«Загадочная медь» (стр. 5 )

Существуют данные, что дефицит меди вносит основной вклад в развитие коронарной болезни сердца. Поскольку медь необходима для выработки коллагена, наиболее ярко проявляется ее благотворное действие при лечении ревматоидного артрита и других заболеваний суставов. Медь необходима для нормального образования пигмента, формирования эпидермиса, для синтеза различных видов соединительной ткани, а также формирования нервной ткани.

Но главный секрет меди - она помогает вырабатывать организму самый целебный из противовоспалительных ферментов организма - пероксид-дисмутазу.

Медь контролирует здоровье костей и сдерживает рост молочницы и других патогенных грибов.

Кроме того, медь участвует в кроветворении. При дефиците меди развиваются судороги, гипоксия, кардиомиопатия, энцефалопатия, аллергозы, дерматозы. При ограничении потребления меди мы теряем фермент, именуемый церулоплазмином.

В России наиболее распространен именно дефицит меди. Почти 22 % детей в стране имеют этот выраженный дефицит.

Медь обладает противовоспалительными и антисептическими свойствами (возможно, за счет антиоксидантного действия). Регулирует обмен катехоламинов, серотонина, тирозина, меланина, способствует повышению активности инсулина и более полной утилизации углеводов.

Этот микроэлемент принимает участие в формировании структуры белков соединительной ткани - коллагена и эластина, которые являются структурными компонентами костной и хрящевой ткани, кожи, легких, стенок кровеносных сосудов. Поэтому дефицит меди может привести к формированию аневризмы аорты и сосудов головного мозга. По этой же причине недостаток меди приводит к деминерализации костной ткани и остеопорозу. Ионы меди являются кофактором важнейшего фермента синтеза коллагена и эластина - лизилоксидазы. При дефиците меди нарушается структура соединительнотканного каркаса сосудистой стенки, что сопровождается повышением сосудистой проницаемости и видимыми повреждениями сосудистой стенки.

Медь участвует в образовании миелиновых оболочек нервов, дегенерация которых приводит к рассеянному склерозу и другим тяжелым нарушениям нервной системы. Ионы меди наряду с ионами цинка участвуют в регуляции обмена насыщенных и полиненасыщенных жирных кислот, и поэтому при недостаточности меди может существенно изменяться жирнокислотный состав клеточных мембран, в т. ч. кардиомиоцитов и клеток сосудов. Это может сопровождаться негативными изменениями функциональной стабильности мембран (наклонность к аритмиям) и снижением выработки сосудорасширяющих и антиагрегационных факторов, таких как простациклин..

Наряду с селеном, медь является, пожалуй, единственным микроэлементом, при недостаточности которого непосредственно развивается поражение миокарда (кардиомиопатия)

Приложение 2

Продукты, содержащие медь

Медь необходима для нормальной работы сердца, снижения уровня сахара, холестерина и мочевой кислоты в крови. Также медь способствует развитию красных и белых кровяных клеток, улучшает иммунитет, укрепляет кости.

Однако избыток меди вреден, как и ее недостаток. И то, и другое явление увеличивает риск развития сердечно-сосудистых и др.

хронических дегенеративных заболеваний.

Таблица 1

Продукты, содержащие медь

Продукт	Медь, мг в 100г
Печень телячья жареная	23.9
Печень баранья жареная	13.5
Устрицы	7.5
Угри вареные	6.6
Дрожжи сухие5.0	5.0
Какао-порошок	3.9
Пюре томатное	2.9
Семена подсолнечника	2.3
Орехи кешью	2.1
Креветки вареные	1.9
Крабы вареные	1.8
Орехи бразильские	1.8
Семена тыквенные	1.6
Семена кунжута	1.5
Тахини	1.5
Омары вареные	1.4
Орехи грецкие	1.3
Орехи кедровые	1,3
Фундук	1,2
Арахис	1,0
Кальмары	1.0
Миндаль	1,0
Фисташки	0,8
Смородина	0,8
Арахисовое масло	0.7
Грибы	0,7
Персики сушеные	0,6

Рекомендуемая суточная норма меди:

·  - женщины от 19 до 51 года – 1.2 мг,

·  - женщины от 51 года – 1.2 мг,

·  - женщины, кормящие грудью - 1.5 мг.

Приложение 3

Процессы, протекающие при погружении меди в раствор бромоводородной кислоты и оценка возможности образования комплексов меди

Рассмотрим процессы, протекающие при погружении металла в водный раствор.

Если погрузить любой металл в воду, то ионы его начинают переходить в раствор под влиянием притяжения, испытываемого ими со стороны полярных молекул воды. Ионы металла отрываются от поверхности пластинки и в гидратированном виде переходят в раствор, оставляя электроны на металле. Вследствие этого металл, в котором остается избыток электронов, заряжается отрицательно, а раствор - положительно. Однако, как показывает опыт, число ионов, посылаемых металлом в раствор, очень мало. Возникающий на металле по мере ухода ионов отрицательный заряд начинает притягивать обратно ушедшие из металла ионы, так что вскоре наступает состояние равновесия, при котором в единицу времени столько же ионов уходит из металла, сколько и возвращается в него:

металл ионы металла + электроны (1)

(в растворе) (в кристалле металла)

Перешедшие в раствор ионы не распределяются равномерно по всей массе раствора, а вследствие притяжения к отрицательно заряженному металлу располагаются близ его поверхности, образуя так называемый двойной электрический слой (рис. 1). В результате между металлом и раствором устанавливается определенная разность потенциалов.

Рис 1. Образование двойного электрического слоя на

поверхности металла, погруженного в раствор.

Пластинку металла, погруженную в раствор электролита, называют электродом, а разность потенциалов, возникшую на границе металл – раствор, электродным потенциалом.

Значение электродного потенциала количественно характеризует способность металла отдавать электроны, т. е. его восстановительную способность. . Чем меньше значение электродного потенциала, тем выше восстановительная активность металла и ниже окислительная способность его ионов.

Часто стандартный электродный потенциал φ0 называют

окислительно– восстановительным Е0. По стандартным окислительно - восстановительным потенциалам можно определить возможность протекания реакции.

Окислительно – восстановительная реакция протекает в выбранном направлении при условии, что потенциал окислителя больше потенциала восстановителя, т. е. разность стандартных окислительно – восстановительных потенциалов полуреакций окисления и восстановления имеет положительной значение:

ΔЕ = Е0ок - Е0вос > 0

Мы попробовали оценить, возможно ли протекание реакции меди с бромоводородной кислотой согласно схеме

Металл + Кислота = Соль + Н2 ↑ (2)

Расчет ΔЕ:

Cu + 2HBr = CuBr2 + H2 ↑ или Сu + 2HBr = 2CuBr + H2 ↑

Cu0 - 2ē  → Cu+2 , E0 = 0,338 В Cu0 - ē  → Cu+, 0 = 0,522 В

2Н+ + 2ē → Н20 ↑, Е0 = 0 2Н+ + 2ē → Н20 ↑, Е0 = 0

ΔЕ = 0 – 0,338 = - 0,338 < 0 ΔЕ = 0 – 0,522 = - 0,522 < 0

Как показали расчеты схема (2) не может объяснить взаимодействие Cu с HBr.

На электродный потенциал влияет:

1.  Природа металла.

2.  Концентрация ионов металла в растворе. Переходов ионов металла в раствор происходит тем интенсивнее, чем меньше концентрация катионов в растворе. Наоборот, с увеличением концентрации раствора равновесие (1) смещается влево и потенциал становится более положительным.

3.  Температура. С повышением температуры потенциал становится более положительным, т. е. равновесие (1) смещается влево. Причина такого влияния температур в том, что переход ионов в раствор связан в гидратацией, а гидратация – процесс экзотермический.

Зависимость величины потенциала φ от указанных факторов выражается уравнением Нернста:

φ = φ0 + RT/nF ln(схокисл/сyвосст), (3)

где

φ0 – стандартный электродный потенциал процесса;

R – молярная газовая постоянная; T – абсолютная температура; n – число электронов, передаваемых в электродном процессе; F – постоянная Фарадея;

сокисл и свосст - концентрации окисленной и восстановленной форм реагентов; х и у – коэффициенты в уравнении реакции.

Для металла при 25 0С (298 К, R=8,31 Дж/К. моль, F=96485 Кл) уравнение (3) можно упростить:

φ = φ0 + (0,06/n) lg (сокисл) (4)

Как было показано расчетами, при взаимодействии меди с

бромоводородной кислотой не могут образоваться бромиды меди(I) и (II).

Однако известно, что медь способна образовывать устойчивые комплексы.

С учетом их образования этапы реакции Cu + Br2 можно было бы представить так (схема процесса):

1. Переход катионов меди с поверхности металла в двойной электрический слой и установление равновесия:

Cuт + mH2O ↔ Cu(H2O)+m + 1ē

2. Смещение равновесия вправо в соответствии с принципом Ле-Шателье. При этом происходит:

а) Связывание катионов меди в прочный комплексный ион [CuBr2]- .

Металл медь будет при этом заряжаться отрицательно (т. е. потенциал

меди понижается до отрицательного), а ΔЕ реакции становится

положительной.

б) Электроны из металла удаляются за счет реакции

2Н+ + 2ē → Н2 ↑

Оценка влияния комплексообразования на окислительно-восстановительные свойства пары Cu + / Cu

Выполняя расчеты, мы хотели убедиться, что в результате связывания ионов меди в растворе в комплекс понижается потенциал металлической меди. Тот комплекс, который максимально понижает значение потенциала, является продуктом реакции.

Медь Cu(I) с лигандами Г-

1.Комплекс [CuBr2]-

Пример расчета:

- Выразим равновесную концентрацию [Cu+] через константу нестойкости комплекса (К12 = 10-5,92 , )

[Cu+] = К12 [[CuBr2 ] -] / [Br - ]2 = 10-5,92 [[CuBr2 ] -] / [Br - ]2

- Подставим [Cu+] в уравнение Нернста (4):

E = E0 + 0,06 lg (10-5,92 [[CuBr2 ] -] / [Br - ]2) =

=E0 + 0,06 (- 5,92) + 0,06 lg ([[CuBr2 ] -] / [Br - ]2)

Влияние дроби lg ([[CuBr2 ] -] / [Br - ]2) на значение Е незначительно, т. к. избыток лиганда уменьшает величину дроби под знаком логарифма. Поэтому третьим слагаемым при расчете Е можно, по нашему мнению, пренебречь.

Таким образом новое значение E01 стандартного электродного потенциала окислительно-восстановительной пары Cu + / Cu с учетом комплексообразования по окислителю можно рассчитать по упрощенной формуле:

E01 = E0 + 0,06 lg К (5)

E01 = 0,033 + 0,06 (-5,92) = - 0,3222 < 0 (E01< E0),

где Е0(CuBr + ē →Cu +Br - ) = + 0,033

Далее приведены расчеты E01 для комплексов Cu+1 и Cu+2 с лигандами Сl-, Br-, I- и различными координационными числами.

2.Комплекс [CuI2]- , К12 = 10-8,85

[Cu+] = 10-8,85 [[CuI2]-] / [I-]2

E01 = Е0 + 0,06 (-8,85) = - 0,185 – 0,531= - 0,716 < 0

где Е0(CuI + ē →Cu +I - ) = - 0,185

3.Комплекс [CuCl2]-, К12 = 10- 5,53

[Cu+] = 10- 5,53 [[CuCl2]-] / [Cl-]2

E01 = Е0 + 0,06 (- 5,53) = - 0,184 < 0

где Е0(CuCl + e →Cu +Cl- ) = 0,137

4.Комплекс [CuCl3]2-, К123 = 10- 5,63

E01 = Е0 + 0,06 (- 5,63) = - 0,2001 < 0

Cu2+ / Cu

5.Комплекс [CuCl] + , К1 = 10 0,07

E01 = Е0 + 0,03 * 0,07 = 0,337 + 0,0021 =0,3391 > 0

где Е0(Cu2+/ Cu) = 0,337

6. Комплекс [CuCl2] 0 К12 = 10- 0,57

E01 = Е0 + 0,03 (-0,57) = 0,337 + 0,0021 =0,3199 > 0

7. Комплекс [CuCl3]- , К123 = 10- 2,1

E01 = Е0 + 0,03 (- 2,1) = 0,337 + 0,0021 =0,274 > 0

8. Комплекс меди Cu(II) [CuBr] + , К1 = 10 -0,03

E01 = Е0 + 0,03 * (-0,03) = 0,337 + (-0,0009) =0,3361 > 0

где Е0(Cu2+/ Cu) = 0,337

Итак, комплексы, понижающие о.-в. потенциал пары Cu + / Cu:

Формула	[CuBr2]-	[CuI2]-	[CuCl2]-	[CuCl3]2-
E01	- 0,322	- 0,716	- 0,184	- 0,200

[CuCl2]- < [CuCl3]2- < [CuBr2]- < [CuI2]-

Понижение Е01

Таким образом, выполненные расчеты показали, что в результате связывания ионов меди в растворе в комплекс [CuBr2]- потенциал метал-лической меди понижается. Следовательно, предполагаемая ранее схема процесса справедлива.

Поскольку потенциал меди при образовании комплексов меди Cu(I) с лигандами Г - (Cl-, Br-, I-) также становится отрицательным, можно ожидать растворения ее в соляной и иодоводородной кислотах. В дальнейшем планируется проверить наше предположение экспериментально.