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金属元素与人体健康 X 王玉光 ( 内蒙古财经学院旅经系) 　　摘　要: 随着人们健康意识逐渐增强, 营养素与人体健康的关系越来越引起人们的关注。本文从金 属元素的结构特点论述了金属元素与人体健康的关系。 关键词: 金属; 结构; 健康 　　在已发现的化学元素中, 金属元素约占80% 。上 个世纪60 年代, 一些化学家为了对金属作更深入的 研究, 将金属划分为A 型、B 型和过渡型三类。A 型 金属是指前三个短周期的金属, A 型金属离子主要 特征是离子不含d 轨道电子, 离子呈球型对称结构, 所以极化力小, 在人体中重要的常量元素钾、钠、钙、 镁等均属于这一类。A 型金属形成配合物的稳定性 规律, 基本上可以用静电作用模型加以解释, 即这些 金属离子配合物的稳定性与金属离子或配体所带电 荷数的平方比金属离子或配体的半径大小有正相关 关系。A 型金属普遍特性是对配体中电负性较大的 O、F 的亲和性大于配体中S 和其他卤素亲和性。A 型金属的水合物非常稳定, 不易形成氨合物和氰化 物。碳酸盐、磷酸盐、氢氧化物等化合物是二价A 型 金属重要的难溶物质, 还可以与有机化合物中含氧 官能团( 如羰基、羧基) 形成弱的配合物。 B 型金属离子含有d 轨道电子( d 轨道电子处于 充满状态) , 最外层的价电子有的全失、有的部分失 去。B 型金属与A 型金属相比较有了d 轨道的电子 容易变形, 所以极化力强, 其典型的离子有一价的银 离子、二价的锌离子、二价的铅离子和二价锡离子 等。B 型金属离子比A 型金属离子更容易形成稳定 的配合物, 而且配位键起着重要作用, 仅靠解释A 型 金属的静电模型是不够的, 影响配合物的稳定性还 与金属离子和配体中配位原子的电负性有关。一般 金属离子电负性高而配体中配位原子电负性低, 形 成的配合物稳定性相对就高。如第二副族的锌、镉、 汞随着原子序数的增加电负性逐渐增强, 其配合物 的稳定性一般也随着原子序数的增加而增强。还如 卤素离子随着原子序数的增加电负性逐渐减弱, 其 配合物的稳定性一般在逐渐增强( 卤化银的稳定性 AgI 大于AgBr 大于AgCl ) 。B 型金属离子还有一个 显著的特点, 可直接与碳形成有机配合物, 而且稳定 性也较高, 对人体健康构成了极大的威胁。 过渡金属离子的电子构型是介于A 型金属离子 和B 型金属离子之间的一种状态, d 轨道含有1 至9 个电子, 过渡金属离子不仅有空轨道, 而且各轨道的 能量也比较接近, 具备了形成配合物的基本条件。同 时过渡金属离子的半径小、核电荷数较高, 中心原子 对配位体极化作用较强, 使其比A 型金属离子和B 型金属离子更易形成配合物。影响过渡金属离子配 合物稳定性的因素也远比对A 型金属离子和B 型金 属离子复杂的多。一般第一系列比第二系列更接近 A 型金属离子的性质, 同一系列从左到右随着原子 序数的增加性质更接近于B 型金属离子。静电作用 对过渡金属离子配合物的稳定性影响非常大, 第一 列过渡金属二价金属离子随着原子序数的增加原子 半径递减, 由此造成的强静电效应使过渡金属配合 物的稳定性增加。 特别有趣的是, 人体中各种金属的含量多少与 这种金属在地壳表面的丰度相对一致。而且金属上 述分类方法与金属对人体健康的影响方面也表现出 某种规律性。A 型金属K、Na、Ca、Mg 这四种金属元 素在营养学被称为常量金属元素。( 常量元素是指: 以人体重0. 01% 为界计, 小于的为微量元素, 大于的 为常量元素; 如以需求标准计算, 每人每日需求量在 100 毫克以下的当属微量元素, 超过100 毫克的为常 量元素。) 这四个金属元素是人体重要的必需营养 素, 在调节人体体液酸碱平衡; 细胞内外渗透压的平 衡; 维持神经、肌肉的兴奋性; 形成骨骼等硬组织, 支 撑身体, 维持有力运动形式; 肌肉的收缩; 使血的凝 固和酶活化发挥重要生理功能。再看金属微量元素, 它们几乎都是过渡型金属, 主要包括Fe、Mn、Co 、 Cu、Zn、Mo、V、Ni、Cr、Li 等。过渡金属离子虽然它 们在人体体内存在的量很低, 每种金属微量元素的 标准量不足人体总重量的万分之一, 却在低浓度下 具有非常重要生物学功能。它能影响人体免疫功能; 胎儿的生长发育; 还与癌症的发病率等有关。过渡金 30 内蒙古石油化工　　　　　　　　　　2009 年第13 期　 X 收稿日期: 2009- 02- 19 属离子与A 型金属离子相比, 不仅易于配位体中的 O 形成稳定的配合物, 而且与配位体中的N、S 也可 形成很稳定的配合物。人体经过漫长的进化过程形 成了一套维持这些金属微量元素的体内平衡机制, 体内缺乏和过度摄入都会导致人体生理功能发生异 常, 缺乏会使人体生理功能出