Биология | Биогенді d элементтердің ағзадағы биологиялық ролі

Биогенді d элементінің биологиялық ролі және оның
қосылыстарының медицинада қолданылуы

d – элементтер периодтық жүйенің барлық қосымша топшаларында орналасқан. d элементтерді металдарға жатқызады, өйткені олар жоғары электр және жылуөткізгіштік көрсетеді және металдық жылтыры болады. Металдық байланысы өте берік болады. Сыртқы электрондық құрылыстары мынадай структураға сәйкес келеді.
(n-1) da nsb a = 1-10
b = 1-2
Атом құрылысы тұрғысынан алғандағы, бұл элементтерге тән сипат, ол ондағы элементтердің ядро заряды артқан сайын сыртындағы s және p деңгейшелер емес, ішкі екінші d деңгейіне тола бастайды. Демек, олардың сыртқы деңгейшесі өзгеріссіз қалады, яғни онда 1 немесе 2 электрон болса, онда олар өзгеріссіз. Олай болса, d элементтердің валентті электрондары сыртқы және сыртынан есептегенде ішкі екінші деңгейше болады екен. Мысалы Sc – скандий 4s13d 1, итрий 5s2∙4d1.
Оларға тән мұндай жалпы атом құрылымына орай, кейбір бірдей химиялық қасиеттер де болады.
d қатарындағы барлық элементтер металдар және олар өзінің жоғарғы беріктілігімен, жылу және электр өткізгіштігімен сипатталынады. Олар өзара және басқа металдармен құйма түзеді.
d элемент қосымша топшаларда орналасқан. Қосымша топшалар негізгі топшаларға қарағанда қысқарақ, себебі олардың бірінші элементі IV периодтан басталады. d элементтер ІV, V, VІ периодтарда s пен p элементтерінің арасына кіретін 3 декададан тұрады.
d элементтерге жатады:
IV периодта Sc – Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn;
V периодта Y – Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rr, Pd, Ag, Cd;
Vi периодта La, Hb, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg.
Спектр нәтижесінде алынған мәліметтер 32 d элементтік тоғызының сыртқы ns қаптарында бір электроннан (24 Cr, 29 Cu, 41 Nb, 42 Mo, 44 Ru, 45 Rh, 47 Ag, 78 Pt, 79 Au) ал оныншы Pb-да тіпті электрон болмайтынын көрсетті. Мұндай «құлап түсу» арқылы түзілген электрондық конфигурация тұрақты болып, бұл құбылыстың нәтижесінде энергия бөлінеді. Бірінші қосымша топшаның элементтері реакцияласқанда реакцияға бұлардың сыртқы S-электрондары және ішкі (n-1) d электрондарының бір бөлімі қатынасады. Сондықтан бұл элементтердің валенттігі өзгермелі болады.
Сыртқы электрондық қабаттарында екі немесе бір S электрон болғандықтан, олар металдық қасиеттер көрсетеді. Сондықтан олардың ең төменгі тотығу дәрежелері қозған күйде екіге тең: ns2→ns’np’. Сырттан ішке қарай екінші толтырылмаған d-деңгейшесі қосымша топшалардың металдарына көптеген валенттік жағдайда болуларына мүмкіндік береді. Сондықтан, олардың қосылыстарының қышқылдық-негіздік, амфотерлік, тотығу – тотықсыздану қасиеттері де, осы тотығу дәрежелеріне тәуелді болады. Ең төменгі тотығу дәрежесінде металдардың оксидтері, гидроксидтері негіздік қасиет көрсетеді. Мысалы, FeO және Fe(OH)2 ең жоғарғы тотығу дәрежесінде қышқылдық қасиет көрсетеді. Мысалы, Mn2O7, HMnO4 ¬¬¬¬орташа тотығу дәрежесінде амфотерлік қасиет көрсетеді. Мысалы, MnO2∙Mn(OH)4.
Сыртқы s және d деңгейшелерінде бос орбитальдардың сандары көп болғандықтан, d элементтер комплексті қосылыстар түзуге өте бейімді.
Қосымша топтағы металдарды Менделеев кестесінің бірінші тобынан бастап сегізінші тобына қарай, бұрынғы негізгі топтардағы элементтерді оқыған бағытқа қарама-қарсы бағытта өтеміз.
Мыс топшасы. Бірінші қосымша топқа мыс, күміс және алтын жатады.
Бұл элементтер үлкен периодтардың тақ қатарына орналасқан. Мыс топшасындағы үш металл да ауыр металдар, табиғатта бос күйінде кездесуіне байланысты өте ерте заманнан белгілі, мыстан басқа екеуі сирек, бытыраңқы металдар бір электрон болғандықтан бір валентті, бірақ сырттан екінші 18 электронды қабат жаңа толған, әлі қалыптасып тұрақты күйге келгендіктен кей (d) электрондарын химиялық байланыс түзуге бүге алады. Сондықтан мыс бір валенттілікпен қатар 2 валентті де болады. Алтын да үш валентті бола алады. Күміс көбіне бір валентте болғанымен екі және үш валентті қосылыстары да бар.
Мыс кейде жеке күйде кездескенмен, негізінен қосылыстар құрамында болады. Мыс кендеріндегі оның маңызды минералдары – мыс жылтыры – Cu2S, мыс каолчеданы - CuFeS2, сирегірек кездесетіндері нуприт - Cu2O, малахит - Cu(OH)2 CuCO3.
Мысты өндіруде пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық процестер қолданады.
Күміс табиғатта таза дербес күйде қосылыстар құрамында кездеседі. Қосылыстарының маңыздысы күміс жылтыры – аргентит Ag2S. Кен ішіндегі мыс пен қорғасында алғанда күміс бірге шығады.
Алтын. Табиғатта таза түрінде кездесетін металл. Алтынның ұсақ түйірлері кварц ішінде немесе кварц құмы арасында шашыраңқы күйде болады. Алтынның табиғаттағы қосылысы алтын теллуриді AuTe2 құрамында және мыстың қорғасынның сульфид кендерінде болады.
Мырыш топшасы. Екінші қосымша топшаға мырыш, кадмий және сынап металдары кіреді. Бұлар 2 валентті болып келеді.
Мырыш. Табиғатта қосылыс түрінде кездеседі, ішіндегі мырышты алуға жарайтын минералдар мырышты алдамыш және галмей. Мырыш кендері біздің Қазақстанда, Оралда, Шығыс Қазақстанда, Сібірде бар. Мырыш кендеріндегі мырыштың мөлшері аз болғандықтан, ол кенді әуелі байытып, сонан соң құрамындағы мырышты бөліп алады. Таза мырыш электролиз арқылы алынады. Мырыш – көкшіл тартқан ақ металл. Қалыпты жағдайда морт болып келеді.
Кадмий көп қасиеті мырышқа ұқсас болғандықтан мырышпен аралас, мырыш кендерінде кездеседі. Сондықтан алынған мырышта әуелгі кезде әрдайым кадмий болады.
Сынап өте сирек таза түрінде тау жыныстарында тамшы – тамшы болып кездеседі. Негізінде сынап сыр деп аталатын минерал HgS сынап сульфидінің құрамында болады. Сыр айқын қызыл түсті болғандықтан қызыл сыр ретінде де қолданылады. Сынап сұйық металл, күмістей ақ, жалтырап тұрады, - 39о қатты күйге көшеді.
Үшінші, төртінші, бесінші қосымша топтардағы металдарға – скандий, титан, ванадий топтарындағы металдар жатады.
Үлкен периодтардағы элементтердің электроидтарын орналастырғанда, әрбір үлкен периодтың үшінші элементіне келгенімізде, оның соңғы электроны, сыртқы қабатқа емес, сырттан санағнда екінші ішкі қабаттағы d-қатпарға орналасады. Демек скандий топшасындағы металдарында – 2 электрон, ванадий топшасының металдарында – 3 электрон болады. Осыған байланысты бұл металдар үлкен периодтың бірінші бөлімінде болғандықтан, бұлардың барлығы жұп қатарлардың элементі болып табылады.
Скандий топшасы. Бұл металдардың қосылыстары жиналыңқы түрде сирек кездеседі. Бұлардың өздері де, қосылыстары да әзір қолданыла қойған жоқ. Жеке алынып (LaCl3 электролизі арқылы) зерттелгені лантан. Ол ақ түсті, қалайыдан гөрі қаттырақ, химиялық активтігі күшті металл. Скандий мен итридің де белгілі қасиеттері осы лантанға ұқсас. Барлығы да 3 валентті.
Титан топшасы. Бұған титан, цирконий, гафний және курчатовий элементтері жатады.
Жер қыртысында мөлшері иод пен сурьмадан көьірек, ал титан көміртектен көп, бірақ олардай игеріліп іс жүзінде қолдланылуы кем. Өйткені алу тәсілі қиын. Бұлардың сыртындағы s2 электрондары мен ішкі d2 электрондары валенттік байланыс түзуге қатысады. Сондықтан бұлар 14 валентті, теріс валентті болмайды.
Титан табиғатты мынадай минералдар құрамында кездеседі: рутил TiO2, ильменит FeTiO3, титаномагнетит FeTiO3∙nFe3O4.
Цирконий табиғатта цирккон LrSiO4 және баддамит LrO2 деген минералдар түрінде кездеседі.
Гафний. Жер қыртысындағы мөлшері күмістен 25 есе, алтыннан 1000 есе артық, бірақ өте бытыраңқы, бір жерде көп болып кездеспей, циркониймен аралас кездеседі.
Ванадий топшасы. Бұған кіреді ванадий, ниобий және тантал кіреді. Ванадий, ниобий және тантал жылтыраған сұр түсті металдар. Үнсеуін де таза түрде алюминотермия жолымен алуға болады.
Ванадий табиғатта шашыраңқы, бытыраңқы элемент; мөлшері 0,1% ванадий бар кенді жақсы кен деп есептейді. Ванадий көбінесе темір және полиметалды кендер құрамында болады. Біздің елде ванадийлі кендер Қазақстанда, Жамбыл маңындағы Қаратауда түйе мойнит - CaO∙2VO3∙V2O5∙4H2O деген минерал құрамында бар.
Ниобий және тантал колумбит Fe(NbO3)2 және танталит Fe(TaO3)2 минералдары түрінде Қола түбегінде, Оралда кездеседі.
Хром топшасы. Хром, маолибден және вольфрам жатады. Бұл 3 элементтің маңызы зор, әрі бірнеше валенрттік күйде болып. көптеген қосылыстары түзеді.
Хром жараытылста хромды теміртас FeO∙Cr2O3, Fe(CrO2)2 не крокоит PbCrO4 түрінде кездеседі. Кендегі Cr2O3 мөлшері 12-55 проценттей болады.
Хром – ақ түсті, өте жалтырауық, өте қатты металл.
ІІ. Биогенді d элементтердің ағзадағы биологиялық ролі. Хромның биологиялық ролі. Ол микроэлемент ретінде өсімдіктер мен жануарлардың организмінің құрамына енеді. Ол адам тінінің құрамында байқалды. Оның негізгі бөлісі шаш пен бүйректе орналасқан.
Хромның биологиялық ролі әлі анықталмаған. Хром қосылыстары, әсіресе, алты валенттісі улы. Хромның алты және үш валентті қосылыстармен күйген тері беттері дерматиттермен жаралы жарақатқа айналады. Хром буымен жұтынғанда мұрын ішіндегі шеміпшектер жарақаттанып, таңдай жұқыншақтарда жара пайда болады. Хром қосылыстарымен тұрақты улану бас ауруын тудырып, азғындатады да организмде жаралы жарақатқа бейімдейді. Мұндай саладағы кәсіби сақтандыру үшін, мол сумен жуынып, ас тұзы ерітіндісімен ауызды шаяды. ....