第五章重要的生命元素PPT讲稿.ppt
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1、第五章重要的生命元素第1页,共70页,编辑于2022年,星期三5-1概述1、必需元素必需元素的三原则:(1)若无该元素存在,则生物不能生长或不能完成其生活周期(2)该元素在生物体内的作用不能由其他元素完全替代(3)该元素具有一定的生物功能或对生物功能有直接的影响,并参与其代谢过程第2页,共70页,编辑于2022年,星期三H,Na,K,Mg,Ca,V,Cr,Mo,Fe,Co,Ni,Cu,Zn,C,N,P,F,Si,Cl,SE,Br,I共25种。含量在0.01%以上,通常称之为生命必需的宏量元素。其含量小于0.01%的称为生命必需的微量元素。2、有毒元素定义:某些元素在人体中的存在和剧增,使人类和
2、其他生物体受到伤害。3、有益元素这些元素的存在对生命是有益的,但没有元素生命尚可存在,如Ge等。第3页,共70页,编辑于2022年,星期三4、不确定元素这些元素含量较微外、种类不定,其生物效应尚不清楚。人体生命元素在周期表中分布特征:1)主要分布在二、三、四、五周期。其中生命必需元素主要为二、三、四周期的前36号元素;有毒元素主要集中在五、六周期的IIIAVA族。2)生命必需元素,宏量元素分布于二、三周期;微量元素主要集中于第四周期第4页,共70页,编辑于2022年,星期三第5页,共70页,编辑于2022年,星期三5-2s区元素一、s区元素的通性位置与与概况IA:H、Li、Na、K、Rb、Cs
3、、Fr-ns1IIA:Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra-ns2第6页,共70页,编辑于2022年,星期三元素锂(Li)钠(Na)钾(K)铷(Rb)铯(Cs)原子序数原子序数311193755价层电子构型价层电子构型2s13s14s15s16s1氧化值氧化值+1+1+1+1+1固体密度固体密度/kgm-30.530.970.861.531.88熔点熔点/0C180.597.8163.2538.8928.40沸点沸点/0C1342882.9760686669.3密度密度(金刚石金刚石-10)0.60.40.50.30.2原子半径原子半径/pm155190235248267离子半径离子半径/pm6
4、095133148169第一电离能第一电离能/kJmol-1I1520.3495.8418.9403375.7第二电离能第二电离能/kJmol-1I272984562305126332230电负性1.00.90.90.80.7(M+/M)/V-3.045-2.714-2.925-2.93-2.92第7页,共70页,编辑于2022年,星期三元素铍(Be)镁(Mg)钙(Ca)锶(Sr)钡(Ba)原子序数原子序数412203856价层电子构型价层电子构型2s23s24s25s26s2氧化值氧化值+2+2+2+2+2固体密度固体密度/kgm-31.851.741.542.63.51熔点熔点/0C127
5、8648.8839759725沸点沸点/0C29701107148413841640密度密度(金刚石金刚石-10)42.01.51.8-原子半径原子半径/pm112160197215222离子半径离子半径/pm316599113135第一电离能第一电离能/kJmol-1I1899.5737.7589.8549.5502.6第二电离能第二电离能/kJmol-1I217571450.71145.41064.3956.3第二电离能第二电离能/kJmol-1I3148497732.849124210-电负性电负性1.51.21.01.00.9 (M+/M)/V-1.85-2.37-2.87-2.89-
6、2.91第8页,共70页,编辑于2022年,星期三二、氢1、氢的性质H-eH+H+eH-ex:CaH2、NaH2、氢的用途(1)氢气的燃烧热很大,作为燃料其产物无污染,不影响生态环境(2)氢是人和动、植物所必需的宏量元素。第9页,共70页,编辑于2022年,星期三三、氧化物s区元素形成的氧化物Li(IIA)+O2正常氧化物2Na+O2Na2O2(淡黄色)K+O2KO2Na2O2+2Na2Na2O2KNO3+10K6K2O+N2在空气中直接形成间接形成正常氧化物(O2-)Li,Be,Mg,Ca,Sr,BaIA、IIA所有元素过氧化物Na除外的所有元素超氧化物Na,K,Rb,Cs除外所有元素第10
7、页,共70页,编辑于2022年,星期三三、氢氧化物M2O+H2OMOHMO(除BeO,MgO以外)+H2OM(OH)2氢氧化物均为白色固体,易潮解,在空气中吸收CO2生成碳酸盐。固体氢氧化钠是常用的干燥剂。由于碱金属氢氧化物对纤维、皮肤有强烈的腐蚀作用,故称为苛性碱。氢氧化物递变情况:LiOHNaOHKOHRbOHCsOH中间碱强碱强碱强碱强碱Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Ba(OH)2两性中强碱强碱强碱强碱第11页,共70页,编辑于2022年,星期三四、盐类卤化物、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐和磷酸盐1、晶体类型绝大多数是离子晶体2、色碱金属离子和碱土金属离子都是无色,阴
8、离子是无色的-化合物是无色的;阴离子有色则化合物呈现的阴离子的颜色。例BaCrO4、K2CrO4是黄色的。KMnO4是紫红色3、热稳定性一般来说,碱金属盐具有较高的热稳定性。第12页,共70页,编辑于2022年,星期三卤化物高温挥发而不分解硫酸盐高温既不挥发,又难分解碳酸盐(除Li2CO3外)高温不分解4Li2NO36302Li2O+4NO2+O22NaNO3830NaNO2+O22KNO3830KNO2+O2碱土金属的碳酸盐在常温下是稳定的(除BeCO3),只有在强热的情况下,才能分解为相应的MO和CO2。第13页,共70页,编辑于2022年,星期三4、溶解度n碱金属的盐类都易溶于水。仅有少
9、数碱金属盐是难溶的。n碱土金属的盐类中,卤化物和硝酸盐外,多数碱土金属的盐溶解度较小。5、焰色反应Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+,Ca2+,Sr2+,Ba2+红黄紫紫红紫红橙红红黄绿第14页,共70页,编辑于2022年,星期三6、对角线规则(1)锂和镁的相似性A、单质在过量氧中燃烧时,均只生成正常氧化物;B、氢氧化物均为中强碱,而且在水中的溶解度都不大;C、氟化物、碳酸盐、磷酸盐等均难溶;D、氯化物都能溶于有机溶剂(如乙醇)中;E、碳酸盐在受热时,均能分解成相应的氧化物(Li2O,MgO)第15页,共70页,编辑于2022年,星期三对角线规则:LiBeBCNaMgAlSi第16页,共70
10、页,编辑于2022年,星期三暂时硬水和永久硬水p溶有较多钙盐或镁盐的天然水称为硬水p只含少量或完全不含钙盐或镁盐的水称软水p德国度():1度代表在100,000份水含有1份CaO,即1升水中含有10毫克CaOp永久硬水:含有钙、镁硫酸盐或氯化物的硬水称为永久硬水-只能用蒸馏或化学净化化方法处理使其软化p暂时硬水:含有钙、镁的碳酸氢盐称为暂时硬水-可以用煮沸的办法使其软化第17页,共70页,编辑于2022年,星期三7、(1)钠、钾的生物效应钠、钾是生物必需元素钠的含量:人体中约占总重量的0.16%,其中80%分布于细胞外液,血浆中钠的浓度约为1.3510-11.4810-1mol/L钾的含量:细
11、胞外液钾的含量很少。例红细胞内钾的浓度为1.1010-11.2510-1mol/L而血浆中含量约为5.010-3mol/L。第18页,共70页,编辑于2022年,星期三n生理功能:n钠:维持细胞外液的渗透压和体液酸碱平衡、并参于信息传递过程。n钾:维持细胞外液的渗透压,参于信息传递;同时它又是某些酶的激活剂;对植物体内碳水化合物的形成、植物机械组织的发育也起着十分重要的作用。n过量钠:引起高血压等症nK含量过高:产生恶心、腹泻等症。第19页,共70页,编辑于2022年,星期三(2)钙、镁的生物效应钙、镁是人和动、植物必需的宏量元素。镁:是人类心脏的保护伞。镁是人体必须的矿物质元素,约占体重的0
12、.05%(约2030克),体内近98%的镁存在于骨髓、牙齿和软组织中2%存在于体液中,肝与肌肉是镁浓度最高的组织。;第20页,共70页,编辑于2022年,星期三镁的重要作用如下镁与钙都是骨骼和牙齿的重要组成部分;镁与钙合用,可帮助钙的吸收利用,镁能牢牢地把钙固定在骨骼中,减少钙质的流失,巩固骨骼和牙齿;镁与钙合用,可防止绝经后妇女的骨质疏松症。可减少肝、胆、肾结石形成,以及软组织的钙化机会。是人类心脏的保护伞。帮助血液循环及舒缓神经,维持正常的肌肉(包括心肌)及神经活动。有利于脂肪代谢,是多种酶的激活剂。镁能大幅度降低心脏病死亡率,钙镁合用,可有效保护心脏、保护心脑血管、预防高血压、糖尿病(镁
13、缺乏也是诱发糖尿病的重要原因);有抑制癌症高发生率的作用。第21页,共70页,编辑于2022年,星期三缺镁易导致如下症状:糖尿病和缺钙。钙是植物结构组分元素。主要构成果胶酸钙、钙调素蛋白、肌醇六磷酸钙镁等,在液泡中有大量的有机酸钙,如草酸钙、柠檬酸钙、苹果酸钙等。钙在人体中的含量约占2%,其中99%以钙盐的形式存在于骨骼和牙齿中,剩余1%左右分布于各种体液中。第22页,共70页,编辑于2022年,星期三生理功能生理功能:存在于细胞外,参于血液凝结、激素释放、神经传导、肌肉收缩、乳汁分泌等重要生理过程。缺钙:会引起人和动物发育不良-佝偻病钙过量:会产生体内组织钙沉积、结石等症。第23页,共70页
14、,编辑于2022年,星期三5-3P区元素一、P区元素的通性:概况:族价电子结构可能氧化数IIIA硼族ns2np1+3,0,-3IVA碳族ns2np2+4,+2,0,-2,-4VA氮族ns2np3+5,+4,+3,+2,+1,0,-1,-2,-3VIA氧族ns2np4+6,+4,0,-2VIIA卤族ns2np5+7,+5,+3,+1,0,-10族ns2np6第24页,共70页,编辑于2022年,星期三IIIA:B,Al,Ga,In,TlIVA:C,Si,Ge,Sn,PbVA:N,P,As,Sb,BiVIA:O,S,Se,Te,PoVIIA:F,Cl,Br,I,At0:He,Ne,Ar,Kr,Xn
15、,Rn第25页,共70页,编辑于2022年,星期三二、硼族元素:1、硼和铝的性质价电子结构B:2s22p1Al:3s23p1单质硼的制备:B2O3(s)+3Mg(s)(Na)高温3MgO(s)+2B(s)第26页,共70页,编辑于2022年,星期三2Al+6HCl=2AlCl3+3H2(g)(硼无此反应)2Al+3H2SO4=Al2(SO4)3+3H2(g)2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2(g)(硼无此反应)铝是强还原剂(=-1.66V)-铝热法第27页,共70页,编辑于2022年,星期三2、硼、铝的重要化合物硼的存在形式:自然界中主要以硼酸及各种硼酸盐形式存在。无定形硼的
16、性质:较活泼。常温下:B(s)+F2(g)BF3(g)高温下:2B(s)+N2(g)=2BN(s)4B(s)+3O2(g)=2B2O3(s)2B(s)+3S(s)=2B2S3(s)2B(s)+3X2(g)=BX3B(s)+H2SO4(HNO3)(浓)=H3BO3+3SO2(g)(NO2)第28页,共70页,编辑于2022年,星期三铝存在于粘土、长石、云母以及很多矿物中。最重要是刚玉(铝存在于粘土、长石、云母以及很多矿物中。最重要是刚玉(Al2O3)、矾土(矾土(Al2O32H2O)、冰晶石()、冰晶石(AlF33NaF)铝的重要性质铝的重要性质 两性:单质两性:单质 2Al+6H+=2Al3+
17、3H2(g)2Al+2OH-+2H2O=2AlO2-+3H2(g)氧化物氧化物 Al2O3(s)+6H+=2Al3+3H2O Al2O3(s)+2OH-=2AlO2-+H2 氢氧化物氢氧化物 Al(OH)3+3H+=Al3+3H2O Al(OH)3+OH-=Al(OH)4-(AlO2-+H2O)第29页,共70页,编辑于2022年,星期三钝化作用钝化作用:能被冷浓的能被冷浓的H2SO4、HNO3钝化,高纯度的铝钝化,高纯度的铝一般一般不不与酸作用(除王水)与酸作用(除王水)铝盐铝盐-铝的卤化物铝的卤化物:AlF3-离子型,气体离子型,气体AlCl3,AlBr3,AlI3为共价双聚体为共价双聚体
18、第30页,共70页,编辑于2022年,星期三ClClClAlAlClClCl铍和铝的相似性(1)单质均为活泼金属,其标准电极电位相近;(Be2+/Be)=-1.85V,(Al3+/Al)=-1.66V(2)单质均为两性金属,它们既能溶于酸也能溶于强碱(3)单质都能被除冷、浓硝酸钝化(4)氯化物均为双聚物,并显示共价性,可以升华,且溶于有机溶剂(5)碳化物属于同一类型,水解后都产生甲烷:第31页,共70页,编辑于2022年,星期三Be2C+4H2O2Be(OH)2+CH4Al4C3+12H2O4Al(OH)3+3CH4第32页,共70页,编辑于2022年,星期三3、硼铝的生物效应(1)硼:硼是非
19、植物结构组分元素。1923年K.Warington发现它是植物生成发育必需微量元素。参于化合物的代谢和运输,调节水分吸收,平衡养分和氧化还原过程。是植物开花、结实和生长点所必需的调节剂,可使植物提早开花、结果和成熟。第33页,共70页,编辑于2022年,星期三(2)铝:)铝:长期以来长期以来,铝一直被认为是无毒元素。铝一直被认为是无毒元素。铝制烹调器皿、含铝膨松剂、发酵粉、净水铝制烹调器皿、含铝膨松剂、发酵粉、净水剂的使用也未发现铝的直接毒性;大剂量的剂的使用也未发现铝的直接毒性;大剂量的口服含铝药物也无明显的毒性反应。口服含铝药物也无明显的毒性反应。铝的毒性主要表现为对中枢神经的损害,铝的毒
20、性主要表现为对中枢神经的损害,临床铝中毒的表现主要有:铝性脑病、铝性临床铝中毒的表现主要有:铝性脑病、铝性胃病、铝性贫血等。老年性痴呆症的发生也胃病、铝性贫血等。老年性痴呆症的发生也与铝在体内的积累有关。与铝在体内的积累有关。第34页,共70页,编辑于2022年,星期三 铝在人体内还能阻止机体对钙、磷的吸铝在人体内还能阻止机体对钙、磷的吸收,磷的缺少会使机体代谢紊乱,钙缺少收,磷的缺少会使机体代谢紊乱,钙缺少会导致骨软化症。会导致骨软化症。Al3+还能取代重要酶及生还能取代重要酶及生物分子上物分子上Mg2+、Al3+可与生物配体形成比可与生物配体形成比Mg2+更稳定的更稳定的化合物,抑制化合物
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