Ðåêîìåíäîâàíî Ìèíèñòåðñòâîì îáðàçîâàíèÿ è íàóêè Ðîññèéñêîé Ôåäåðàöèè

â êà÷åñòâå ó÷åáíèêà äëÿ ñòóäåíòîâ âûñøèõ ó÷åáíûõ çàâåäåíèé, îáó÷àþùèõñÿ ïî ìåäèöèíñêèì, áèîëîãè÷åñêèì, àãðîíîìè÷åñêèì,

âåòåðèíàðíûì, ýêîëîãè÷åñêèì ñïåöèàëüíîñòÿì

ÎÁÙÀß ÕÈÌÈßÁèîôèçè÷åñêàÿ õèìèÿ

Õèìèÿ áèîãåííûõ ýëåìåíòîâ

10-å èçäàíèå, ïåðåðàáîòàííîå è äîïîëíåííîå

Ìîñêâà • Þðàéò • 2014

Ó×ÅÁÍÈÊ ÄËß ÂÓÇÎÂ

Ïîä ðåäàêöèåé Þ. À. Åðøîâà

Þ. À. Åðøîâ, Â. À. Ïîïêîâ, À. Ñ. Áåðëÿíä

Êíèãà äîñòóïíà â ýëåêòðîííîé áèáëèîòå÷íîé ñèñòåìåbiblio-online.ru

УДК 54ББК 24.1я73ББ О28

Авторы:Ершов Юрий Алексеевич — доктор химических наук, заслуженный де-

ятель науки РФ, профессор кафедры неорганической, физической, коллоидной химии фармацевтического факультета Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова, профессор кафедры медико-технических информационных технологий факультета биомедицинской тех-ники Московского государственного технического университета им. Н. Э. Ба-умана;

Попков Владимир Андреевич — доктор педагогических наук, доктор фар-мацевтических наук, заслуженный деятель науки РФ, заведующий кафедрой общей химии стоматологического факультета Первого Московского государс-твенного медицинского университета им. И. М. Сеченова, лауреат премии Пре-зидента РФ в области образования, действительный член Российской акаде-мии образования;

Берлянд Александр Семенович — доктор фармацевтических наук, кан-дидат химических наук, профессор, заведующий кафедрой общей и биоорга-нической химии Московского государственного медико-стоматологического университета.

Рецензент:Кузьменко Н. Е. — доктор химических наук, профессор Московского госу-

дарственного университета им. М. В. Ломоносова.

О28 Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов : учеб-

ник для вузов / Ю. А. Ершов, В. А. Попков, А. С. Берлянд ; под ред. Ю. А. Ер-шова. — 10-е изд., перераб. и доп. — М. : Издательство Юрайт, 2014. — 560 с. — Серия : Бакалавр. Базовый курс.

ISBN 978-5-9916-3398-7Данный учебник составляет единый обучающий комплекс с изданиями

«Практикум по общей химии» (под редакцией В. А. Попкова, А. В. Бабкова) и «Сборник задач и упражнений по общей химии» (авторы С. А. Пузаков, В. А. Попков, А. А. Филиппова).

В учебнике изложены теоретические основы и освещены вопросы примене-ния химических и физико-химических методов к анализу явлений в биологичес-ких системах различного уровня — от молекулярного до экологического. Особое внимание уделено количественной стороне рассматриваемых закономерностей. Иллюстрации и примеры носят медико-биологический характер.

Соответствует Федеральному государственному образовательному стан-дарту высшего профессионального образования третьего поколения.

Для студентов медицинских, биологических, агрономических, ветеринарных и экологических специальностей вузов.

УДК 54ББК 24.1я73

© Ершов Ю. А., Попков В. А., Берлянд А. С., 2011© Ершов Ю. А., Попков В. А., Берлянд А. С., 2013, с изменениями© ООО «Издательство Юрайт», 2014ISBN 978-5-9916-3398-7

ПРЕДИСЛОВИЕ

Отличительная черта современной медицины — активное внедрение до-стижений химии в теорию и практику исследований функций живого орга-низма. В связи с этим особую роль приобретают знания основ общей и био-физической химии, а также свойств биогенных элементов, которые служат фундаментом при последующем изучении биологической химии, фармако-логии, физиологии, гистологии, санитарии и гигиены, анестезиологии, пат-физиологии, профессиональных болезней, урологии, внутренних болезней, физиотерапии. Естественно, что уже само название учебника определяет его медико-биологическую направленность, отраженную в соответствующей Примерной программе по химии 2012 г. Эта Программа определяет порядок изложения дисциплины в учебнике. Необходимым дополнением к учебнику является практикум и сборник задач и упражнений по общей химии. Разделы органической химии, отраженные в Примерной программе по химии, в дан-ный учебник не входят.

Большое внимание в учебнике уделено количественной стороне рассмат-риваемых закономерностей, с тем чтобы студенты при изучении курса полу-чали представление о порядке величин и характере их изменений в зависи-мости от условий. С этой целью приведены графики и таблицы. Иллюстрации и примеры, насколько это возможно, носят медико-биологический харак-тер. В конце глав даны задачи и вопросы для закрепления материала при самоподготовке.

Цель гл. 1 — определение границ применимости методов термодинамики к живому организму на основе системных знаний по этому разделу физичес-кой химии. В этой главе рассматриваются принципы биоэнергетики.

Главы 2 и 3 отражают необходимость знаний свойств растворов неэлек-тролитов и электролитов в связи с широким применением их в практичес-кой медицине (растворимость лекарств, изотоничность, буферные системы и т.д.). Систематизация этих знаний проводится на основе строгих термоди-намических положений гл. 1.

В гл. 4 изложены принципы, на основе которых химические свойства ве-щества можно прогнозировать, исходя из строения атомов и молекул.

В гл. 5–8 даны сведения о химии биогенных элементов и основам бионе-органической химии. Систематизация этих сведений проводится на основе термодинамики, теории строения молекул, учения о растворах, рассмотрен-ных в предыдущих главах.

В гл. 9 изложены методы количественного описания и прогнозирования во времени кинетики протекания химических превращений в различных ус-ловиях, в частности, физиологических.

Глава 10 посвящена физической химии поверхностных явлений. В гл. 11 изложены электрохимические явления и процессы и их

закономерности.

2

В гл. 12 рассмотрены свойства дисперсных систем, к которым относятся многие жидкости и ткани организма.

В гл. 13 рассмотрены физико-химические свойства высокомолекуляр-ных соединений, в частности, биополимеров.

Во всех разделах используются представления об атомно-молекулярном строении вещества. При этом предполагается, что эти знания известны в пре-делах программы средней школы. Для более глубокого понимания законо-мерностей, лежащих в основе химических превращений, необходимо исполь-зовать квантово-химические представления, изложенные в гл. 4.

Особое внимание в учебнике уделено формированию у студентов про-фессиональных компетенций по химии. В результате изучения курса сту-дент должен:

знать• формулировки основных понятий и явлений Общей химии (таких

как: открытая, закрытая и изолированная система, внутренняя энергия, рас-твор и его компоненты, кислота и основание Бренстеда, степень и константа ионизации, биосфера, биогеохимия, макроэлемент, микроэлемент, органоген, биогенные элементы, синергизм ионов, антагонизм ионов и др.);

• квантово-механическую модель атома; • периодический закон и периодическую систему элементов Д. И. Менде -

леева; • методы валентных связей и молекулярных орбиталей;• строение комплексных соединений;• общие свойства s-элементов, d-элементов, р-элементов и зависимость

химических свойств их соединений от свойств атомов;• методы измерения скорости реакции и факторы, влияющие на ско-

рость реакции;• особенности строения и состава поверхностного слоя, строение моле-

кул поверхностно-активных веществ; • механизм электрической проводимости растворов электролитов, спо-

собы ее выражения и факторы, влияющие на ее величину; • механизм возникновения электродных потенциалов; • устройство гальванических элементов и электродов ( водородный,

каломельный, стеклянный, серебряно-хлоридный, хингидронный, ионо -селективный);

• общие свойства дисперсных систем и их классификацию; • природу и общие свойства коллоидных систем, методы их получения

и очистки;• основные свойства аэрозолей, суспензий, эмульсий, коллоидных

ПАВ;• классификацию различных высокомолекулярных соединений (ВМС)

по типу мономерных звеньев, пространственной структуре, элементному составу;

• свойства полимерных материалов на основе химической природы и конформационных характеристик макромолекул, а также свойства раство-ров ВМС и студней;

3

уметь• формулировать и применять 1-е и 2-е начала термодинамики к раз-

личным физическим и химическим процессам, протекающим в организме;• объяснять взаимосвязь между термодинамическими функциями;• объяснять процесс растворения и его термодинамику, зависимость рас-

творимости веществ от различных факторов; • применять для расчета свойств растворов электролитов законы осмо-

са Вант-Гоффа; • прогнозировать направление и смещение равновесия обменных и окис-

лительно-восстановительных реакций;• строить электронную оболочку атомов элементов и описывать строение

атомов с помощью электронных формул, энергетических диаграмм и атом-ных орбиталей;

• на основе строения атома прогнозировать их свойства;• классифицировать химические элементы: по жизненной необходимос-

ти, топографии и биологической роли в организме; • объяснять механизм реакции и характеризовать экспериментальные

методы изучения протекания реакций во времени; • по строению молекул различать поверхностно-активные, неактивные

и инактивные вещества;• строить изотермы поверхностного натяжения веществ и адсорбции

веществ; • вычислять электрическую проводимость раствора (удельную, моляр-

ную), электронные потенциалы по уравнению Нернста и Петерса, ЭДС галь-ванических элементов;

• различать дисперсные системы по степени дисперсности и агрегатно-му состоянию фаз;

• получать коллоидные растворы диспергационными и конденсацион-ными методами;

• прогнозировать на основе 1-го и 2-го начал термодинамики набухание и растворение ВМС и влияние различных факторов на эти процессы;

• характеризовать коллигативные свойства растворов биополимеров и роль этих свойств в жизнедеятельности;

• прогнозировать влияние различных факторов на нарушение устойчи-вости растворов ВМС;

владеть• навыками расчетов, связанных со строением вещества и химическими

явлениями; • навыками прогнозирования отдельных физико-химических свойств

биогенных соединений на основе строения их молекул;• навыками прогнозирования с помощью 2-го начала термодинамики

направления самопроизвольного протекания процессов в организме и глу-бину химических превращений в зависимости от условий;

• навыками прогнозирования с помощью закона действующих масс и принципа Ле-Шателье смещения физических и химических равновесий при изменении внешних условий;

• навыками построения молекул различных соединений биогенных элементов на основе положений методов валентных связей и молекулярных орбиталей;

• навыками прогнозирования токсичности действия ионов некоторых элементов, взаимозамещаемости ионов в организме;

• навыками прогнозирования токсичности действия s-элементов, d-эле-ментов, р-элементов на основании их физико-химических свойств;

• навыками описания протекания химических превращений во време-ни с помощью кинетических кривых и кинетических уравнений;

• навыками прогнозирования влияния на скорость реакции концентра-ции реагентов, температуры, катализаторов;

• навыками классифицирования хроматографического анализа ве-ществ по доминирующему механизму, агрегатному состоянию фаз, техники эксперимента;

• навыками прогнозирования влияния различных факторов (числа ионов, скорости их движения и т.д.) на электрическую проводимость растворов;

• навыками определения рН с помощью стеклянного электрода;• навыками прогнозирования молекулярно-кинетических и оптичес-

ких свойств коллоидных растворов, коагуляции коллоидных растворов под действием различных факторов, совместного коагулирующего действия элек-тролитов, получения устойчивых лиофобных золей с помощью коллоидной защиты.

Химическая номенклатура и терминология соответствуют правилам ИЮПАК и применяются как наиболее близкие к требованиям фармакопеи последнего издания.

Авторы благодарят рецензента Н. Е. Кузьменко за внимательное изуче-ние рукописи и полезные замечания.

5

6

7

8

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

557

558

559

Покупайте наши книги:

В офисе издательства «ЮРАЙТ»:111123, г. Москва, ул. Плеханова, д. 4а,

тел.: (495) 744-00-12, e-mail: sales@urait.ru, www.urait.ru

В логистическом центре «ЮРАЙТ»: 140053, Московская область, г. Котельники, мкр. Ковровый, д. 37,

тел.: (495) 744-00-12, e-mail: sales@urait.ru, www.urait.ru

В интернет-магазине «ЮРАЙТ»: www.urait-book.ru,e-mail: order@urait-book.ru, тел.: (495) 742-72-12

Для закупок у Единого поставщика в соответствии с Федеральным законом от 21.07.2005 № 94-ФЗ обращаться по тел.: (495) 744-00-12, e-mail: sales@urait.ru, vuz@urait.ru

Новые издания и дополнительные материалы доступныв электронной библиотечной системе «Юрайт»

biblio-online.ru

Учебное издание

Ершов Юрий Алексеевич,Попков Владимир Андреевич,

Берлянд Александр Семенович

ОБЩАЯ ХИМИЯБИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

ХИМИЯ БИОГЕННЫХ ЭЛЕМЕНТОВУчебник для вузов

Под редакцией Ю. А. Ершова

Формат 60×901/16.Гарнитура «Newton». Печать офсетная.

Усл. печ. л. 35. Тираж 1000 экз. Заказ

ООО «Издательство Юрайт»111123, г. Москва, ул. Плеханова, д. 4а.

Тел.: (495) 744-00-12. E-mail: izdat@urait.ru, www.urait.ru