Общая характеристика и ход анализа катионов четырех аналитических групп

4.1.1 аналитическая

К первой аналитической группе относят катионы К⁺,

группа катионов

Na⁺,NH4⁺, Mg⁺² и некоторые другие. Большинство солей этих ионов хорошо растворимо в воде. Поэтому группового реагента, осаждающего все четыре катиона, нет. При систематическом анализе ионы калия, натрия, магния обнаруживают в последнюю очередь, так как катионы других групп мешают их обнаружению и должны быть удалены. В водных растворах все катионы первой аналитической группы бесцветны.

Калий и натрий, относятся к первой группе системы элементов Д.И. Менделеева, их гидроксиды - сильные основания (щёлочи). NH⁺4 близок по свойствам к катиону К и образует несколько аналогичных малорастворимых солей. Очень важно, что соли аммония в отличие от солей калия и натрия разлагаются при нагревании и, следовательно, могут быть удалены прокаливанием. Все соли аммония легко гидролизуются, тогда как из солей калия и натрия подвергаются гидролизу только соли слабых кислот (угольной, уксусной и др.)

Магний, относящийся ко второй группе периодической системы, во всех соединениях проявляет степень окисления +2 и отличается от остальных катионов первой аналитической группы рядом свойств. Так, гидроксид магния плохо растворим в воде и является довольно слабым основанием. Ион Mg⁺², является переходным между катионами первой и второй аналитических групп. Гидроксокарбонат магния (MgOH^COs, подобно карбонатам катионов второй группы, малорастворим в воде. Однако он растворяется в избытке солей аммония и при действии карбонатом

аммония в присутствии хлорида аммония не выпадает в осадок. Поэтому ион Mg⁺² остаётся в растворе с катионами первой группы.

Ход анализа катионов I аналитической группы

1. 1. Ход анализа начинают с обнаружения иона

аммония дробным методом реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической, ей не мешают другие ионы. Кроме того ион NH4⁺ ,будет мешать обнаружению К⁺ и Na⁺ и о его присутствии необходимо знать заранее. Реактив Несслера - смесь K₂[HgJ4]4 и КОН, выделяет из раствора солей аммония красно-бурый осадок иодида

оксодимеркураммония.

Г ^Hg 1

NH₄C1 + 2K₂[HgJ₄] + 4КОН О NH₂ Ц +

7KJ + КС1 + ЗН₂О 1 ^Hg J

или в ионной форме:

Г / ^Hg

NH₄⁺+ 2[HgJ₄]²‘+ 4ОН0^ ^NH₂ Д+7Г + ЗН₂О L Hg J

2. 2. Обнаружение иона магния.

Обнаружению Mg²⁺ другие катионы первой группы не мешают и он тоже обнаруживается дробным методом. Гидрофосфат натрия Na₂HPO4 в присутствии NH4OH и NH4CI с ионом Mg²⁺ образует белый кристаллический осадок фосфата магния аммония.

MgSO₄ + Na₂HPO₄ + NH4OH MgNH₄PO₄; + Na₂SO₄ + Н₂О

или в ионной форме:

Mg²⁺ + НРО₄²’ + NH4OH MgNH₄PO₄; + Н₂О

3. 3. Удаление иона аммония.

Ион аммония необходимо удалить из исследуемого раствора, т.к. он мешает обнаружению ионов калия и натрия.

Удаление NEU⁺ основано на термическом разложении солей аммония с образованием газообразных продуктов.

NH4CI ЫНзТ + НС1Т

4. 4. Обнаружение иона калия.

В центрифугате, не содержащего NtU⁺, гексанитрокобальтат (III) натрия Ыаз[Со(ЬЮ₂)б] при взаимодействии с ионом калия в нейтральной или

уксуснокислой среде образует осадок желтого цвета гексанитрокобальтат (III) натрия - калия K₂Na[Co(NO₂)₆].

2КС1 + Na₃[Co(NO₂)₆] K₂Na[Co(NO₂)₆]| + 2NaCl

или в ионной форме:

2К⁺ + Na⁺ + [Со(МО₂)_б]³’ — K₂Na[Co(NO₂)₆]l Гидротартрат натрия NaHC₄H₄O6 выделяет из нейтрального раствора, содержащего К⁺, белый мелкокристаллический осадок гидротартрата калия КНС4Н4О6

КС1 + NaHC₄H₄O₆ КНС₄Н₄О₆ + NaCl или в ионной форме

К⁺ + НС₄Н₄О₆’ КНС₄Н₄0б1

5. 5. Удаление иона магния.

Если в растворе был обнаружен магний, то его необходимо удалить, т.к. он мешает обнаружению натрия.

Удаление Mg²⁺ основано на трудной растворимости Mg(OH)₂.

При добавлении к центрифугату раствора КОН (но не NaOH !!!) Mg²⁺ осаждается в виде белого аморфного осадка гидроксида магния.

MgCl₂ + 2КОН Mg(OH)₂j + 2КС1

Mg²⁺ + 2ОН- Mg(OH)4

6. 6. Обнаружение иона натрия в центрифугате, который не содержит NH₄⁺ и Mg²⁺.

Гексагидроксостибиат (V) калия К[8Ь(ОН)б] осаждает из нейтрального раствора, содержащего Na⁺, белый кристаллический осадок гексагидроксостибиата (V) натрия Na[Sb(OH)o]

NaCl + K[Sb(OH)₆] Na [Sb(OH)₆]| + KC1 или в ионной форме:

Na⁺ + [Sb(OH)₆]' Na [Sb(OH)₆]|

4.2. II аналитическая группа катионов

Ко второй аналитической группе относятся ионы Са⁺², Sr⁺², Ва⁺²- образующие их металлы расположены во 2 группе периодической системы Д.И. Менделеева, называются щелочноземельными и характеризуются высокой химической активностью, растущей от кальция к барию. Катионы второй аналитической группы бесцветны и водных растворов не окрашивают.

Ионы Са⁺², Sr⁺², Ва⁺² (в отличие от катионов первой группы) образуют малорастворимые в воде карбонаты. Поэтому их осаждают действием карбоната аммония (NH₄)₂CO₃, который и является групповым реагентом.

Из солей кальция, бария и стронция нерастворимы, кроме того, сульфаты, фосфаты и оксалаты. Однако осаждать катионы второй группы в виде этих солей нецелесообразно, так как сульфаты их не растворимы в сильных кислотах и с большим трудом снова переводятся в раствор, а присутствие в смеси ионов РО4‘ ³ и С2О4²' усложняет анализ.

Ход анализа катионов II аналитической

.Ход анализа начинают с обнаружения иона аммония реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической. Кроме того, при отделении второй

группы с отделением от I аналитической

группы катионов мы вводим этот ион с групповым реактивом (NH4)₂CO₃ и о его присутствии необходимо

группы

знать заранее. Реакция NH4⁺ с реактивом Несслера дана в первой группе катионов.

2.Групповой реактив. Отделение катионов второй группы от первой в виде труднорастворимых в воде карбонатов при помощи группового реактива (NH₄)₂CO₃, карбонаты катионов первой группы хорошо растворимы и при этом остаются в растворе.

СаС1₂ + (NH₄)₂CO₃^ CaCO₃|+2NH₄Cl белый

Са²⁺+СО₃² »СаСОз1

BaClz + (NH₄)₂CO3 —> ВаСОз! + 2NH₄C1 белый

Ва²⁺+СОз²’^ ВаСОз!

Основное требование при отделении ионов - это полнота отделения.

Для достижения полноты отделения катионов 2-ой группы их осаждение ведут при следующих условиях:

а. В присутствии NH4OH

В водных растворах (NH4)₂CO₃ сильно гидролизован как соль слабого основания и слабой кислоты:

(NH₄)₂CO₃+ H₂Q~NH₄HCQ₃ + NH4OH

Ион НСО₃’ образует с катионами второй группы Ва(НСО₃)₂ и Са(НСО₃)₂, которые растворимы в воде. Полнота осаждения при этом не будет достигнута. Чтобы избежать образование гидрокарбонатов, осаждение катионов второй группы ведут в присутствии NH4OH, который смещает равновесие гидролиза (NH4)₂CO₃ влево.

б. При нагревании раствора до 50 -5- 70 °C.

в виде труднорастворимого хромата (реакции указаны выше), а хромат и дихромат кальция хорошо растворимы и ион кальция остается в растворе.

6. Обнаружение иона кальция в растворе (центрифугате), который не содержит катион бария.

Оксалат аммония (NH4hC2O4 с катионом кальция образует белый кристаллический осадок оксалата кальция СаС2О4.

СаС1₂ + (NH₄)2C₂O₄ СаС₂О₄1 + 2NH₄C1 Са²⁺ + С₂О₄²’ -> СаС₂О₄|

4.3. Ill

аналитическая группа катионов

Из общей характеристики катионов III группы следует, что их соли - сульфиды - нерастворимы в воде, но растворяются в разбавленных сильных кислотах, отличаясь тем самым от сульфидов катионов I и II групп. Групповым реактивом на катионы III группы является сульфид аммония, с катионами железа, цинка, марганца образует сульфиды. С катионами хрома, алюминия образует гидроксиды. Образование гидроксидов хрома и алюминия объясняется наличием гидроксид - ионов ОН.

При обменных реакциях образуются наименее растворимые вещества. В случае катионов А1³⁺ и Сг³⁺ наименее растворимы гидроксиды, поэтому они и выпадают из раствора.

Из соединений остальных катионов III группы наименьшей растворимостью отличаются сульфиды, поэтому они и выпадают из раствора. Следует иметь в виду, что при осаждении сульфидов очень сильное влияние оказывает концентрация ионов водорода.

Ход анализа

катионов III

аналитической группы от I и II групп

• 1. 1. Ход анализа начинают с обнаружения иона аммония реактивом Несслера, т.к. эта реакция является специфической. Кроме того, при отделении третьей группы катионов мы вводим этот ион с групповым реактивом (NEL^S и о его присутствии необходимо знать заранее. Реакция NH4⁺ с реактивом Несслера дана в первой группе катионов.
• 2. 2. Обнаружение иона железа (II).

Катионы Fe²⁺, Fe³⁺, Мп²⁺ имет специфические реакции, поэтому их обнаруживают в начале хода анализа в отдельных порциях задачи.

Реактивом на Fe²⁺ является гексацианоферрат (III) калия Кз[Ре(СН)б], с Fe²⁺ он образует темно-синий осадок турнбулевой сини (гексацианоферрат (III) железа (II)):

Сначала действием НС1 разрушаем комплексный ион и получаем ион А1³⁺

Na[Al(H₂O)₂(OH)₄] + 4НС1 А1С1₃ + NaCl + 6Н₂О NH4OH в присутствии NH4CI с А1³⁺ образует белый хлопьевидный осадок А1(ОН)₃. Гидроксид цинка Zn(OH)₂ в осадок не выпадает, т.к. он растворяется в избытке NH4OH и солях аммония.

А1С1₃ + 3NH₄OH А1(ОН)₃| + 3NH₄C1 А1³⁺ + 3NH₄OH А1(ОН)4 + 3NH₄⁺ Zn(OH)₂ + 6NH4OH [Zn(NH₃)₆](OH)₂ + 6Н₂О

8. Обнаружение иона цинка.

Действием НС1 разрушаем комплексный ион [Zn(OH)4]²' и получаем ион Zn²⁺.

Гексацианоферрат (II) калия K4[Fe(CN)e] с ионом Zn²⁺ образует белый кристаллический осадок двойной соли K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂

3ZnCl₂ + 2K4[Fe(CN)₆] K₂Zn₃[Fe(CN)₆]₂|, + 6КС1

4.4. IV аналитическая группа катионов

В четвертую группу входят катионы Ag⁺, Pb²⁺, Hg₂²⁺, Cu²⁺, Hg²⁺ и др. От катионов 3-й группы они отличаются нерастворимостью сульфидов в разбавленных сильных кислотах.

У сульфидов катионов 4-й группы значения произведения растворимости (ПР) настолько малы, что превышаются не только при действии сульфидом аммония, но и при пропускании сероводорода, дающего гораздо меньше сульфид - ионов. Превышаются значения ПР сульфидов 4-й группы даже в присутствии сильных кислот, подавляющих диссоциацию сероводородной кислоты.

Катионы 4-й группы по растворимости хлоридов делятся на две подгруппы.

В подгруппу серебра входят Ag Hg₂²⁺ и Pb²⁺, дающие с хлороводородной кислотой мало растворимые в воде хлориды. К подгруппе меди относятся Cu²⁺, Hg² хлориды которых растворимы в воде.

AgNO₃ + НС1 -» AgCU + HNO3

Pb(NO₃) + 2НС1 -> PbCbl + 2HNO.3

Hg₂(NO₃)₂ + 2НС1 -> Hg₂Cl₂l + 2HNO₃

белый

Мало растворимы в воде также гидроксиды, фосфаты и карбонаты катионов 4-й группы.

Групповым реактивом 4-й группы служит сероводород в кислой среде (НС1). Катионы 3-й группы при этом не осаждаются.

2AgNO₃ + H₂S -» Ag₂Si + 2HNO₃

Pb(NO₃)₂ + H₂S -> PbS 1 + 2HNO₃

Hg₂(NO₃)₂ + H₂S -> Hg₂SJ, + 2HNO₃ черный

Hg₂S -> HgS + Hg CuSO₄ + H₂S -> CuS>L + H₂SO₄

Hg(NO₃)₂ + H₂S -> HgSJ< + 2HNO₃ черный

Ход анализа

катионов IV

аналитической группы

В водных растворах Ag⁺ бесцветен.

1. Едкие щелочи образуют с ионом Ag⁺ бурый осадок

Ag₂O, который образуется вследствие распада получающегося первоначально неустойчивого

гидроксида серебра:

AgNO₃ + NaOH -> AgOHi + NaNO₃

2AgOH -> Ag₂c4 + H₂O

Осадок растворим в NH4OH с образованием комплексного соединения гидроксид диамминсеребра:

Ag₂O + 4NH₄OH -> 2[Ag(NH₃)₂]OH + ЗН₂О

Реакцию проводят в присутствии NH4CI

• 2. Хромат калия К₂СгО4 образует с ионом серебра кирпично-красного цвета осадок Ag₂CrO4:
• 2AgNO₃ + K₂CrO₄ -> Ag₂CrO₄4- + 2KNO₃
• 3. Растворы хлоридов, бромидов, иодидов (ионы СГ, Вг‘ , J) образуют с Ag⁺ осадки: белый AgCl>L, бледно-желтые AgBr>k и AgJ>k:

AgNO₃ + NaCl -> NaNO₃ + AgCl>k

AgNO₃ + NaBr NaNO₃ + AgBr>k

AgNO₃ + NaJ NaNO₃ + AgU

Реакции катиона Pb²⁺

В водных растворах Pb²⁺ бесцветен.

1. Едкие щелочи и NH4OH образуют с РЬ²⁺ белый осадок гидроксида свинца (II) РЬ(ОН)₂, который растворим в избытке щелочи, т.к. обладает амфотерными свойствами:

Pb(NO₃)₂ + 2NaOH 2NaNO₃ + РЬ(ОН)₂Ф

РЬ(ОН)₂ ++ Н₂РЬО₂

Pb(OH)₂ + 2NaOH -> Na₂PbO₂ + 2Н₂О

плюмбит

Hg(NO₃)₂ + 2KJ -> Hgbl + 2KNO₃

4. Хромат калия К2СЮ4 образует с катионом Hg²⁺ желтый осадок хромата ртути (II):

HgCh + К2СЮ4 -> HgCrO₄-L + 2КС1

Реакции катиона Си²⁺

Растворы солей меди голубого или зеленого цвета.

1. Едкие щелочи образуют с Си²⁺ голубой осадок Си(ОН)₂, чернеющий при нагревании вследствие превращения в СиО:

CuSO₄ + 2NaOH -» Си(ОН)₂Ф + Na₂SO₄

Си(ОН)₂ —>СиО + Н₂О‘

• 2. NH4OH с Си²⁺ реагирует следующим образом:
  • а) при недостатке NH4OH образуется осадок основной соли зеленого цвета
• 2CuSO₄ + 2NH₄OH -> (CuOH)₂SO₄l + (NH₄)₂SO₄
• б) избыток NH4OH переводит основной сульфат меди в комплексную соль - сульфат тетрааммин-меди (II), сообщающий раствору интенсивно синий цвет: (CuOH)₂SO₄ + (NH₄)₂SO₄ + 6NH4OH -> 2[Cu(NH₃)₄]SO₄

+ 8Н₂О

4.5. Биологическое значение катионов четырех аналитических групп

Катионы первой аналитической группы играют большую роль в биохимических и агрохимических процессах. Они могут содержаться в почвах как подвижном, то есть доступном для усвоения растениями, так и в связанном состоянии. В водной вытяжке из почвы катионы калия, натрия, аммония и магния обычно присутствуют в виде легко растворимых солей (хлоридов, сульфатов, нитратов, карбонатов и т.д.) Значительное содержание солей натрия характерно для засоленных почв. Наиболее вреден для растений в почве гидрокарбонат натрия, присутствие которого даже в небольших количествах вызывает их гибель. Ионы калия и аммония необходимы для минерального питания растений. Магний содержится в зелёном пигменте-хлорофилле. Катионы перовой группы входят в состав важнейших минеральных удобрений. Калий вносят в почву в виде калийной селитры, сульфата, хлорида и других его солей. Ион аммония содержится в аммонийной селитре, сульфате и хлориде аммония, в аммофосе NH4 Н₂ РО4 и диаммофосе. Натрий является составной частью чилийской селитры NaNO₃. магний входит в состав доломита CaCO₃*MgCO3 , который применяют как известковое и магнезиальное удобрение.

Поскольку аммиак и соли аммония образуются при гниении белка, наличие их в природных водах служит признаком загрязнённости. Контролируя качество воды, делают пробы на присутствие катиона аммония и некоторых других ионов.

В природе щелочные металлы в свободном виде не встречаются, натрий и калий входят в состав различных соединений. Наиболее важным является соединение натрия с хлором NaCl, которое образует залежи каменной соли (Донбасс, Соликамск, Соль-Илецк и др.) Хлорид натрия содержится также в морской воде и соляных источниках. Обычно верхние слои залежей содержат калийные соли. Они имеются в морской воде, однако в значительно меньших количествах, чем соли натрия. Самые большие в мире запасы калийных солей находятся на Урале в районе Соликамска (минералы сильвинит NaCl * КС1 * MgCl * 6Н2О). Разведаны и эксплуатируются крупные залежи калийных солей в Белоруси (г.Солигорск).

Натрий и калий относятся к числу распространенных элементов. Содержание натрия в земной коре составляет 2,64%, калия - 2,6%.

Натрий образует соли со всеми кислотами. Почти все его соли растворимы в воде. Важнейшие из них - хлорид натрия (поваренная соль), сода и сульфат натрия.

Хлорид натрия NaCl - необходимая приправа к пище, используется для консервирования пищевых продуктов, а также служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.

Сульфат натрия Na2SC>4 применяется в производстве соды и стекла. Из водных растворов кристаллизуется десятиводный гидрат Na2SC>4 * IOH2O, называемый глауберовой солью. Глауберова соль применяется в медицине как слабительное. Соли натрия (ионы натрия) окрашивают пламя горелки в желтый цвет. Это очень чувствительный метод для обнаружения натрия в соединениях.

Калийные соли используют главным образом как калийные удобрения. Соли калия (ионы калия) окрашивают пламя горелки в фиолетовый цвет. Однако в присутствии даже ничтожных количеств соединений натрия фиолетовый цвет маскируется желтым. В этом случае его можно заметить через синее стекло, поглощающее желтые лучи.

Живая материя содержит сотые доли процента магния, но эти доли процента исключительно важны. Магний входит в состав хлорофилла -зелёного пигмента растений, первичного приёмника солнечной энергии. С поглощения света хлорофиллом начинается один из важенйших природных процессов - фотосинтез. Его продуктами является и основная растительная масса, и кислород. Без магния нет хлорофилла, а без хлорофилла была бы невозможна жизнь на нашей планете.

Катионы второй аналитической группы

Ионы кальция широко распространены в природе, имеют большое агробиологическое значение.

Почва обладает обменной поглотительной

способностью, под которой понимают свойство обменивать катионы, содержащиеся в твёрдой фазе, на эквивалентное количество ионов раствора. На поверхности почвенных частиц преобладает обменный кальций, от количества которого в большой степени зависят структура, водно-воздушный режим и другие свойства почвы. В отличие от плодородных кислые почвы содержат много водорода, солонцеватые почвы -обменного натрия, улучшение этих почв достигается внесением соединений кальция. Например, в сильнокислые почвы вносят известняк,

нейтрализующий почвенные кислоты, а в солонцеватые - гипс.

Многие соединения кальция используют как минеральные удобрения. Он входит в состав фосфоритной муки Саз(РО4)2, апатитового концентрата Саз(РО4)2*Сар2, суперфосфата Ca(H2?O4)2+CaSO4, преципитата СаНРС>4*Н2 О, цианамида кальция

CaCN2 и кальциевой селитры.

Ионы бария весьма ядовиты. Хлорид и карбонат бария используют в с/х как яды.

Ион кальция обнаруживают, анализируя почвы, удобрения и природные воды, а бария - для распознавания ядохимикатов.

Кальций непосредственно участвует в самых сложных процессах, например таких, как свертывание крови, поддержание необходимого равновесия между возбуждением и торможением коры головного мозга, расщепление резервного полисахарида - гликогена, поддержание должного кислотно-щелочного

равновесия внутри организма и нормальной

проницаемости стенок кровеносных сосудов. Кроме того, длительный недостаток кальция в пище нежелательно сказывается на возбудимости сердечной мышцы и ритме сокращений сердца. Рацион взрослого человека должен содержать от 0,8 до 1 г кальция.

Тяжелый шпат, BaSC>4, был первым известным соединением барин. Его открыл в начале XVII в. итальянский алхимик Касциароло. Он же установил, что этот минерал после сильного нагревания установил светится в темноте красным светом и дал ему название «ляпис соларис» (солнечный камень).

Окись бария ВаО открыл в 1774 г. Шееле. Он назвал ее «тяжелой землей». В 1797 г., прокаливая нитрат бария, Вокелен получил: окись бария. Карбонат бария был открыт в 1783 г. в Шотландии , и назван «витеритом». Металлический барий впервые получил Дэви в 1808 г. Название, «барий» происходит от слова «барис» (тяжелый).

В природе барий встречается в виде соединений (сульфатов, карбонатов, силикатов, алюмосиликатов и т.д.) в различных минералах. Содержание бария в земной коре 0,05 вес. % — больше, чем содержание стронция.

Металлический барий применяется для

металлотермического восстановления америция и кюрия, в антифрикционных сплавах на основе свинца, а также в вакуумной технике. Сплавы свинец — барий вытесняют полиграфические сплавы свинец — сурьма.

Катионы третьей аналитической группы

Алюминий легко переходит в кровь и накапливается в головном мозге, костях, клетках эритроидного ростка. Поражение ЦНС проявляется недомоганием, снижением памяти, астериксисом, деменцией, подергиваниями мышц, эпилептическими припадками; возможен летальный исход.

Другие симптомы включают остеомаляцию, не поддающуюся лечению препаратами витамина D, переломы, миалгию, слабость, анемию.

Подтверждением диагноза служит повышение концентрации алюминия в крови после введения дефероксамина.

Отравление алюминием лучше всего описано при диализной деменции, возникающей при высокой концентрации алюминия в растворе для гемодиализа.

Развивается нарастающая энцефалопатия со спутанностью сознания, снижением памяти, возбуждением, которые сменяются сонливостью и сопором. Характерны внезапные остановки речи и миоклонии, выраженные генерализованные изменения на ЭЭГ. Смертность высока. Характерных патологоанатомических находок нет, но содержание алюминия в мозге повышено.

Алюминий является постоянной составной частью клеток и тканей организма. В среднем его содержание в теле человека составляет 70 - 190 мг%, в цельной крови - 0,5 - 0,7 мг/л, в плазме - 85,24 моль/л.

В основном алюминий поступает в организм человека с растительной пищей, незначительные количества вдыхаются с естественной пылью и промышленными выбросами. Всасывание его зависит от присутствия в пище ионов фтора, что делает алюминий более растворимым.

Больше всего алюминия содержится в легких, печени, костях, головном мозге. Выводится он через желудочно-кишечный тракт. В малых концентрациях алюминий участвует в реакциях образования фосфатных и белковых комплексов, а также в построении эпителиальной и соединительной ткани, в процессах регенерации костной ткани, воздействуют на активность пищеварительных желез и ферментов.

Железо играет важную роль в жизни практически всех организмов, за исключением некоторых бактерий.

В организме животных железо (в очень малых количествах, в среднем около 0,02 %) входит в состав множества ферментов и белков, участвующих в окислительно-восстановительных реакциях, главным образом в процессе дыхания.

Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине — важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. И именно он окрашивает кровь в характерный красный цвет.

Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК.

Неорганическое железо встречается в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

Потребность человека в железе на 1 кг веса следующая: дети - 0,6 мг, взрослые - 0,1 мг, беременные женщины -0,3 мг железа в сутки. У женщин потребность несколько выше, чем у мужчин. Как правило, железа, поступающего с пищей, вполне достаточно, но в некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) необходимо применять

железосодержащие препараты и пищевые добавки (Гематоген, Ферроплекс).

Избыточная доза железа (200 мг и выше) может оказывать токсическое действие. Передозировка железа угнетает антиоксидатную систему организма, поэтому употреблять препараты железа здоровым людям не рекомендуется.

Марганец активирует многие ферменты и входит в состав некоторых из них.

У животных дефицит марганца проявляется поражением костей, поражением ЦНС и поражением половых желез. У человека это состояние встречается редко и сопровождается удлинением ПВ, не поддающимся коррекции витамином К.

В сыворотке марганец связан с белком-переносчиком. Выводится с желчью и панкреатическим соком. Концентрация марганца в сыворотке повышается при инфаркте миокарда и снижается при эпилептических припадках у детей. У горняков, которые в течение длительного времени вдыхают пыль, содержащую марганец, развиваются астения, снижение аппетита, апатия, головная боль, импотенция, болезненные мышечные спазмы в ногах, расстройства речи, а иногда и более тяжелые нарушения.

Относительно большое содержание марганца в бобовых, хлебопродуктах, орехах, печени, овощах, меньше - в рыбе, молоке, продуктах моря.

Чрезвычайно богаты марганцем кофе и чай. Так чашка свежезаваренного чая содержит около 1,3 мг марганца. Недостаточность марганца в организме человека впервые описана в 1974 г. При исключении из рациона марганца отмечается: резкая потеря в весе, тошнота, рвота, изменение цвета волос. Может развиваться остеопороз, замедление сращивания костей при

переломах. Дефицит марганца выявляется в период беременности, отмечается при различных формах анемии.

Катионы четвертой аналитической группы

Медь участвует в фиксации молекулярного азота (в процессе фотосинтеза), в восстановлении нитратов и других важных реакциях азотистого обмена у растений. Она оказывает большое влияние на структуру и функции нуклеиновых кислот, что связано с тем, что медь - сильный комплексообразователь.

При недостатке усваиваемых форм меди в почвах сельскохозяйственные культуры дают низкий и неполноценный по качеству урожай. Резко выраженный её недостаток ведёт к заболеванию растений. Такие болезни растений, как «болезнь обработки», пустозёрность злаков и некоторые другие вызываются острым дефицитом меди.

Медь, кроме участия в кроветворении, необходимо для нормального течения многих физиологических процессов - пигментации и керотинизации шерсти, формирование миелина, остеогенеза,

воспроизводительные функции и др. В организме взрослого здорового человека весом 70 кг содержится около 150-200 мгмеди.

Основное количество её приходится на мышечную ткань, скелет и кожу в связи с их относительно большой массой. Медь содержится в тканевых жидкостях, кровяной сыворотки (у мужчин меньше, чем женщин) и выделениях организма.

Медь для человека является незаменимым микроэлементов. Человек постоянно подвергается действию болезнетворных факторов внешней среды (проникающая радиация, электромагнитное поле, ультразвуковые волны, вредные химические соединения и микроорганизмы).

В синтезе белково-липидного комплекса, из которого состоит миелин, также участвует медь.

Перенос кислорода осуществляют красные кровяные тельца - эритроциты, с помощью железосодержащего пигмента - гемоглобина. От того, сколько в крови гемоглобина зависит, сколько кислорода смогут перенести эритроциты. Считается, что чем выше в крови процент содержания гемоглобина, тем сильнее иммунный ответ.

Образование гемоглобина совершенно невозможно без ионов меди. Поэтому одна из ее основных функций -кроветворение.

Установлено, что дефицит меди снижает антимикробную активность фагоцитов. Ослабленный фагоцит, «проглотив» микроб, вместо того чтобы переварить его, сам может стать жертвой, послужить источником питания и тем способствовать размножению бактерий.

Но, если бактерии уничтожены, иммуноциты начинают очистку от токсинов и «останков» своих и чужих клеток. Воспалительные процессы стихают, наступает выздоровление. В этом случае говорят о противовоспалительном значении меди.

Многие заболевания, как у детей, так и у взрослых сопровождаются выраженным дефицитом меди. Тяжелые формы анемии у детей - проявление сочетанной недостаточности меди и железа. При лейкозах, в основе которых лежат злокачественные превращения кроветворных клеток, организм человека теряет способность нормально включать медь в обмен веществ.

Свинец входит в состав более 200 минералов, в большинстве из них он является примесью и только 3 минерала образуют промышленные запасы: галенит РЪ8, англезит PbsCU, церуссит РЬСОз. Свинец находится в составе таких почвообразующих минералах, как калиевые полевые шпаты. В осадочных породах основная масса свинца сосредоточена в глиняной фракции.

В речных водах свинец содержится в растворенном виде и во взвешенном веществе. В различных реках может преобладать как растворенная, так и взвешенная форма свинца.

Свинец из атмосферы поступает на поверхность Земли в двух основных формах: водорастворимой и твердой, последняя в виде атмосферной пыли различного размера.

Источники поступления свинца в атмосфере делятся на 2 группы: поступление в результате естественных природных производств (извержения вулканов, с поверхности морей и океанов) и в результате антропогенных производств (выбросы

металлургических комбинатов, выбросы любых промышленных предприятий).

При выплавке свинца на каждую тонну получаемого металла в окружающую среду выбрасывалось до 25 кг. В целом такой ежегодный выброс составляет около 50 тыс.т.свинца.

Свинец - давно известен своим токсичным действием на организм человека. Отравление свинцом проявляется неспецифическими симптомами: вначале повышенная возбудимость и бессонница, позже утомляемость и депрессия. Более поздние симптомы заключаются в расстройстве функции нервной системы и в поражении головного мозга. Свинец, также как и другие тяжелые металлы, кадмий, ртуть, отрицательно влияет на глазную сетчатку и ухудшает зрение.

Ртуть и ее соединения очень ядовиты. Ртуть входит в десятку наиболее опасных ядов. Особенно опасны соединения со связью C-Hg, а любое соединение ртути, попадающее в организм, обретает такие связи. Кроме того ртуть образует прочные связи с серой, связывает белки и они утрачивают свою биологическую роль. Попадая в организм она не выводится из него, а постоянно накапливается, поэтому возможны хронические отравления.

Металлическая ртуть - используется для

изготовления катодов при электрохимическом

получении едких щелочей и хлора. В производстве люминесцентных ламп, термометров, барометров, манометров и других измерительных приборов.

Сулема - применяется для дезинфекции и для протравливания семян, используется в медицине.

Фульминат ртути (II)- взрывчатое вещество, используется в капсюлях

патронов и снарядов в качестве детонаторов.

Соли ртути (II) - используют в качестве катализаторов в органическом синтезе.

Важность наличия серебра в организме и, в частности, в форменных элементах крови, иллюстрируется тем обстоятельством, что в одном эритроците содержатся близкие количества атомов кобальта и серебра, что свидетельствует о том, что Ag не является случайным микроэлементом. Хотя биологическая роль серебра формально неизвестна, некоторые данные позволяют предположить, что эта роль заключается, прежде всего,

в поддержании стабильности геномов соматических клеток. Известно, что серебро связывается с азотистыми основаниями ДНК, вследствие чего снижается жизнеспособность бактерий. Вероятно, сходно воздействие Ag и на геномы вирусов. Обнаружено положительное влияние серебра на улучшение иммунитета, что связано с усилением обмена веществ. К 1910 году коллоидное серебро использовалось для лечения инфекционных заболеваний и септических осложнений. Среди них: брюшной тиф, паратиф, скарлатина, лепра, менингит, сифилитические раны, гонорея, мягкий шанкр, эндометрит, цистит, простатит, пневмония, эндокардит, фурункулез, трахома, кератит, конъюнктивит, гингивит, стоматит. А также, для лечения заболеваний хирургического профиля, требующих подавления патогенной микрофлоры в зоне раневой поверхности: абсцессы, аппендицит, мастит, нагноение придаточных пазух полости носа, нагноение.