Химия и биологическая роль элементов подруппы скандия и ванадия

                                 V2+-e = V3+

     На этом  процесс не заканчивается, ванадий  стремится перейти в наиболее

стабильное  состояние  +4.  Происходит  снова  изменение   цвета   раствора.

Подобным же образом ведут  себя бромид и иодид.

 

5)Реакции возможные с элементами подруппы скандия и ванадия

Реакции со скандием:

2ScF₃+3Ca=3CaF₂+2Sc

Sc₂O₃+3Ca=3CaO+2Sc

Анионгалогенаты ‒ комплексы, в которых и комплексообразователь, и лиганды представляют собой галогены (например: K[I(I)₂];  Cs[I(Br)(Cl)];  Rb[ICl₄] и др.). Они могут быть получены, например, в реакции:     

CsCl + IBr = Cs[I(Br)(Cl)]

 

Реакции с ванадием:

Ванадий реагирует с плавиковой кислотой, образуя фторидный комплекс:

2V + 12HF = 2H3[VF6] + 3H2;

Реагирует с концентрированной  азотной кислотой, образуя нитрат ванадина:

V + 6HNO3 = VO2NO3 + 5NO2 + 3H2O;

Вступает в реакцию  с концентрированной серной кислотой, образуя сульфат ванадила:

V + 3H2SO4 = VOSO4 + 2SO2 + 3H2O

А также с царской водкой, образуя хлорид ванадина:

3V + 5HNO3 + 3HCl = 3VO2Cl + 5NO + 4H2O;

Элемент растворяется в смеси  плавиковой и азотной кислоты:

3V + 21HF + 5HNO3 = 3H2[VF7] + 5NO + 10H2O,

При этом пассивирующую пленку оксида растворяет плавиковая кислота:

V2O5 + 14HF = 2H2[VF7] + 5H2O,

а поверхность металла  окисляется за счет азотной кислоты  окисляет:

6V + 10HNO3 = 3V2O5 + 10NO + 5H2O

Ванадий не реагирует с  растворами щелочей, но в расплавах, если есть воздух, он окисляется, образуя  ванадаты:

4V + 12KOH + 5O2 = 4K3VO4 +6H2O.

6)Особенности элементов подруппы  ванадия и скандия

Свойства элементов группы скандия:

Все лантаноиды (Ln) образуют общие типы соединений, поэтому необязательно  рассматривать каждый элемент в  отдельности. Все они достаточно химически активны, в чем близки к щелочноземельным и даже к легким щелочным металлам. Металлы активно  реагируют с кислотами и даже из воды выделяют водород и образуют в воде растворы основного характера. При горении в кислороде они  образуют оксиды состава Ln2O3. С галогенами образуют тригалогениды, с серой  сульфиды типа Ln2S3, с водородом гидриды (в основном металлической природы). Ионы Ln3+ при реакции со слабыми  и сильными основаниями образуют, подобно алюминию, гелеобразные гидроксиды Ln(OH)3, но, в отличие от гидроксида алюминия, нерастворимые в избытке  щелочи. Лантаноиды образуют много  двойных солей, например, 2LnIII(NO3)3*3Mg(NO3)2*2H2O и Ln2III(SO4)3*3Na2SO4*xH2O. 
Способность ионов лантаноидов к комплексообразованию проявляется при наличии у лигандов электронных пар. Азот- и кислородсодержащие молекулы типа аминов и органических кислот образуют комплексы с лантаноидами. Устойчивость этих комплексных соединений лантаноидов в сравнении с их аналогами для металлов из коротких рядов переходных несколько ниже. Лантаноиды входят в состав сплавов с высокой искрящей способностью, используемых в производстве кремней для зажигалок. Смешанные оксиды лантаноидов, например с ThO2, применяют в производстве сеток накаливания для газоразрядных осветительных устройств. Соли лантаноидов используют для окрашивания или обесцвечивания стеклоизделий. Оксиды лантаноидов применяют также для полирования линз, зеркал и изготовления искусственных драгоценных камней.

7)Медико-биологическое значение  элементов подруппы ванадия и  скандия

Медико-Биологическое  значение

Подгруппа ванадия

Биологическая роль ванадия изучена на асцидиях, в кровяных клетках которых ванадий находится в 3- и 4-валентном состоянии, то есть существует динамическое равновесие 

   

  Физиологическая роль ванадия у асцидии связана не с дыхательным переносом кислорода и углекислого газа, а с окислительно-восстановительными процессами — переносом электронов при помощи так называемой ванадиевой системы, вероятно имеющей физиологическое значение и у др. организмов.

Соединения  ванадия ядовиты. Отравление возможно при вдыхании пыли, содержащей соединения В. Они вызывают раздражение дыхательных  путей, лёгочные кровотечения, головокружения, нарушения деятельности сердца, почек  и т.п.

Ванадий постоянно присутствует в тканях всех организмов в ничтожных количествах. Предполагается, что ванадий подавляет  образование холестерина в кровеносных  сосудах, однако нормы потребления  для этого минерального вещества не установлены.

В растениях его содержание (0,1-0,2%) значительной выше, чем в животных (1·10^-5-1·10^-4%). Некоторые морские организмы - мшанки, моллюски и, особенно, асцидии - способны концентрировать ванадий в значительных количествах (у асцидий ванадий находится в плазме крови или специальных клетках - ванадоцитах).

По-видимому, ванадий участвует в некоторых  окислительных процессах в тканях. Мышечная ткань человека содержит 2·10^-6% ванадия, костная ткань - 0,35·10^-6%, в крови - менее 2·10^-4% мг/л. Всего в организме среднего человека (масса тела 70 кг) 0,11 мг ванадия. Ванадий и его соединения токсичны. Токсическая доза для человека 0,25 мг, летальная доза - 2-4 мг. Для VO5 ПДК в воздухе 0,1-0,5 мг/м3.

Подгруппа скандия:

Важную роль оксид скандия  может сыграть в медицине (высококачественные зубные протезы).

Элементы  скандия не играют почти никакой  не биологической роли

8)Применение тантала и титана в медицине.

Благодаря тому, что тантал не взаимодействует  с живыми тканями организма человека и не вредит им, он применяется в  хирургии для скрепления костей при  переломах.

Благодаря своей высокой биологической  совместимости — способности  уживаться с живыми тканями, не вызывая  раздражения и отторжения организма  — тантал нашел широкое применение в медицине, главным образом в  восстановительной хирургии — для  восстановления человеческого организма. Тонкие пластины из тантала применяют  при повреждениях черепной коробки  — ими закрывают проломы в  черепе. Медицине известен случай, когда  из танталовой пластинки было сделано  искусственное ухо, при этом, кожа, пересаженная с бедра, прижилась  настолько хорошо и быстро, что  вскоре искусственный орган нельзя было отличить от настоящего. Танталовые нити используют при восстановлении поврежденной мускульной ткани. Танталовыми  пластинками хирурги скрепляют  стенки брюшной полости после  операций. Даже кровеносные сосуды можно соединить, для этого используют скрепки из тантала. Сети из этого  уникального материала применяют  при изготовлении глазных протезов. Нитями из этого металла заменяют сухожилия и даже сшивают нервные  волокна.

Не  менее широко применение пятиокиси  тантала Та₂О₅ — ее смесь с небольшим количеством трехокиси железа предложено использовать для ускорения свертывания крови.

Последнее десятилетие развивается новая  отрасль медицины, основанная на использовании  близкодействующих статических  электрических полей для стимулирования позитивных биологических процессов  в организме человека. Причем электрические  поля образуются не за счет традиционных электротехнических источников энергии  с сетевым или аккумуляторным электропитанием, а за счет автономно  функционирующих электретных покрытий (диэлектрик, сохраняющий продолжительное  время некомпенсированный электрический  заряд), нанесенных на имплантаты различного назначения, широко применяемые в  медицине.

В настоящее время положительные  результаты применения электретных  пленок пятиокиси тантала получены в следующих областях медицины: челюстно-лицевая  хирургия (использование имплантантов с покрытием из Та₂О₅ исключает возникновение воспалительных процессов, сокращает сроки приживления имплантанта); ортопедическая стоматология (покрытие протезов из акриловых пластмасс пленкой из пятиокиси тантала устраняет все возможные патологические проявления, обусловленные непереносимостью акрилатов); хирургия (применение электретного аппликатора при лечении дефектов кожных покровов и соединительной ткани при длительно незаживающих раневых процессах, пролежнях, нейротрофических язвах, термических поражениях); травматология и ортопедия (ускорение развития костной ткани при лечении переломов и болезней опорно-двигательной системы человека под действием статического поля, создаваемого пленкой электретного покрытия).

Все эти уникальные научные разработки стали возможны благодаря научной  работе специалистов из Санкт-Петербургского Государственного Электротехнического  Университета (ЛЭТИ).

Помимо  выше перечисленных областей, где  уже применяются или внедряются уникальные покрытия из пятиокиси тантала, существуют разработки, находящиеся  на самых начальных стадиях. К  ним относятся разработки для  следующих областей медицины: косметология (изготовления материала на основе покрытий из пятиокиси тантала, который  заменит «золотые нити»); кардиохирургия (нанесении электретных пленок на внутреннюю поверхность искусственных  кровеносных сосудов, препятствует образованию тромбов); эндопротезирование (снижение риска отторжения протезов, находящихся в постоянном взаимодействии с костной тканью). Кроме того, создается хирургический инструмент с покрытием из пленки пятиокиси  тантла.

Применение  титана в медицине

Титан широко используется в медицине уже  в течение многих лет. Преимущества - прочность, сопротивление коррозии, и главное то, что у некоторых  людей возникает аллергия на никель (обязательный компонент нержавеющих  сталей), в то время как ни у  кого не обнаружена аллергия на титан. Используемые сплавы – коммерчески чистый титан и Тi6-4Eli. Титан используется в производстве хирургического инструмента, внутренних и внешних протезов, включая такие критические, как сердечный клапан. Из титана изготовляют костыли и инвалидные коляски.

Стремительное развитие медицинской сферы применения титана в значительной мере объясняется  известным прогрессом в современной  хирургии в области эндопротезирования суставов. Тонкая оксидная пленка, образующаяся на поверхности титана и его сплавов, обеспечивает полную защиту металла  от коррозии во многих средах, в том  числе и физиологических. В этих условиях указанные материалы стойки не только к общей, но и к различным  видам локальной коррозии, чего нельзя сказать о нержавеющих сталях. Многочисленные эксперименты, а также электронно-мискроскопические наблюдения свидетельствуют о прекрасной биологической совместимости титана и основных его сплавов с живой тканью. Костные и мягкие ткани хорошо прирастают к этим материалам, аналогично тому как это делают морские микроорганизмы и ракушки, составляя в соответствующих применениях проблему "обрастания" титана. Высокая удельная прочность и низкий модуль упругости титановых сплавов являются весьма благоприятным сочетанием свойств с тоячки зрения эндопротезирования. Титановые сплавы примерно в два раза менее жестки и легче, чем стали и кобальтовые сплавы, обладают высокими вязко-пластическими характеристиками.

В стоматологии также резко увеличивается  использование протезов и имплантантов - по данным Американской ассоциации стоматологов, за последние десять лет в три  раза, во многом благодаря характеристикам  титана.

 

 

 Рис.3-Медицинские инструменты  из титана

Рис.4-Человеческой зуб мудрости и титановый имплантант

Рис.5-Танталовые нанотрубки улучшат имплантаты