重要的生命元素

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（3）.碳酸钠与碳酸氢钠 碳酸钠俗称纯碱或苏打， 通常是含10个结晶水的白色 晶体（Na2CO3· 10H2O），在空 气中易风化而逐渐碎裂为疏 松的粉末，易溶于水，其水 溶液有较强的碱性，可在不 同反应中作碱使用，这也是 人们称其为纯碱的原因。
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碳酸氢钠俗称小苏打，白色粉末，可溶于水， 但溶解度不大，其水溶液呈弱碱性。主要用于医药 和食品工业中。
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固态CO2是分子晶体，它的熔点很低 （-78.5℃），固态CO2会直接升华，故称干冰。 干冰常用作致冷剂，其冷冻温度可达-70℃~ -80℃；干冰还常被用于易腐食品的保存和运 输中。
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CO2不能自燃，又不助燃。密度比空 气大，可使物质与空气隔绝，所以常用作 灭火剂，也可作为防腐剂和灭虫剂。 CO2还是一种重要的化工原料。如CO2 与盐可制成碱；CO2与氨可制成尿素、碳酸 氢铵；CO2也可用于制甲醇等。 CO2可溶于水，溶于水的CO2部分与水 作用生成碳酸。因而敞口贮放的蒸馏水会 因溶入空气中的CO2而显微酸性。
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镁、钙的生物效应
镁是一种细胞内部结构 的稳定剂和细胞内酶的辅因子， 是许多酶的激活剂。细胞内的 核苷酸以镁的配合物的形式存 在。在绿色植物的光合作用中， 镁也有着非常重要的作用。叶 绿素分子中Mg2＋扮演着结构中 心和活性中心的作用。此外， 在生物体内的糖代谢中，镁也 具有非常重要的作用。
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碳酸钠是一种基本化工原料，大量用于玻璃、 搪瓷、肥皂、造纸、纺织、洗涤剂的生产和有色 金属的冶炼中，它还是制备其他钠盐或碳酸盐的 原料。 工业上常用氨碱法生产碳酸钠： NaCl+NH3+CO2+H2O=NaHCO3↓+NH4Cl 2NaHCO3=Na2CO3+H2O↑+CO2↑
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叶绿素
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Ca在人体内的含量约为2%， 是人和动、植物所必需的宏量 元素。钙是细胞膜的组织成分， 细胞膜的坚固程度与组织中的 钙含量有关，充足的钙能够防 止细胞和液泡内物质外渗。 缺钙会引发人和动物产生 多种疾病，如骨质疏松、佝偻 病等，但人体内钙含量过高， 也易产生结石等疾病。
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4.1 元素概述
4.1.1 元素的分布
地球上天然存在的元素主要存在于岩石圈、水圈和 大气圈。
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元素在地壳中的含量称为丰度，常用质 量分数表示。
4-1地球上分布最广的10种元素的质量分数
元素符号 质量分数/%
O
H
Si 1 6.67
Al 5.53
Na 1.95
52.32 16.95
非金属 金属
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2．普通元素和稀有元素
根据元素在自然界中的分布及应用情况，将 元素分为普通元素和稀有元素。稀有元素一般指 在自然界中含量少，或被人们发现得较晚，或对 它们研究的较少，或提炼它们比较困难以致在工 业上应用也较晚的元素。前四周期（Li，Be，稀 有气体除外），ds区元素为普通元素，其余为稀 有元素。 稀有元素也可继续分为：轻稀有金属、高熔 点稀有金属、分散稀有元素、稀有气体、稀土金 属、放射性稀有元素等。
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碳的生物效应
碳是最重要的生命元素之一，无论是植物还是 动物的各种组织器官，都是由碳和其他元素构成的。 单质碳难以被动植物直接利用，但碳可以通过各种 途径转化为CO2 。自然界中的CO2被植物吸收后， 通过叶绿素的光合作用，最终形成碳水化合物等有 机物，并放出氧气，维持了自然界中的碳和氧的相 对平衡。总之，生命就是在元素碳的基础上形成和 发展的。
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1.物理性质
s区元素（除H外）的单质均为金属，具有金 属光泽。它们的金属键较弱，因此，具有熔点低、 硬度小、密度小等特点。另外，s区元素还具有良 好的导电性能和传热性质。
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2.化学性质
ns1或ns2的价电子构型 形成稳定的氧化数为+1(ⅠA）和+2（ⅡA） 的离子，无变价 ； 生成的化合物都是离子型化合物 ； 最活泼的金属，为强还原剂 。
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铝的生物效应
铝在人和动植物体内广泛存在，是一种低毒、
非必需的微量元素 。 铝元素是否对人体有害，与铝化合物的溶解 性有关。 铝对植物的生长也有一定影响，研究发现适 量的铝对普通农作物的生长发育和产量的提 高具有一定的促进作用。
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2. 碳及其化合物
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铝是一种很重要 的金属材料，广泛用 来作导线、结构材料 和日用器皿。特别是 铝合金质轻而又坚硬， 大量用于飞机制造和 其他构件上。
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氧化铝 氧化铝可由氢氧化铝加热脱水而制得。在不
同的温度条件下，制得的Al2O3可以有不同的形态
和不同的用途。一般常用希腊字母分别表示α、β、 γ…等Al2O3。氧化铝是离子晶体，具有很高的熔 点和硬度。 α-Al2O3 是一种多孔性物质，有很大的表面 积，并有优异的吸附性、表面活性和热稳定性， 常被用作催化剂的活性成分，又称活性氧化铝。
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4.2 s区元素
4.2.1 s区元素的通性
s 区元素位于元素周期表的最左边，包括 ⅠA 族和ⅡA族，分别称为碱金属和碱土金属。ⅠA族 元素包括 H ， Li ， Na ， K ， Rb ， Cs ， Fr 共 7 个元素， ⅡA族元素包括Be，Mg，Ca，Sr, Ba，Ra 共6种元 素。其中，第七周期的Fr和Ra为放射性元素。
CO2为无色、无臭 的气体。大气中含有约 0.03%（体积）的CO2， 它主要来自于生物的呼 吸，有机化合物的燃烧， 动植物的腐败分解等。 同时又通过植物的光合 作用、碳酸盐岩石的形 成等而消耗。目前，世 界各国工业生产的迅速 发展使空气中CO2浓度 逐渐增加，这已被认为 是造成“温室效应”的 主要原因之一。
元素符号
质量分数/%
Fe
1.50
Ca
1.48
Mg
1.39
K
1.08
Ti
0.22
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4.1.2 元素的分类
１．金属和非金属元素
按长式周期表中硼 —硅—砷—碲 —砹和铝 —锗— 锑—钋之间的对角线来区分。 位于对角线左下方的都是金属元素； 右上方的都是非金属元素。 对角线附近的锗、砷、锑、碲称为准金属元素。
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（4） 钠、钾的生物效应
保持神经肌肉的应激性。K＋和Na＋承担着传递 神经脉冲的功能。 保持一定的渗透压。 维持体液酸碱平衡。 参与某些物质的吸收过程。 Na、K作为生物必需的重要元素，在生物体内具 有重要的生理作用。
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3.镁和钙
金属单质镁和钙 镁和钙属于ⅡA族的碱土金属元素，化学性质很 活泼，在自然界中一般以化合物形式存在。 金属镁和钙的单质用电解熔融盐的方法制备， 在空气中迅速氧化，在其表面形成一种氧化膜，阻 止继续氧化。 与金属钾和钠相比，镁和钙的金属活动性相对 较弱，与冷水作用缓慢，但与酸作用可臵换出氢气。 金属镁具有重要的用途，镁铝合金以其密度小， 硬度大、韧性高的特点，在飞机和汽车制造中得到 广泛的应用。
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氮元素的生物效应
氮是动植物体内最重 要的元素之一，是组成蛋 白质的主要元素。 动物通过食用植物或动物蛋白质，而获得氮元 素。植物主要通过生物固氮或人工氮肥，而补充氮 元素。若氮元素缺少，由于蛋白质的合成量减少， 使作物生长缓慢、植株矮小。若氮肥过多，可使细 胞增大、细胞壁变薄、水分增多，含钙减少，植物 变得叶大色浓、容易倒伏，减少收成，所以要合理 施肥。
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2. 钠和钾
（1）金属钠和钾 与水反应可释放出大量热 ； （2） 氢氧化钠（钾） LiOH为中强碱外，其余均为强碱 ； 碱金属氢氧化物中以NaOH最重要。氢氧化钠 又称烧碱，它是实验室常用的重要试剂，也是重要 的工业原料。它能除去空气中的酸性物质如二氧化 碳、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢等，NaOH易于 融化，能溶解某些金属氧化物和非金属氧化物，因 此常用于溶解矿物试样。
第四章 重要的生命元素
2015-3-14பைடு நூலகம்
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学
习
要
求
1.了解元素的分布及其分类。 2.掌握 s区、p区元素的通性，熟悉元素及其 化合物的性质，了解元素的生物效应。 3.掌握 d区元素的通性，了解重要元素及其 化合物的性质、元素的生物效应 。
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4.1 4.2 4.3 4.4
元素概述 S区元素 p区元素 d区元素
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铝在冷的浓H2SO4、浓HNO3中呈钝化状态，因 此常用铝制品贮运浓H2SO4、浓HNO3。但铝可与稀 HCl、稀H2SO4及碱发生反应放出氢气：
2Al+6HCl = 2AlCl3+3H2↑ 2Al+3H2SO4 = Al2（SO4）3+3H2↑ 2Al+NaOH+2H2O = 2NaAlO2+3H2↑
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氧化镁和氧化钙
镁和钙的碳酸盐、硝酸盐、草酸盐和氢氧化物加
热，都可生成相应的氧化物。 氧化镁俗称苦土，是一种碱性白色粉末，难溶于 水，但可与水反应生成Mg(OH)2。氧化镁熔点约 为2850℃，可作耐火材料、润滑剂以及抑酸剂等 使用。 氧化钙俗称生石灰，是一种白色块状或粉末状碱 性固体。它微溶于水，可与水作用生成Ca(OH)2， 放出大量的热。氧化钙熔点为2615℃，具有强吸 湿性，可作耐火材料和干燥剂。 工业上生产镁和钙的氧化物主要是煅烧菱镁矿和 石灰石的方法来制备的。
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4.2.2
重要元素、化合物及其生物效应
1. 氢（H）
电子结构为1s1 ； 氢的成键方式主要有3种，一是失去价电子，成 为H+；二是结合1个电子，形成H-；三是形成共价 化合物，成为氢化物。 氢是人和动、植物所必需的宏量元素，可与氧结 合生成水；另外，它是构成生命体中一切有机物不 可缺少的重要元素 。
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4.3.2
重要元素、化合物及其生物效应
1．铝和氧化铝
铝是典型的两性金属，具有银白色光泽，质软， 具有良好的导电、导热和延展性能。铝的电离能较 小，电负性为1.5。铝的标准电极电位为-1.66V， 但却不能从水中臵换出氢气，因为它与水接触时表 面易生成一层难溶解的氢氧化铝。铝与氧气的结合 能力很强，铝暴露在空气中，其表面会形成一层致 密的氧化膜。
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自然界存在的结晶氧化铝是α-Al2O3，称为 刚玉。而Al（OH）3热分解得到的α- Al2O3称人造 刚玉。α- Al2O3不溶于水，也不溶于酸，在催化 剂中常用作载体。
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含有少量杂质的α- Al2O3常呈鲜明的颜色。 如红宝石就是含极微量Cr2O3的α- Al2O3，常用作 制造耐磨的微型轴承（如手表中的“钻”）。蓝 宝石则是含铁和钛氧化物的α- Al2O3。
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3．生命元素与非生命元素
根据元素的生物效应不同，又分为有生物活性 的生命元素和非生命元素。 生命元素又可根据在人体中的含量及作用进行 细分，可分为人体必需元素（essential elements、 有毒元素（toxic elements）和不确定元素。
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4.宏量元素（常量元素）和微量元素
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3. 氮元素及其化合物
NaNO2+ NH4Cl=N2 +NaCl + 2H2O 2NH4Cl +Ca(OH)2 = CaCl2+2NH3 +2H2O
氨的化学性质很活泼，根据其元素组成和结构特 点，主要有下列三方面的性质：
加合反应 ：Cu2+ + 4NH3 = [Cu（NH3）4]2+ 取代反应 ：2NH3 + 2Na = 2NaNH2+ H2 氧化反应 ：4NH3 + 5O2 =6H2O + 4NO
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4.3 p区元素
4.3.1 p区元素的通性
电子构型为ns2np1-6的，位于元素周期表右边的 元素，包括ⅢA至ⅧA共计6个主族，31个元素。 p区金属元素在与其他元素化合时，既可以仅以 p电子参加反应，又可以s、p电子全都参与反应，因 此表现出两种或两种以上的氧化数。
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