praktikum lekovi 1 - treci modul nova verzija

Трећи модул

Практикум из опште и неорганске хемије

10. ВОДОНИК И ЕЛЕМЕНТИ IA ГРУПЕ

VODONIK

Електронска конфигурација водоника је 1s1. Због такве конфигурације водоник нема одређен положај у периодном систему елемената. Може се

сврстати у IA групу која има електронску конфигурацију ns1

сличну водонику. Ови елементи постижу стабилну конфигурацију отпуштањем једног електрона и тако прелазе у позитивно оксидационо стање +1 што је карактеристично и за водоник. Међутим, елементи IA групе су алкални метали, а

водоник је гас-неметал па се због тога не може сврстати у ову групу.Водоник може и примити један електрон да би постигао стабилну

електронску конфигурацију племенитог гаса хелијума, па тако прелази у негативно оксидационо стање -1. То је карактеристика елемената VIIA групе, тј. халогених елемената, а они су неметали као и водоник. Због таквих сличности са овим елементима може се сврстати у VIIA групу периодног система. С обзиром да водоник има малу електронегативност у односу на елементе VIIA групе не може се сврстати у ову групу.

Водоник се јавља као двоатомни молекул H2. Веза у молекулу водоника је неполарна ковалента веза.

Распрострањен је највише на звездама. На Земљи се јавља у вишим слојевима атмосфере јер Земљина гравитациона сила је мала да би могла да задржи лагане молекуле водоника. Јавља се као саставни део вулканских гасова.

У нашој околини се налази само у виду једињења - вода, амонијак, протеини, угљени хидрати... Водоник се јавља у облику три изотопа:

1H1 ПРОТИЈУМ 1H2 ДЕУТЕРИЈУМ 1H3 ТРИЦИЈУМ

2


АЛКАЛНИ МЕТАЛИ

У групу алкалних метала, IA група, спада литијум (Li), натријум (Na), калијум (K), рубидијум (Rb), цезијум (Cs) и францијум (Fr). Алкални метали се у природи налазе у великим количинама. Неки од њих су били познати и у праисторијском времену. Идентификација ових елемената се десила тек у 19. веку. Францијум је изолован из радиоактивних производа актинијума. Већина једињења алкалних метала је растворљива у води (хлориди, карбонати, сулфати). Литиум се у природи налази у облику силиката (LiAlSi2O6). Хлориди натријума и калијума се налазе у природи као наслаге руде. Велика количина натријум хлорида се налази у морској води. Рубидијум и цезијум су пратиоци литијумових руда.

Литијум. Најважнија улога литијума у организму је регулација сератонина. Под утицајем литијума серотонин делује на повећање мирног расположења и стога се серотонин сматра природним антидепресивом. Литијум такође утиче на транспорт натријума у организму, повећава лимфолитичку пролиферацију и на тај начин утиче на повећање имунитета организма.

Последице недостатка литијума у организму могу бити: насилно понашање, самоубиство, криминал, наркоманија, болести срца, репродуктивни проблеми, краћи животни век, лош метаболизам липида, аномалије у понашању, депресија, манија, злостављање, бол у зглобовима, пароноидна шизофренија.

Натријум. Минимална количина натријума код човека је 500 mg дневно, али се препоручује унос од 2,3 g дневно. Натријум је најзаступљенији катјон (позитивни јон) ванћелијске течности. У 15 литара ванћелијске течности (толико се налази у особи тешкој 70 kg) има око 50 g натријума, што је око 90% укупног натријума у организму. Натријум има кључну улогу у регулацији запремине крви, крвног притиска, осмотске равнотеже и одржавања константне pH вредности. Натријум је такође неопходан за функционисање неурона и осморегулацију између ћелија и ванћелијске течности.

Недостатка натријума - хипонатријемија, изазива пад лучења хормона вазопресина у задњем режњу хипофизе што доводи до губитка воде урином.

Калијум. Просечан садржај калијума у организму је 140 g. Калијум је главни катјон у интрацелуларној течности. Калијум регулише метаболизам воде и соли унутар ћелије, осмотски притисак, кисело-базну равнотежу,

3


нормализује рад срца, учествује у предаји нервних импулса мишића, појачава изношење натријума из организма и воде и активира неке ензиме. Осим тога калијум игра важну улогу у биосинтези протеина и за претварање шећера из крви у гликоген. Активира велики број ензима, посебно оних који учествују у

стварању енергије. Стимулише нормалне покрете интестиналног тракта. Недостатак калијум се у организму може јавити услед велике количне

унетог натријума, облиног знојења, честих повраћања, дијареје итд.

Експериментални поступак

Добијање и особине водоника

Поступак: У епрувету убацити грануле цинка, а затим сипати око 3 ml разблажене сумпорне киселине (H2SО4 : H2O = 1 : 5). Епрувету учврстити за статив, затворити запушачем кроз који је провучена стаклена цевчица, а гас који се при томе издваја хватати у епрувету. Помоћу шибице проверити да ли водоник гори.

Запажања:

Оксидациона својства водоник-пероксида

Поступак: У епрувету сипати 1-2 ml 3% раствора H2O2, додати 1-2 капи раствора KI и неколико капи разблажене сумпорне киселине. Ради идентификовања производа реакције смеши додати затим 1-2 ml раствора скроба. На основу запажања написати једначину реакције.

Запажања:

4


Дејство воде на алкалне метеле

Поступак: Помоћу пинцете или шпатуле извадити комадић натријума из боце у којој се чува под петролеумом. Натријум ставити на филтер папир и одсећи комадић величине зрна пиринча, а остатак вратити у боцу. У чашу од 50 ml сипати око 10 ml воде, додати 2-3 капи фенол-фталеина и убацити натријум у воду. Чашу поклопити сахатним стаклом. Реакција је веома бурна!

Запазити промене боје индикатора и написати једначину реакције.

Запажања:

Доказивање натријума и калијима у пламену

Поступак: Помоћу платинске жице у пламен унети раствор неке соли натријума и обратити пажњу на боју пламена, Оглед поновити само уместо соли натријума узети со калијума.

Запажања:

Датум ________________ Потпис асистента___________________

5


11.ЕЛЕМЕНТИ IIA И VIIA ГРУПЕ

ЗЕМНОАЛКАЛНИ МЕТАЛИ

У групу земноалкалних метала, IIA група, спада берилијум (Be), магнезијум (Mg), калцијум (Ca), стронцијум (Sr), баријум (Ba) и радијум (Ra).

Магнезијум и калцијум се у природи налазе у великим количинама. Берилијум је најмање заступљен и налази се у облику минерала берил, Be3Al2Si6O18. Остали елементи IIA групе налазе се у највећим количинама у облику карбоната, сулфата и силиката. Радијум је радиоактивни елемент и налази се само у траговима. Оксиди и хидроксиди ових метала су слабо растворни

у води. Са хемијског становишта (реакције са водом, киселинама и грађења јонских једињења) елементи IIA групе (Ca, Sr, Ba и Ra) су скоро исто реактивни као и елементи IA групе. У погледу физичких особина (густина, тврдоћа, тачка топљења...) елементи IIA групе су више типични метали од елемената IA групе. Берилијум по својим физичким и хемијским особинама се значајно разликује (слабо реагује са ваздухом и водом, његов оксид, BeO показује амфотерне особине при чему са водом гради Be(OH)2, док са јаком базом Be(OH)4

2- јон) од осталих елемената IIA групе.

Магнезијум. Магнезијум је један од најзаступљенијих минералних материја у меким ткивима. Просечна одрасла особа садржи од 20 до 28 грама магнезијума, од чега се око 60% налази у костима. Остатак је у мишићима, меком ткиву и телесним течностима. Магнезијум се у високим концентрацијама може наћи унутар ћелија, посебно срчаних и ћелија мозга.

Магнезијум је кофактор за преко 300 ензимских реакција, посебно оних које учествују у метаболизму компонената хране и стварању нових молекула значајних за здравље човека.

Магнезијум је укључен у све ензимске реакције где је потребна енегија ускладиштена у молекулима аденозин-трифосфата (ATP) - као супстрат Mg2+-ATP. Такође, магнезијум је укључен у синтези разних молекула, активацији мишићне концентрације, детоксикацији организма, структуру костију, јонски транспорт и деловању хормона.

6


Одлични извори магнезијума су житарице, кромпир, поврће, млеко, риба, банане и наранџе. Вода је добар извор магнезијума, посебно у областима где је присутна "тешка" вода. Магнезијум се обично из воде боље ресорбује од магнезијума из хране.

Неадекватан унос магнезијума може довести до развоја следећих болести: кардиоваскуларне болести, дијабетеса, остеопорозе, мигрене, астме, камен у бубрегу, сиде, недостатака енергије и тумора желуца.

Калцијум. Калцијум је најзаступљенији микроелемент у људском организму. Око 99% калцијума из организма се налази у костима и зубима. Остала количина се налази у крви, лимфи и осталим телесним течностима, ћелијским мембранама, као и у ћелији. Калцијум учествује у изградњи структуре костију и зуба, утиче на метаболичка регулацију и регулацију ћелијских активности, посредује у реакцијама ћелија на разне стимулусе и улази у састав бројних металоензима.

Умерени недостатак калцијума у организму може довести до нервне осетљивости, грчева мишића, крте нокте, убрзано куцање срца и несаницу. Већи недостатак калцијума изазива неуобичајене откуцаје срца, грчеве и болове у мишићима, укоченост, жмарци у рукама и ногама. Недостатак калцијума изазива остеопорозу и тумор дебелог.

ХАЛОГЕНИ ЕЛЕМЕНТИ

Реч халоген потиче од грчких речи halos и gen што у преводу значи “формира соли”. Било је познато да хлор (Cl) са металима гради јонска једињења

у облику соли. Касније остали елементи VIIA групе, флуор (F), бром (Br), јод (I) и астат (At), су сви добили назив халогени елементи. Сви халогени елементи у елементарном стању се налазе као двоатомни неполарни молекули, X2,

у којима су атоми везани једноструком ковалентном везом. Реактивност халогених елемената опада у групи са порастом атомског броја. Сви халогени елементи имају велики електронски афинитет и велику тежњу да привлаче електроне. Сходоно томе, халогени су прилично добра оксидациона средства.

Разлике у понашању показује флуор у односу на остале чланове халогена. Флуор искључиво гради једну ковалентну везу а хлор, бром и јод више

7


једноструких веза, чак и седам у неким од њихових једињења. Халогени елементи показују велику реактивност, па се у природи налазе у облику једињења, флуор показје највећу реактивност. Он директно реагује са скоро свим елементима, изузев са кисеоником, азотом и племенитим гасовима. Реагује са скоро свим материјалима и органским молекулима градећи флуориде. Са металима има највећу тенденцију, у односу на остале халогениде, да гради јонска једињења. Друга важна разлика флуора у односу на друге халогениде је да флуор гради једињења у којима елемент има навише оксидационо стање, као на пример, оксидационо стање сумпора је +6 у једињењу SF6, док је оксидационо стање сумпора +1 у једињењу са хлором, S2Cl2.

Флуор. Флуор има веома важну улогу за кости и зубе и стога се сматра благотворним за човека. Флуор се налази у костима, зубима, тироидној жлезди и кожи. Флуор помаже у јачању зубне глеђи. Штити зубе од оштећења стварајући једињења са калцијумом и фосфором која су јача и мање растворна од осталих калцијумових соли. Ова једињења остају у костима и тешко се ресорбују у циркулацију у случају потребе за калцијумом.

Недостатак флуора у организму доводи, код деце, до појаве зубног карјеса, а код одраслих највероватније до остеопорозе. Недостатак флора се најчешће надокнађује флуорисањем воде за пиће.

Јод. Јод је есенцијални микроелемент за човека. Око 60% јода се налази у тироидној жлезди. Остатак јода се налази у тироидним хормонима у крви и мишићима. Тироидни хормони су неопходни за раст и развој свих органа, посебно мозга, репродуктивних органа, нервног система, костију, коже, косе, ноктију и зуба. Тироксин је значајан за регулисање телесне масе.

Недостатак јода у организму доводи до низа различитих поремећаја као што су хипотироидизам - гушавост. Други симптоми хипотироидизма укључују замор, апатију, дремљивост, остетљивост на хладноћу, летаргију, мишићну слабост, увећавање телесне масе и кожа постаје грубља.

8



Доказивање калцијума, стронцијума и баријума у пламену

Поступак: Помоћу платинске жице у пламен унети раствор неке соли калцијума и обратити пажњу на боју пламена. Оглед поновити само уместо соли калцијума узети со стронцијума и баријума.

Запажања:

Редукциона својства магнрзијума

Поступак: У епрувету сипати 2-3 cm3 воде и додати мало магнезијума у праху. Посматратити, па загревати. Додати 1-2 капи фенолфталеина. Забележити запажања и написати одговарајућу једначину реакције.

Запажања:

9


Добијање хлора (РАДИ СЕ У ДИГЕСТОРУ ! ! !)

Поступак: У епрувету сипати мало манган-диоксида, MnO2, и додати раствор хлороводоничне киселине (не више од 1/3 епрувете). Пажљиво испитати мирис гаса који се издваја, избегавајући јако удисање. Обратити пажњу на боју гаса, ставивши белу хартију иза епрувете. Написати реакцију.

Запажања:

Особине јода

Поступак: У суву епрувету ставити комадић јода. Загревајући полако дно епрувете, посматрати испаравање јода. Обратити пажњу на ситне кристале јода, који се издвајају на горњем, хладном, делу епрувете.

Запажања:


10


12.ЕЛЕМЕНТИ IIIA И IVA ГРУПЕ

БОРОВА ГРУПА ЕЛЕМЕНАТА

У IIIA (13.) групу елемената, по својим физичко-хемијским особинама, једини неметал је бор (B). Остали чланови IIIA групе, алуминијум (Al), галијум (Ga), индијум (In) и талијум (Tl) су метали. Сви елементи IIIA групе имају више

од једног оксидационог стања. Бор је неметал и искључиво гради ковалентну везу у једињењима, остали чланови групе, и ако су метали, најчешће формирају једињења са ковалентном везом. Сви елементи треће групе, осим алуминијума су слабо заступљени у приоди, у облику минерала у сасатву

земљине коре. Бор се у природи налази у облику једињења, боракаса Na2[B4O5(OH)4].8H2O и кернита Na2B4O7

.7H2O. Алуминијум је најраспрострањенији метал у литосфери (7,68 %) и у највећој количини налази у облику: глине, лапораца, иловаче, каолина и ортокласа.

Бор. Бор је есенцијални минерал за биљке, а његова улога за човека је тек недавно утврђена. Највећа концентрација бора у људском организму је у костима и зубној глеђи. Највероватније улога бора у организму је одржавање здравих костију и зглобова. Бор утиче на метаболизам стероидних хормона и највероватније игра улогу у претварању витамина Д у активну форму.

Недостатак бора у организму има највероватније утицај на метаболизам калцијума и магнезијума, и то доводи до промена које указују на остеопорозу.

Токсични ефекти бора се јављају уколико се уноси више од 100 милиграма бора. Светска здравствена организација је забранила употребу бора (у облику борне киселине, H3BO3) као додатка храни и конзерванса. Вишак бора доводи до појаве црвеног осипа, повраћања, дијареје, смањена циркулација крви и коме. Летална доза (доза која изазива смрт) код одраслих износи 15 до 20 грама, док код деце 3 до 6 грама. Вишекратни унос мањих количина бора може довести до кумулативне токсичности.

11


Борна киселина (3%) примењује се у виду облога код кожних инфекција и отока. Смирује упалне процесе на кожи. Код отока омекшава и опушта затегнуту и отечену кожу.

Алуминијум. Алуминијум јон је веома токсичан за сва ткива у организму, посебно за мождано. Путеви којима Al(III)-јон може доспети у организам су: вода за пиће, антациди на бази алуминијумових једињења, храна која се припрема у алуминијумском посуђу итд. Al(III)-јон тешко пролази кроз гастро-интестиналну баријеру али је ризик његовог проласка веома повећан код људи на сталној хемодијализи или код пацијената који у дугом периоду узимају антациде на бази алуминијум-хидроксо-фосфата.

Токсично дејство Al(III)-јона огледа се у инхибицији антиоксидативног система еритроцита, компетитивном везивању за трансферин (заједно са Fe(III)-јоном), уграђивањем у коштано ткиво, итд. Када доспе у мождано ткиво Al(III)-јон изазива промене у неуронима које постепено, доводе до формирања једне врсте наслага у нервном ткиву које су патолошка основа старачке деменције (Алцхајмерове болести). У коштаном ткиву Al(III)-јон изазива остеомалацију.

Једињење алуминијума, Al(SO4)3 x 18H2O се примењује у фармацеутској и козметичкој индустрији. KAl(SO4)2 – стипса служи за заустављање крварења и као дезинфекцијско средство.

УГЉЕНИКОВА ГРУПА ЕЛЕМЕНАТА

У ову групу елемената, IVA (14.) припадају следећи елементи: угљеник (C), силицијум (Si), германијум (Ge), калај (Sn) и олово (Pb). Особине елемената

IVA се доста разликују. Калај и олово имају металне особине. Германијум је металоид. Силицијум се углавном понаша као неметал, али се понекад класификује као металоид. Угљеник као први члан ове групе је изразити неметал са осам алотропских модификација од којих су најпознатије, графит и дијамант.

Електронегативност ових елемената опада од C према Pb, метални карактер растe а стабилност хидрида опада. Везе C-C и C-H су у фокусу органске хемије и биохемије. Кисели карактер оксида и хидроксида опада од C према Pb. Ниске вредности редокс-потенцијала указују на слабу хемијску

12


активност елемената 14. групе. Максималан степен оксидације ових елемената у њиховим једињењима је +4, а минималан -4.

Угљеник. Угљеник припада групи макроелемената у нашем организму. Он је централни елемент органске хемије и биохемије па је улога угљеника у неорганској хемији помало маргинализована. Главна неорганска једињења угљеника су CO, CO2, H2CO3 киселина и њене соли – карбонати.

Угљен-моноксид, CO је гас без боје и мириса, јако редукционо средство, мало растворљив у води и јако отрован. Изазива: вртоглавице, главобоље, дезоријентацију, поремећај рада срца и дисања, поремећај вида, отказ можданих функција и кому. Дужим удисањем може изазвати и смрт.

Угљен-диоксид, CO2 је гас који са водом даје угљоводоничну киселину. Соли H2CO3 киселине су карбонати и бикарбонати. Бикарбонати се користе као антацид – за неутралисање киселине у желудачне киселине. Бикарбонатни пуфер, H2CO3/ HCO3

- је главни екстрацелуларни пуфер.


Идентификација борне киселине

Поступак: У порцелансу посуду додати мало борне киселине и прелити са мало етанола. Помешати и запалити. Посматрати боју пламена.

Запажања:

13


Амфотерна својства алуминијум-хидроксида

Поступак: У епрувету сипати 2-3 ml раствора алуминијум-сулфата и додавати му у капима разблажени раствор натријум-хидроксида (0,1М) све док се ствара талог. Садржај епрувете измућкати и поделити у две епрувете. Првом делу додати хлороводоничну киселину, а другом делу раствор натријум-хидроксида. Посматрати промене и написати једначине реакција.

Запажања:

Добијање угљеник(IV)-оксида CO2

Поступак: У Кипов апарат ставити комадић мермера или креде и додати разблажене хлороводоничне киселине (1:4). Написати једначину за ову хемијску реакцију.

Запажања:

14


Растворљивост угљендиоксида у води

Поступак: У епрувету са водом уводити угљендиоксид. Испитати са плавом лакмусовом хартијом добијени раствор. Потом пустити да раствор прокључа. Објаснити промену боје лакмуса.

Запажања:

Добијање калцијум-карбоната и калцијум-бикарбоната

Поступак: У епрувету сипати раствор калцијум-хидроксида и уводити CO2. При томе се ствара бели талог. Даљим увођењем талог се раствара.

Запажања:


15


13. ЕЛЕМЕНТИ VA И VIA ГРУПЕ

АЗОТОВА ГРУПА ЕЛЕМЕНАТА

У VA (16.) групу елементата припадју следећи елементи: азот (N), фосфор (P), арсен (As) антимон (Sb) и бизмут (Bi). Сви елементи ове

групе имају електронску конфигурацију последње љуске ns2 np3. Ова конфигурација сугерише на неметално понашање и не даје могућност металном понашању.

Међутим, ако се упореде прве енергије јонизације које опадају у групи (за азот 1402 kJ/mol и за бизмут 703

kJ/mol) ипак се може закључити да последњи чланови групе имају помало метални карактер. Азот и фосфор су неметали, арсен и антимон су металоиди и бизмут је метал. Висока електронегативност азота (3) указује на његове неметалне карактеристике док нижа вредност за бизмут (1,9) на металне особине. Нагли скок електронегативности азота у односу на остале елементе групе указује на различито хемијско понашање азота. Азот и поред велике вредности коефифијента електронегативности, с кисеоником гради једињења у којима има позитиван степен оксидације. Максималан степен оксидације ових елемената је +5 до -3, а најстабилнија су једињења с непарним оксидационим бројем. Фосфор, арсен и антимон се јављају у различитим алотропским модификацијама (тетраедарске и слојевите структуре).

Азот. Азот је у ваздуху заступљен са 78% и налази се у облику молекула, N2. У овом облику атоми азота су везани троструком ковалентном везом. Под

нормалним условима је у гасовитом агрегатном стању. Без мириса, није отрован али је загушљив. Азот улази у састав многих једињења као сто су: амонијак, оксиди азота, азотна и азотаста киселина,

нитрати, нитрити као и многа важна органска једињења (амино киселине, нуклеинске киселине, протеинима биљног и животињског порекла).

Амонијак, NH3 је, при нормалној температури и притиску, гас без боје, оштрог карактеристичног мириса, лакши од ваздуха и растворљив у води. Због велике разлике у електронегативности између азота и водоника, молекул амонијака је врло стабилан. Веза N-H је ковалентна са израженим јонским карактером. Амонијак је важан извор азота у живим системима. Азот је

16


неопходан за синтезу аминокиселина, које су основа грађе протеина. Амонијак се ствара путем нормалног метаболизма аминокиселина и токсичан је у великим концентрацијама. Јетра претвара амонијак у уреу - циклус урее. Амонијак је важан за нормалну кисело-базну равнотежу и излучивањем путем урина, доводи до смањења киселости.

Фосфор. Фосфор је после калцијума најзаступљенији елемент у организму. У људском организму га има приближно 1% од његове укупне телесне тежине. Присутан је у свакој ћелији, али га највише има у костима и зубима (око 85% од укупног фосфора). Једињења фосфора су од виталног значаја

за живе организме (DNA, фосфати у костима и зубима) али сам елемент није од великог значаја. Јавља се у три алотропске модификације, бели, црвени и црни фосфор. Фосфор се углавном користи за производњу фосфорне киселине и за добијање органофосфорних једињења.

Фосфор улази у састав ћелијских мебрана (фосфолипиди), неопходан је у свим метаболичким путевима у телу (производња енергије, ћелијско дељење), улази у састав многих ензима и хормона и одржава нормалну ацино-базну равнотежу у организму (pH). Фосфатни пуфер (H2PO4‾/ HPO4

2‾) је главни пуфер интрацелуларне течности. У свим ћелијама се налазе ензими који могу везати фосфор за друге молекуле, као и ензими који га могу отцепити од молекула који га садрже. У екстрацелуларној течности налази се у облику фосфатних јона, а у костима се налази у облику хидроксиапатита, Ca10(PO4)6(OH)2. Хидроксиапатит,

са становишта медицине и стоматологије је биокерамички материјал који се користи за обнављање оболелих или оштећених делова мускулатурно-скелетног система.

Недостатак фосфора у организму може изазвати бол у костима, губитак апетита, анксиозност, менталну конфузију, раздражљивост, промене телесне масе, умор, анемију, проблеме са говором. Вишак фосфора се у организму јавља чешће од недостатка. Вишак се најчешће јавља услед поремећаја бубрега, конзумирања превеликих количина фосфора путем хране и газираних напитака, али и уколико у исхрани нема довољно калцијума. Висок унос фосфора доводи до: кардиоваскуларних болести, калцификације нескелетног ткива (посебно бубрега, где се ствара камен у бубрегу).

КИСЕОНИКОВА ГРУПА ЕЛЕМЕНАТА

17


У VIA (16.) групу елементата, кисеоник (O) и сумпор (S) су изразити неметали, остали елементи, селен (Se), телур (Te) и полонијум (Po) имају неке

металне особине. Ови елементи називају се и халкогени елементи (граде руде), јер су највише заступљени у рудама. На основу електронске конфигурације са шест електрона у задњем енергетском нивоу халкогени елементи, осим

кисеоника граде једињења с максималним степеном оксидације +6. Стабилна једињења халкогених елемената су са степенима оксидације -2, +2, +4, +6. Такође, на основу конфигурације могу се очекивати сличне особине кисеоника и сумпора. Оба елемента формирају јонска једињења са изразитим металима, слична ковалентна једињења, као што су H2S и H2O, CS2 и CO2, SCl2 и Cl2O. Велики скок у опадању електронегативности између кисеоника и сумпора указује на разлику у хемијском понашању између кисеоника и осталих халкогених елемената код којих се електронегативност смањује постепено. На пример, разлика у температури кључања H2O (100 0C) и H2S (-61 0C) се додатно може објаснити стварањем водоничне везе између молекула воде.

Кисеоник. Кисеоник је најраспрострањенији елемент у земљиној кори (45,5%). Такође, он је и најраспрострањенији у ходросфери (90%). У атмосфери је други, после азота, по заступњености са 23,15% по маси или 21,04% по запремини. Јавља се у две алотропске модификације, као молекилски кисеоник O2 и озон O3. Кисеоник, на нормалној температури и нормалном притиску, је гас без боје, укуса и мириса. Двоатомни молекул кисеоника је веома стабилан са две ковалентне везе између атома кисеоника, неполаран, слабо растворљив у води, везује се током дисања а ослобађа у процесу фотосинтезе. Озон је активан и непостојан, растворљив у води и јако оксидационо средство у киселој средини. Кисеоник гради оксиде са скоро свим елементима периодног система и практично сав кисеоник се налази у облику оксида.

Сумпор.Сумпор се у природи налази у облику руде пирита FeS2, као природни гас H2S и у органским једињењима. У елементарном стању се налази у више алотропских модификација (ромбични и моноклинични). Гради једињења са оксидационим бројем -2, +4 и +6. Са оксидационим бројем -2 гради водоник сулфид, H2S и сулфиде. Водоник сулфид је безбојан гас, непријатног мириса

18


(покварена јаја), отрован као HCN и неколико пута отровнији од CO. Овај гас се продукује у ткивима сисара у одређеним стањима (акутни хепатитис, ендотоксични шок, стање сепсе, као и код LPS и mBSA индукованог имуног одговора). Настаје као производ конситутивно експримираних ензима укључених у метаболизам цистеина –

cistation β - sintaze (CBS) i cistation γ liaze (CSE). Једињења сумпора са оксидационим бројем +4 су сумпор-диоксид, SO2, сумпораста киселина, H2SO3 и сулфити. Сумпор-триоксид, SO3, сумпорна киселина, H2SO4 и сулфати су једињења сумпора са оксидационим бројем +6. У натријум-тиосулфату, Na2S2O3

x 5H2O, централни S атом је у оксидационом стању +6 а други S атом, -2. Натријум-тиосулфат се користи као антидот код тровања јаким киселинама, јодом, солима тешких метала и цијанидима. Сумпор улази у састав неких важних амино киселина (цистеин, метионин) и пептида глутатиона. У овим једињењима се налази у S-H групи или у облику -S-S- везе (одговорне за грађење одређене структуре протеина). У процесу преноса водоника у ћелијама -S-S- веза прелази у S-H и обрнуто. Овај реверзибилан процес служи за уклањање радикала H0 и OH0 који настају у ћелијама разлагањем воде под дејством радијације.


Добијање и особине амонијака

Поступак: Узети приближно једнаке количине амонијум-хлорида и калијум-хидроксида и пажљиво их измешати у порцеланском авану или на листу беле хартије. Испитати пажљиво мирис добијене смеше. При мешању амонијум-хлорида с калијум-хидроксидом већ се на обичној температури развија амонијак. При загревању повећава се издвајање амонијака.

Запажања:

Фосфорпентоксид

19


Поступак: На порцелански поклопац који се налази на комадићу азбеста, ставити мало црвеног фосфора. Изнад поклопца учврстити сув левак тако да између њега и азбеста постоји простор за приступ ваздуха. Фосфор запалити загрејаним стакленим штапићем. Фосфорпентоксид који се ствара таложи се на зидовима левка. Са зидова левка водом спрати фосфорпентоксид у чашицу. Раствор добијен на тај начин испитати лакмусовом хартијом и раствором сребро-нитрата.

Запажања:

Добијање кисеоника

Поступак: Сипати у епрувету око 0,3 g калијум хлората, тако да једва покрије дно епрувете. Учврстити епрувету на статив. Загревати епрувету најпре опрезно, затим мало јаче. Када се со истопи и гас почне да издваја, испитати га пажљиво уносећи у епрувету дрвце које тиња.

Запажања:

Добијање и особине сумпорводоника

20


Поступак: У епрувету ставити неколко комадића гвожђе сулфида и додати до 1/3 епрувете раствор сумпорне киселине. Епрувету затворити запушачем са цевчицом за одвод гаса. Посматрати издвајање водоник сулфида. Испитати гас плавом лакмус хартијом.

Запажања:

Дехидратационо дејство концентроване сумпорне киселине

Поступак: У малу чашу сипати 5-6 g шећера у праху, и ставити је у велики кристализатор. Праху додати мало воде да се створи каша, а затим 5-6 ml концентроване сумпорне киселине И добро измешати стакленим штапићем. Објаснити угљенисање шећера.

Запажања:


14. ЕЛЕМЕНТИ IБ И IIБ ГРУПЕ21


ПРЕЛАЗНИ ЕЛЕМЕНТИ

Прелазни елементи су елементе који се налазе између 2. и 13. главне групе периодног система. Постоји више прелазних елемената (d – елементи) него главних елемената. Многи прелазни елементи су ретки и имају ограничену употребу, али постоје прелазни елементи који играју кључну улогу у многим

аспектима савременог живота. Сви прелазни елементи су метали, већином обојени и граде једињења претежно ковалентног карактера као и тежњу да граде комплексна једињења. Метал гвожђе има веома важу улогу у производњи челика и других легура са металима (V, Cr, Mn, Co, Ni, Mo, W). Најбољу електричну проводљивост имају (Ag,

Cu) прелазни метали. Неки метали (Fe, Zn, Cu, Co ...) улазе у сатав протеина и ензима који су неопходни за многе бохемијске процесе у нашем организму.

Док се главни елементи (елементи главних група) разликују по броју електрона у последњем квантном нивоу, прелазни елементи се разликују по броју електрона у претпоследњем квантном нивоу. Сви прелазни елементи, осим пар изузетака, имају у последњем квантном нивоу по два електрона. Хром и бакар су изузеци и код ова два елемента један електрон из s – орбитале прелази у d – орбиталу и на тај начин се d – орбитала попуни до пола са 5 електрона (хром), односно до краја са 10 електрона (бакар). Прелазни елементи показују велику међусобну сличност. Ова сличност тумачи се тиме што електрони унутрашњих квантних нивоа немају великог утицаја на хемијско понашање појединог елемента, тако да разлике између појединих група нису нарочито изразите као код елемената главних група. Прелазни елементи могу у својим једињењима дати различит број електрона (s - и d – електрона) и на тај начин могу градити стабилна једињења са парним и непарним оксидационим бројем (од +1 до +7). Kиселост и тежња да подлежу хидролизи код ових елемената расте с порастом степена оксидације, а такође и с порастом атомске масе. Тежи прелазни елементи показују већу стабилност са вишим оксидационим стањем него са нижим. Стабилност једног оксидационог стања зависи од многих фактора као и од атома за који је прелазни метал везан, од тога да ли је једињење у чврстом стању или је у раствору као и од pH раствора.

22


ЕЛЕМЕНТИ IБ ГРУПЕ

У IБ (11.) групу елемената припадају метали: бакар (Cu), сребро (Ag), злато (Au) и мање познат рентгенијум (Rg). Заједничка електронска конфигурација им је (n-1)d10 ns1. У природи се могу наћи у елементарном стању јер припадају тзв. племенитим металима који су слабо рективни. Не реагују са водоником, а са кисеоником тешко ступају у реакцију у којој дају базне оксиде. Не истискују водоник из његових једињења с обзиром на вредности редокс потенцијала (за Au редокс потенцијал износи +1,68 V, за Ag, +0,80 V а за Cu, +0,52 V). Бакар и сребро се растварају у концентрованој H2SO4 и концентрованој и разблаженој HNO3, док се злато раствара само у царској води (конц. HCl : конц. HNO3 = 3 : 1).

Бакар. Бакар је црвенкасто обојен метал. У природи се налази слободан или у облику сулфидних руда (халкопирит CuFeS2,

халкозин Cu2S и ковелин CuS), у облику оксида (куприт Cu2O) и хидроксикарбоната. Бакар је познат од давнина, као основни састојак бронзе. Користи се за производњу проводника, а у грађевинарству се користи за израду кровова и других украсних елемената.

Бакар је један од есенцијалних микроелемената у организму човека, животиња и многих биљака. У људском организму улази у састав мишића и костију а налази се у јетри, мозгу, бубрезима и срцу. Бакар је важна компонента многих ензима у организму. Има веома важну улогу за развој и одржавање крвних судова, коже, костију и зглобова. Поред овога бакар помаже у очувању ћелија нервног система, укључен је у ослобађању гвожђа из својих депоа, неопходан је за синтезу фосфолипида ћелијске мембране, веома је важан у стварању имуног одговора на инфекције, укључен је у метаболизам масти и холестерола, као и у многим другим биохемијским процесима у организму.

Недостатак бакра у људском организму доводи до анемије, задржавања воде у организму, слабљења зидова крвних судова, доводи до смањења отпорности на инфекције, смањује функције нервног система и других сметњи. Тровање бакром је ретка појава и вишак бакра може изазвати мучнине, повраћање, болове у стомаку, главобоље, болове у мишићима.

23


ЕЛЕМЕНТИ IIБ ГРУПЕ

Овој групи елемената, IIБ (12.), припадају цинк (Zn), кадмијум (Cd), жива (Hg) и коперницијум (Cn). Имају попуњене d и s орбитале, (n-1)d10 ns2, што значи да имају стабилну конфигурацију па се битно разликују од других прелазних метала. Жива је једини течан метал при нормалним условима. Цинк и кадмијум имају негативне вредности за редокс потенцијал а жива има позитивну вредност што значи да припада племенитим металима. Граде једињења са оксидационим бројем +2 и она су углавном ковалентног карактера. Жива једина гради и једињења са +1 степеном оксидације.

Цинк. Цинк је плавичасто бели метал добар проводник електричне струје. У природи се налази у облику сулфида, (сфалерит ZnS) и карбоната (смитсонит ZnCO3).

Цинк припада групи микроелемената, неопходан је за развој и раст живих организама (улази у састав многих ензима – инсулин). Цинк учествује у преко

200 ензимских реакција у организму. Једна од важних улога цинка је секреција, синтеза и употреба инсулина. До данас је познато преко 20 металоензима у чију структуру улази цинк. Веће концентрације Zn2+ јона делују отровно.


Добијање и својства бакар(II)-хидроксида

Поступак: У епрувету сипати 1-2 cm3 раствора бакар(II)-сулфата и додати око два пута већу запремину раствора NaOH исте концентрације. Промућкати садржај епрувете и суспензију бакар(II)-хидроксида поделити у три епрувете. На талог у првој епрувети деловати разблаженим раствором H2SO4, у другој разблаженим раствором NaOH, а у трећој раствором амонијака. Забележити запажања и извести закључак о кисело-базним особинама бакар(II)-хидроксида.

Запажања:

24


Комплексна једињења бакар(II)

Поступак: a) У епрувету сипати око 1cm3 раствора бакар(II)-сулфата, а затим додати

концентровани раствор амонијака да се настали талог раствори. Добијеном раствору додати разблажену H2SО4. Забележити промене боје раствора.

b) У епрувету сипати око 1 cm3 раствора бакар(II)-сулфата, а затим додати засићени раствор натријум-хлорида. Добијени раствор разблажити водом. Забележити промене боје раствора.

Запажања:

25


Добијање и својства цинк(II)-хидроксида

Поступак: У епрувету сипати око 2 cm3 раствора цинк-сулфата, а затим додати разблажени раствор NaOH до појаве белог талога. Садржај епрувете промућкати и поделити у три епрувете. Испитати понашање цинк-хидроксида у реакцији са HCl, NaOH и амонијаком. У ту сврху у прву епрувету додати разблажену HCl, у другу вишак NaOH, а у трећу концентровани раствор амонијака.

Запажања:


15. ЕЛЕМЕНТИ VIБ, VIIБ И VIIIБ ГРУПЕ

26


ЕЛЕМЕНТИ VIБ ГРУПЕ

У ову групу, VIБ (6.), спадају хром (Cr), молибден (Mo), волфрам (W) и сиборгијум (Sg). Сви елементи ове групе су прелазни метали. Прва три члана групе се налазе у природи а сиборгијум је вештачки добијен. Заједничка електронска конфигурација им је (n-1)d5 ns1.

Хром. Хром спада у ретке метале у земљиној кори. Он је слабо реактиван и веома је отпоран према киселинама, не раствара се ни у азотној ни у царској води. Раствара се у HCl и конц. H2SO4. Гради три стабилна оксида CeO, Cr2O3 i CrO3. Cr2+ јон је једно најјачих редукционих средстава.

Хром је есенцијални микроелемент. Има највероватније улогу у регулисању глукозе у крви, стимулише деловање инсулина и такође игра важну улогу у метаболизму масти и протеина. Недостатак хрома је релативно чест код особа са дијабетесом типа II и може ослабити функцију фактора толеранције на глукозу. Једињења хрома су токсична за човека и то највише хромати који изазивају рак плућа.

ЕЛЕМЕНТИ VIIБ ГРУПЕ

Овој групи, VIIБ (7.), припадајуспадају манган (Mn), технецијум (Tc), ренијум (Re) и боријум (Bh). Заједничка електронска конфигурација им је (n-1)d5

ns2. Манган се налази у природи, у малим количинама, у облику руде коју чине мешавину неколико оксида. Технецијум је радиоактивни елемент који се добија вештачки у процесу радиоактивног распада других елемената. Ренијум је заступљен у земљиној кори у веома малим количинама. Боријум је вештачки добијен елемент.

Mанган.Манган је метал сличан гвожђу. У природи се налази у облику оксида, сулфида и карбоната. Реагује са киселинама при чему ослобађа водоник. Може градити једињења са степеном оксидације од +2 до +7.

Манган спада у групу есенцијалних елемената. Улази у састав многих металоензима који имају важну улогу у редокс - процесима у организму

(супероксид дисмутазе, пероксидазе, каталазе...). Утиче на раст костију, регулише ниво глукозе у крви, делује против масне дегенерације јетре, смањује ниво укупних липида па

27


делимично зауставља развој артериосклерозе. Садрже га сви органи, а највише јетра и кости. Недостатак мангана доводи до поремећаја у формирању скелета, нервног растројства, неких кожних оболења. Повећане концентрације мангана изазивају поремећаје психичке природе, халуцинације.

ЕЛЕМЕНТИ VIIIБ ГРУПЕ

Ова група елемената обухвата три групе (8., 9. и 10.) елемената. Сви елементи VIIIБ или (8., 9. и 10.) групе се могу поделити у две групе. Првој групи - тријади гвожђа припадају: гвожђе (Fe), кобалт (Co) и никал (Ni) и другој групи – племенити платински метали припадају лаки метали: рутенијум (Ru), родијум (Rh) и паладијум (Pd) и тешки: осмијум (Os), иридијум (Ir) и платина (Pt).

Гвожђе. Гвожђе је врло распрострањен елемент у природи. Налази се у облику руда: магнетит (Fe3O4), хематит (Fe2O3) и сидерит (FeCO3). Раствара се у свим киселинама осим у конц. HNO3 која га пасивизира. Лако реагује са кисеоником из ваздуха при чему гради оксид – стварање рђе. Гради једињеа са оксидационим бројем +2 и +3.

У организму човека од 70 kg налази се 2-4 g гвожђа. Две тречине се налази у крви. Гвожђе се у организму дели на функционално, транспортно и

депоновано. Гвожђе има важну улогу у преносу кисеоника помоћу хемоглобина и миоглобина. Многи ензими (цитохром- ц, -а, -б, проксидаза, каталаза ...) и тироидни хормони који су укључени у метаболичке процесе садрже гвожђе. Недостатак гвожђа у крви доводи до анемије, цирозе јетре и карцинома јетре. Повећана концентрација изазива

инфаркт миокарда и артерио склерозу.


Добијање хром(VI)-оксида

Поступак: У 3 cm3 засићеног раствора натријум-хромата додавати пажљиво низ зид епрувете око 6 cm3 концентроване H2SO4 уз мешање стакленим штапићем.

28


Охладити раствор под млазом воде док се не издвоје кристали хром(VI)-оксида. Кристале одвојити од раствора цеђењем кроз филтер уз употрбу вакум боце и водене пумпе. Написати једначину реакције.

Запажања:

Оксидациона својства перманганата

Поступак: У две епрувете сипати по 1 cm3 раствора калијум-перманганата. У једну епрувету додати разблажен раствор NaOH, а у другу разблажену H2SO4. Затим у обе епрувете додати разблажен раствор натријум-сулфита док не нестане боја перманганата, записати каква се промена одиграла у једном, а каква у другом случају. Објаснити разлику уочених промена помоћу једначина реакција. Упоредити јачину Mn+7 јона као оксидационог средства у киселој и у базној средини.

Запажања:

Реакције гвожђа са киселинама

Поступак: У шест епрувета редом сипати по 1-2 cm3 разблаженог и концентрованог раствора HCl, H2SO4 и HNO3. У епрувете додати по неколико опиљака гвожђа. Забележити запажања, а затим у сваку епрувету додати по 1-2

29


капи раствора амонијум-тиоцијаната. У којим случајевима настаје јон Fe+3 ? Написати једначине реакција гвожђа са употребљеним киселинама.

Запажања:

Оксидација гвожђе(II) једињења Поступак: У епрувету сипати по 2 cm3 раствора гвожђе(II)-сулфата и разблажене H2SO4. Затим додати мало (око 1 cm3) раствора одабраног оксидационог средстава. Забележити запажања и написати једначину реакције.

Запажања:


30

praktikum lekovi 1 - treci modul nova verzija

Documents