В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.
Таблица 1. Некоторые химические и физические свойства щелочных металлов
|
Название |
Ат. № |
Относит, ат. масса |
Электронная формула |
Радиус, пм |
Основные изотопы (%) |
Li |
Литий Lithium [от греч. Lithos — камень] |
3 |
6,941 |
[He]2sl |
Li+ 78, атомный 152, ковалентный 123 |
6Li (7,5)
7Li* (92,5) |
Na |
Натрий Sodium [англ. Soda; лат. Natrium] |
11 |
22,9898 |
[Ne]3sl |
Na+ 98, атомный 153,7, вандерваальсов 231 |
23Na* (100) |
К |
Калий Potassium [англ. Potash; лат. Kalium] |
19 |
39,0983 |
[Ar]4sl |
K+ 133, атомный 227, ковалентный 203 |
39K*(93,26) 40К (0,012) 41 К* (6,73) |
Rb |
Рубидий Rubidium [от лат. rubidius — глубокого красного цвета] |
37 |
85,4678 |
[Kr]5sl |
Rb+ 1,49, атомный 247,5, вандерваальсов 244 |
85Rb* (72,17) 87Rb* (27,83) |
Cs |
Цезий Cesium [от лат. Caesius — небесно-голубой] |
55 |
132,905 |
[Xe]6sl |
Cs+ 165, атомный 265,4, ковалентный 235 |
133Сз* (100) |
Fr |
Франций Francium [в честь Франции] |
87 |
223 |
[Rn]7sl |
Fr+ 180 |
223Fr* (следы) |
Литий (Li) имеет среди всех металлов самую низкую плотность — 0,53 г/см3, с небольшой активностью реагирует с кислородом и водой. Является стратегическим металлом оборонной промышленности. Применяется в виде сплавов с Аl и Mg в производстве водородных бомб, в составе смазочных масел, эмалей, аккумуляторов, стекла; используется в медицине.
Литий из щелочных металлов наиболее токсичен. Препарат Li2СO3 используют в медицине для лечения маниакально-депрессивного психоза. При длительном воздействии препарат нарушает функции почек и ЦНС. Поэтому повышенное содержание Li в крови и моче считают признаком нарушения функции почек. Кроме того, значительный размер катиона приводит к замещению литием магния в Мg2+-зависимых ферментах, например, ферментах гликолиза.
Натрий (Na) — мягкий металл, серебристо-белого цвета, на срезе быстро окисляющийся. Бурно реагирует с водой. В больших количествах используется в промышленности, в частности, в теплообменниках ядерных реакторов; в составе NaCl широко применяется в пищевой и химической индустрии.
Относится к жизненно необходимым элементам. В организме взрослого человека содержится около 100 г натрия, из них 30% — в костях. В соединениях имеет валентность +1, а КЧ в координационных соединениях (которые натрий образует редко) обычно равно 6. Неорганические соли натрия растворимы в воде с образованием соответствующих ионов. Некоторые соли натрия с органическими кислотами, например, соли мочевой и винной кислот (ураты и тартраты) растворимы слабо.
Na+ является основным межклеточным катионом, регулирующим электролитный гомеостаз, деятельность натриевых насосов, перенос через биомембраны аминокислот, Сахаров, анионов разной природы; поддерживающим осмотическое давление и рН среды, перенос в крови СO2 (в виде бикарбоната), гидратацию белков, растворимость (солюбилизацию) органических кислот. Избыток натрия в пище вызывает перегрузку систем электролитного гомеостаза и обезвоживание тканей организма. Клинически это проявляется развитием, в частности, артериальной гипертонии.
Калий (К) — мягкий металл белого цвета, активно реагирующий с кислородом и водой. Используется в производстве удобрений, в химической промышленности, для варки стекла.
Относится к жизненно необходимым элементам. В организме взрослого человека содержится около 140 г калия, 98% — внутри клеток. Его валентность в координационных соединениях равна +1, а КЧ зависит от лиганда. К+ является важнейшим внутриклеточным катионом. Он необходим для поддержания нервно-мышечной возбудимости, внутриклеточного осмотического давления и рН, обеспечения сокращения мышц и проницаемости мембран клеток. Внеклеточный К+ стимулирует работу натриевого насоса. В натрий-калиевом насосе при некоторых физиологических процессах ионы К+ могут замещаться Rb+ и Cs+. Значительные количества последнего элемента могут появляться в организме после радиоактивного облучения. По реакционной способности калий сходен с Na+.
Na и К —2 основных металла, обеспечивающие электролитный гомеостаз. Оба элемента в живых организмах определяют осмотическое давление по обе стороны мембраны клеток и являются положительными противоионами для отрицательных анионов (Сl–, НРО42–, HCO3– и органических).
В норме у человека соотношение ионов Na+/K+ в крови колеблется около значения 1,5. Снижение концентрации К+ в цельной крови и повышение в плазме связаны с нарушением проницаемости внешней мембраны клеток, обычно непроницаемой для К+, либо с нарушениями деятельности Na+/K+ - обменивающего насоса па внутренней мембране митохондрий. В нервных клетках такое нарушение работы этого насоса сопровождается нарушением мембранного потенциала нейронов и проведения по ним нервных импульсов. Изменения содержания ионов щелочных металлов отмечаются при многих неврологических заболеваниях; описано развитие гиперкалиемии при парестезиях, параличах и т.д.
Гипернатриемия сопровождается повышением артериального давления, причем одновременное потребление продуктов с высоким содержанием калия (помидоров, апельсинов, шпината, бананов) значительно снижает вероятность развития инсульта. По данным Гарвардской школы здравоохранения, проводившей наблюдения над 44 тысячами американцев, такое снижение достигает 38%. Однако К полезен лишь в умеренных дозах; его избыток в крови особенно часто наблюдается при заболеваниях почек. Длительное нарушение нормального соотношения Na+/K+ приводит к сердечнососудистым заболеваниям.
Рубидий (Kb) — примесный микроэлемент. В организме человека содержится около 0,3 мг рубидия, как правило, внутри клеток (аналогично К+). Может образовывать координационные соединения. Поскольку кинетика и механизм поглощения и участия в обмене сходны с К, изотоп 86Rb используют в исследованиях обмена К+. При дефиците К+ прием рубидия восстанавливает кислотно-щелочной баланс. Rb быстро выводится из организма через почки.
Цезий (Cs) — по биологическим свойствам сходен с К+. В организме человека может содержаться до 1,5 мг цезия. В медицине используют в качестве радиоактивной метки изотоп 137Cs (период полураспада t1/2 = 30 лет), а также стабильный изотоп 133Cs при магнитно-резонансной томографии. Считается нетоксичным.
Франций (Fr) — в природе встречается в ничтожных количествах в урановых рудах. Образуется в результате радиоактивного распада актиния (вместе с гелием). Из-за небольшого времени полураспада всех изотопов элемент изучен слабо. Должен быть токсичным из-за радиоактивности, хотя в организме человека не обнаружен.
Таблица 2. Содержание в организме, токсическая (ТД) и летальная дозы (ЛД) щелочных металлов
|
В земной коре (%) |
В океане (%) |
В человеческом организме |
ТД,ЛД | |||
Среднее (при массе тела 70 кг) |
Кости (%) |
Мышцы (%) |
Кровь (мг/л) | ||||
Li |
2*10-3 |
17* 10-6 |
0,67 мг |
нд |
23*10-7 |
0,004 |
ТД 92-200 мг, ЛД - нд |
Na |
2,3 |
1,05 |
100 г |
1,0 |
0,26-0,78 |
1970 |
нетоксичен |
К |
2,1 |
379*10-4 |
140 г |
0,21 |
1,6 |
1620 |
ТД 6 г, ЛД 14 г |
Rb |
9*10-3 |
12*10-6 |
680 мг |
(0,1-5)*10-4 |
(2-7)* 10-3 |
1,49 |
ТД мала, ЛД-нд |
Cs |
3*10-4% |
3*10-8% |
нд |
(13-52)*10-7 |
(7-160)* 10-6 |
0,0038 |
Нетоксичен |
Fr |
0% |
0% |
нд |
нд |
нд |
нд |
нд |
Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков
Опубликовал Константин Моканов