Азот и фосфор реферат

Обновлено: 05.07.2024

Мы живём на дне воздушного океана, который на 78% (по объёму) состоит из азота. Масса азота в атмосфере составляет 3,9 · 1015 т. Азот в воздухе играет роль теплоотводящего вещества и резко снижает интенсивность пожаров, в том числе лесных.

Важнейшие вещества живых организмов содержат атомы азота. Поэтому без него невозможна жизнь.

Фосфор

В виде простого вещества фосфор не встречается, а находится только в виде соединений. Фосфор входит в состав белковых веществ, липидов, костей и зубов. Неорганические соединения фосфора в земной коре представлены различными фосфатами. Наиболее распространены минералы группы апатита.

Применение азота и фосфора и их соединений

1) Азот используют для получения аммиака, азотной кислоты, нитратов, лекарственных препаратов, красителей и др. Его применяют в качестве инертной среды при производстве витаминов, полупроводников, в реакции с участием натрия и других очень активных металлов. Им наполняют лампочки накаливания. Используют и жидкий азот, например, при тушении пожаров особых категорий.

Окисление аммиака в присутствии катализатора является начальной реакцией в процессе получения азотной кислоты. Соли аммония применяются в качестве азотных удобрений. В качестве жидкого удобрения также применяют раствор аммиака. Из других солей широко употребляют хлорид аммония для изготовления батареек, а также для снятия оксидной плёнки при пайке и лужении металлических изделий. Он входит в состав некоторых лекарств. В производстве хлорид аммония называют нашатырём.

Большая часть производимой азотной кислоты используется для получения нитратов. Нитраты аммония, калия, кальция применяют в сельском хозяйстве в качестве удобрений. Азотные удобрения очень важны для растений, так как азот – необходимый элемент для синтеза белков. Азотная кислота используется для получения лекарств, красителей, растворителей, синтетических волокон, пластмасс, взрывчатых веществ, а также для производства ракетного топлива.

2) Природные фосфаты служат источником получения фосфора в промышленности. Белый и красный фосфор используют для получения различных соединений фосфора. Красный фосфор применяется для производства спичек, чистой фосфорной кислоты, а также в металлургии для восстановления оксидов, в качестве добавки к сплавам. Белый фосфор используют при производстве боеприпасов. Фосфор применяют для получения различных органических соединений: лекарственных веществ, средств, применяемых для борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений. Поэтому потребность в фосфоре большая.

Растворимость фосфатов оказывает влияние на реакции металлов с фосфорной кислотой. В избытке кислоты образуется растворимый дигидрофосфат кальция и реакция с гидроксидом кальция идёт достаточно быстро. Если кислоты взять столько, чтобы получился гидрофосфат или фосфат, то образующаяся нерастворимая соль оседает на поверхности металла. Это способствует замедлении. Или прекращению реакции. В целях защиты металлов от агрессивной среды их фосфатируют – покрывают защитным слоем фосфатов.

Кислые и нормальные ортофосфаты кальция, аммония, калия применяют в качестве удобрений. Используют ортофосфаты и для других целей. Ортофосфат натрия добавляют в моющие средства. Гидрофосфат аммония используют в качестве удобрений, в спичечной промышленности. В растворе гидрофосфата и сульфата аммония выдерживают древесину и другие горючие материалы для придания им огнестойкости.

Азот - один из самых распространенных элементов на Земле. История открытия азота и фосфора, физические и химические свойства. Процесс получения и области применения азота, фосфора и фосфорсодержащих веществ. Распространенность данных элементов в природе.

Рубрика	Химия
Вид	реферат
Язык	русский
Дата добавления	05.12.2013
Размер файла	17,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

1.1 Историческая справка

Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им “удушливым воздухом”, не поддерживает дыхания и горения. В 1787 году А. Лавуазье установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название “азот”. В 1784 г. Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем .К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.

1.2 Распространенность в природе

азот фосфор получение применение

Азот - один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4*1015 т.)сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный азот (в виде молекул N2 ) составляет 78,09% по объему ( или 75,6% по массе ), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и окислов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9*10-3% по массе. Природные соединения азота - хлористый аммоний NH4CI и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата ( Чили, Средняя Азия ). Долгое время селитры были главным поставщиком азота для промышленности ( сейчас основное значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода ). Небольшие количества связанного азота находятся в каменном угле ( 1 - 2,5% ) и нефти ( 0,02 - 1,5% ), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах ( 0,1% ) и в живых организмах ( 0,3% ).

Хотя название “азот” означает “не поддерживающий жизни”, на самом деле это - необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16 - 17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота.

В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота ( особенно при интенсивном земледелии ) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в животноводстве ( “белковое голодание” ). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли.

Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

1.3 Физические и химические свойства

Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м3 ( при 00С и 101325 н/м2 или 760 мм. рт. ст. ), tпл-209,860С, tкип-195,80С. Азот сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (-147,10С), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м2 (34,6 кгс/см2);плотность жидкого азота 808 кг/м3. В воде азот менее растворим, чем кислород: при 00С в 1 м3 H2O растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.

Только с такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом N2O, NO, N2O3, NO2 и N2O5. Из них при непосредственном взаимодействии элементов ( 40000С ) образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO2. В воздухе окислы азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N2O3 и азотного N2O5 ангидридов соответственно получаются азотистая кислота НNO2 и азотная кислота НNO3, образующие соли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH3. Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения азота с водородом, например гидразин H2N-NH2, диимид HN-NH, азотистоводородная кислота HN3 (H-N=N=N), октазон N8H14 и др.; большинство соединений азота с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами азот непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF3 - при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота - малостойкие соединения ( за исключением NF3 ); более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO2F и NO2CI. С серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая сера N4S4 получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскаленного кокса с азотом образуется циан (СN)2. Нагреванием азота с ацетиленом С2Н2 до 15000С может быть получен цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg3N2 ).

При действии на обычный азот электрических разрядов или при разложении нитридов бора, титана, магния и кальция, а также при электрических разрядах в воздухе может образоваться активный азот, представляющий собой смесь молекул и атомов азота, обладающих повышенным запасом энергии. В отличие от молекулярного, активный азот весьма энергично взаимодействует с кислородом, водородом, парами серы, фосфором и некоторыми металлами.

Азот входит в состав очень многих важнейших органических соединений ( амины, аминокислоты, нитросоединения и др. ).

1.4 Получение и применение

В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного нитрита аммония:

NH4NO2 N2 + 2H2O

Технический способ получения азота основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.

Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 10000С карбид кальция (получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом:

CaC2 + N2 CaCN2 + C

Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака:

CaCN2 + 3H2O CaCO3 + 2NH3

Свободный азот применяют во многих отраслях промышленности: как инертную среду при разнообразных химических и металлургических процессах, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, при перекачке горючих жидкостей и т. д. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках. Его хранят и транспортируют в стальных сосудах Дьюара, газообразный азот в сжатом виде - в баллонах. Широко применяют многие соединения азота. Производство связанного азота стало усиленно развиваться после 1-й мировой войны и сейчас достигло огромных масштабов.

2.1 История открытия фосфора

Фосфор был открыт в 1669 г. алхимиком Брандтом, когда он в поисках "философского камня" сильно нагревал сухой остаток мочи с углем без доступа воздуха. Выделенное вещество светилось на воздухе и затем загоралось. За это свойство Брандт дал ему название "фосфор", т.е. носящий свет ("светоносец").

После открытия еще сто лет фосфор был редким и дорогим веществом, т.к. содержание в моче его ничтожно мало, а добывание сложно. И лишь после 1771 г., когда шведский химик Шееле разработал способ получение фосфора из костей, стало возможным получение его в значительных количествах.

2.2 Природные соединения и получение фосфора

По распространенности в земной коре фосфор опережает азот, серу и хлор. В отличие от азота фосфор встречается в природе только в виде соединений. Наиболее важные минералы фосфора - апатит Са5Х(РО4)3 (Х - фтор, реже хлор и гидрооксильная группа) и фосфорит основой которого является Са3(РО4)2. Кроме того, фосфор входит в состав некоторых белковых веществ и содержится в растениях и организмах животных и человека.

Из природного фосфорсодержащего сырья свободный фосфор получают высокотемпературным восстановлением (1500 град.С) коксом в присутствии песка. Последний связывает оксид кальция в шлак - силикат кальция. В случае восстановления фосфорита суммарная реакция может быть представлена уравнением:

Са3(РО4)2 + 5С + 3SiО2 = СаSiО3 + 5СО + Р2

Образующийся угарный газ и парообразный фосфор поступают в холодильник с водой, где происходит конденсация с образованием твердого белого фосфора.

2.3 Физические и химические свойства

Ниже 1000 град.С пары фосфора содержат четырехатомные молекулы Р4, имеющие форму тетраэдра. При более высоких температурах происходит термическая диссоциация и в смеси возрастает содержание двухатомных молекул Р2. Распад последних на атомы фосфора наступает выше 2500 град.С.

Белая модификация фосфора, получающаяся при конденсации паров, имеет молекулярную кристаллическую решетку, в узлах которой дислоцированы молекулы Р4. Из-за слабости межмолекулярных сил белый фосфор летуч, легкоплавок, режется ножом и растворяется в неполярных растворителях, например в сероуглероде. Белый фосфор весьма реакционноспособное вещество. Он энергично взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и металлами. Окисление фосфора на воздухе сопровождается разогреванием и свечением. Поэтому белый фосфор хранят под водой, с которой он не реагирует. Белый фосфор очень токсичен.

При длительном хранении, а также при нагревании белый фосфор переходит в красную модификацию. Красный фосфор представляет собой полимерное вещество, нерастворимое в сероуглероде, менее токсичное, чем белый фосфор. Окисляется красный фосфор труднее белого, не светится в темноте и воспламеняется лишь при 250 град.С.

Наиболее стабильной модификацией фосфора является черный фосфор. Его получают аллотропным превращением белого фосфора при температуре 220 град.С и давлении 1200 МПа. По внешнему виду он напоминает графит. Кристаллическая структура черного фосфора слоистая, состоящая из гофрированных слоев.

Как и в красном фосфоре, здесь каждый атом фосфора связан ковалентными связями с тремя соседями. Расстояние между атомами фосфора 0,387 нм. Белый и красный фосфор - диэлектрики, а черный фосфор - полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,33 эВ. В химическом отношении черный фосфор наименее реакционноспособен, воспламеняется лишь при нагревании выше 400 град.С.

Окислительную функцию проявляет фосфор при взаимодействии с металлами:

Как восстановитель фосфор выступает в реакциях с активными неметаллами - галогенами, кислородом, серой, а также с сильными окислителями:

2Р + 3S = Р2S3 2Р + 5S = Р2S5

С кислородом и хлором взаимодействует аналогично.

Р + 5НNО3 = Н3РО4 + 5NО2 + Н2О

В растворах щелочей при нагревании белый фосфор диспропорционирует:

8Р + 3Ва(ОН)2 + 6Н2О = 2РН3 + 3Ва(Н2РО2)2

2.4 Применение фосфора и фосфорсодержащих веществ

Красный фосфор в чистом виде применяют в спичечном производстве; в смеси с толченым стеклом и клеем его наносят на боковые поверхности спичечной коробки. Красный и белый фосфор используют при получении йодистоводородной и бромистоводородной кислот. Фосфид цинка Zn3Р2 применяют для борьбы с грызунами. Белый фосфор используют в военном деле для зажигательных бомб, а также для дымообразующих снарядов, шашек и гранат, дающих дымовые завесы. Применение радиоактивного изотопа фосфора Р32 позволило по-новому осветить поведение фосфора в растениях, почве и удобрениях.

Исключительная чувствительность определения радиоактивного фосфора дает возможность следить за ходом поступления в растения фосфатов, за их распределением и превращениями внутри растений. Чистую фосфорную кислоту используют в пищевой и фармацевтической промышленности. Техническая фосфорная кислота идет для окрашивания тканей, производства эмалей, зубных пломб, а также для производства фосфорных удобрений.

Подобные документы

Открытие, физические и химические свойства азота. Круговорот азота в природе. Промышленный и лабораторный способы получения чистого азота. Химические реакции азота в нормальных условиях. Образование природных залежей полезных ископаемых, содержащих азот.

презентация [226,7 K], добавлен 08.12.2013

История открытия азота, его формула и свойства, нахождение в природе и химические реакции, которые происходят непосредственно в природе при участии азота. Методы связывания, получение и свойства нескольких важнейших соединений, области применения азота.

курсовая работа [896,1 K], добавлен 22.05.2010

Свойства элементов подгруппы азота, строение и характеристика атомов. Увеличение металлических свойств при переходе элементов сверху вниз в периодической системе. Распространение азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута в природе, их применение.

реферат [24,0 K], добавлен 15.06.2009

Биологические и не биологические процессы фиксации азота. Открытие бактерий рода азотобактер. Соединения азота, формы их распространения и области применения. Физические и химические свойства азота, его распространение в природе и способы получения.

реферат [64,7 K], добавлен 22.04.2010

Фосфор как один из самых распространенных элементов земной коры, его значение в жизни всего живого. Процесс поступления фосфора из океана на сушу. Исключение из биосферы фосфатов, отложенных на больших морских глубинах. Цикл круговорота фосфора в природе.

презентация [520,5 K], добавлен 07.04.2016

Характеристика азота – элемента 15-й группы второго периода периодической системы химических элементов Д. Менделеева. Особенности получения и применения азота. Физические и химические свойства элемента. Применение азота, его значение в жизни человека.

презентация [544,3 K], добавлен 26.12.2011

Нахождение азота в природе, его физические и химические свойства. Выделение азота из жидкого воздуха. Свойство жидкого азота при испарении резко понижать температуру. Получение аммиака и азотной кислоты. Образование и скопление селитры в природе.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Министерство образования Российской Федерации

Санкт-Петербургский Государственный Горный Институт

кафедра общей и физической химии

студентка группы РМ03-1

Липин Аполлон Борисович

Историческая справка…………………………………….3 стр.

Распространенность в природе…………….…………….4 стр.

Химические свойства………………………………….….4 стр.

Получение и применение…………………………………5 стр.

Распространенность в природе……………. ……………6 стр.

Получение и применение…………………………………8 стр.

Историческая справка……………………………………..8 стр.

Распространенность в природе……………………………9 стр.

Физические свойства………………………………………9 стр.

Химические свойства……………………………………..10 стр.

Получение, применение…………………………………..10 стр.

Начать свой реферат, я бы хотела с характеристики элементов (азота, фосфора и калия).

Азот

(Фотография испарения азота) *

Происходит от греческого слова azoos - безжизненный, по-латыни Nitrogenium. Химический знак элемента - N. Азот, имея пять электронов в наружном слое атома, характеризуется как неметалл. Строение внешнего электронного слоя атома 2s 2 2p 3

Азот - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 7, относительная атомная масса 14,0067; бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, весьма малорастворимый в воде. Он немного легче воздуха.

Молекулярный азот – химически малоактивное вещество. При комнатной температуре он взаимодействует лишь с литием. Однако при нагревании он начинает реагировать со многими металлами – с магнием, кальцием, титаном. С водородом азот вступает в присутствии катализатора. Реакция азота с кислородом начинается при 3000-4000 о С.

Историческая справка. 2

Соединения азота - селитра, азотная кислота, аммиак - были известны задолго до получения азота в свободном состоянии. В 1772 г. Д. Резерфорд, сжигая фосфор и другие вещества в стеклянном колоколе, показал, что остающийся после сгорания газ, названный им “удушливым воздухом”, не поддерживает дыхания и горения. В 1787 г. А. Лавуазье установил, что “жизненный” и “удушливый” газы, входящие в состав воздуха, это простые вещества, и предложил название “азот”. В 1784 г. Г. Кавендиш показал, что азот входит в состав селитры; отсюда и происходит латинское название азота (от позднелатинского nitrum - селитра и греческого gennao - рождаю, произвожу), предложенное в 1790 году Ж. А. Шапталем. К началу ХIX в. были выяснены химическая инертность азота в свободном состоянии и исключительная роль его в соединениях с другими элементами в качестве связанного азота.

Распространенность в природе. 1,2

Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Свободный азот является главной составной частью воздуха, который содержит 78,2% (об.) азота. Неорганические соединения азота не встречаются в природе в больших количествах, если не считать натриевую селитру NaNO_3, образующую мощные пласты на побережье Тихого океана в Чили. Почва содержит незначительные количества азота, приемущественно в виде солей азотной кислоты. Но в виде сложных органических соединений – белков – азот входит в состав всех живых организмов. Превращения, которым подвергаются белки в клетках растений и животных, составляют основу всех жизненных процессов. Без белка нет жизни, а так как азот является обязательной составной частью белка, то понятно какую важную роль играет этот элемент в живой природе.

Общее содержание азота в земной коре (включая гидросферу и атмосферу) составляет 0,04% (масс.).

Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значительные количества азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота.

В природе осуществляется круговорот азота, главную роль в котором играют микроорганизмы - нитрофицирующие, денитрофицирующие, азотфиксирующие и др. Однако в результате извлечения из почвы растениями огромного количества связанного азота (особенно при интенсивном земледелии) почвы оказываются обедненными. Дефицит азота характерен для земледелия почти всех стран, наблюдается дефицит азота и в животноводстве (“белковое голодание”). На почвах, бедных доступным азотом, растения плохо развиваются. Хозяйственная деятельность человека нарушает круговорот азота. Так, сжигание топлива обогащает атмосферу азотом, а заводы, производящие удобрения, связывают азот из воздуха. Транспортировка удобрений и продуктов сельского хозяйства перераспределяет азот на поверхности земли.

Азот - четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).

Атом, молекула. 1

Чаще всего азот в соединениях 3-ковалентен за счет не спаренных электронов ( как в аммиаке NH₃ ). Наличие не поделенной пары электронов может приводить к образованию еще одной ковалентной связи, и азот становится 4-ковалентным ( как в ионе аммония NH₄ + ). Степени окисления азота меняются от +5 ( в N₂O₅ ) до -3 ( в NH₃ ). В обычных условиях в свободном состоянии азот образует молекулу N₂, где атомы азота связаны тремя ковалентными связями. Молекула азота очень устойчива: энергия диссоциации ее на атомы составляет 946 кДж/моль, поэтому даже при температуре 3000 0 С степень диссоциации азота составляет лишь около 0,1%.

Химические свойства. 2

Азот немного легче воздуха; плотность 1,2506 кг/м 3 ( при 0 0 С и 101325 н/м 2 или 760 мм. рт. ст. ), t_пл-209,86 0 С, t_кип-195,8 0 С. Азот сжижается с трудом: его критическая температура довольно низка (-147,1 0 С), а критическое давление высоко 3,39 Мн/м 2 (34,6 кгс/см 2 );плотность жидкого азота 808 кг/м 3 . В воде азот менее растворим, чем кислород: при 0 0 С в 1 м 3 H₂O растворяется 23,3 г азота. Лучше, чем в воде, азот растворим в некоторых углеводородах.

Только с такими активными металлами, как литий, кальций, магний, азот взаимодействует при нагревании до сравнительно невысоких температур. С большинством других элементов азот реагирует при высокой температуре и в присутствии катализаторов. Хорошо изучены соединения азота с кислородом N₂O, NO, N₂O₃, NO₂ и N₂O₅. Из них при непосредственном взаимодействии элементов ( 4000 0 С ) образуется окись NO, которая при охлаждении легко окисляется далее до двуокиси NO₂. В воздухе окислы азота образуются при атмосферных разрядах. Их можно получить также действием на смесь азота с кислородом ионизирующих излучений. При растворении в воде азотистого N₂O₃ и азотного N₂O₅ ангидридов соответственно получаются азотистая кислота НNO₂ и азотная кислота НNO₃, образующие соли - нитриты и нитраты. С водородом азот соединяется только при высокой температуре и в присутствии катализаторов, при этом образуется аммиак NH₃. Кроме аммиака, известны и другие многочисленные соединения азота с водородом, например гидразин H₂N-NH₂, диимид HN-NH, азотистоводородная кислота HN₃ (H-N=N=N), октазон N₈H₁₄ и др.; большинство соединений азота с водородом выделено только в виде органических производных. С галогенами азот непосредственно не взаимодействует, поэтому все галогениды азота получают косвенным путем, например фтористый азот NF₃ - при взаимодействии фтора с аммиаком. Как правило, галогениды азота - малостойкие соединения ( за исключением NF₃ ); более устойчивы оксигалогениды азота - NOF, NOCI, NOBr, NO₂F и NO₂CI. С серой также не происходит непосредственного соединения азота; азотистая сера N₄S₄ получается в результате реакции жидкой серы с аммиаком. При взаимодействии раскаленного кокса с азотом образуется циан (СN)₂. Нагреванием азота с ацетиленом С₂Н₂ до 1500 0 С может быть получен цианистый водород HCN. Взаимодействие азота с металлами при высоких температурах приводит к образованию нитридов (например, Mg₃N₂ ).

Получение и применение. 1,2

В лаборатории азот легко может быть получен при нагревании концентрированного нитрита аммония: NH₄NO₂ N₂ + 2H₂O. В лабораториях обычно пользуются азотом, поставляемым в баллонах под повышенным давлением или в сосудах Дьюара. Технический способ получения азота основан на разделении предварительно сжиженного воздуха, который затем подвергается разгонке.

Основная часть добываемого свободного азота используется для промышленного производства аммиака, который затем в значительных количествах перерабатывается на азотную кислоту, удобрения, взрывчатые вещества и т. д. Помимо прямого синтеза аммиака из элементов, промышленное значение для связывания азота воздуха имеет разработанный в 1905 цианамидный метод, основанный на том, что при 1000 0 С карбид кальция (получаемый накаливанием смеси известии угля в электрической печи) реагирует со свободным азотом: CaC₂ + N₂ CaCN₂ + C. Образующийся цианамид кальция при действии перегретого водяного пара разлагается с выделением аммиака: CaCN₂ + 3H₂O CaCO₃ + 2NH₃.

Кроме того он применяется для заполнения электрических ламп, для заполнения свободного пространства в ртутных термометрах, для создания инертной среды при промышленном проведении некоторых химических реакций, при перекачке горючих жидкостей. Жидкий азот находит применение в различных холодильных установках.

Фосфор с греческого “светоносный”.

Химический знак элемента - Р. Строение внешнего электронного слоя атома 3s 2 3p 3 , характеризуется как неметалл. Фосфор - химический элемент V группы периодической системы Менделеева, порядковый номер 15, относительная атомная масса 30,97376.

Распространенность в природе. 1

Массовая доля фосфора в земной коре составляет 0,1%. Из природных соединений фосфора самым важным является ортофосфат кальция Са₃(РО₄)₂, который в виде минерала фосфорита иногда образует большие залежи. Часто встречается так же минерал апатит Са₅(F,Cl)(PO4)₃. Фосфор, как и азот, необходим для всех живых существ, так как он входит в состав некоторых белков как растительного, так и животного происхождения. В растениях фосфор содержится главным образом белках семян, в животных организмах – в белках молока, крови, мозговой и нервной тканей. Кроме того большое количество фосфора содержится в костях позвоночных животных в основном в виде соединений 3Са₃(РО₄)₂ Са(ОН)₂ и 3Са₃(РО₄)₂ СаСО₃ Н₂О. В виде кислотного остатка фосфорной кислоты фосфор входит в состав нуклеиновых кислот – сложных органических полимерных соединений, содержащихся во всех живых организмах. Эти кислоты принимают непосредственное участие в процессах передачи наследственных свойств живой клетки.

Фосфор образует несколько аллотропных модификаций, которые заметно различаются по свойствам.

Белый фосфор получается в твердом состоянии при быстром охлаждении паров фосфора; его плотность 1,83 г/см 3 . В чистом виде белый фосфор совершенно бесцветен и прозрачен. На холоду белый фосфор хрупок, но при температуре выше 15 градусов цельсия становится мягким и легко режется ножом.

На воздухе белый фосфор быстро окисляется и при этом светится в темноте. Уже при слабом нагревании, для чего достаточно простого трения, фосфор воспламеняется и сгорает, выделяя большое количества теплоты. Фосфор может и самовоспламениться н6а воздухе вследствие выделения теплоты при окислении. Чтобы защитить белый фосфор от окисления, его сохраняют под водой. В воде белый фосфор нерастворим; хорошо растворяется в сероуглероде. Высокая химическая активность белого фосфора объясняется сравнительно невеликой прочностью связи между атомами в этих молекулах.

Белый фосфор – сильный яд, даже в малых дозах действующий смертельно.

Если белый фосфор долго нагревать без доступа воздуха при 250-300 градусов Цельсия, то он превращается в другое видоизменение фосфора, имеющее красно-фиолетовый цвет и называемое красным фосфором. Такое же превращение происходит, но только очень медленно, под действие света.

Красный фосфор по своим свойствам резко отличается от белого: он очень медленно окисляется на воздухе, не светится в темноте, загорается только при 260 градусах Цельсия, не растворяется в сероуглероде и неядовит. Плотность красного фосфора составляет 2,0 – 2,4 г/см 3 . Переменное значение плотности обусловлено тем, что красный фосфор состоит из нескольких форм. Их структура не вполне выяснена, однако известно, что они являются полимерными веществами.

При сильном нагревании красный фосфор, не плавясь, испаряется (сублимируется). При охлаждении паров получается черный фосфор.

Черный фосфор образуется из белого при нагревании его до 200-220 градусов Цельсия под очень высоким давлением. По виду он похож на графит, жирен на ощупь, и тяжелее других видоизменений; его плотность равна 2,7 г/см 3 . Черный фосфор не ядовит, не растворяется в сероуглероде, является полупроводник.

Неметаллы 5 группы, из подгруппы азота, образуют семейство пниктидов. Азот и фосфор являются элементами V группы А подгруппы. Эти элементы соседи Мышьяка (Аs), Сурьмы (Sb), Висмута (Bi). Все вышеперечисленные не являются металлами. Сложно переоценить значимость азота, а тем более фосфора. Азот является составным элементом как белков, так и нуклеиновых кислот, а также основой атмосферы земли. РНК, ДНК и АТФ будут терять функциональность без данных элементов. Фосфор и азот являются составными элементами данных соединений. Соединения фосфора используются в быту.

План урока:

Азот и фосфор

Заслуга обнаружения азота принадлежит шотландскому химику Д. Резерфорду. Химик поставил эксперимент в 1772 году, в ходе которого и был обнаружен элемент. Свободная форма элемента - газ, входящий в основу поглощаемого нами воздуха. Физические и химические свойства элемента мы изучим ниже.

Азот — простое вещество. В природе азот – двухатомная молекула N₂ (представлена ниже). Отличительная черта молекулы этого элемента — это связь ее атомов через очень прочную ковалентную связь.

Строение атома азота Источник

Последующий после азота представитель семейства пниктидов – фосфор. Пятнадцатый элемент периодической системы элементов с относительной атомной массой 30,937 а.е.м.. Фосфор - неметалл со степенями окисления от -3 до +5. Для данного элемента более характерно +5, а вот -3 гораздо реже встречается, чем у его предшественника. По сравнению с азотом он менее электроотрицателен и больше проявляет восстановительные свойства. Это связано с тем, что атомы данного элемента имеют радиус атома больше, чем у азота.

Строение атома фосфора Источник

Простое вещество фосфор в чистом виде встречается редко, в силу своей высокой активности быстро вступает в реакции. При обычных условиях фосфор - вещество твердокристаллическое, в воде не растворяется.

На данный момент известно, что данное вещество способно на аллотропию 11 раз, именно столько модификаций есть в природе данного элемента. Наиболее распространены три (или можно объединить их в три группы): черный, белый и красный. О них будет речь ниже.

Аллотропия фосфора

Наибольшее распространение получил фосфор белый, из-за примесей иногда бывает желтого цвета. Молекулярная решетка, составлена четырьмя атомами фосфора.

Вещество быстро вступает в реакции, пластилинообразное на ощупь, неприятное на запах, с нотками чеснока. Цвета бледновато желтого. Растворим в сероуглероде и бензоле, но не в воде. В реакции с паром H₂O получаем смесь из газов. Токсично, возгорается в процессе трения. Светится в темноте. Плавится при 44 градусах. Особые условия хранения, ввиду активности вещества хранят под слоем воды.

Красный фосфор — разновидность фосфора, цветовая гамма которых расположилась от оранжевого до фиолетового спектра. Плотность так же различна, как и окрас. За образование красного фосфора ответственен белый фосфор, но нагретый порядком до 320 °С без кислорода. Дальнейшее нагревание до 560 °С кристаллизует и увеличивает температуру, при которой красный фосфор будет плавиться, попутно уменьшая реакционную способность. Исходя из выше написанного мы можем считать, что эта модификация фосфора менее активна белого фосфора. Не растворимо в воде и в сероуглероде. Безвредно, но и в темноте не светится.

Следующая модификация фосфора (черная) добывают из белого, нагревая последний до 230 °С и повышая давление. Наиболее стабильная форма. Имеет три разновидности: ромбическую, кубическую и гексагональную. Отличие разновидностей в строении молекулярной решетки.

Эта разновидность фосфора по внешним особенностям больше похожа на металл, об этом говорит его блеск и наличие свойств электро- и теплопроводности. Почти инертен, не вступает в реакцию даже с растворителями органического рода, твердый на ощупь.

Основные соединения азота и фосфора

Основные соединения азота

Как видно из формулы, аммиак одно из соединений азота. Важное соединение, как для жизни человека, так и для природы. Восстановительные свойства преобладают. Получают путем соединения азота из воздуха с водородом. Способ достаточно оптимизированный. Необходимость оптимального соединения и синтеза возникает ввиду важности самого элемента, входящего в состав жизненно важных элементов организма человека. Азот - важнейший компонент белка и нуклеиновых кислот.

Получение аммиака:

3H₂ + N₂ → 2NH₃ + Q, необходимы условия для стабилизации реакции и для наибольшего выхода: давление от 15 до 100 Мпа и катализаторы.

Аммиак. Водный раствор (нашатырный спирт)

Получение аммиака в лаборатории возможно путем взаимодействия гашеной извести и твердого хлорида аммония (NH₄Cl). При этом необходимо смесь нагревать.

Свойства аммиака

В обычном состоянии аммиак - это ядовитый, неприятный на запах газ. Раствор аммиака с водой называют аммиачной водой. Из-за хорошей растворимости в воде, поэтому аммиак не хранят в воде.

У атомов азота в данном веществе характерная для азота степень окисления -3. При этом окислении азот ведет себя как восстановитель. Аммиак легко сжигается при пониженной температуре. При испарении жидкого аммиака поглощается много тепла, что позволяет использовать это свойство при изготовлении холодильников.

Оксиды азота

Азот выделяется среди других элементов большим количеством оксидов. Его оксиды термодинамически неустойчивы к распаду на простые вещества. Но при 700 °С реакция разложения оксидов кинетически заторможена. О них будет идти речь ниже.

Азотистая кислота. Формула HNO₂

Кислота одноосновная и слабая. Существует в виде разбавленных водных растворов или же в газовой фазе. Соли этой кислоты - нитриты (или азотистокислые соли). А вот соли кислоты гораздо устойчивее самой кислоты, и они все токсичны.

Нитрат аммония (аммонийная селитра) NH₄NO₃. Продукт взаимодействия азотной кислоты с NH₄OH (гидрат аммиака). Первооткрывателем вещества является Иоганн Глаубер. Открыто вещество в 1659 году. Применяется как компонент взрывчатых веществ и удобрение.

Нитрат калия, азотнокислый калий (калиевая селитра, калийная селитра, индийская селитра и др.) — соединение неорганического класса, формула которой: KNO₃. Не имеет ни запаха, ни цвета, нелетучее в кристаллическом состоянии. Обладает способностью впитывать воду из окружающей среды. Растворимость в воде хорошая. Можно считать неядовитым для животных и людей.

Минеральные удобрения — это группа неорганических соединений, питающие растения элементами в виде минеральных солей различного рода. Активно применяется в Агро промышленности.

Взаимодействие азотной кислоты с металлами и неметаллами

Взаимодействие с металлами

Поскольку азот с наибольшим окислением атома +5 является более сильным окислителем, чем H +1 , то в качестве продуктов могут образовываться оксиды азота с различными степенями окисления, молекулярный азот, аммиак и соли аммония. Благородные металлы, такие как платина, тантал и золото не взаимодействуют с азотной кислотой совсем. Для других металлов азот реакционноспособен, и продукты реакции определяются концентрацией азотной кислоты.

При этом есть одна закономерность в реакциях азотной кислоты и металлов: чем менее концентрирована азотная кислота и более активен метал, тем больше происходит восстановление азота:

Реакции с металлами протекают по окислительно-восстановительному механизму, коэффициенты в уравнениях реакций могут быть определены методом электронного баланса.

Пример

Взаимодействие концентрированной азотной кислоты с медью.

Обобщенные особенности взаимодействия азотной кислоты с металлами можно выделить следующие:

Краткая схема протекания реакции азотной кислоты с металлами: Металл + НNO₃ ↔ вода + нитрат + газ

Основные соединения фосфора

Фосфор достаточно активный элемент и образует большое количество оксидов, среди них можно выделить два. Наиболее важные: оксид фосфора (III) P₂O₃ и оксид фосфора (V) P₂O₅.

Первый оксид называют иначе фосфористым ангидридом (P₂O₃). Получают при медленном сжигании фосфора в бескислородной среде.

В нормальном состоянии представляет собой белую массу, состоящую из хлопьев или кристаллов. Токсичен. Очень летучий. На свету сначала желтеет, потом краснеет. Хорошая растворимость в органических растворителях (в бензоле и сероуглероде). По своей природе оксид кислотный.

Подвергается окислению кислородом, образуя наш следующий оксид (Р₂О₅):

Оксид фосфора (V) – фосфорный ангидрид. При нормальных условиях представлен в виде белого влагопоглощающего порошка. Из-за влагопоглощающих свойств, хранение осуществляется в плотно закрытых сосудах. Наиболее часто применяют свойство влагопоглощения при осушении газов и жидкостей. Получают, как указано в предыдущей реакции, окислением оксида выше или же сжиганием фосфора в избытке кислорода:

Оксид по своей природе кислотный, и соответственно осуществляет взаимодействие с водой, оксидами основной природы и щелочами:

Реакции с водой, с образованием различных кислот:

Р₂О₅ + Н₂О →2HPO₃ при температуре 0°С образуется метафосфорная кислота

Р₂О₅ + 2Н₂О →Н₄Р₂О₇ при комнатной температуре - пирофосфорная (дифосфорная)

Реакция с основными оксидами, с образованием фосфатов

Реакции с щелочами, с образованием средних и кислых солей

Р₂О₅ + 6NaOH →ЗН₂О + 2Na₃PO₄(ортофосфат натрия, средняя соль)

Р₂О₅ + 4NaOH →Н₂О + 2Na₂HPO₄(гидрофосфа́т на́трия, кислая соль)

Р₂О₅ + 2NaOH →Н₂О + 2NaH₂PO₄(дигидрофосфат натрия, кислая соль)

Фосфорные кислоты

Фосфорная (ортофосфорная) кислота H₃PO₄ в обычном состоянии - твердокристаллическое прозрачное вещество. Хорошо растворимо в воде, наиболее активно используется в растворенном виде.

Получение фосфорной кислоты:

Химические свойства азота и фосфора

Химические свойства азота

Тройная связь влияет на активность азота. Соединения азота разлагаются легко, при нагревании образуются свободный азот.

Химические свойства фосфор

Реакционная способность наивысшая у белого фосфора и наименьшая у черного, почти инертен. Ясно иллюстрируется градация активности, зависящая от модификации.

При этом фосфор имеет большую реакционную способность. Это распространяется как на простые, так и на сложные вещества.

Соединения фосфора с кислородом прочнее таковых соединений с азотом. Это происходит из-за того, что неметаллические свойства фосфора слабее, чем неметаллические свойства азота.

Азот (N) — седьмой химический элемент в Периодической системе Д.И. Менделеева. Является одним из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Атмосфера Земли почти на 80% состоит из азота. По распространенности в Солнечной системе азот занимает 4 место. Азот в организме один из основных биогенных элементов, входящих в состав важнейших веществ живых клеток - белков и нуклеиновых кислот. Однако количество азота в организме невелико (1 - 3% на сухую массу). Значительные запасы азота сосредоточены в почве в форме различных минеральных (аммонийные соли, нитраты) и органических соединений (азот белков, нуклеиновых кислот и продуктов их распада, т. е. ещё не вполне разложившиеся остатки растений и животных). Часть усвояемого микроорганизмами и растениями нитратного азота теряется, превращаясь в молекулярный азот под действием денитрифицирующих бактерий. Микроорганизмы и растения активно превращают неорганический аммонийный азот в органические соединения азота - амиды (аспарагин и глутамин) и аминокислоты. Как показали Д. Н. Прянишников и В. С. Буткевич, азот в растениях запасается и транспортируется в виде аспарагина и глутамина. При образовании этих амидов обезвреживается аммиак, высокие концентрации которого токсичны не только для животных, но и для растений. Амиды входят в состав многих белков как у микроорганизмов и растений, так и у животных. Синтез глутамина и аспарагина путём ферментативного амидирования глутаминовой и аспарагиновой кислот осуществляется не только у микроорганизмов и растений, но в определённых пределах и у животных.
Введение
Объект исследования: азот, фосфор, мышьяк.

Предмет исследования: влияние азота, фосфора, мышьяка на живые организмы.

Цель работы: определение биологической роли азота, фосфора, мышьяка для живой материи .

Задачи исследования: изучить роль азота, фосфора, мышьяка для человека и её необходимость в организме .

Методы исследования: описательно-аналитический.

Биологическая роль азота

Азот по содержанию в организме человека (3,1 %) относится к жизненно важным биогенным макроэлементам. Основа белковых веществ и нуклеиновых кислот. Мы живем в азотной атмосфере (объемная доля азота в воздухе составляет 78%). Молекулярный азот участия в обмене веществ не принимает. Почти все животные должны получать хотя бы часть необходимого им азота в виде аминокислот (R–CН–(NH2)–СООН), которые образуют ДНК, РНК, так как их организмы не способны синтезировать все аминокислоты из более простых предшественников. Растения могут использовать в качестве источника азота растворимые нитраты. Только немногие организмы способны усваивать элементный газообразный азот.

Во многих бионеорганических комплексах (гормоны, ферменты и др.) атом азота по донорно-акцепторному механизму связывает органическую и неорганическую части молекулы, например, гемоглобин.

Биологическая роль азота обусловлена его соединениями. Так, в составе аминокислот, он образует пептиды и белки (наиболее важный компонент всех живых организмов), в составе нуклеотидов образует ДНК и РНК.

Нитроглицерин и эринит (тетранитропентаэритрит) спасают больного от инфаркта, расширяя сосуды сердечной мышцы именно благодаря тому, что эти вещества являются донорами NO. NO может быть и медиатором, и модулятором, и регулятором процессов жизнедеятельности внутри клетки. Ни одна система нашего организма не может работать нормально, если в ней не вырабатываются небольшие количества оксида азота. В физиологических концентрациях NO снижает кровяное давление, расширяя сосуды; ослабляет свертывание крови, препятствуя образованию тромбов; стимулирует активность макрофагов, защищающих организм от чужеродных бактерий. Оксид азота получается из аминокислоты L-аргинина:

2 HN=C(NH2)-NH-(CH2)3CH(NH2)COOH + 2,5 O2 --- NOS →

→ 2 O= C(NH2)-NH-(CH2)3CH(NH2)COOH + 2 NO + H2O

Нарушение переваривания белков в желудочно-кишечном тракте;
Нарушение всасывания аминокислот в кишечнике;
Дистрофия и цирроз печени;
Нарушение регуляции азотистого обмена.

Как и дефицит, избыток азота как явление не наблюдается никогда – можно говорить только об избытке веществ, его содержащих.

Поступление азота с токсичными компонентами пищевых продуктов;
Поступление азота с токсичными веществами различного происхождения.

Повышение нагрузки на почки и печень;
Отвращение к белковой пище;
Клинические признаки отравления токсичными азотсодержащими веществами.

Фосфор - это один из самых распространенных химических элементов на нашей планете. Он составляет 0,08 - 0,09 % от массы Земной коры. Это органоген номер пять, играет исключительно важную роль в обмене веществ. Суточная потребность человека в фосфоре составляет 1,3 г. Фосфор настолько распространен в пищевых продуктах, что случаи его явной недостаточности практически неизвестны. Однако не весь фосфор, содержащийся в продуктах, может всасываться, поскольку его всасывание зависит от многих факторов: рН, соотношения между содержанием кальция и фосфора в пище, наличия в пище жирных кислот. В организме фосфор присутствует в виде фосфат-иона, который входит в состав неорганических и органических веществ. Больше всего фосфора содержится в костях и скелетной мускулатуре. Основным минеральным компонентом костной и зубной тканей является Ca5(PO4)3OH. Мембраны клеток в значительной степени состоят из фосфолипидов. Фосфор входит в состав белков, нуклеиновых кислот, нуклеотидов и других биологически активных соединений.

Универсальным источником энергии для всех биохимических процессов, протекающих в живых системах, является АТФ – аденозинтрифосфат, в молекуле которого содержатся три остатка фосфорной кислоты:

В организме происходит реакция гидролиза АТФ, в результате которой разрывается связь РО и выделяется значительное количество энергии. При рН = 7,0 АТФ существует в виде аниона АТФ4-, так как все фосфатные группы при этом значении рН ионизированы. Гидролиз АТФ можно записать в виде уравнения:
АТФ 4- + Н ₂ О → АДФ 3- + Н ₂ РО ₄ -
Гидролиз макроэргических связей молекулы АТФ, сопровождаемый отщеплением 1 или 2 остатков фосфорной кислоты, приводит к выделению энергии, по различным данным, от 40 до 60 кДж/моль. Живые организмы не могут обходиться без фосфора. Сахара и жирные кислоты не могут быть использованы клетками в качестве источников энергии без предварительного фосфорилирования. Совокупность гидро- и дигидрофосфатов в крови образует фосфатную буферную систему, которая вместе с другими буферными системами обеспечивает постоянство рН крови.

Фосфор обеспечивает нормальный рост костной и зубной ткани, а также последующее поддержание их целостности в течение всей жизни человека.
У взрослого человека около 86% фосфора находится в минеральной части костей и зубов. Оставшийся фосфор распределяется в мышцах, органах, жидкостях.

Биологическая роль фосфора

Фосфор играет важную биологическую роль и служит строительным материалом для многих клеток живых организмов. В растительном мире он содержится во всех растениях. Наибольшая концентрация наблюдается в плодах и семенах растений. В животном мире, фосфор входит в состав белков и многих жизненно важных органических соединений, включая ферменты, нуклеиновые кислоты и так далее. Фосфор содержится в тканях и органах живых организмов, но наибольшее его количество содержится в костной ткани и зубной эмали. В организме человека в среднем содержится от 500 до 750 грамм фосфора, при этом 90% (фосфат кальция) сконцентрировано в костной ткани. В сочетании с кальцием, фосфор образует минеральные структуры, которые обеспечивают прочность костной ткани и зубной эмали. Фосфор играет важную роль в формировании мышечной ткани и тканей головного мозга, и входит в их состав в качестве строительного материала.

Функции фосфора - его участие в энергетических процессах, протекающих в организме человека, регуляция кислотно-щелочного баланса — поступающие в достатке макроэлементы защищают ткани и жидкости от закисления, что способствует повышению устойчивости к инфекционным заболеваниям и системным патологиям, деление клеток — без P заживление ран и восстановление поврежденных участков эпителия невозможно. Элемент входит в важнейшие молекулярные соединения, которые отвечают за клеточную структуру разных органов, обмен веществ, передачу генетической информации, межклеточный метаболизм, растворение разных компонентов, ускоряет метаболизм. Деятельность центральной нервной системы — P является важным участником в передаче электрических импульсов по нервным волокнам, от чего зависит двигательная активность и психологическое состояние.

состояние продолжительного голода;
пищевое отравление;
скудное питание, особенно в такие периоды, как беременность;
частое употребление сладких газированных напитков;
переизбыток минералов, поступающих с пищей;
злоупотребление алкоголем, наркозависимость;
перевод младенца на смесь.

чрезмерное количество поступления фосфора (избыток белков в продуктах)
продолжительное взаимодействие с фосфорорганическими соединениями
нарушения обмена фосфора

отложение малорастворимых фосфатов в тканях
поражения пищеварительного тракта и печени
декальцинация костей (остеопороз)
кровоизлияния и кровотечения
лейкопения, анемия

Существует множество химических веществ, способных вызвать серьёзное отравление человеческого организма. Одним из таких веществ является мышьяк. Мышьяк – химический элемент, способный оказывать на человеческий организм сильное токсическое действие. Необходимость мышьяка для жизнедеятельности человека пока не доказана, однако, токсичность его соединений известна давно. Для мышьяка выявлен один из самых высоких показателей патологичности. Токсическое влияние мышьяка на человеческий организм варьируется в зависимости от его дозы и продолжительности приема. Симптомы острой интоксикации – тошнота, рвота, боли в желудке; хронической – слабость, мышечные боли, прострация. Острая и хроническая интоксикация сопровождаются сонливостью, головной болью, спутанностью сознания, судорогами. Недостаток мышьяка приводит к понижению рождаемости и угнетению роста, а добавление в пищу арсенита натрия приводит к увеличению скорости роста у человека. Он концентрируется в печени, почках, селезенке, легких, костях, волосах. Больше всего в мозговой ткани и в мышцах. Мышьяк в течение нескольких лет не выводится полностью. Эта особенность используется в судебной экспертизе. Механизм воздействия мышьяка на клетку до конца неясен. Известно, что мышьяк соединяется с сульфгидрильными группами –SH. В малых дозах соединения обладают терапевтическим эффектом. Попадая в организм, мышьяк начинает взаимодействовать с некоторыми видами кислот, в том числе глутатионом, цистеином и липоевой кислотой, ослабляя нежелательные окислительные процессы в митохондриях. Также мышьяк активно взаимодействует с тиоловыми группами в белках. Доказано, что этот элемент улучшает кроветворение и стимулирует обмен веществ. Мышьяк содержится практически во всех продуктах животного и растительного происхождения, поэтому снабдить организм этим элементом совсем не сложно.

Биологическая роль мышьяка

Биологическая роль мышьяка изучена не до конца. В экспериментах на животных было показано, что рационы, бедные по содержанию мышьяка, вызывают снижение массы приплода, увеличению числа выкидышей, увеличению смертности как матерей, так и приплода, снижению воспроизводительной функции.

Известно, что мышьяк взаимодействуют с тиоловыми группами белков, цистеином, глутатионом, липоевой кислотой. Мышьяк оказывает влияние на окислительные процессы в митохондриях и принимает участие во многих других важных биохимических процессах. Мышьяк применяют при анемии, для повышения аппетита. Когда организм человека или домашних животных (собак, птиц, свиней, коров) отравляется большими дозами селена, мышьяк может стать хорошим противоядием. В экспериментах, проведенных на мышах, удалось уменьшить заболеваемость раком именно с помощью специально подобранных доз мышьяка.

Механизм токсического действия объясняют способностью мышьяка блокировать сульфгидрильные группы -SH ферментов и других биологически активных соединений. В организме человека мышьяк взаимодействует с глутатионом — веществом, представляющим собой соединение трех аминокислот - глутаминовой кислоты, цистеина и глицина. При этом блокируется сульфгидрильная группа и глутатион теряет одну из важных своих биологических функций — восстановление токсичных пероксидов. Кроме того, мышьяк может замещать иод, селен и фосфор. Нарушая биохимические процессы метаболизма в организме, As является антиметаболитом этих элементов. Смертельная доза для. человека составляет 0,1-0,3 г.

Однако соединения мышьяка не только убивают, но и помогают в борьбе за жизнь. Так, при остром отравлении As2О3 смерть наступает примерно через 70 сек, в то же время — это вещество применяют наружно (препарат белый мышьяк) при кожных заболеваниях. В стоматологической практике As2О3 используют для омертвления мягких тканей зуба. В медицинской практике используют и раствор калия арсенита К3AsО3

As₂О₃ + 3Н₂О = 2H₃AsО₃

Механизм действия этих препаратов связан с блокированием сульфгидрильных групп. Определение мышьяка в биологическом материале проводят в несложном приборе по реакции Марша: к биообъекту добавляют цинк и соляную кислоту. Выделяющийся при реакции водород восстанавливает любое соединение мышьяка до арсина AsH₃:

As₂О₃ + 6Zn+ 12HCI → 2AsH₃ + 6ZnCl₂+ 3H₂О

Zn + HCI = ZnCI₂ + H₂

суицидальные отравления
нарушение обмена
сухость носоглотки, насморк, изъязвления носовой перегородки
раздражение конъюнктивы, слезотечение и светобоязнь, отек век
ларингит, трахеит, бронхит
стоматит
сыпь, фурункулез, экзема, пигментация кожа
атрофия и ломкость ногтей
преждевременное поседение и выпадение волос
нарушение вкуса и обоняния
речевые расстройства, полиневриты, депрессии
нарушение функций печени, развитие жирового гепатоза
нефропатия
поражение кровеносных сосудов

Биологическая роль азота и фосфора заключается в поддержании многих жизненно необходимых процессов организма. Эти элементы образуют важные органические молекулы, такие как белки, нуклеиновые кислоты или некоторые группы липидов. Если азот регулирует гемодинамику, то фосфор отвечает за синтез энергии и является структурным элементом костной ткани.

Фосфор — незаменимый структурный компонент клеточных мембран и нуклеиновых кислот, также участвующий в минерализации костей, производстве клеточной энергии, сигнальной системе клеток и поддержании кислотно-щелочного баланса.

Дефицит фосфора наблюдается преимущественно при длительном голодании или редких наследственных заболеваниях, приводящих к выведению фосфора почками. Симптомы включают потерю аппетита, слабость, хрупкость костей, онемение конечностей, рахит.

Мышьяк в нашей жизни приобрел репутацию одного из самых сильнодействующих ядов во всем мире. Но в настоящее время, он также считается микроэлементом, который необходим для нашего организма.

Читайте также: