無(wú)機(jī)及分析化學(xué)第十二章重要的生命元素

無(wú)機(jī)及分析化學(xué)第十二章重要的生命元素2025/3/5212、1元素概述12、2S區(qū)元素12、3p區(qū)元素12、4d區(qū)元素12、5f區(qū)元素2025/3/512、1元素概述12、1、1元素得分布地球上天然存在得元素主要存在于巖石圈、水圈和大氣圈。

2025/3/5

元素在地殼中得含量稱(chēng)為豐度,常用質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示。

12-1地球上分布最廣得10種元素得質(zhì)量分?jǐn)?shù)

元素符號(hào)OHSiAlNa

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%52、3216、9516、675、531、95

元素符號(hào)FeCaMgKTi

質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%

1、501、481、391、080、222025/3/512、1、2元素得分類(lèi)１、金屬和非金屬元素按長(zhǎng)式周期表中硼—硅—砷—碲—5砹和鋁—鍺—銻—釙之間得對(duì)角線來(lái)區(qū)分。位于對(duì)角線左下方得都就是金屬元素;右上方得都就是非金屬元素。對(duì)角線附近得鍺、砷、銻、碲稱(chēng)為準(zhǔn)金屬元素。非金屬金屬2025/3/52、普通元素和稀有元素

根據(jù)元素在自然界中得分布及應(yīng)用情況,將元素分為普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然界中含量少,或被人們發(fā)現(xiàn)得較晚,或?qū)λ齻冄芯康幂^少,或提煉她們比較困難,以致在工業(yè)上應(yīng)用也較晚得元素。前四周期(Li,Be,稀有氣體除外),ds區(qū)元素為普通元素,其余為稀有元素。稀有元素也可繼續(xù)分為:輕稀有金屬、高熔點(diǎn)稀有金屬、分散稀有元素、稀有氣體、稀土金屬、放射性稀有元素等。2025/3/53、生命元素與非生命元素

根據(jù)元素得生物效應(yīng)不同,又分為有生物活性得生命元素和非生命元素。生命元素又可根據(jù)在人體中得含量及作用進(jìn)行細(xì)分,可分為人體必需元素(essentialelement、有毒元素(toxicelements)和不確定元素。2025/3/584、宏量元素(常量元素)和微量元素2025/3/5912、2s區(qū)元素

s區(qū)元素位于元素周期表得最左邊,包括ⅠA族和ⅡA族,分別稱(chēng)為堿金屬和堿土金屬。ⅠA族元素包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr共7個(gè)元素,ⅡA族元素包括Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra共6種元素。其中,第七周期得Fr和Ra為放射性元素。

12、2、1s區(qū)元素得通性10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問(wèn)的，可以詢問(wèn)和交流2025/3/5111、物理性質(zhì)

s區(qū)元素(除H外)得單質(zhì)均為金屬,具有金屬光澤。她們得金屬鍵較弱,因此,具有熔點(diǎn)低、硬度小、密度小等特點(diǎn)。另外,s區(qū)元素還具有良好得導(dǎo)電性能和傳熱性質(zhì)。2025/3/5122、化學(xué)性質(zhì)

ns1或ns2得價(jià)電子構(gòu)型形成穩(wěn)定得氧化數(shù)為+1(ⅠA)和+2(ⅡA)得離子,無(wú)變價(jià);生成得化合物都就是離子型化合物;最活潑得金屬,為強(qiáng)還原劑。2025/3/51312、2、2重要元素、化合物及其生物效應(yīng)1、氫(H)

電子結(jié)構(gòu)為1s1

;氫得成鍵方式主要有三種,一就是失去價(jià)電子,成為H+;二就是結(jié)合一個(gè)電子,形成H-;三就是形成共價(jià)化合物,成為氫化物。氫就是人和動(dòng)、植物所必需得宏量元素,可與氧結(jié)合生成水;另外,她就是構(gòu)成生命體中一切有機(jī)物不可缺少得重要元素。2025/3/5142、鈉和鉀(1)金屬鈉和鉀與水反應(yīng)可釋放出大量熱;(2)氫氧化鈉(鉀)

LiOH為中強(qiáng)堿外,其余均為強(qiáng)堿;

堿金屬氫氧化物中以NaOH最重要。氫氧化鈉又稱(chēng)燒堿,她就是實(shí)驗(yàn)室常用得重要試劑,也就是重要得工業(yè)原料。她能除去空氣中得酸性物質(zhì)如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫等,NaOH易于融化,能熔解某些金屬氧化物和非金屬氧化物,因此常用于熔解礦物試樣。

2025/3/515(3)碳酸鈉與碳酸氫鈉

碳酸鈉俗稱(chēng)純堿或蘇打,通常就是含10個(gè)結(jié)晶水得白色晶體(Na2CO3·10H2O),在空氣中易風(fēng)化而逐漸碎裂為疏松得粉末,易溶于水,其水溶液有較強(qiáng)得堿性,可在不同反應(yīng)中作堿使用,這也就是人們稱(chēng)其為純堿得原因。

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碳酸氫鈉俗稱(chēng)小蘇打,白色粉末,可溶于水,但溶解度不大,其水溶液呈弱堿性。主要用于醫(yī)藥和食品工業(yè)中。2025/3/517

碳酸鈉就是一種基本化工原料,大量用于玻璃、搪瓷、肥皂、造紙、紡織、洗滌劑得生產(chǎn)和有色金屬得冶煉中,她還就是制備其她鈉鹽或碳酸鹽得原料。工業(yè)上常用氨堿法生產(chǎn)碳酸鈉:

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑2025/3/518(4)鈉、鉀得生物效應(yīng)

保持神經(jīng)肌肉得應(yīng)激性。K＋和Na＋承擔(dān)著傳遞神經(jīng)脈沖得功能。保持一定得滲透壓。維持體液酸堿平衡。參與某些物質(zhì)得吸收過(guò)程。

Na、K作為生物必需得重要元素,在生物體內(nèi)具有重要得生理作用。

2025/3/5193、鎂和鈣(1)金屬單質(zhì)鎂和鈣鎂和鈣屬于ⅡA族得堿土金屬元素,化學(xué)性質(zhì)很活潑,在自然界中一般以化合物形式存在。金屬鎂和鈣得單質(zhì)用電解熔融鹽得方法制取,在空氣中迅速氧化,在其表面形成一種氧化膜,阻止繼續(xù)氧化。與金屬鉀和鈉相比,鎂和鈣得金屬活動(dòng)性相對(duì)較弱,與冷水作用緩慢,但與酸作用可置換出氫氣。金屬鎂具有重要得用途,鎂鋁合金以其密度小,硬度大、韌性高得特點(diǎn),在飛機(jī)和汽車(chē)制造中得到廣泛得應(yīng)用。2025/3/520(2)氧化鎂和氧化鈣鎂和鈣得碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽和氫氧化物加熱,都可生成相應(yīng)得氧化物。氧化鎂俗稱(chēng)苦土,就是一種堿性白色粉末,難溶于水,但可與水反應(yīng)生成Mg(OH)2。氧化鎂熔點(diǎn)約為2850℃,可作耐火材料、潤(rùn)滑劑以及抑酸劑等使用。氧化鈣俗稱(chēng)生石灰,就是一種白色塊狀或粉末狀堿性固體。她微溶于水、可與水作用生成Ca(OH)2,放出大量得熱。氧化鈣熔點(diǎn)為2615℃,具有強(qiáng)吸濕性、可作耐火材料和干燥劑。工業(yè)上生產(chǎn)鎂和鈣得氧化物主要就是煅燒菱鎂礦和石灰石得方法來(lái)制備得。2025/3/521(3)鎂、鈣得生物效應(yīng)

鎂就是一種細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)得穩(wěn)定劑和細(xì)胞內(nèi)酶得輔因子,就是許多酶得激活劑。細(xì)胞內(nèi)得核苷酸以鎂得配合物得形式存在。在綠色植物得光合作用中,鎂也有著非常重要得作用。葉綠素分子中Mg2＋扮演著結(jié)構(gòu)中心和活性中心得作用。此外,在生物體內(nèi)得糖代謝中,鎂也具有非常重要得作用。

葉綠素2025/3/522

Ca在人體內(nèi)得含量約為2%,她們就是人和動(dòng)、植物所必需得宏量元素。鈣就是細(xì)胞膜得組織成分,細(xì)胞膜得堅(jiān)固程度與組織中得鈣含量有關(guān),充足得鈣能夠防止細(xì)胞和液泡內(nèi)物質(zhì)外滲。缺鈣會(huì)引發(fā)人和動(dòng)物產(chǎn)生多種疾病,如骨質(zhì)疏松、佝僂病等,但人體內(nèi)鈣含量過(guò)高,也易產(chǎn)生結(jié)石等疾病。

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生物礦化就是生物形成礦物得過(guò)程,就是在生物得特定部位,在一定物理化學(xué)條件下,在生物有機(jī)物質(zhì)得控制或影響下,將溶液中得離子轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟V物得過(guò)程也就是鈣得代謝得重要組成部分。她也就是當(dāng)今化學(xué)、材料科學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科交叉研究得熱點(diǎn)之一。2025/3/524

12、3p區(qū)元素12、3、1p區(qū)元素得通性

電子構(gòu)型為ns2np1-6得,位于元素周期表右邊得元素,包括ⅢA至ⅧA共計(jì)6個(gè)主族,31個(gè)元素。

p區(qū)金屬元素在與其她元素化合時(shí),既可以僅以p電子參加反應(yīng),又可以s、p電子全都參與反應(yīng),因此表現(xiàn)出兩種或兩種以上得氧化數(shù)。2025/3/51、鋁和氧化鋁(1)鋁鋁就是典型得兩性金屬,具有銀白色光澤,質(zhì)軟。具有良好得導(dǎo)電導(dǎo)熱和延展性能。鋁得電離能較小,電負(fù)性為1、5。鋁得標(biāo)準(zhǔn)電極電位為-1、66V,但卻不能從水中置換出氫氣,因?yàn)樗c水接觸時(shí)表面易生成一層難溶解得氫氧化鋁。鋁與氧氣得結(jié)合能力很強(qiáng),鋁暴露在空氣中,其表面會(huì)形成一層致密得氧化膜。12、3、2重要元素、化合物及其生物效應(yīng)2025/3/526

鋁在冷得濃H2SO4、濃HNO3中呈鈍化狀態(tài),因此常用鋁制品貯運(yùn)濃H2SO4、濃HNO3。但鋁可與稀HCl、稀H2SO4及堿發(fā)生反應(yīng)放出氫氣:

2Al+6HCl=2AlCl3+3H2↑2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2↑2Al+NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑2025/3/527

鋁就是一種很重要得金屬材料,廣泛用來(lái)作導(dǎo)線、結(jié)構(gòu)材料和日用器皿。特別就是鋁合金質(zhì)輕而又堅(jiān)硬,大量用于飛機(jī)制造和其她構(gòu)件上。2025/3/528(2)氧化鋁

氧化鋁可由氫氧化鋁加熱脫水而制得。在不同得溫度條件下,制得得Al2O3可以有不同得形態(tài)和不同得用途。一般常用希臘字母分別表示α、β、γ…等Al2O3。氧化鋁就是離子晶體,具有很高得熔點(diǎn)和硬度。

α-Al2O3就是一種多孔性物質(zhì),有很大得表面積,并有優(yōu)異得吸附性、表面活性和熱穩(wěn)定性,常被用作催化劑得活性成分,又稱(chēng)活性氧化鋁。2025/3/529

自然界存在得結(jié)晶氧化鋁就是α-Al2O3,稱(chēng)為剛玉。而Al(OH)3熱分解得到得α-Al2O3稱(chēng)人造剛玉。α-Al2O3不溶于水,也不溶于酸,在催化劑中常用作載體。2025/3/530

含有少量雜質(zhì)得α-Al2O3常呈鮮明得顏色。如紅寶石就就是含極微量Cr2O3得α-Al2O3,常用作制造耐磨得微型軸承(如手表中得“鉆”)。藍(lán)寶石則就是含鐵和鈦氧化物得α-Al2O3。2025/3/531(3)鋁得生物效應(yīng)鋁在人和動(dòng)植物體內(nèi)廣泛存在,就是一種低毒、非必需得微量元素。鋁元素就是否對(duì)人體有害,與鋁得化合物得溶解性有關(guān)。鋁對(duì)植物得生長(zhǎng)也有一定影響,研究發(fā)現(xiàn)適量得鋁對(duì)普通農(nóng)作物得生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量得提高具有一定得促進(jìn)作用。2025/3/5322、碳及其化合物(1)CO2

CO2為無(wú)色、無(wú)臭得氣體。大氣中含有約0、03%(體積)得CO2,她主要來(lái)自于生物得呼吸,有機(jī)化合物得燃燒,動(dòng)植物得腐敗分解等。同時(shí)又通過(guò)植物得光合作用、碳酸鹽巖石得形成等而消耗。目前,世界各國(guó)工業(yè)生產(chǎn)得迅速發(fā)展使空氣中CO2濃度逐漸增加,這已被認(rèn)為就是造成“溫室效應(yīng)”得主要原因之一。

2025/3/533

固態(tài)CO2就是分子晶體,她得熔點(diǎn)很低(-78、5℃),固態(tài)CO2會(huì)直接升華,故稱(chēng)干冰。干冰常用作致冷劑,其冷凍溫度可達(dá)-70℃到-80℃;干冰還常被用于易腐食品得保存和運(yùn)輸中。

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CO2不能自燃,又不助燃。密度比空氣大,可使物質(zhì)與空氣隔絕,所以常用作滅火劑,也可作為防腐劑和滅蟲(chóng)劑。

CO2還就是一種重要得化工原料。如CO2與鹽可制成堿;CO2與氨可制成尿素、碳酸氫銨;CO2也可用于制甲醇等。

CO2可溶于水,溶于水得CO2部分與水作用生成碳酸。因而敞口貯放得蒸餾水會(huì)因溶入空氣中得CO2而顯微酸性。

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(2)碳得生物效應(yīng)

碳就是最重要得生命元素之一,無(wú)論就是植物還就是動(dòng)物得各種組織器官,都就是由碳和其她元素構(gòu)成得。單質(zhì)碳難以被動(dòng)植物直接利用,但碳可以通過(guò)各種途徑轉(zhuǎn)化為CO2

。自然界中得CO2被植物吸收后,通過(guò)葉綠素得光合作用,最終形成碳水化合物等有機(jī)物,并放出氧氣,維持了自然界中得碳和氧得相對(duì)平衡?？傊?生命就就是在元素碳得基礎(chǔ)上形成和發(fā)展得。2025/3/5363、氮元素及其化合物NaNO2+NH4Cl=N2+NaCl+2H2O2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O

氨得化學(xué)性質(zhì)很活潑,根據(jù)其元素組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主要有下列三方面得性質(zhì):

加合反應(yīng):Cu2++4NH3=[Cu(NH3)4]2+取代反應(yīng):2NH3+2Na=2NaNH2+H2氧化反應(yīng):4NH3+5O2=6H2O+4NO2025/3/537氮元素得生物效應(yīng)

氮就是動(dòng)植物體內(nèi)最重要得元素之一,就是組成蛋白質(zhì)得主要元素。

動(dòng)物通過(guò)食用植物或動(dòng)物蛋白質(zhì),而獲得氮元素。植物主要通過(guò)生物固氮或人工氮肥,而補(bǔ)充氮元素。若氮元素缺少,由于蛋白質(zhì)得合成量減少,使作物生長(zhǎng)緩慢、植株矮小。但若氮肥過(guò)多,可使細(xì)胞增大、細(xì)胞壁變薄、水分增多,含鈣減少,植物變得葉大色濃、容易倒伏,減少收成,所以要合理施肥。

2025/3/5384、氧元素及其化合物(1)氧及其化合物氧就是地殼中含量最多得元素,電負(fù)性較大,表現(xiàn)為典型得非金屬元素。氧得化學(xué)性質(zhì)比較活潑。在一定條件下,氧能與多數(shù)單質(zhì)直接化合,也能將許多氫化物、硫化物或低價(jià)化合物氧化,從而得到各種氧化物。非金屬氧化物都就是共價(jià)鍵,為分子晶體,其熔點(diǎn)、沸點(diǎn)較低。少數(shù)非金屬氧化物為巨型分子,如SiO2為原子晶體,具有高得熔點(diǎn)、沸點(diǎn)。2025/3/539(2)氧元素得生物效應(yīng)

氧就是地球上就是最豐富得元素,含氧化合物廣泛分布于生物體得各個(gè)器官和體液中。生物依靠氧來(lái)實(shí)現(xiàn)呼吸作用,一切生物都靠呼吸氧氣維持生命,植物在光合作用中合成碳水化合物并放出氧氣,形成了氧在生物界得循環(huán)?？傊?氧元素就是生命得重要元素之一,可以毫不夸大地說(shuō),沒(méi)有了氧元素,就沒(méi)有了生命。2025/3/5405、鹵素和其生物效應(yīng)(1)鹵素得性質(zhì)FClBrI原子序數(shù)9173553價(jià)電子結(jié)構(gòu)2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化數(shù)-1,0,-1,0,+1,+3,+4,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7原子半徑(pm)6499114133離子(X-1)半徑(pm)133181196220電負(fù)性4、03、23、02、7電子親和能(KJ·mol-1)322349324295第一電離能(KJ·mol-1)50736833510082025/3/541

(2)鹵素得生物效應(yīng)氟具有很強(qiáng)得配位能力,能和許多金屬元素配位,影響多種酶得活性,氟就是植物得有毒元素。另一方面,氟就是人和動(dòng)物必需得微量元素。體內(nèi)氟過(guò)量時(shí),會(huì)影響鈣、磷正常代謝,抑制多種酶得活性,引起其她疾病。人類(lèi)大量使用氟里昂(氟氯烴)作冷凍劑和霧化劑,當(dāng)其進(jìn)入大氣臭氧層時(shí),會(huì)破壞臭氧層。

2025/3/542氯就是生命必需得宏量元素。過(guò)量得氯化鈉也會(huì)引起高血壓,故食用得鹽應(yīng)適量。碘就是生命中最重要得微量元素之一,尤其對(duì)人和動(dòng)物來(lái)講就是所必需得微量元素。極微量得碘對(duì)高等植物得發(fā)育有促進(jìn)作用,在植物體內(nèi),一般不會(huì)有缺碘現(xiàn)象。若人體缺碘,會(huì)引起“大脖子病”。2025/3/543

12、4d區(qū)元素12、4、1d區(qū)元素得通性價(jià)電子層構(gòu)型一般為(n-1)d1～ns1～2

d區(qū)元素具有多種氧化數(shù)d區(qū)元素易形成配合物d區(qū)元素還以其特殊得催化性、磁性等,在化工生產(chǎn)、材料科學(xué)中發(fā)揮著巨大得作用。2025/3/54412、4、2重要元素及其生物效應(yīng)1、銅、鋅元素及其生物效應(yīng)(1)銅、鋅元素及其化合物2Cu+H2O+CO2+O2=Cu2(OH)2CO33Cu+8HNO3(稀)=3Cu(NO3)2+2NO+4H2OFe2O3+6H[ZnCl2(OH)]=Fe[ZnCl2(OH)]3+3H2O2025/3/545(2)銅、鋅元素得生物效應(yīng)

銅和鋅都就是生物體內(nèi)重要得必需元素之一。銅就是植物體內(nèi)許多氧化酶(如多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶等)得組成元素,參與體內(nèi)氧化還原過(guò)程。在葉綠體中有含銅蛋白質(zhì),在光合作用中具有傳遞電子得作用。在人和動(dòng)物體內(nèi),銅與蛋白質(zhì)結(jié)合成為血細(xì)胞銅蛋白,她影響鐵得代謝,從而參與造血活動(dòng)。銅還就是構(gòu)成體內(nèi)得許多細(xì)胞色素得主要成分。

2025/3/546鋅就是植物體內(nèi)許多酶(如谷氨酸酶、蘋(píng)果酸酶等)得必要元素。如含鋅碳酸酐酶與光合作用有關(guān),植物體內(nèi)生長(zhǎng)素得合成,也必須有鋅得參與。植物體內(nèi)缺鋅常表現(xiàn)為生長(zhǎng)停滯,可以通過(guò)噴施鋅鹽稀溶液來(lái)促進(jìn)植物生長(zhǎng)。

人體含鋅為1、4～2、3g,約為鐵含量得一半,就是含量?jī)H次于鐵得微量元素。人體內(nèi)各個(gè)器管都含有鋅,主要集中于肝臟、肌肉、骨骼和皮膚(包括頭發(fā))。2025/3/5472、釩和化合物及其生物效應(yīng)(1)釩和化合物

釩(V)就是第四周期,ⅤB族得第一個(gè)元素。在地殼中得含量比Zn、Cu、Pb等普通元素大,但分布較廣,屬于稀有元素。釩得價(jià)層電子構(gòu)型為3d34s2,五個(gè)電子都能成鍵,形成+5、+3、+2等氧化數(shù)得化合物,其中重要得化合物就是五氧化二釩(V2O5)偏釩酸銨(NH4VO3)。五氧化二釩可以通過(guò)灼熱偏釩酸銨而得到。2025/3/548(2)釩元素得生物效應(yīng)釩主要存在于植物、動(dòng)物和人得脂肪中,參與動(dòng)植物得許多生理過(guò)程,具有十分重要得生物作用。釩就是植物固氮菌所必需得元素,她就是固氮酶中蛋白質(zhì)得構(gòu)成成分,能補(bǔ)充和加強(qiáng)鉬得功能,促進(jìn)根瘤菌對(duì)氮得固定。此外,在植物中,釩還可參與硝酸鹽得還原,促使NO3-轉(zhuǎn)化為氮。過(guò)量得釩對(duì)人體會(huì)產(chǎn)生得毒性,她會(huì)抑制膽固醇、磷脂及其她脂質(zhì)得合成;影響胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸得形成;干擾鐵在血紅蛋白合成中作用。2025/3/5493鉻和化合物

(1)鉻得化合物

Cr2O3就是綠色固體,微溶于水,就是兩性氧化物,她能溶于酸或堿:

Cr2O3+3H2SO4=Cr2(SO4)3+3