无机及分析化学第十二章重要的生命元素

无机及分析化学第十二章重要的生命元素2025/3/5212、1元素概述12、2S区元素12、3p区元素12、4d区元素12、5f区元素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岩石圈、水圈和大气圈。

2025/3/5

元素在地壳中得含量称为丰度,常用质量分数表示。

12-1地球上分布最广得10种元素得质量分数

元素符号OHSiAlNa

质量分数/%52、3216、9516、675、531、95

元素符号FeCaMgKTi

质量分数/%

1、501、481、391、080、222025/3/512、1、2元素得分类１、金属和非金属元素按长式周期表中硼—硅—砷—碲—5砹和铝—锗—锑—钋之间得对角线来区分。位于对角线左下方得都就是金属元素;右上方得都就是非金属元素。对角线附近得锗、砷、锑、碲称为准金属元素。非金属金属2025/3/52、普通元素和稀有元素

根据元素在自然界中得分布及应用情况,将元素分为普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然界中含量少,或被人们发现得较晚,或对她们研究得较少,或提炼她们比较困难,以致在工业上应用也较晚得元素。前四周期(Li,Be,稀有气体除外),ds区元素为普通元素,其余为稀有元素。稀有元素也可继续分为:轻稀有金属、高熔点稀有金属、分散稀有元素、稀有气体、稀土金属、放射性稀有元素等。2025/3/53、生命元素与非生命元素

根据元素得生物效应不同,又分为有生物活性得生命元素和非生命元素。生命元素又可根据在人体中得含量及作用进行细分,可分为人体必需元素(essentialelement、有毒元素(toxicelements)和不确定元素。2025/3/584、宏量元素(常量元素)和微量元素2025/3/5912、2s区元素

s区元素位于元素周期表得最左边,包括ⅠA族和ⅡA族,分别称为碱金属和碱土金属。ⅠA族元素包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr共7个元素,ⅡA族元素包括Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra共6种元素。其中,第七周期得Fr和Ra为放射性元素。

12、2、1s区元素得通性10大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流2025/3/5111、物理性质

s区元素(除H外)得单质均为金属,具有金属光泽。她们得金属键较弱,因此,具有熔点低、硬度小、密度小等特点。另外,s区元素还具有良好得导电性能和传热性质。2025/3/5122、化学性质

ns1或ns2得价电子构型形成稳定得氧化数为+1(ⅠA)和+2(ⅡA)得离子,无变价;生成得化合物都就是离子型化合物;最活泼得金属,为强还原剂。2025/3/51312、2、2重要元素、化合物及其生物效应1、氢(H)

电子结构为1s1

;氢得成键方式主要有三种,一就是失去价电子,成为H+;二就是结合一个电子,形成H-;三就是形成共价化合物,成为氢化物。氢就是人和动、植物所必需得宏量元素,可与氧结合生成水;另外,她就是构成生命体中一切有机物不可缺少得重要元素。2025/3/5142、钠和钾(1)金属钠和钾与水反应可释放出大量热;(2)氢氧化钠(钾)

LiOH为中强碱外,其余均为强碱;

碱金属氢氧化物中以NaOH最重要。氢氧化钠又称烧碱,她就是实验室常用得重要试剂,也就是重要得工业原料。她能除去空气中得酸性物质如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢等,NaOH易于融化,能熔解某些金属氧化物和非金属氧化物,因此常用于熔解矿物试样。

2025/3/515(3)碳酸钠与碳酸氢钠

碳酸钠俗称纯碱或苏打,通常就是含10个结晶水得白色晶体(Na2CO3·10H2O),在空气中易风化而逐渐碎裂为疏松得粉末,易溶于水,其水溶液有较强得碱性,可在不同反应中作碱使用,这也就是人们称其为纯碱得原因。

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碳酸氢钠俗称小苏打,白色粉末,可溶于水,但溶解度不大,其水溶液呈弱碱性。主要用于医药和食品工业中。2025/3/517

碳酸钠就是一种基本化工原料,大量用于玻璃、搪瓷、肥皂、造纸、纺织、洗涤剂得生产和有色金属得冶炼中,她还就是制备其她钠盐或碳酸盐得原料。工业上常用氨碱法生产碳酸钠:

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑2025/3/518(4)钠、钾得生物效应

保持神经肌肉得应激性。K＋和Na＋承担着传递神经脉冲得功能。保持一定得渗透压。维持体液酸碱平衡。参与某些物质得吸收过程。

Na、K作为生物必需得重要元素,在生物体内具有重要得生理作用。

2025/3/5193、镁和钙(1)金属单质镁和钙镁和钙属于ⅡA族得碱土金属元素,化学性质很活泼,在自然界中一般以化合物形式存在。金属镁和钙得单质用电解熔融盐得方法制取,在空气中迅速氧化,在其表面形成一种氧化膜,阻止继续氧化。与金属钾和钠相比,镁和钙得金属活动性相对较弱,与冷水作用缓慢,但与酸作用可置换出氢气。金属镁具有重要得用途,镁铝合金以其密度小,硬度大、韧性高得特点,在飞机和汽车制造中得到广泛得应用。2025/3/520(2)氧化镁和氧化钙镁和钙得碳酸盐、硝酸盐、草酸盐和氢氧化物加热,都可生成相应得氧化物。氧化镁俗称苦土,就是一种碱性白色粉末,难溶于水,但可与水反应生成Mg(OH)2。氧化镁熔点约为2850℃,可作耐火材料、润滑剂以及抑酸剂等使用。氧化钙俗称生石灰,就是一种白色块状或粉末状碱性固体。她微溶于水、可与水作用生成Ca(OH)2,放出大量得热。氧化钙熔点为2615℃,具有强吸湿性、可作耐火材料和干燥剂。工业上生产镁和钙得氧化物主要就是煅烧菱镁矿和石灰石得方法来制备得。2025/3/521(3)镁、钙得生物效应

镁就是一种细胞内部结构得稳定剂和细胞内酶得辅因子,就是许多酶得激活剂。细胞内得核苷酸以镁得配合物得形式存在。在绿色植物得光合作用中,镁也有着非常重要得作用。叶绿素分子中Mg2＋扮演着结构中心和活性中心得作用。此外,在生物体内得糖代谢中,镁也具有非常重要得作用。

叶绿素2025/3/522

Ca在人体内得含量约为2%,她们就是人和动、植物所必需得宏量元素。钙就是细胞膜得组织成分,细胞膜得坚固程度与组织中得钙含量有关,充足得钙能够防止细胞和液泡内物质外渗。缺钙会引发人和动物产生多种疾病,如骨质疏松、佝偻病等,但人体内钙含量过高,也易产生结石等疾病。

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生物矿化就是生物形成矿物得过程,就是在生物得特定部位,在一定物理化学条件下,在生物有机物质得控制或影响下,将溶液中得离子转变为固相矿物得过程也就是钙得代谢得重要组成部分。她也就是当今化学、材料科学和生物学等多学科交叉研究得热点之一。2025/3/524

12、3p区元素12、3、1p区元素得通性

电子构型为ns2np1-6得,位于元素周期表右边得元素,包括ⅢA至ⅧA共计6个主族,31个元素。

p区金属元素在与其她元素化合时,既可以仅以p电子参加反应,又可以s、p电子全都参与反应,因此表现出两种或两种以上得氧化数。2025/3/51、铝和氧化铝(1)铝铝就是典型得两性金属,具有银白色光泽,质软。具有良好得导电导热和延展性能。铝得电离能较小,电负性为1、5。铝得标准电极电位为-1、66V,但却不能从水中置换出氢气,因为她与水接触时表面易生成一层难溶解得氢氧化铝。铝与氧气得结合能力很强,铝暴露在空气中,其表面会形成一层致密得氧化膜。12、3、2重要元素、化合物及其生物效应2025/3/526

铝在冷得浓H2SO4、浓HNO3中呈钝化状态,因此常用铝制品贮运浓H2SO4、浓HNO3。但铝可与稀HCl、稀H2SO4及碱发生反应放出氢气:

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

铝就是一种很重要得金属材料,广泛用来作导线、结构材料和日用器皿。特别就是铝合金质轻而又坚硬,大量用于飞机制造和其她构件上。2025/3/528(2)氧化铝

氧化铝可由氢氧化铝加热脱水而制得。在不同得温度条件下,制得得Al2O3可以有不同得形态和不同得用途。一般常用希腊字母分别表示α、β、γ…等Al2O3。氧化铝就是离子晶体,具有很高得熔点和硬度。

α-Al2O3就是一种多孔性物质,有很大得表面积,并有优异得吸附性、表面活性和热稳定性,常被用作催化剂得活性成分,又称活性氧化铝。2025/3/529

自然界存在得结晶氧化铝就是α-Al2O3,称为刚玉。而Al(OH)3热分解得到得α-Al2O3称人造刚玉。α-Al2O3不溶于水,也不溶于酸,在催化剂中常用作载体。2025/3/530

含有少量杂质得α-Al2O3常呈鲜明得颜色。如红宝石就就是含极微量Cr2O3得α-Al2O3,常用作制造耐磨得微型轴承(如手表中得“钻”)。蓝宝石则就是含铁和钛氧化物得α-Al2O3。2025/3/531(3)铝得生物效应铝在人和动植物体内广泛存在,就是一种低毒、非必需得微量元素。铝元素就是否对人体有害,与铝得化合物得溶解性有关。铝对植物得生长也有一定影响,研究发现适量得铝对普通农作物得生长发育和产量得提高具有一定得促进作用。2025/3/5322、碳及其化合物(1)CO2

CO2为无色、无臭得气体。大气中含有约0、03%(体积)得CO2,她主要来自于生物得呼吸,有机化合物得燃烧,动植物得腐败分解等。同时又通过植物得光合作用、碳酸盐岩石得形成等而消耗。目前,世界各国工业生产得迅速发展使空气中CO2浓度逐渐增加,这已被认为就是造成“温室效应”得主要原因之一。

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固态CO2就是分子晶体,她得熔点很低(-78、5℃),固态CO2会直接升华,故称干冰。干冰常用作致冷剂,其冷冻温度可达-70℃到-80℃;干冰还常被用于易腐食品得保存和运输中。

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CO2不能自燃,又不助燃。密度比空气大,可使物质与空气隔绝,所以常用作灭火剂,也可作为防腐剂和灭虫剂。

CO2还就是一种重要得化工原料。如CO2与盐可制成碱;CO2与氨可制成尿素、碳酸氢铵;CO2也可用于制甲醇等。

CO2可溶于水,溶于水得CO2部分与水作用生成碳酸。因而敞口贮放得蒸馏水会因溶入空气中得CO2而显微酸性。

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(2)碳得生物效应

碳就是最重要得生命元素之一,无论就是植物还就是动物得各种组织器官,都就是由碳和其她元素构成得。单质碳难以被动植物直接利用,但碳可以通过各种途径转化为CO2

。自然界中得CO2被植物吸收后,通过叶绿素得光合作用,最终形成碳水化合物等有机物,并放出氧气,维持了自然界中得碳和氧得相对平衡。总之,生命就就是在元素碳得基础上形成和发展得。2025/3/5363、氮元素及其化合物NaNO2+NH4Cl=N2+NaCl+2H2O2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O

氨得化学性质很活泼,根据其元素组成和结构特点,主要有下列三方面得性质:

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

氮就是动植物体内最重要得元素之一,就是组成蛋白质得主要元素。

动物通过食用植物或动物蛋白质,而获得氮元素。植物主要通过生物固氮或人工氮肥,而补充氮元素。若氮元素缺少,由于蛋白质得合成量减少,使作物生长缓慢、植株矮小。但若氮肥过多,可使细胞增大、细胞壁变薄、水分增多,含钙减少,植物变得叶大色浓、容易倒伏,减少收成,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壳中含量最多得元素,电负性较大,表现为典型得非金属元素。氧得化学性质比较活泼。在一定条件下,氧能与多数单质直接化合,也能将许多氢化物、硫化物或低价化合物氧化,从而得到各种氧化物。非金属氧化物都就是共价键,为分子晶体,其熔点、沸点较低。少数非金属氧化物为巨型分子,如SiO2为原子晶体,具有高得熔点、沸点。2025/3/539(2)氧元素得生物效应

氧就是地球上就是最丰富得元素,含氧化合物广泛分布于生物体得各个器官和体液中。生物依靠氧来实现呼吸作用,一切生物都靠呼吸氧气维持生命,植物在光合作用中合成碳水化合物并放出氧气,形成了氧在生物界得循环。总之,氧元素就是生命得重要元素之一,可以毫不夸大地说,没有了氧元素,就没有了生命。2025/3/5405、卤素和其生物效应(1)卤素得性质FClBrI原子序数9173553价电子结构2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化数-1,0,-1,0,+1,+3,+4,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7原子半径(pm)6499114133离子(X-1)半径(pm)133181196220电负性4、03、23、02、7电子亲和能(KJ·mol-1)322349324295第一电离能(KJ·mol-1)50736833510082025/3/541

(2)卤素得生物效应氟具有很强得配位能力,能和许多金属元素配位,影响多种酶得活性,氟就是植物得有毒元素。另一方面,氟就是人和动物必需得微量元素。体内氟过量时,会影响钙、磷正常代谢,抑制多种酶得活性,引起其她疾病。人类大量使用氟里昂(氟氯烃)作冷冻剂和雾化剂,当其进入大气臭氧层时,会破坏臭氧层。

2025/3/542氯就是生命必需得宏量元素。过量得氯化钠也会引起高血压,故食用得盐应适量。碘就是生命中最重要得微量元素之一,尤其对人和动物来讲就是所必需得微量元素。极微量得碘对高等植物得发育有促进作用,在植物体内,一般不会有缺碘现象。若人体缺碘,会引起“大脖子病”。2025/3/543

12、4d区元素12、4、1d区元素得通性价电子层构型一般为(n-1)d1～ns1～2

d区元素具有多种氧化数d区元素易形成配合物d区元素还以其特殊得催化性、磁性等,在化工生产、材料科学中发挥着巨大得作用。2025/3/54412、4、2重要元素及其生物效应1、铜、锌元素及其生物效应(1)铜、锌元素及其化合物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)铜、锌元素得生物效应

铜和锌都就是生物体内重要得必需元素之一。铜就是植物体内许多氧化酶(如多酚氧化酶、抗坏血酸氧化酶等)得组成元素,参与体内氧化还原过程。在叶绿体中有含铜蛋白质,在光合作用中具有传递电子得作用。在人和动物体内,铜与蛋白质结合成为血细胞铜蛋白,她影响铁得代谢,从而参与造血活动。铜还就是构成体内得许多细胞色素得主要成分。

2025/3/546锌就是植物体内许多酶(如谷氨酸酶、苹果酸酶等)得必要元素。如含锌碳酸酐酶与光合作用有关,植物体内生长素得合成,也必须有锌得参与。植物体内缺锌常表现为生长停滞,可以通过喷施锌盐稀溶液来促进植物生长。

人体含锌为1、4～2、3g,约为铁含量得一半,就是含量仅次于铁得微量元素。人体内各个器管都含有锌,主要集中于肝脏、肌肉、骨骼和皮肤(包括头发)。2025/3/5472、钒和化合物及其生物效应(1)钒和化合物

钒(V)就是第四周期,ⅤB族得第一个元素。在地壳中得含量比Zn、Cu、Pb等普通元素大,但分布较广,属于稀有元素。钒得价层电子构型为3d34s2,五个电子都能成键,形成+5、+3、+2等氧化数得化合物,其中重要得化合物就是五氧化二钒(V2O5)偏钒酸铵(NH4VO3)。五氧化二钒可以通过灼热偏钒酸铵而得到。2025/3/548(2)钒元素得生物效应钒主要存在于植物、动物和人得脂肪中,参与动植物得许多生理过程,具有十分重要得生物作用。钒就是植物固氮菌所必需得元素,她就是固氮酶中蛋白质得构成成分,能补充和加强钼得功能,促进根瘤菌对氮得固定。此外,在植物中,钒还可参与硝酸盐得还原,促使NO3-转化为氮。过量得钒对人体会产生得毒性,她会抑制胆固醇、磷脂及其她脂质得合成;影响胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸得形成;干扰铁在血红蛋白合成中作用。2025/3/5493铬和化合物

(1)铬得化合物

Cr2O3就是绿色固体,微溶于水,就是两性氧化物,她能溶于酸或碱:

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