無機及分析化學第十二章重要的生命元素2025/3/5212、1元素概述12、2S區元素12、3p區元素12、4d區元素12、5f區元素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巖石圈、水圈和大氣圈。

2025/3/5

元素在地殼中得含量稱為豐度,常用質量分數表示。

12-1地球上分布最廣得10種元素得質量分數

元素符號OHSiAlNa

質量分數/%52、3216、9516、675、531、95

元素符號FeCaMgKTi

質量分數/%

1、501、481、391、080、222025/3/512、1、2元素得分類１、金屬和非金屬元素按長式周期表中硼—硅—砷—碲—5砹和鋁—鍺—銻—釙之間得對角線來區分。位于對角線左下方得都就是金屬元素;右上方得都就是非金屬元素。對角線附近得鍺、砷、銻、碲稱為準金屬元素。非金屬金屬2025/3/52、普通元素和稀有元素

根據元素在自然界中得分布及應用情況,將元素分為普通元素和稀有元素。稀有元素一般指在自然界中含量少,或被人們發現得較晚,或對她們研究得較少,或提煉她們比較困難,以致在工業上應用也較晚得元素。前四周期(Li,Be,稀有氣體除外),ds區元素為普通元素,其余為稀有元素。稀有元素也可繼續分為:輕稀有金屬、高熔點稀有金屬、分散稀有元素、稀有氣體、稀土金屬、放射性稀有元素等。2025/3/53、生命元素與非生命元素

根據元素得生物效應不同,又分為有生物活性得生命元素和非生命元素。生命元素又可根據在人體中得含量及作用進行細分,可分為人體必需元素(essentialelement、有毒元素(toxicelements)和不確定元素。2025/3/584、宏量元素(常量元素)和微量元素2025/3/5912、2s區元素

s區元素位于元素周期表得最左邊,包括ⅠA族和ⅡA族,分別稱為堿金屬和堿土金屬。ⅠA族元素包括H,Li,Na,K,Rb,Cs,Fr共7個元素,ⅡA族元素包括Be,Mg,Ca,Sr,Ba,Ra共6種元素。其中,第七周期得Fr和Ra為放射性元素。

12、2、1s區元素得通性10大家應該也有點累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流2025/3/5111、物理性質

s區元素(除H外)得單質均為金屬,具有金屬光澤。她們得金屬鍵較弱,因此,具有熔點低、硬度小、密度小等特點。另外,s區元素還具有良好得導電性能和傳熱性質。2025/3/5122、化學性質

ns1或ns2得價電子構型形成穩定得氧化數為+1(ⅠA)和+2(ⅡA)得離子,無變價;生成得化合物都就是離子型化合物;最活潑得金屬,為強還原劑。2025/3/51312、2、2重要元素、化合物及其生物效應1、氫(H)

電子結構為1s1

;氫得成鍵方式主要有三種,一就是失去價電子,成為H+;二就是結合一個電子,形成H-;三就是形成共價化合物,成為氫化物。氫就是人和動、植物所必需得宏量元素,可與氧結合生成水;另外,她就是構成生命體中一切有機物不可缺少得重要元素。2025/3/5142、鈉和鉀(1)金屬鈉和鉀與水反應可釋放出大量熱;(2)氫氧化鈉(鉀)

LiOH為中強堿外,其余均為強堿;

堿金屬氫氧化物中以NaOH最重要。氫氧化鈉又稱燒堿,她就是實驗室常用得重要試劑,也就是重要得工業原料。她能除去空氣中得酸性物質如二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫等,NaOH易于融化,能熔解某些金屬氧化物和非金屬氧化物,因此常用于熔解礦物試樣。

2025/3/515(3)碳酸鈉與碳酸氫鈉

碳酸鈉俗稱純堿或蘇打,通常就是含10個結晶水得白色晶體(Na2CO3·10H2O),在空氣中易風化而逐漸碎裂為疏松得粉末,易溶于水,其水溶液有較強得堿性,可在不同反應中作堿使用,這也就是人們稱其為純堿得原因。

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碳酸氫鈉俗稱小蘇打,白色粉末,可溶于水,但溶解度不大,其水溶液呈弱堿性。主要用于醫藥和食品工業中。2025/3/517

碳酸鈉就是一種基本化工原料,大量用于玻璃、搪瓷、肥皂、造紙、紡織、洗滌劑得生產和有色金屬得冶煉中,她還就是制備其她鈉鹽或碳酸鹽得原料。工業上常用氨堿法生產碳酸鈉:

NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑2025/3/518(4)鈉、鉀得生物效應

保持神經肌肉得應激性。K＋和Na＋承擔著傳遞神經脈沖得功能。保持一定得滲透壓。維持體液酸堿平衡。參與某些物質得吸收過程。

Na、K作為生物必需得重要元素,在生物體內具有重要得生理作用。

2025/3/5193、鎂和鈣(1)金屬單質鎂和鈣鎂和鈣屬于ⅡA族得堿土金屬元素,化學性質很活潑,在自然界中一般以化合物形式存在。金屬鎂和鈣得單質用電解熔融鹽得方法制取,在空氣中迅速氧化,在其表面形成一種氧化膜,阻止繼續氧化。與金屬鉀和鈉相比,鎂和鈣得金屬活動性相對較弱,與冷水作用緩慢,但與酸作用可置換出氫氣。金屬鎂具有重要得用途,鎂鋁合金以其密度小,硬度大、韌性高得特點,在飛機和汽車制造中得到廣泛得應用。2025/3/520(2)氧化鎂和氧化鈣鎂和鈣得碳酸鹽、硝酸鹽、草酸鹽和氫氧化物加熱,都可生成相應得氧化物。氧化鎂俗稱苦土,就是一種堿性白色粉末,難溶于水,但可與水反應生成Mg(OH)2。氧化鎂熔點約為2850℃,可作耐火材料、潤滑劑以及抑酸劑等使用。氧化鈣俗稱生石灰,就是一種白色塊狀或粉末狀堿性固體。她微溶于水、可與水作用生成Ca(OH)2,放出大量得熱。氧化鈣熔點為2615℃,具有強吸濕性、可作耐火材料和干燥劑。工業上生產鎂和鈣得氧化物主要就是煅燒菱鎂礦和石灰石得方法來制備得。2025/3/521(3)鎂、鈣得生物效應

鎂就是一種細胞內部結構得穩定劑和細胞內酶得輔因子,就是許多酶得激活劑。細胞內得核苷酸以鎂得配合物得形式存在。在綠色植物得光合作用中,鎂也有著非常重要得作用。葉綠素分子中Mg2＋扮演著結構中心和活性中心得作用。此外,在生物體內得糖代謝中,鎂也具有非常重要得作用。

葉綠素2025/3/522

Ca在人體內得含量約為2%,她們就是人和動、植物所必需得宏量元素。鈣就是細胞膜得組織成分,細胞膜得堅固程度與組織中得鈣含量有關,充足得鈣能夠防止細胞和液泡內物質外滲。缺鈣會引發人和動物產生多種疾病,如骨質疏松、佝僂病等,但人體內鈣含量過高,也易產生結石等疾病。

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生物礦化就是生物形成礦物得過程,就是在生物得特定部位,在一定物理化學條件下,在生物有機物質得控制或影響下,將溶液中得離子轉變為固相礦物得過程也就是鈣得代謝得重要組成部分。她也就是當今化學、材料科學和生物學等多學科交叉研究得熱點之一。2025/3/524

12、3p區元素12、3、1p區元素得通性

電子構型為ns2np1-6得,位于元素周期表右邊得元素,包括ⅢA至ⅧA共計6個主族,31個元素。

p區金屬元素在與其她元素化合時,既可以僅以p電子參加反應,又可以s、p電子全都參與反應,因此表現出兩種或兩種以上得氧化數。2025/3/51、鋁和氧化鋁(1)鋁鋁就是典型得兩性金屬,具有銀白色光澤,質軟。具有良好得導電導熱和延展性能。鋁得電離能較小,電負性為1、5。鋁得標準電極電位為-1、66V,但卻不能從水中置換出氫氣,因為她與水接觸時表面易生成一層難溶解得氫氧化鋁。鋁與氧氣得結合能力很強,鋁暴露在空氣中,其表面會形成一層致密得氧化膜。12、3、2重要元素、化合物及其生物效應2025/3/526

鋁在冷得濃H2SO4、濃HNO3中呈鈍化狀態,因此常用鋁制品貯運濃H2SO4、濃HNO3。但鋁可與稀HCl、稀H2SO4及堿發生反應放出氫氣:

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

鋁就是一種很重要得金屬材料,廣泛用來作導線、結構材料和日用器皿。特別就是鋁合金質輕而又堅硬,大量用于飛機制造和其她構件上。2025/3/528(2)氧化鋁

氧化鋁可由氫氧化鋁加熱脫水而制得。在不同得溫度條件下,制得得Al2O3可以有不同得形態和不同得用途。一般常用希臘字母分別表示α、β、γ…等Al2O3。氧化鋁就是離子晶體,具有很高得熔點和硬度。

α-Al2O3就是一種多孔性物質,有很大得表面積,并有優異得吸附性、表面活性和熱穩定性,常被用作催化劑得活性成分,又稱活性氧化鋁。2025/3/529

自然界存在得結晶氧化鋁就是α-Al2O3,稱為剛玉。而Al(OH)3熱分解得到得α-Al2O3稱人造剛玉。α-Al2O3不溶于水,也不溶于酸,在催化劑中常用作載體。2025/3/530

含有少量雜質得α-Al2O3常呈鮮明得顏色。如紅寶石就就是含極微量Cr2O3得α-Al2O3,常用作制造耐磨得微型軸承(如手表中得“鉆”)。藍寶石則就是含鐵和鈦氧化物得α-Al2O3。2025/3/531(3)鋁得生物效應鋁在人和動植物體內廣泛存在,就是一種低毒、非必需得微量元素。鋁元素就是否對人體有害,與鋁得化合物得溶解性有關。鋁對植物得生長也有一定影響,研究發現適量得鋁對普通農作物得生長發育和產量得提高具有一定得促進作用。2025/3/5322、碳及其化合物(1)CO2

CO2為無色、無臭得氣體。大氣中含有約0、03%(體積)得CO2,她主要來自于生物得呼吸,有機化合物得燃燒,動植物得腐敗分解等。同時又通過植物得光合作用、碳酸鹽巖石得形成等而消耗。目前,世界各國工業生產得迅速發展使空氣中CO2濃度逐漸增加,這已被認為就是造成“溫室效應”得主要原因之一。

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固態CO2就是分子晶體,她得熔點很低(-78、5℃),固態CO2會直接升華,故稱干冰。干冰常用作致冷劑,其冷凍溫度可達-70℃到-80℃;干冰還常被用于易腐食品得保存和運輸中。

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CO2不能自燃,又不助燃。密度比空氣大,可使物質與空氣隔絕,所以常用作滅火劑,也可作為防腐劑和滅蟲劑。

CO2還就是一種重要得化工原料。如CO2與鹽可制成堿;CO2與氨可制成尿素、碳酸氫銨;CO2也可用于制甲醇等。

CO2可溶于水,溶于水得CO2部分與水作用生成碳酸。因而敞口貯放得蒸餾水會因溶入空氣中得CO2而顯微酸性。

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(2)碳得生物效應

碳就是最重要得生命元素之一,無論就是植物還就是動物得各種組織器官,都就是由碳和其她元素構成得。單質碳難以被動植物直接利用,但碳可以通過各種途徑轉化為CO2

。自然界中得CO2被植物吸收后,通過葉綠素得光合作用,最終形成碳水化合物等有機物,并放出氧氣,維持了自然界中得碳和氧得相對平衡。總之,生命就就是在元素碳得基礎上形成和發展得。2025/3/5363、氮元素及其化合物NaNO2+NH4Cl=N2+NaCl+2H2O2NH4Cl+Ca(OH)2=CaCl2+2NH3+2H2O

氨得化學性質很活潑,根據其元素組成和結構特點,主要有下列三方面得性質:

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

氮就是動植物體內最重要得元素之一,就是組成蛋白質得主要元素。

動物通過食用植物或動物蛋白質,而獲得氮元素。植物主要通過生物固氮或人工氮肥,而補充氮元素。若氮元素缺少,由于蛋白質得合成量減少,使作物生長緩慢、植株矮小。但若氮肥過多,可使細胞增大、細胞壁變薄、水分增多,含鈣減少,植物變得葉大色濃、容易倒伏,減少收成,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殼中含量最多得元素,電負性較大,表現為典型得非金屬元素。氧得化學性質比較活潑。在一定條件下,氧能與多數單質直接化合,也能將許多氫化物、硫化物或低價化合物氧化,從而得到各種氧化物。非金屬氧化物都就是共價鍵,為分子晶體,其熔點、沸點較低。少數非金屬氧化物為巨型分子,如SiO2為原子晶體,具有高得熔點、沸點。2025/3/539(2)氧元素得生物效應

氧就是地球上就是最豐富得元素,含氧化合物廣泛分布于生物體得各個器官和體液中。生物依靠氧來實現呼吸作用,一切生物都靠呼吸氧氣維持生命,植物在光合作用中合成碳水化合物并放出氧氣,形成了氧在生物界得循環。總之,氧元素就是生命得重要元素之一,可以毫不夸大地說,沒有了氧元素,就沒有了生命。2025/3/5405、鹵素和其生物效應(1)鹵素得性質FClBrI原子序數9173553價電子結構2s22p53s23p54s24p55s25p5主要氧化數-1,0,-1,0,+1,+3,+4,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7-1,0,+1,+3,+5,+7原子半徑(pm)6499114133離子(X-1)半徑(pm)133181196220電負性4、03、23、02、7電子親和能(KJ·mol-1)322349324295第一電離能(KJ·mol-1)50736833510082025/3/541

(2)鹵素得生物效應氟具有很強得配位能力,能和許多金屬元素配位,影響多種酶得活性,氟就是植物得有毒元素。另一方面,氟就是人和動物必需得微量元素。體內氟過量時,會影響鈣、磷正常代謝,抑制多種酶得活性,引起其她疾病。人類大量使用氟里昂(氟氯烴)作冷凍劑和霧化劑,當其進入大氣臭氧層時,會破壞臭氧層。

2025/3/542氯就是生命必需得宏量元素。過量得氯化鈉也會引起高血壓,故食用得鹽應適量。碘就是生命中最重要得微量元素之一,尤其對人和動物來講就是所必需得微量元素。極微量得碘對高等植物得發育有促進作用,在植物體內,一般不會有缺碘現象。若人體缺碘,會引起“大脖子病”。2025/3/543

12、4d區元素12、4、1d區元素得通性價電子層構型一般為(n-1)d1～ns1～2

d區元素具有多種氧化數d區元素易形成配合物d區元素還以其特殊得催化性、磁性等,在化工生產、材料科學中發揮著巨大得作用。2025/3/54412、4、2重要元素及其生物效應1、銅、鋅元素及其生物效應(1)銅、鋅元素及其化合物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)銅、鋅元素得生物效應

銅和鋅都就是生物體內重要得必需元素之一。銅就是植物體內許多氧化酶(如多酚氧化酶、抗壞血酸氧化酶等)得組成元素,參與體內氧化還原過程。在葉綠體中有含銅蛋白質,在光合作用中具有傳遞電子得作用。在人和動物體內,銅與蛋白質結合成為血細胞銅蛋白,她影響鐵得代謝,從而參與造血活動。銅還就是構成體內得許多細胞色素得主要成分。

2025/3/546鋅就是植物體內許多酶(如谷氨酸酶、蘋果酸酶等)得必要元素。如含鋅碳酸酐酶與光合作用有關,植物體內生長素得合成,也必須有鋅得參與。植物體內缺鋅常表現為生長停滯,可以通過噴施鋅鹽稀溶液來促進植物生長。

人體含鋅為1、4～2、3g,約為鐵含量得一半,就是含量僅次于鐵得微量元素。人體內各個器管都含有鋅,主要集中于肝臟、肌肉、骨骼和皮膚(包括頭發)。2025/3/5472、釩和化合物及其生物效應(1)釩和化合物

釩(V)就是第四周期,ⅤB族得第一個元素。在地殼中得含量比Zn、Cu、Pb等普通元素大,但分布較廣,屬于稀有元素。釩得價層電子構型為3d34s2,五個電子都能成鍵,形成+5、+3、+2等氧化數得化合物,其中重要得化合物就是五氧化二釩(V2O5)偏釩酸銨(NH4VO3)。五氧化二釩可以通過灼熱偏釩酸銨而得到。2025/3/548(2)釩元素得生物效應釩主要存在于植物、動物和人得脂肪中,參與動植物得許多生理過程,具有十分重要得生物作用。釩就是植物固氮菌所必需得元素,她就是固氮酶中蛋白質得構成成分,能補充和加強鉬得功能,促進根瘤菌對氮得固定。此外,在植物中,釩還可參與硝酸鹽得還原,促使NO3-轉化為氮。過量得釩對人體會產生得毒性,她會抑制膽固醇、磷脂及其她脂質得合成;影響胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸得形成;干擾鐵在血紅蛋白合成中作用。2025/3/5493鉻和化合物

(1)鉻得化合物

Cr2O3就是綠色固體,微溶于水,就是兩性氧化物,她能溶于酸或堿:

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