Химия биогенных элементов p-блока

P - Элементы имеют общую электронную конфигурацию ns 2np 1–6 и образуют подгруппы IIIА, IVА, VА, VIА, VIIА и VIIIА периодической системы.

В p-блок входят последние шесть групп главной подгруппы, исключая гелий (который находится в s-блоке). Данный блок содержит все неметаллы (исключая водород и гелий) и полуметаллы, а также некоторые металлы.

P-блок содержит в себе элементы, которые имеют различные свойства, как физические, так и механические. P-неметаллы — это, как правило, высокореакционные вещества, имеющие сильную электроотрицательность, p-металлы — умеренно активные металлы, причём их активность повышается к низу таблицы химических элементов.

Общая характеристика элементов 4А группы: В подгруппу входят углерод, кремний, германий, олово, свинец. На внешнем энергетическом уровне имеется 4 электрона - s2p2, из которых два p-электрона неспарены. В невозбужденном состоянии образуются две связи за счет двух неспаренных электронов и одну донорно-акцепторную связь за счет вакантной p-орбитали. При возбуждении возникает 4 неспаренных электрона (один из s-электронов переходит на p-подуровень) и становится возможным образование 4-х связей.

Характерными степенями окисления элементов 4А группы являются +2, +4, -4. Углерод и кремний наиболее устойчивы в степени окисления +4, а германий, олово и свинец - в степени окисления +2. 1. По мере роста радиуса атомов уменьшается электроотрицательность этих элементов и облегчается ионизация их атомов.

С водородом элементы 4-ой группы образуют гидриды: CH4, SiH4, GeH4, SnH4, PbH4. Эти гидриды не имеют кислотно-основных свойств.

С кислородом элементы образуют два типа оксидов: СO и CO2.

Оксид углерода.
Оксид углерода является продуктом полного сгорания углерода и содержащих его веществ.
В соединениях с кислородом углерод, в зависимости от условий, проявляет валентности +2 и +4.
При температуре обычного пламени при горении углеродосодержащих веществ (дрова, уголь, природный газ метан, спирт и др.) протекает реакция:
С + О2 = СО2
Если же создать условия для повышения температуры, к примеру, уменьшить теплоотвод (внутри толстого слоя горящего угля, в том числе в доменной печи), то протекают реакции:
С +О2 = 2СО
СО2 + С = 2СО
Так же образуется в случаях:
- окисления биохимических процессов, дыхания, гниения,
- сгорания метана
CH4+O2=CO2+2H2O
- взаимодействия кислот с карбонатами
CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O
- термического разложения карбонатов и гидрокарбонатов:
CaCO3=CaO+CO2
2NaHCO3=Na2CO3+CO2+H2O
Оксид углерода – тяжелее воздуха, это газ без запаха, цвета и вкуса.

Качественная реакция на угарный газ (моноксид углерода) CO.Помутнение раствора при пропускании угарного газа в раствор хлорида палладия (II):
PdCl₂ + CO + H₂O = CO₂↑ + 2HCl + Pd↓
Качественная реакция на углекислый газ (диоксид углерода) CO₂. Тушение тлеющей лучинки в атмосфере углекислого газа.
Пропускание углекислого газа в раствор гашеной извести Ca(OH)₂:
Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃↓ + H₂O
Дальнейшее пропускание приведет к растворению осадка:
CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca(HCO₃)₂

Угольная кислота.
Слабая двухосновная кислота, которая образуется при растворении оксида углерода СО2 в воде.
Угольная кислота дает два ряда солей:
- водорастворимые гидрокарбонаты (NaHCO3

– питьевая сода, Na2CO3

– сода, K2CO3 (поташ)
- нерастворимые (MgCO3, CaCO3).
Реакции образования гидрокарбонатов и карбонатов:
CO2+NaOH=NaHCO3
CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O
Соли угольной кислоты подвергаются гидролизу.
Угольная кислота вытесняется из солей более сильными кислотами:
CaCO3+2HCI=CaCI2+CO2+H2O

Биологическая роль соединений углерода:

o из различных соединений углерода (белки, жиры, углеводы, нуклеотиды, гормоны, амино- и карбоновые кислоты и др.) состоят все ткани организма

o является структурным компонентом всех органических соединений

o его соединения участвуют во всех биохимических процессах

o при окислении соединений углерода образуется необходимая для организма энергия

o оксид углерода (IV) CO₂, образующаяся в результате окисления соединений углерода, стимулирует дыхательный центр, регулирует значение рН крови

Применение в медицине: соединения углерода и сам углерод применяются для изготовления имплантатов (прочность), производные угольной кислоты и карбоновых кислот применяются в фармакологии, Углерод в виде ископаемого топлива: угля и углеводородов (нефть, природный газ) — один из важнейших источников энергии для человечества.

Аналитические реакции на ионы углерода:
1. Na2CO3 + HCl = 2NaCl + H2O + CO2

2. Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓ + H2O (помутнение известковой воды)
3. 2KMnO4 + 5Na2C2O4 + 8H2SO4 = 2MnSO4+ 5CO2 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 8H2O (оксалат анион)

4. FeCL3 + 3CH3COONa = Fe(CH3COO)3 + 3NaCl (чайно-красный, ацетат анион)

5. KHCO3+HCl = KCl + H2O + CO2

№38