icke-metaller

En gemensam egenskap för alla icke-metaller är bildningen av flyktiga väteföreningar, i de flesta av vilka icke-metallen har ett lägre oxidationstillstånd.

Det är känt att dessa föreningar lättast kan erhållas direkt genom interaktion av en icke-metall med väte, det vill säga syntes.

Vm väteföreningar av icke-metaller är obdoeoyany conalent polära anslutningar, har molekylär struktur och under normala förhållanden är andra gaser än vatten (vätska). Väteföreningar av icke-metaller kännetecknas av ett starkt samband med vatten. Metai och enlan är praktiskt taget olösliga i det. Ammoniak, när den löses i vatten, bildar en svag bas - ammoniakhydrat.

Utöver de egenskaper som beaktas uppvisar väteföreningar av icke-metaller i redoxreaktioner alltid reducerande egenskaper, eftersom icke-metallen i dem har ett lägre oxidationstillstånd.

Icke-metalloxider och deras motsvarande hydroxider

I icke-metalloxider är bindningen mellan atomer polär kovalent. Bland oxiderna av molekylär struktur finns gasformiga, flytande (flyktiga), fasta (flyktiga).

Icke-metalloxider delas in i två grupper: icke-saltbildande och gelbildande. När sura oxider löses i vatten bildas oxidhydrater - hydroxider, som är syror i naturen. Syror och sura oxider blir resultatet kemiska reaktioner bildar salter där icke-metallen behåller sitt oxidationstillstånd.

Oxider och deras motsvarande hydroxider - syror där icke-metallen uppvisar ett oxidationstillstånd lika med gruppnumret, det vill säga dess högsta värde, kallas högre. När vi överväger den periodiska lagen har vi redan karakteriserat deras sammansättning och egenskaper.

stärka de sura egenskaperna hos oxider och hydroxider Inom en huvudundergrupp, till exempel grupp VI, verkar följande mönster av förändringar i egenskaperna hos högre oxider och hydroxider.

Om en icke-metall bildar två eller flera sura oxider, och därför motsvarande syrehaltiga syror, ökar deras sura egenskaper med ökande grad av oxidation av icke-metallen.

Oxider och syror som icke-metallen har högsta grad oxidation, kan endast uppvisa oxiderande egenskaper.

Oxider och syror, där icke-metallen har ett mellanliggande oxidationstillstånd, kan uppvisa både oxiderande och reducerande egenskaper.

Praktiska uppgifter

1. Vilka elektroniska familjer tillhör icke-metalliska element?
2. Vilka icke-metalliska grundämnen är biogena?
3. Vilka faktorer bestämmer valensförmågan hos icke-metalliska atomer? Betrakta dem med exemplet med syre- och svavelatomer.
4. Varför är vissa icke-metaller, under normala förhållanden, gaser, medan andra är eldfasta fasta ämnen? 5. Ge exempel på enkla icke-metalliska ämnen som finns under normala förhållanden i olika aggregationstillstånd: a) gasformiga, b) flytande, c) fasta.
6. Skriv ner ekvationer för redoxreaktioner som involverar icke-metaller. Vilka egenskaper (oxiderande eller reducerande) uppvisar icke-metaller i dessa reaktioner?

Av vilken anledning är koktemperaturerna för vatten och svavelväte väldigt olika, men koktemperaturerna för svavelväte och väteselenid ligger nära varandra?
7. Varför är metan stabilt i luften, men starkt i luften antänds spontant: vätefluorid är resistent mot uppvärmning, jod-väte sönderfaller till jod och väte även vid låg uppvärmning?
8. Skriv reaktionsekvationer som kan användas för att utföra följande övergångar:

9. Skriv reaktionsekvationer som kan användas för att utföra följande övergångar:

12. 20 g vätesulfid fick passera genom en lösning innehållande 10 g natriumhydroxid. Vilken typ av salt och i vilken mängd får du?
Svar: 0,25 mol NaHS.
14. När 30 g kalksten behandlades med saltsyra erhölls 11 g koldioxid. Hur stor är massandelen kalciumkarbonat i naturlig kalksten? Svar: 83,3%. 15. Jodtinktur som används inom medicin är en 51% lösning av kristallint jod i etylalkohol. Vad är volymen alkohol vars densitet är 0,8 g/ml. krävs för att förbereda 250 g av en sådan lösning?
Svar: 297 ml. 16. En blandning av kisel, grafit och kalciumkarbonat som vägde 34 g behandlades med en lösning av natriumhydroxid för att erhålla 22,4 liter gas (n.o.). Vid behandling av en sådan del av blandningen med saltsyra erhölls 2,24 liter gas (n.o.). Bestäm massans sammansättning av blandningen.
Svar: 14 g 81: 10 g C; 10 g CaCO2.
17. Gasformig ammoniak med en volym av 2,24 l (n.o.) absorberas av 20 g fosforsyralösning med en massfraktion av 49 %. Vilket salt bildades, vad är dess massa?
Svar: 11,5g
19. Vilken volym ammoniak krävs för att producera 6,3 ton salpetersyra, om man antar produktionsförluster på 5 %?
Svar: 2352 m3.
20. Acetylen erhölls från naturgas med en volym av 300 liter (n.o.) med en volymfraktion av metan i gasen på 96%. Bestäm dess volym om produktutbytet är 65 %.
Svar: 93,6 l.
21. Bestäm strukturformeln för ett kolväte med en ångdensitet i luft på 1,862 och en massandel av kol på 88,9 %. Det är känt att kolvätet interagerar med en ammoniaklösning av silveroxid.

Icke-metallernas roll i mänskligt liv

Ickemetaller spelar en stor roll i mänskligt liv, eftersom livet utan dem är omöjligt inte bara för människor utan också för andra levande organismer. Faktum är att tack vare sådana icke-metalliska element som syre, kol, väte och kväve, bildas aminosyror, från vilka proteiner sedan bildas, utan vilka allt liv på jorden inte kan existera.

Låt oss ta en närmare titt på bilden nedan, som visar de viktigaste icke-metallerna:

Låt oss nu titta på några icke-metaller mer i detalj och ta reda på deras betydelse som de spelar i mänskligt liv och i hans kropp.

En persons hela liv beror på luften han andas, och luften innehåller icke-metaller och föreningar mellan dem. Syre säkerställer de viktigaste funktionerna i vår kropp, och kväve och andra gasformiga ämnen späder ut det och skyddar därmed våra andningsvägar. När allt kommer omkring, från din biologikurs vet du redan att alla kroppens skyddande funktioner är nära relaterade till närvaron av syre.

Ozon skyddar vår kropp från penetration av skadlig UV-strålning.

Ett sådant väsentligt mikroelement som svavel fungerar som ett skönhetsmineral i människokroppen, eftersom hud, naglar och hår tack vare det förblir friska. Glöm inte heller att svavel deltar i bildandet av brosk och benvävnad, hjälper till att förbättra ledernas funktion, stärker vår muskelvävnad och utför många andra funktioner som är mycket viktiga för människors hälsa.

Kloranjoner spelar också en viktig biologisk roll för människor, eftersom de deltar i aktiveringen av vissa enzymer. Med deras hjälp bibehålls en gynnsam miljö i magen och det osmotiska trycket upprätthålls. Klor kommer som regel in i människokroppen genom bordsalt när man äter.

Förutom de viktiga egenskaper som icke-metaller har på människokroppen och andra levande organismer, används dessa ämnen även i olika andra industrier.

Applicering av icke-metaller

Väte

Denna typ av icke-metall, såsom väte, används ofta inom den kemiska industrin. Det används för syntes av ammoniak, metanol, väteklorid, såväl som för hydrering av fetter. Man kan inte heller klara sig utan deltagandet av väte som ett reduktionsmedel i produktionen av många metaller och deras föreningar.

Väte används också i stor utsträckning inom medicin. Vid behandling av sår och för att stoppa mindre blödningar, använd en treprocentig lösning av väteperoxid.

Klor

Klor används för att producera saltsyra, gummi, vinylklorid, plast och många organiska ämnen. Det används i industrier som textil och papper som blekmedel. På hushållsnivå är klor oumbärligt för desinfektion av dricksvatten, eftersom det har en stark desinficerande effekt, eftersom det har oxiderande egenskaper. Både klorvatten och kalk har samma egenskaper.

För medicinska ändamål används vanligtvis natriumklorid som saltlösning. Många vattenlösliga läkemedel produceras på grundval av detta.

Svavel

En icke-metall som svavel används för att producera svavelsyra, krut och tändstickor. Det används också vid vulkanisering av gummi. Det används vid tillverkning av färgämnen och fosfor. Kolloidalt svavel är nödvändigt i medicin.

Svavel har även funnits i jordbruket. Det används som en svampdödande medel för att bekämpa olika skadedjur.

Vid syntes av polymera material, såväl som för tillverkning av olika medicinska preparat, används också i stor utsträckning icke-metaller som jod och brom.

Icke-metaller som spårämnen.

Vi ägnade stor uppmärksamhet åt metallernas roll. Det måste dock tas med i beräkningen att vissa icke-metaller också är absolut nödvändiga för kroppens funktion.

KISEL

Kisel är också ett viktigt spårämne. Detta har bekräftats av noggranna studier av råttnäring med olika dieter. Råttor gick upp märkbart i vikt när de fick tillskott av natriummetasilikat (Na2(SiO)3. 9H2O) i sin kost (50 mg per 100 g). Kycklingar och råttor behöver kisel för tillväxt och skelettutveckling. Brist på kisel leder till störningar av strukturen hos ben och bindväv. Som det visade sig finns kisel i de områden av benet där aktiv förkalkning sker, till exempel i benbildande celler, osteoblaster. Med åldern minskar koncentrationen av kisel i cellerna.

Lite är känt om de processer där kisel är involverat i levande system. Där finns den i form av kiselsyra och deltar troligen i koltvärbindningsreaktioner. Hos människor visade sig den rikaste källan till kisel vara hyaluronsyra från navelsträngen. Det innehåller 1,53 mg gratis och 0,36 mg bundet kisel per gram.

SELEN

Selenbrist orsakar muskelcellsdöd och leder till muskelsvikt, i synnerhet hjärtsvikt. Biokemiska studier av dessa tillstånd ledde till upptäckten av enzymet glutationperoxidas, som förstör peroxider En brist på selen leder till en minskning av koncentrationen av detta enzym, vilket i sin tur orsakar lipidoxidation. Selens förmåga att skydda mot kvicksilverförgiftning är välkänd. Mycket mindre känt är det faktum att det finns ett samband mellan högt selen i kosten och låg cancerdödlighet. Selen ingår i människans kost i mängder 55 110 mg per år, och koncentrationen av selen i blodet är 0,09 0,29 ug/cm. När det tas oralt koncentreras selen i levern och njurarna. Ett annat exempel på selens skyddande effekt mot berusning av lättmetaller är dess förmåga att skydda mot förgiftning av kadmiumföreningar. Det visade sig att, precis som i fallet med kvicksilver, tvingar selen dessa giftiga joner att binda till jonaktiva centra, de som inte påverkas av deras toxiska effekt.

ARSENIK

Trots de välkända toxiska effekterna av arsenik och dess föreningar finns det tillförlitliga bevis för att arsenikbrist leder till en minskning av fertilitet och tillväxthämning, och tillsatsen av natriumarsenit till mat ledde till en ökning av mänsklig tillväxthastighet.

KLOR och BROM

Halogenanjonerna skiljer sig från andra genom att de är enkla anjoner snarare än oxoanjoner. Klor är extremt utbrett, det kan passera genom membranet och spelar en viktig roll för att upprätthålla osmotisk balans. Klor finns som saltsyra i magsyra. Koncentrationen av saltsyra i mänsklig magsaft är 0,4-0,5%. Det finns vissa tvivel om broms roll som spårämne, även om dess lugnande effekt är tillförlitligt känd.

FLUOR

Fluor är absolut nödvändigt för normal tillväxt, och dess brist leder till anemi. Mycket uppmärksamhet har ägnats omsättningen av fluor i samband med problemet med karies, eftersom fluor skyddar tänderna från karies har studerats tillräckligt ingående. Det börjar med bildandet av en fläck på ytan av tanden. Syror som produceras av bakterier löser upp tandemaljen under fläcken, men konstigt nog inte från dess yta. Ofta förblir den övre ytan intakt tills områdena under är helt förstörda. Det antas att fluoridjonen i detta skede kan underlätta bildningen av apatit. På så sätt remineliseras den påbörjade skadan.

Fluor används för att förhindra förstörelse av tandemaljen. Du kan lägga till fluor i tandkrämen eller direktbehandla dina tänder med det. Den koncentration av fluor som krävs för att förebygga karies i dricksvatten är ca 1 mg/l, men konsumtionsnivån beror inte bara på detta. Applicering av höga koncentrationer av fluorider (mer än 8 mg/l) kan negativt påverka de känsliga jämviktsprocesserna vid benbildning. Överdriven absorption av fluor leder till fluoros. Fluor leder till dysfunktion i sköldkörteln, tillväxthämning och njurskador. Långvarig exponering för fluor i kroppen leder till mineralisering av kroppen. Som ett resultat deformeras benen, vilket till och med kan växa ihop, och förkalkning av ligamenten uppstår.

JOD

Jods huvudsakliga fysiologiska roll är dess deltagande i metabolismen av sköldkörteln och dess inneboende hormoner. Sköldkörtelns förmåga att ackumulera jod är också inneboende i spott- och bröstkörtlarna. Och även till några andra organ. För närvarande tror man dock att jod spelar en ledande roll endast i sköldkörtelns liv.

Brist på jod leder till karakteristiska symtom: svaghet, gulfärgning av huden, känsla av kyla och torrhet. Behandling med sköldkörtelhormoner eller jod eliminerar dessa symtom. Brist på sköldkörtelhormoner kan leda till en förstorad sköldkörtel. I sällsynta fall (en belastning i kroppen av olika föreningar som stör absorptionen av jod, till exempel tiocyanat eller antityreoideamedlet goitrin, som finns i olika typer kål) bildas en struma. Brist på jod påverkar särskilt hälsan hos barn de släpar efter i fysisk och mental utveckling. En diet med jodbrist under graviditeten leder till födelsen av hypotyreoideabarn (cretins).

Överskott av sköldkörtelhormoner leder till utmattning, nervositet, skakningar, viktminskning och överdriven svettning. Detta beror på en ökning av peroxidasaktivitet och följaktligen en ökning av jodering av tyroglobuliner. Överskott av hormoner kan vara en följd av en sköldkörteltumör. Under behandlingen används radioaktiva isotoper av jod, som lätt tas upp av sköldkörtelceller.

Vi ägnade stor uppmärksamhet åt metallernas roll. Det måste dock tas med i beräkningen att vissa icke-metaller också är absolut nödvändiga för kroppens funktion.

Kisel

Kisel är också ett viktigt spårämne. Detta har bekräftats av noggranna studier av råttnäring med olika dieter. Råttor gick upp märkbart i vikt när natriummetasilikat (Na2(SiO)3.9H2O) tillsattes till deras diet (50 mg per 100 g). Kycklingar och råttor behöver kisel för tillväxt och skelettutveckling. Brist på kisel leder till störningar av strukturen hos ben och bindväv. Som det visade sig finns kisel i de områden av benet där aktiv förkalkning sker, till exempel i benbildande celler, osteoblaster. Med åldern minskar koncentrationen av kisel i cellerna.

Lite är känt om de processer där kisel är involverat i levande system. Där finns den i form av kiselsyra och deltar troligen i koltvärbindningsreaktioner. Hos människor visade sig den rikaste källan till kisel vara hyaluronsyra från navelsträngen. Den innehåller 1,53 mg fritt och 0,36 mg bundet kisel per gram.

Selen

Selenbrist orsakar muskelcellsdöd och leder till muskelsvikt, i synnerhet hjärtsvikt. Biokemiska studier av dessa tillstånd ledde till upptäckten av enzymet glutationperoxidas, som förstör peroxider En brist på selen leder till en minskning av koncentrationen av detta enzym, vilket i sin tur orsakar lipidoxidation. Selens förmåga att skydda mot kvicksilverförgiftning är välkänd. Mycket mindre känt är det faktum att det finns ett samband mellan högt selen i kosten och låg cancerdödlighet. Selen ingår i människans kost i mängden 55-110 mg per år, och koncentrationen av selen i blodet är 0,09-0,29 µg/cm. När det tas oralt koncentreras selen i levern och njurarna. Ett annat exempel på selens skyddande effekt mot berusning av lättmetaller är dess förmåga att skydda mot förgiftning av kadmiumföreningar. Det visade sig att, precis som i fallet med kvicksilver, tvingar selen dessa giftiga joner att binda till jonaktiva centra, de som inte påverkas av deras toxiska effekt.

Arsenik

Klor och brom

Halogenanjonerna skiljer sig från andra genom att de är enkla anjoner snarare än oxoanjoner. Klor är extremt utbrett, det kan passera genom membranet och spelar en viktig roll för att upprätthålla osmotisk balans. Klor finns i form av saltsyra i magsaft. Koncentrationen av saltsyra i mänsklig magsaft är 0,4-0,5%.

Det finns vissa tvivel om broms roll som spårämne, även om dess lugnande effekt är tillförlitligt känd.

Fluor

Dental karies har studerats tillräckligt ingående. Det börjar med bildandet av en fläck på ytan av tanden. Syror som produceras av bakterier löser upp tandemaljen under fläcken, men konstigt nog inte från dess yta. Ofta förblir den övre ytan intakt tills områdena under är helt förstörda. Det antas att fluoridjonen i detta skede kan underlätta bildningen av apatit. På så sätt remineliseras den påbörjade skadan.

Fluor används för att förhindra förstörelse av tandemaljen. Du kan lägga till fluor i tandkrämen eller direktbehandla dina tänder med det. Den fluorhalt som krävs för att förhindra karies i dricksvatten är cirka 1 mg/l, men konsumtionsnivån beror inte bara på detta. Användning av höga koncentrationer av fluor (mer än 8 mg/l) kan negativt påverka de känsliga jämviktsprocesserna vid benvävnadsbildning. Överdriven absorption av fluor leder till fluoros. Fluor leder till dysfunktion i sköldkörteln, tillväxthämning och njurskador. Långvarig exponering för fluor i kroppen leder till mineralisering av kroppen. Som ett resultat deformeras benen, vilket till och med kan växa ihop, och förkalkning av ligamenten uppstår.

Jod

Brist på jod leder till karakteristiska symtom: svaghet, gulfärgning av huden, känsla av kyla och torrhet. Behandling med sköldkörtelhormoner eller jod eliminerar dessa symtom. Brist på sköldkörtelhormoner kan leda till en förstorad sköldkörtel. I sällsynta fall (en belastning i kroppen av olika föreningar som stör absorptionen av jod, till exempel tiocyanat eller antityreoideamedlet goitrin, som finns i olika typer av kål), bildas en struma. Brist på jod påverkar särskilt hälsan hos barn de släpar efter i fysisk och mental utveckling. En diet med jodbrist under graviditeten leder till födelsen av hypotyreoideabarn (cretins).

Icke-metaller- kemiska grundämnen som bildar enkla kroppar som inte har egenskaper som är karakteristiska för metaller. En kvalitativ egenskap hos icke-metaller är elektronegativitet.

Elektronnegativitet― detta är förmågan att polarisera en kemisk bindning, att attrahera vanliga elektronpar.

Det finns 22 grundämnen som klassificeras som icke-metaller.

1:a perioden

3:e perioden

4:e perioden

5:e perioden

6:e perioden

Som framgår av tabellen är icke-metalliska grundämnen huvudsakligen belägna i den övre högra delen av det periodiska systemet.

Struktur av icke-metalliska atomer

Ett karakteristiskt drag för icke-metaller är det större antalet elektroner (jämfört med metaller) i den yttre energinivån hos deras atomer. Detta bestämmer deras större förmåga att fästa ytterligare elektroner och uppvisa högre oxidativ aktivitet än metaller. Särskilt starka oxiderande egenskaper, d.v.s. förmågan att tillföra elektroner, uppvisas av icke-metaller belägna i den andra och tredje perioden av grupperna VI-VII. Om vi jämför arrangemanget av elektroner i orbitaler i atomerna av fluor, klor och andra halogener, kan vi bedöma deras utmärkande egenskaper. Fluoratomen har inga fria orbitaler. Därför kan fluoratomer endast uppvisa I och oxidationstillståndet är 1. Det starkaste oxidationsmedlet är fluor. I andra halogeners atomer, till exempel i kloratomen, finns fria d-orbitaler på samma energinivå. Tack vare detta kan elektronparning ske på tre olika sätt. I det första fallet kan klor uppvisa ett oxidationstillstånd på +3 och bilda klorsyra HClO2, vilket motsvarar salter - till exempel kaliumklorit KClO2. I det andra fallet kan klor bilda föreningar där klor är +5. Sådana föreningar inkluderar HClO3 och ee, till exempel kaliumklorat KClO3 (Bertoletova). I det tredje fallet uppvisar klor ett oxidationstillstånd på +7, till exempel i perklorsyra HClO4 och dess salter, perklorater (i kaliumperklorat KClO4).

Strukturer av icke-metalliska molekyler. Fysikaliska egenskaper hos icke-metaller

I gasformigt tillstånd vid rumstemperatur är:

· väte - H2;

· kväve - N2;

· syre - O2;

fluor - F2;

· radon - Rn).

I flytande - brom - Br.

I solid:

bor - B;

· kol - C;

· kisel - Si;

· fosfor - P;

· selen - Se;

tellur - Te;

Det är mycket rikare för icke-metaller och färger: rött för fosfor, brunt för brom, gult för svavel, gulgrönt för klor, violett för jodånga, etc.

De mest typiska icke-metallerna har en molekylär struktur, medan de mindre typiska har en icke-molekylär struktur. Detta förklarar skillnaden i deras egenskaper.

Sammansättning och egenskaper hos enkla ämnen - icke-metaller

Ickemetaller bildar både monoatomiska och diatomiska molekyler. TILL monoatomisk Icke-metaller inkluderar inerta gaser som praktiskt taget inte reagerar ens med de mest aktiva ämnena. är belägna i grupp VIII i det periodiska systemet, och de kemiska formlerna för motsvarande enkla ämnen är följande: He, Ne, Ar, Kr, Xe och Rn.

Vissa icke-metaller bildas diatomisk molekyler. Dessa är H2, F2, Cl2, Br2, Cl2 (element från grupp VII i det periodiska systemet), samt syre O2 och kväve N2. Från triatomär molekyler består av ozongas (O3). För icke-metalliska ämnen som är i fast tillstånd är det ganska svårt att skapa en kemisk formel. Kolatomerna i grafit är kopplade till varandra på olika sätt. Det är svårt att isolera en enda molekyl i de givna strukturerna. När man skriver kemiska formler för sådana ämnen, som i fallet med metaller, införs antagandet att sådana ämnen endast består av atomer. , i detta fall, skrivs utan index: C, Si, S, etc. Sådana enkla ämnen som syre, som har samma kvalitativa sammansättning (båda består av samma element - syre), men skiljer sig åt i antalet atomer i molekylen , har olika egenskaper. Syre har alltså ingen lukt, medan ozon har en stickande lukt som vi luktar under ett åskväder. Egenskaperna hos hårda icke-metaller, grafit och diamant, som också har samma kvalitativa sammansättning, men olika strukturer, skiljer sig kraftigt åt (grafit är spröd, hård). Således bestäms egenskaperna hos ett ämne inte bara av dess kvalitativa sammansättning, utan också av hur många atomer som finns i ämnets molekyl och hur de är kopplade till varandra. i form av enkla kroppar är i ett fast gasformigt tillstånd (förutom brom - flytande). De har inte de fysikaliska egenskaper som finns i metaller. Hårda icke-metaller har inte den lyster som är karakteristisk för metaller, de är vanligtvis spröda och leder värme dåligt (med undantag för grafit). Kristallint bor B (som kristallint kisel) har en mycket hög smältpunkt (2075°C) och hög hårdhet. Den elektriska ledningsförmågan hos bor ökar kraftigt med ökande temperatur, vilket gör det möjligt att använda det i stor utsträckning inom halvledarteknik. Tillsatsen av bor till stål och legeringar av aluminium, koppar, nickel etc. förbättrar dem mekaniska egenskaper. Borider (föreningar med vissa metaller, till exempel titan: TiB, TiB2) är nödvändiga vid tillverkning av jetmotordelar, blad gasturbiner. Som framgår av schema 1 har kol - C, kisel - Si, - B en liknande struktur och har några generella egenskaper. Som enkla ämnen finns de i två former - kristallina och amorfa. De kristallina formerna av dessa grundämnen är mycket hårda, med höga smältpunkter. Kristallin har halvledaregenskaper. Alla dessa element bildar föreningar med metaller - , och (CaC2, Al4C3, Fe3C, Mg2Si, TiB, TiB2). Vissa av dem har högre hårdhet, till exempel Fe3C, TiB. används för att producera acetylen.

Kemiska egenskaper hos icke-metaller

I enlighet med de numeriska värdena för de relativa elektronegativiteterna ökar de oxiderande icke-metallerna i följande ordning: Si, B, H, P, C, S, I, N, Cl, O, F.

Icke-metaller som oxidationsmedel

De oxiderande egenskaperna hos icke-metaller visar sig under deras interaktion:

· med metaller: 2Na + Cl2 = 2NaCl;

· med väte: H2 + F2 = 2HF;

· med icke-metaller som har lägre elektronegativitet: 2P + 5S = P2S5;

· med vissa komplexa ämnen: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O,

2FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3.

Icke-metaller som reduktionsmedel

1. Alla icke-metaller (förutom fluor) uppvisar reducerande egenskaper när de interagerar med syre:

S + O2 = SO2, 2H2 + O2 = 2H2O.

Syre i kombination med fluor kan också uppvisa ett positivt oxidationstillstånd, d.v.s. vara ett reduktionsmedel. Alla andra icke-metaller uppvisar reducerande egenskaper. Till exempel förenas klor inte direkt med syre, men indirekt är det möjligt att erhålla dess oxider (Cl2O, ClO2, Cl2O2), i vilka klor uppvisar ett positivt oxidationstillstånd. Vid höga temperaturer förenas kväve direkt med syre och uppvisar reducerande egenskaper. Svavel reagerar ännu lättare med syre.

2. Många icke-metaller uppvisar reducerande egenskaper när de interagerar med komplexa ämnen:

ZnO + C = Zn + CO, S + 6HNO3 konc = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O.

3. Det finns också reaktioner där en icke-metall är både ett oxidationsmedel och ett reduktionsmedel:

Cl2 + H2O = HCl + HClO.

4. Fluor är den mest typiska icke-metallen, som inte har reducerande egenskaper, d.v.s. förmågan att donera elektroner i kemiska reaktioner.

Icke-metallföreningar

Ickemetaller kan bilda föreningar med olika intramolekylära bindningar.

Typer av icke-metalliska föreningar

Allmänna formler för väteföreningar enligt grupper av det periodiska systemet av kemiska element ges i tabellen:



	Flyktiga väteföreningar

Totala kalkogener.

I huvudundergruppen av den sjätte gruppen av det periodiska systemet av element. I. Mendeleev innehåller elementen: syre (O), svavel (S), selen (Se), (Te) och (Po). Dessa grundämnen kallas gemensamt för kalkogener, vilket betyder "malmbildande".

I undergruppen av kalkogener, från topp till botten, med ökande atomladdning, förändras elementens egenskaper naturligt: deras icke-metalliska egenskaper minskar och deras metalliska egenskaper ökar. Så - en typisk icke-metall, och polonium - en metall (radioaktiv).

Grå selen

Tillverkning av fotoceller och elektriska strömlikriktare

Inom halvledarteknik

Biologisk roll av kalkogener

Svavel spelar en viktig roll i livet för växter, djur och människor. I djurorganismer ingår svavel i nästan alla proteiner, svavelhaltiga proteiner och proteiner samt vitamin B1 och hormonet insulin. Med brist på svavel saktar ulltillväxten ner hos får, och dålig fjädring noteras hos fåglar.

De växter som konsumerar mest svavel är kål, sallad och spenat. Ärt- och bönskidor, rädisor, kålrot, lök, pepparrot, pumpa och gurka är också rika på svavel; Rödbetor är också svavelfattiga.

Förbi kemiska egenskaper selen och tellur är mycket lika svavel, men fysiologiskt är de dess antagonister. Mycket små mängder selen krävs för normal funktion av kroppen. Selen har en positiv effekt på det kardiovaskulära systemet, röda blodkroppar, och förbättrar kroppens immunförsvar. En ökad mängd selen orsakar sjukdom hos djur, manifesterad av avmagring och dåsighet. Brist på selen i kroppen leder till störningar av hjärtat, andningsorganen, kroppssvullnad och kan till och med uppstå. Selen har en betydande effekt på djur. Till exempel innehåller rådjur, som har hög synskärpa, 100 gånger mer selen i näthinnan än i andra delar av kroppen. I flora Alla växter innehåller mycket selen. Växten ackumulerar särskilt stora mängder av det.

Den fysiologiska rollen av tellur för växter, djur och människor har studerats mindre än selens. Man vet att tellur är mindre giftigt jämfört med selen och tellurföreningar i kroppen reduceras snabbt till elementärt tellur, som i sin tur kombineras med organiska ämnen.

Allmänna egenskaper hos element i kväveundergruppen

Huvudundergruppen i den femte gruppen inkluderar kväve (N), fosfor (P), arsenik (As), antimon (Sb) och (Bi).

Från topp till botten i undergruppen från kväve till vismut minskar de ickemetalliska egenskaperna, medan de metalliska egenskaperna och atomernas radie ökar. Kväve, fosfor, arsenik är icke-metaller, men tillhör metaller.

Kväve undergrupp

Jämförande egenskaper	7 N kväve	15 P-fosfor	33 Som arsenik	51 Sb antimon	83 Bi vismut
Elektronisk struktur					…4f145d106S26p3
Oxidationstillstånd	1, -2, -3, +1, +2, +3, +4, +5	3, +1, +3, +4,+5
Elektro- negativitet
Att vara i naturen	I ett fritt tillstånd - i atmosfären (N2 -), i ett bundet tillstånd - i sammansättningen av NaNO3 -; KNO3 - Indisk salpeter	Ca3(PO4)2 - fosforit, Ca5(PO4)3(OH) - hydroxiapatit, Ca5(PO4)3F - fluorapatit
Allotropa former under normala förhållanden	Kväve (en form)	NH3 + H2O ↔ NH4OH ↔ NH4+ + OH – (ammoniumhydroxid); PH3 + H2O ↔ PH4OH ↔ PH4+ + OH- (fosfoniumhydroxid). Biologisk roll av kväve och fosfor Kväve spelar en extremt viktig roll i växtlivet, eftersom det är en del av aminosyror, proteiner och klorofyll, B-vitaminer och enzymer som aktiverar. Därför påverkar en brist på kväve i jorden växterna negativt, och i första hand klorofyllhalten i bladen, vilket gör att de blir bleka. förbruka från 50 till 250 kg kväve per 1 hektar markyta. Mest kväve finns i blommor, unga blad och frukter. Den viktigaste kvävekällan för växter är kväve - dessa är främst ammoniumnitrat och ammoniumsulfat. Det bör också noteras kvävets speciella roll som en komponent i luft - den viktigaste komponenten i levande natur. Inte ett enda kemiskt element tar en så aktiv och mångsidig del i växt- och djurorganismernas livsprocesser som fosfor. Det är en komponent i nukleinsyror och ingår i vissa enzymer och vitaminer. Hos djur och människor är upp till 90 % av fosforn koncentrerad i benen, upp till 10 % i musklerna och ca 1 % i nervsystemet (i form av oorganiska och organiska föreningar). I muskler, lever, hjärna och andra organ finns det i form av fosfatider och fosforestrar. Fosfor deltar i muskelsammandragningar och i uppbyggnaden av muskel- och benvävnad. Människor som är engagerade i mentalt arbete behöver konsumera ökade mängder fosfor för att förhindra utmattning nervceller, som fungerar med ökad belastning just under mentalt arbete. Med brist på fosfor minskar prestandan, neuros utvecklas och tvåvärt germanium, tenn och bly GeO, SnO, PbO störs av amfotära oxider. De högre oxiderna av kol och kisel CO2 och SiO2 är sura oxider, vilket motsvarar hydroxider som uppvisar svagt sura egenskaper - H2CO3 och kiselsyra H2SiO3. Amfotera oxider - GeO2, SnO2, PbO2 - motsvarar amfotära hydroxider, och vid övergång från germaniumhydroxid Ge(OH)4 till blyhydroxid Pb(OH)4 försvagas de sura egenskaperna och de basiska förstärks. Biologisk roll för kol och kisel Kolföreningar är grunden för växt- och djurorganismer (45 % av kolet finns i växter och 26 % i djurorganismer). Kolmonoxid (II) och kolmonoxid (IV) uppvisar karakteristiska biologiska egenskaper. Kolmonoxid (II) är en mycket giftig gas eftersom den binder hårt till hemoglobin i blodet och berövar hemoglobinet förmågan att transportera syre från lungorna till kapillärerna. Vid inandning kan CO orsaka förgiftning, eventuellt till och med död. Kol(IV)monoxid är särskilt viktig för växter. I växtceller (särskilt i löv), i närvaro av klorofyll och verkan av solenergi, produceras glukos från koldioxid och vatten med frisättning av syre. Som ett resultat av fotosyntesen binder växter årligen 150 miljarder ton kol och 25 miljarder ton väte och släpper ut upp till 400 miljarder ton syre i atmosfären. Forskare har funnit att växter får cirka 25 % av CO2 genom rotsystemet från karbonater lösta i jorden. Växter använder kisel för att bygga integumentära vävnader. Kisel som finns i växter, genomsyrar cellväggarna, gör dem hårdare och mer motståndskraftiga mot skador från insekter, skyddar dem från svampinfektion. Kisel finns i nästan alla djur- och mänskliga vävnader, lever och brosk är särskilt rika på det. Hos tuberkulospatienter finns det betydligt mindre kisel i ben, tänder och brosk än hos friska människor. Vid sjukdomar som Botkin sker en minskning av kiselhalten i blodet, och vid skador på tjocktarmen tvärtom en ökning av dess innehåll i blodet.