Каково биологическое значение галогенов

§ 24. Получение галогенов. Биологическое значение и применение галогенов и их соединений

Получение галогенов. В промышленности фтор и хлор получают электролизом расплавов или растворов их солей. Модели лабораторных установок для электролитического получения хлора изображены на рисунке 103. Например, процесс электролиза расплава хлорида натрия можно отразить уравнением:

Рис. 103.
Модель лабораторной установки для электролиза:
а — расплава хлорида натрия; б — раствора хлорида натрия

При получении хлора электролизом раствора хлорида натрия кроме хлора образуются также водород и гидроксид натрия:

Но если водород можно получить другими, более удобными и дешёвыми способами, например из природного газа, то гидроксид натрия, как и хлор, получают почти исключительно электролизом раствора поваренной соли.

В лаборатории (рис. 104) хлор получают взаимодействием соляной кислоты с оксидом марганца:

Рис. 104.
Получение хлора лабораторным способом

Бром и иод получают в промышленности по реакции вытеснения их хлором соответственно из бромидов и иодидов.

Биологическое значение и применение галогенов. Фтор. Вы не могли не обратить внимания, что на этикетках многих марок зубных паст указывают содержание в них фтора — конечно, не свободного, а его соединений. Благодаря этому важному компоненту, участвующему в построении зубной эмали и костей, предотвращается такое заболевание, как кариес зубов.

Кроме того, фтор является необходимым элементом в процессах обмена веществ в железах, мышцах и нервных клетках.

Важное значение имеет фтор и в промышленном производстве, где основные потребители его — ядерная промышленность и электротехника. Его соединение Na₃AlF₆ (как его называют?) используют для производства алюминия. А в быту всё более широкое применение находит посуда с тефлоновым покрытием (тефлон — фторсодержащая пластмасса).

Хлор. Один из химических элементов, без которых немыслимо существование живых организмов. Основная форма его поступления в организм — это хлорид натрия, который стимулирует обмен веществ, рост волос, придаёт бодрость и силу. Больше всего хлорида натрия NaCl содержится в плазме крови.

Особую роль в пищеварении играет соляная кислота НСl, которая входит в состав желудочного сока. Без 0,2%-й соляной кислоты практически прекращается процесс переваривания пищи. И хотя почти все пищевые продукты содержат некоторое количество поваренной соли, человек вынужден добавлять к пище ежедневно около 20 г соли.

По масштабам промышленного применения хлор намного превосходит все галогены. Хлор и его соединения необходимы для отбеливания льняных и хлопчатобумажных тканей, бумаги и т. д. (рис. 105). Особенно много его расходуют в органическом синтезе для производства пластмасс, каучуков, красителей и растворителей.

Рис. 105.
Хлор и его соединения применяют для производства химических продуктов:
1 — синтетического каучука; 2 — пластмасс; 3 — химических средств защиты растений; 4 — соляной кислоты; 5 — брома и иода; 6 — лекарственных средств; 7 — синтетических волокон; 8—10 — хлорной извести, используемой для отбеливания тканей (8) и бумаги (9), хлорирования воды (10); 11 — органических растворителей

Многие хлорсодержащие соединения используют для борьбы с вредителями сельского хозяйства. В больших количествах соединения хлора (хлорная известь) необходимы для обеззараживания питьевой воды, правда, далеко не без отрицательных последствий (какое вещество безопаснее применять для этой цели?). В цветной металлургии методом хлорирования из руд извлекают некоторые металлы (титан, ниобий, тантал).

Хлор нашёл применение и в военных целях в качестве боевого отравляющего вещества. Позднее он был заменён другими, более эффективными хлорсодержащими отравляющими веществами, например фосгеном СОСl₂.

Хлор содержится в очень опасном для жизни и здоровья веществе — диоксине. Летучие соединения хлора — одна из причин разрушения озонового слоя Земли.

Бром. Ещё один галоген — бром также весьма важен для организма человека. Соединения этого элемента регулируют процессы возбуждения и торможения центральной нервной системы, поэтому для лечения нервных болезней (бессонницы, истерии, неврастении и т. д.) врачи прописывают бромсодержащие препараты.

Бром активно накапливают некоторые растения, в том числе морские водоросли. Именно в море сосредоточена большая часть брома на нашей планете, и море служит главным поставщиком брома. Подсчитано, что ежегодно вместе с морской водой в воздух переходит около 4 млн т брома. Понятно, что содержание его в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах, далёких от моря.

Не менее важную роль бром, а точнее, бромид серебра AgBr играет в фотографии. Фотобумага содержит нанесённый на неё с помощью желатина слой бромида серебра, который легко разлагается под действием света:

Иод. Последний из рассматриваемых нами галогенов — иод — элемент, без которого человек не может жить: недостаток его в воде и пище снижает выработку гормонов щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом. Гормоны щитовидной железы регулируют мышечную деятельность, работу сердца и мозга, а также аппетит, пищеварение.

Иод поступает в организм вместе с водой, воздухом и пищей: хлебом, яйцами, молоком, водой, морской капустой (рис. 106).

Рис. 106.
Иод поступает в организм человека с пищей

Спиртовой раствор иода (5—10%-й), называемый йодной настойкой, применяют для обработки ран (рис. 107). Иод входит в состав многих лекарств.

Рис. 107.
Спиртовая настойка иода есть в каждой аптечке

Главными потребителями иода являются фармацевтическая и химическая промышленность, а также производство светочувствительных фотоматериалов.

Новые слова и понятия

1. Получение галогенов электролизом расплавов и растворов солей.
2. Биологическое значение галогенов.
3. Применение хлора и соединений фтора, хлора и иода.

Задания для самостоятельной работы

1. Вычислите объём хлора (н. у.) и массу натрия, которые можно получить при электролизе 585 г хлорида натрия, содержащего 2% примесей.
2. Рассчитайте, сколько граммов 40%-го раствора щёлочи можно получить из натрия, массу которого вы определили в предыдущей задаче.
3. Французский химик К. Шееле получил хлор по реакции оксида марганца (IV) с соляной кислотой. В результате этой реакции образуются также хлорид марганца (II) и вода. Составьте уравнение этой реакции, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы и рассчитайте массу оксида марганца (IV) и количество хлороводорода, необходимых для получения 100 л хлора (н. у.), если выход его составляет 95% от теоретически возможного.
4. Подготовьте сообщение о положительном и отрицательном значении галогенов и их соединений в жизни человека.
5. Извечная заповедь медицины: «Малые дозы — лекарство, а большие — яд». Докажите её на примерах из химии галогенов.
6. Английский поэт Уилфред Оуэн, погибший в сражениях Первой мировой войны, написал такие строки:

Газ! Газ! Скорей! — неловкие движенья,
Напяливание масок в едкой мгле!
Один замешкался, давясь и спотыкаясь,
Барахтаясь, как в огненной смоле,
В просветах мутного зелёного тумана.
Бессильный, как во сне, вмешаться и помочь,
Я видел только — вот он зашатался,
Рванулся и поник — бороться уж невмочь.

Какое событие описывает поэт? Какой галоген выступает в страшной роли убийцы? Какие его свойства упоминаются в стихотворении?
Используя свои знания по химии галогенов, напишите сочинение на тему «Художественный образ вещества или процесса». Для того чтобы иметь представление, как это делают другие ученики, прочитайте сочинение ученика 9 класса 531-й школы Москвы Ильи Горшкова (1990).

Самый сильный окислитель

Жил-был Кислород. И был он таким сильным, что, с кем ни встретится, сразу окислит. И назвали Кислород окислителем, а вещества, получающиеся в реакции с Кислородом, — оксидами, сам процесс — окислением. Ходит Кислород по таблице Менделеева и со всеми в реакцию вступает. Стал он хвастливым, заносчивым и решил, будто в химическом мире нет никого сильнее его. И всё же Кислород ошибся. Как-то раз встретил он в таблице Фтор. Решил Кислород окислить Фтор. Позвал он на помощь Водород и, образовав в соединении с ним воду, пошёл в наступление на Фтор. И произошло чудо. Вода, которой тушат пожары, сама загорелась во Фторе. Кислород, считавшийся окислителем, в этой реакции стал восстановителем. Так Фтор превзошёл Кислород и оказался самым сильным из окислителей.

Какие химические понятия осветил Илья в своём сочинении? Выпишите их и дайте их определения.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГАЛОГЕНОВ.

Для растительных организмов накопление фтора не характерно. Из культурных растений относительно богаты им лук и чечевица.

При избыточном содержании фтора в почве развиваются необычные формы растений.

ФТОР входит в состав зубов и костей. В составе зубов содержится до 0, 02 % фтора, причем большая часть его приходится на эмаль зубов (эмаль крепка и блестяща). Фтор поступает в организм с питьевой водой. Недостаток фтора приводит к кариесу, избыток – к флюорозу. Фтор угнетает функцию щитовидной железы.

Встречается в желтке куриного яйца (0, 001 %), в овсе и молоке (на 1 литр – 0, 003 г).

В органах и тканях, в которых протекают интенсивные процессы обмена веществ, например, в мышцах, в нервных тканях и железах фтора в среднем 0, 5 – 8 мг на 100 г сухого веса.

Больше всего фтора в перьях, волосах, костях и зубах животных. У растений больше всего фтора в листьях (3 – 14 мг), в коре и древесине (0, 36 – 1, 7 мг), в плодах (3, 9 мг на 100, 0 сухого веса).

ХЛОР один из элементов, без которых немыслимо существование живых организмов. Поступает в основном в форме хлорида натрия. Больше всего натрия хлорида содержится в плазме крови. Он стимулирует обмен веществ, рост волос, придает бодрость и силу.

Cl – – ион входит в состав хлороводородной кислоты, которая содержится в желудочном соке. При ее недостатке нарушается пищеварение. Почти все пищевые продукты содержат некоторое количество натрия хлорида: (мука – 0, 001 %, картофель – 0, 04 %, мясо, рыба, кофе – 0, 1 %, молоко – 0, 15 %, сухие кубики бульона – до 10 %). В год человек съедает 7-8 кг, а за 70 лет жизни – около 500 кг.

БРОМ. В человеческом организме бром обнаружен в крови, почках, и больше всего в мозге. В коре больших полушарий головного мозга соединения брома регулируют процессы возбуждения и торможения.

Некоторые растения активно накапливают бром бобовые – горох, фасоль, чечевица, морские водоросли). Подсчитано, что ежегодно вместе с морской водой в воздух переходит около 4 млн. т брома. Понятно, что содержание его в воздухе приморских районов всегда больше, чем в районах, далеких от моря. Это одна из причин, почему так полезно и приятно дышать морским воздухом.

ЙОД. Человек не может жить без йода. Недостаток его в воде и пище снижает выработку гормона щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом.

Йод играет большую роль в организме и оказывает влияние на возбудимость человека. Под регулирующим действием гормона щитовидной железы находятся – мускульное возбуждение, биение сердца, аппетит, пищеварение, работа мозга и темперамент человека.

Йод попадает в организм вместе с пищей: яйцами, молоком, хлебом, вином, водой, морской капустой и с воздухом (особенно морским) при дыхании. Ежедневное потребление небольших доз йодистых солей (в виде йодированной поваренной соли) компенсирует его недостаток в пище.

1. Недостаток фтора приводит к кариесу, избыток – к флюорозу. Фтор угнетает функцию щитовидной железы.

2. Хлор стимулирует обмен веществ, рост волос, придает бодрость и силу.

Cl – – ион входит в состав хлороводородной кислоты, которая содержится в желудочном соке. При ее недостатке нарушается пищеварение.

3 В коре больших полушарий головного мозга соединения брома регулируют процессы возбуждения и торможения.

4. Недостаток иода в воде и пище снижает выработку гормона щитовидной железы и приводит к заболеванию эндемическим зобом.

Биологическая роль галогенов

ЛЕКЦИЯ №3.

НЕМЕТАЛЛЫ.

План.

1. Общая характеристика.
2. Нахождение в природе.
3. Получение.
4. Физические свойства.
5. Химические свойства.
6. Водородные соединения.
7. Кислородные соединения.
8. Применение.

ЛЕКЦИЯ №3.

НЕМЕТАЛЛЫ.

К галогенам относятся элементы главной подгруппы VII группы – фтор, хлор, бром, йод, астат.

Первые 4 элемента в виде соединений встречаются в природе. Астат получают только искусственным путём (он неустойчив, радиоактивен). Этим объясняется то, что свойства астата изучены недостаточно. В пределах каждого периода галогены являются наиболее электроотрицательными. На внешней электронной оболочке галогенов по 7 электронов.

₁₇Cl 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5

₃₅Br 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5

₅₃J 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 5

Имеют одинаковое строение внешней оболочки. Наиболее типичная степень окисления для галогенов (–1). Для фтора (-1) всегда. Другие галогены проявляют степень окисления 0, +1, +2, +3, +5, +7 и (-1).

В подгруппе галогенов сверху вниз с увеличением радиуса атома восстановительные свойства усиливаются, окислительные (неметаллические) ослабевают. Самый активный по окислительным свойствам – это фтор (не обладает вообще восстановительными свойствами).

Водородные соединения: HF, HBr, HJ.

Распространение галогенов в природе.

Из галогенов наиболее распространён хлор. Самые распространённые минералы, содержащие хлор NaCl – поваренная соль, КCl• NaCl – карналлит, КCl•MgCl•6Н₂О, КCl – сильвинит. Вода морей и океанов содержит 0,8 – 3,5% натрия хлорида. Крупные месторождения натрия хлорида в соляных озёрах Баскунчак, Эльтон.

Следующим по распространению является фтор, который встречается чаще в виде плавикового шпата СаF₂, а так же в минерале криолите – Na₃AlF₆.

Бромиды всегда сопутствуют соединениям хлора, а так же содержатся в морской воде, в «рапе» солёных озёр, например, Сакского в Крыму в виде MgBr₂, оз. Майнаки.

Иод содержится в виде соединений в чилийской селитре; в морской воде.

Водоросли: бурые и морская капуста – ламинария способны извлекать иод и накапливать его в своих тканях. Содержится иод в виде калия иодида в водах нефтяных скважин.

Биологическая роль галогенов.

При недостатке йода в пище, воде у человека развиваются заболевания щитовидной железы (зоб, базедова болезнь и т. д.)

Для предотвращения заболевания в районах, где отсутствует иод, пищевые продукты – хлеб, воду, поваренную соль – иодируют.

Фтор содержится в организме человека и животных. Он входит в состав костей и зубной эмали, недостаток вызывает кариес зубов. Среди растений богаты фтором лук и чечевица.

Источники:

https://tepka.ru/himiya_9/25.html
https://helpiks.org/8-62820.html
https://lektsii.org/1-61287.html