Целью предлагаемой программы является формирование единой картины мира на основе представлений об элементах с точки зрения химии, биологии, геологии, географии, истории. Ожидаемыми педагогическими результатами является овладение

Вид материала

Пояснительная записка

Содержание Семинарское занятие Информационный материал к проведению занятий Химические элементы, содержащиеся в организме человека Тема 2. Незаменимые элементы (макроэлементы) Это интересно. Это интересно. Это интересно. Это интересно. Тема 3. «За» и «Против» слова микро- для элементов Это интересно. Это интересно. Это интересно. Это интересно. Это интересно Инструкции к практическим работам [1]

Подобный материал:

• А. Г. Формирование единой картины мира на основе фундаментального единого закона взаимодействия, 984.7kb.
• Программа дисциплины дпп. Ф. 03 Органическая химия и основы супрамолекулярной химии, 331.5kb.
• Курс «Отечественной истории» открывает блок гуманитарных наук в высших учебных заведениях, 361.68kb.
• Элективный курс «Организм как единое целое» (курс предназначен для учащихся 9-ых классов), 15.07kb.
• Является создание единой и неизменной картины мира на основе немногочисленных фундаментальных, 1277.22kb.
• Бакалаврская программа № Кафедра: Центр естественнонаучного образования гуманитариев, 119.3kb.
• Королёва Лариса Владимировна. Интегрированные предметы: (биология, география, физика,, 135.42kb.
• Аннотация программы учебной дисциплины «Современная китайская периодика» Направление, 16.03kb.
• Еализация федеральных целевых программ по автоматизации государственной деятельности, 242.76kb.
• Задачи курса: создание у студента целостного системного представления естественнонаучной, 647.03kb.

Семинарское занятие

Вопросы для обсуждения

1. Понятие гомеостаза.
   
2. Здоровый образ жизни.
   
3. Экология и мы.
   
4. Презентация детских работ.
   

Информационный материал к проведению занятий

Тема 1. Неорганическая химия и медицина

Связь неорганической химии с медициной возникла давно. Еще в 16 веке широкое развитие получило медицинское направление в химии, основоположником которого стал швейцарский врач Парацельс (1493-1541). «Цель химии состоит…в изготовлении лекарств, » - писал он. Парацельс считал, что все материальное, в том числе и живой организм, состоит из трех начал, находящихся в разных соотношениях: соли (тела), ртути (души) и серы (духа). Болезни проистекают от недостатка в организме одного из этих «элементов». Следовательно, лечить болезни можно, вводя в организм недостающий «элемент». Успешность ряда предложенных Парацельсом новых методов лечения на основе использования неорганических соединений побудила многих врачей примкнуть к его школе и всерьез заинтересоваться химией. Этот период в развитии химии и медицины (16-18 века) известен под названием иатрохимии. Она сыграла важную роль в борьбе с догмами средневековой схоластической медицины. Она не только пыталась подвести химическое основание под теорию гуморальной патологии, но и содействовала эмпирическому прогрессу химии.

Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и возникновением и развитием различных заболеваний. Часто говорят, что в организме человека содержится вся таблица химических элементов Д.И.Менделеева. И это недалеко от истины: с помощью аналитических методов исследования в организме человека и животных обнаружено более 80 химических элементов. Химические элементы в нашем организме выполняют биологические функции, которые не в состоянии взять на себя ни традиционная, ни альтернативная медицина, ни целительство души и тела. Определенное сочетание этих элементов имеет чрезвычайно важное значение для нормального функционирования отдельных органов и систем нашего организма. Любая болезнь есть проявление недостатка или избытка конкретного элемента.

Человек пополняет свой организм минералами за счет той своего питания. От того, насколько продукты питания богаты минеральными веществами и витаминами, будет зависеть и состояние нашего здоровья. Американские ученые, проведя ряд исследований, пришли к выводу, что рост болезней непосредственно связан с недостатком в пище таких элементов, как хром, кальций, фтор, магний, селен, йод и другие. Достоверно известно, что сердечно-сосудистые заболевания развиваются гораздо чаще при дефиците хрома, меди, магния, калия, селена, а астмой страдают люди, в рационе которых отмечен дефицит магния.

О состоянии организма в целом можно судить по состоянию зубов. Ослепительная белозубая улыбка говорит либо о прекрасном состоянии организма, о приеме здоровой натуральной пищей, либо о частом посещении стоматолога и употреблением пищевых добавок, сбалансированным по всем макро- и микроэлементам, витаминам и аминокислотам. Жители удаленных от цивилизации районов, употребляющие здоровые натуральные продукты, болеют гораздо реже, чем жители крупных городов: хранение и переработка продуктов питания сказывается явно не в лучшую сторону.

Для того чтобы чувствовать себя бодрым и работоспособным, уберечься от инфекций, не впадать в уныние и депрессию, нужно постоянно поддерживать в своем организме баланс химических элементов. Для восполнения необходимых организму химических элементов выпускаются витаминные препараты с минеральным добавками, однако многие предпочитают естественные, природные продукты. Например, много кремния содержится в шелухе зерна. Овес, свекла, ячмень, соя, неполированный рис, цельная пшеница, репа, изюм, зеленые бобы - вот продукты, которые обязательно должны присутствовать в рационе, особенно в рационе больных туберкулезом, артритом, атеросклерозом, диабетом, гипертонией, язвой желудка.

Химические элементы концентрируются в организме человека неравномерно. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Это депо (запасники) микроэлементов. Сейчас, анализируя химический состав человеческого организма ученые делают вывод не только о физиологическом, но и психическом состоянии организма. Известно, что при стрессе содержание цинка в крови возрастает. Повышение в крови никеля и марганца происходит незадолго до инфаркта.

Методом масс-спектроскопии было определено содержание микроэлементов в волосах. У агрессивных людей (как взрослых, так и подростков) в волосах обнаруживается повышенное содержание свинца, железа, кадмия, меди и пониженное цинка, лития, кобальта.

Для классификации химических элементов, содержащихся в организме человека, применимы два подхода (табл.1). Первый подход достаточно прост, надо лишь ответить на вопрос: велико или мало содержание данного элемента в организме человека? Элементы, содержание которых в организме превышает 10^-2 % относятся к макроэлементам, остальные – микроэлементы.

Указанные группы элементов неоднородны и по содержанию, и по биологической значимости. В первой группе выделяют 6 неионогенных макроэлементов: кислород, углерод, водород, азот, фосфор и серу. На их долю приходится 98.1% массы тела человека. Перечисленные элементы обладают выраженными неметаллическими свойствами, наиболее активно участвуют в круговороте веществ в природе, образуют важнейшие органические соединения – углеводы, жиры, белки, ДНК, АТФ, фосфолипиды и т.д. Вторая подгруппа макроэлементов – это ионогенные макроэлементы. К ним относятся кальций, калий, натрий, хлор, магний и железо. Они образуют в организме в основном ионные соединения. Значение этих элементов в живой природе огромно.

Вторая группа – микроэлементы – так же подразделяется на подгруппы. Первая из них – биомикроэлементы, чья необходимость и значение в живой природе установлена. Одни биомикроэлементы (А) выполняют определенную роль в обмене веществ человека, и их недостаток (как и избыток) отрицательно сказывается на его здоровье. Другие биомикроэлементы (В) важны для представителей некоторых видов животных и растений, а конкретное значение для жизнедеятельности человека в настоящее время выясняется и уточняется. Содержание этих элементов в организме минимально, хотя описаны случаи значительной кумуляции некоторых из них в отдельных тканях или органах человека.

Микроэлементы с невыясненной или отсутствующей положительной биологической ролью можно разделить на три категории. Первую категорию образуют остеотропные микроэлементы, которые, поступая из внешней среды с водой, пищей и загрязненным воздухом, конкурируют с кальцием за место в неорганических соединениях костной ткани и могут при избыточном поступлении приводить к заболеваниям костей и суставов.

Вторую категорию составляют элементы, используемые в составе лекарственных средств. Считается, что у этих элементов биологическая роль в естественных условиях отсутствует. Однако в определенной дозировке они положительно влияют на организм при некоторых заболеваниях человека, т.е. обладают физиологическим действием.

К третьей категории относятся индифферентные микроэлементы, чье участие в обменных процессах на данном этапе развития науки пока не установлено. Некоторые из них токсичны и являются тератогенами, канцерогенами или биостимуляторами. Данные элементы обнаружены в мышечной и костной ткани человека в чрезвычайно малых количествах (7* 10^-4 – 0.23* 10^-13 %). Выявлено присутствие в теле человека еще некоторых элементов: неодима, осмия, палладия, платины, родия, рутения, самария, тербия, тулия, эрбия. Однако в связи с тем, что они обнаруживаются не во всех пробах, а их роль в жизнедеятельности и баланс поступления в организм и выведения из него вообще не изучены, эти элементы можно отнести к абиотическим.

Химические элементы, содержащиеся в организме человека
Макроэлементы (12 элементов, 99.9% массы тела)		Микроэлементы (47 элементов, 0.1% массы тела)
Органогены 98.1% массы	Ионогенные 1.8% массы	Биомикро элементы		С невыясненной био- логической ролью
C Н N O P S	Na Mg Cl K Ca Fe	А F Zn Cu I Co Mn Mo	В As Se Ni V Si B Cr Sn	остеро- тропные Al, Ba, Be, Ga, Pb, Sr	лекарства Br, Bi, Au, Li, Hg, Ag, Tl	индиффе-рентные W, Ge, In, Y, Cd, La, Nb, Ra, Rb, Sc, Sb, Ta, Te, Ti, Th, U, Cs, Ce, Zr

Тема 2. Незаменимые элементы (макроэлементы)

Углерод

Известен с древних времен. В природе находится как в свободном виде, так и в виде многочисленных соединений. Общее его содержание в земной коре составляет около 0,1 % (масс.).

В теле человека массой 70 кг содержится в среднем 16 кг углерода, что составляет 22,86 %. Это элемент жизни, из которого построены все органические вещества.

Водород

Открытие водорода принадлежит Г. Кавендишу (Англия, 1766год). Водород входит в состав всех растительных и животных организмов, нефти, каменного и бурого угля, природных газов и ряда минералов. На долю его из всей массы земной коры, считая воздух и воду, приходится около 1%.

В организме человека водорода около 7 кг (10 %). Входит в состав всех органических веществ.

Азот

Открытие азота относится к 1772 году, Англия, Д. Резерфорд. Большая часть азота находится в природе в свободном состоянии. Почва содержит, не считая натриевую селитру (NaNO₃), незначительные количества азота, преимущественно в виде солей азотной кислоты. Общее содержание азота составляет 0,04 % (масс.).

Азот является обязательной составной частью белков, нуклеиновых кислот и многих других органических соединений. В организме его – 1,8 кг (2,57 %).

Кислород

Открытие принадлежит К. Шееле (1771год, Швеция) и Дж. Пристли (1774 год, Англия). Кислород – самый распространенный элемент земной коры. Массовая доля его составляет 47 %. В свободном состоянии он находится в воздухе, в связанном виде входит в состав воды, минералов, горных пород.

Кислород входит в состав практически всех органических веществ, в человеческом организме его 43 кг на 70 кг массы тела, что составляет 61,4 %.

Это интересно.

«Газ жизни» широко используется при сердечных и легочных заболеваниях. Введение кислорода под кожу весьма эффективно при лечении гангрены, тромбофлебита, трофических язв. Кроме того, при этом улучшается общее состояние больных, усиливаются обменные реакции, стимулируются процессы образования крови.

Но и избыток кислорода человеку вреден, ведь ускорение окислительных процессов, за исключением экстренных случаев, к добру не приведет. Организм катастрофически быстро изнашивается и может очень скоро погибнуть. А в высокой концентрации и под давлением оказывает ядовитое действие.

Фосфор

Открыт в 1669 году Х. Брандтом (Германия). Фосфор принадлежит к числу довольно распространенных элементов; содержание его в земной коре составляет 0,1 % (масс.). Из природных соединений самыми важными являются:

Ca₃(PO₄)₂ фосфорит

Ca₃(PO₄)₂ , CaF₂, CaCl₂ апатит

В организме человека фосфора содержится около 0,77 кг (1,1 %). В виде соединений 3Ca₃(PO₄)₂ * Сa (OH)₂ и 3Ca₃(PO₄)₂ * CaCO₃ * H₂O фосфор входит в состав костей и зубной эмали. В виде кислотного остатка ортофосфорной кислоты он входит в состав нуклеиновых кислот, АТФ, некоторых белков и фосфолипидных мембран.

Кроме пластической роли, и это очень важно, соединения фосфора принимают участие в обмене энергии (АТФ и креатинфосфат являются аккумуляторами энергии, с их превращениями связаны мышечная и умственная деятельность, жизнеобеспеченность организма). Суточная потребность в фосфоре для взрослых – 1200 мг.

Для правильного питания важным является соотношение Р и Са, оптимально оно соответствует: 1: 1,5. При избытке фосфора может происходить выведение Са из костей.

Это интересно.

Академик А.Е. Ферсман назвал фосфор «элементом жизни и мысли» за то, что сложное органическое соединение фосфора фермент фосфорилаза регулирует углеводный обмен в головном мозге.

Основное количество фосфора человек потребляет с молоком и хлебом. Относительно много его в рыбе и мясе, много в фасоли, горохе, овсяной, перловой и ячневой крупе. Но при употреблении растительной пищи фосфора всасывается мало, так как он в ней находится в виде трудноусвояемой фитиновой кислоты.

Сера

Известна человечеству с древних времен. В природе она встречается как в свободном состоянии (самородная сера), так и в различных соединениях: сульфиды различных металлов, сульфаты кальция и магния. Общее содержание серы в земной коре составляет приблизительно 0,1 %.

В организме человека – 140 г (0,2 %). Входит в состав белков в виде серосодержащих аминокислот (метионина и цистина), а также в состав некоторых гормонов (например, инсулина), витаминов и других органических соединений, контролирующих обмен веществ. Потребность человека в сере (около 1 г в день) удовлетворяется обычным суточным рационом.

Из препаратов в медицине применяют серу очищенную и осажденную. Ее назначают внутрь в качестве слабительного и отхаркивающего средства; она входит в состав мазей и присыпок, используемых при лечении кожных заболеваний

Натрий

Открыт в 1807 году Г. Дэви (Англия). В природе (2 %) встречается в виде соединений:

NaCl хлорид натрия, поваренная соль,

NaCl*KCl сильвинит,

Na ₂SO₄*10H₂O сульфат натрия, мирабилит, глауберова соль.

В организме человека находится в виде растворимых солей, главным образом хлоридов, фосфатов и гидрокарбонатов. Содержание в организме составляет 98 г на 70 кг веса (0,14%). Натрий – основной компонент внеклеточной жидкости, содержится в сыворотке крови, спинно-мозговой жидкости, глазной жидкости, пищеварительных соках, желчи, почках, костной ткани, легких, мозге. Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды организма, участвуют в поддержании постоянного осматического давления биожидкости. В организм человека поступает в основном в виде поваренной соли. Суточная потребность организма в хлориде натрия (1-10 г) зависит от количества соли, теряемой с потом. При потреблении 10-кратногоизбытка NaCl превращается в смертельный яд. При регулярном избыточном потреблении соли возникает гипертоническая болезнь. При недостаточном – усиленное выделение воды из организма.


Магний

Открыт в 1808 году Г.Дэви (Англия). В природе встречается в виде соединений, общее количество магния в земной коре – 2 %:

MgCO₃ магнезит

MgCO₃*CoCO₃ доломит

MgSO₄*7H₂O горькая соль

3MgO*4SiO₄*H₂O тальк

CaO*3MgO*4SiO₂ асбест

В организме человека магний концентрируется в наибольшей степени в дентине и эмали зубов, в костной и мышечной ткани, в печени. Его содержание составляет 20-42 г на массу 70 кг. Магний – активный катализатор ферментативных процессов, участвует в синтезе белков. Суточная потребность - 0.3-0.4г. При избыточном потреблении наблюдается сонливость, потеря чувствительности, паралич дыхания. При недостаточном потреблении нарушается нормальная возбудимость нервной системы.


Хлор

Получен К. Шееле в 1774 году. Основные природные соединения:

NaCl поваренная соль

KCl*MgCl₂*6H₂O карналлит

KCl сильвин

Соединения хлора встречаются в твердом виде, а так же в воде океанов, морей, озер. Его содержание в земной коре составляет 0,2 % по массе.

Хлор в организме регулирует водный обмен, кислотно-щелочное равновесие, давление крови и тканевых жидкостей. А так же участвует в образовании желудочного сока, формировании плазмы, активирует ряд ферментов.

В организме человека хлора 95 г (0,136 %). Потребность человека в хлоре - -около 2 г – с избытком удовлетворяется обычным рационом. Недостаточность хлора в организме вызывает судороги.

Это интересно.

Каждый из нас съедает за год до 10 кг соли. Теперь понятен смысл старой русской пословицы: «Чтобы узнать человека, надо с ним пуд соли съесть». Мудро подмечено! Действительно, за год- другой можно разглядеть достоинства и недостатки человека.

А вот если поваренная соль попадет в организм в десятикратном размере, то будет являться сильнейшим ядом.

Калий

Открыт в 1807 году Г.Дэви (Англия). В природе (2 %) встречается в виде соединений:

KCl сильвин

K₂CO₃ поташ

KCl*MgCl₂*6H₂O карналлит

K₂O*Al₂O₃*6SiO₂ ортоклаз

KCl*NaCl сильвинит

Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах – сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Они – важные активаторы ферментов, находящихся внутри клетки.

Содержания калия в организме человека составляет 0,27% (140г на 70 кг) от массы тела. Концентрируется он в головном мозге, сердце, почках, печени, в костной и мышечной тканях.


Кальций

Открыт в 1808 году Г.Дэви (Англия). В природе (3 %) встречается в виде соединений:

СаСО₃ мел, мрамор, известняк

Са₃(РО₄)₂ фосфорит

CaSO₄*2H₂O гипс

Кальций содержится в каждой клетке организма человека. Основная его масса находится в костной и зубной ткани и составляет 2% (0,98 кг) от массы тела. В среднем взрослый человек должен потребить 1г кальция в сутки, хотя потребность в кальции только 0,5 г. Это связано с тем, что кальций, вводимый с пищей, всасывается в кишечнике только на 50%. Концентрацию ионов кальция в организме регулируют гормоны.

В крови, лимфе кальций находится как в ионизированном, так и в неионизированном состоянии - в соединениях с белками, углеводами. Механизм свертывания крови состоит из ряда этапов, многие из которых зависят от наличия ионизированного кальция. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регуляции работы сердечной мышцы. Основное хранилище кальция в организме – скелет.

Это интересно.

Не только жизнь Кощея Бессмертного, но, возможно, и наше здоровье заключены в яичную скорлупу. Если человек страдает малокровием, аллергией, подвержен простудам, проявлению герпеса на губах, не исключено, что все это связано с элементарной нехваткой кальция в организме. В этом случае поможет яичная скорлупа – идеальный источник этого элемента. Исправить нарушения обмена кальция традиционно медицинским способом удается с трудом – применяемые в медицине препараты плохо усваиваются. А вот скорлупа куриных яиц, на 90% состоящая из карбоната кальция, - легко. Вдобавок она содержит и необходимые организму микроэлементы, в том числе медь, фтор, железо, марганец, молибден, фосфор, серу, кремний, цинк и др.( всего 27 элементов). Кстати, скорлупа – прекрасное средство, выводящее радионуклеотиды, ее можно эффективно использовать в очагах радиоактивного заражения.

Железо

Железо известно с древних времен. Первое упоминание о его использовании относится к 1 тысячелетию до н.э. В природе (4 %) встречается в виде соединений:

Fe₃O₄ магнитный железняк

Fe₂O₃ красный железняк

2Fe₂O₃*3H₂O бурый железняк

FeCO₃ шпатовый железняк

FeS₂ пирит, железный колчедан

Содержание этого биогенного элемента в организме составляет 5г на массу 70кг, причем 2,6 г из них в крови. Суточная потребность в железе – 15 мг. Наиболее важные с физиологической точки зрения железосодержащие белки – это гемоглобин, миоглобин, пероксидазы, каталаза. Гемоглобин – главная составная часть эритроцитов. Он обеспечивает внешне дыхание, перенося кислород от легких к тканям. Миоглобин, каталаза обеспечивают клеточное дыхание.

При недостатке железа в организме может развиться железодефицитная анемия (малокровие). При избытке потребления соединения железа откладываются в тканях глаз и легких, вызывая их сидероз.

Исследуя взаимосвязь между содержанием химических элементов и возникновением и развитием различных заболеваний, оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение в нем концентрации микроэлементов.


Тема 3. «За» и «Против» слова микро- для элементов

Фтор

Впервые получен в чистом виде в 1771 году Карлом Шееле (Швеция). В природе его довольно много – 0,02%. Встречается в виде:

CaF₂ плавиковый шпат

Na₃AlF₆ криолит

Ca₅F(PO₄)₃ фторапатит

Важную роль играет элемент № 9 в живых организмах, где фтора содержится 2,6 г (0,0037 % от 70 кг веса). Является компонентом зубной эмали и костей. При его недостатке развивается кариес (разрушение зубной эмали). Но и избыточное потребление фтора (например, с водой, содержащей более 1,2 мг/ л) также нежелательно, так как он вызывает флуороз (пятнистость эмали зубов).

Это интересно.

Статистика утверждает, что 90 % жителей земного шара страдают болезнями зубов. Оказывается, мы должны ежедневно потреблять фтора около 4 мг, а продукты, которые мы едим, содержат его меньше, чем требуется. Исключение составляет морская рыба, чай грузинский, молоко. Кроме этого, ученые давно подсказали выход: необходимо увеличить содержание фтора в воде.

Иод

В 1811 году Б. Куртуа во Франции получил иод. Значительные количества иода (от 10 до 50 мг/л) содержатся в буровых водах. Он встречается также в виде солей калия – иодата KIO₃ и периодата KIO_4, сопутствующих залежам нитрата натрия. В малых количествах иод имеется в морской воде, где существуют водоросли, способные накапливать его в своих тканях.

В организме человека иода содержится 12-20 мг. Он является необходимым элементом, участвующим в образовании гормона щитовидной железы тироксина. Потребность в иоде колеблется в пределах 100-150 мг в день. При недостаточности его развивается зобная (базедова) болезнь. При этом в первую очередь поражаются нервная и сердечно-сосудистая системы, развиваются дистрофические изменения в тканях и органах. У детей развивается кретинизм.


Кобальт

Открыт в 1835 году Г. Брандтом (Швеция). В природе (0,004 %) встречается в виде соединений:

CoAs₂ кобальтовый шпейс

CoAs кобальтовый блеск

(FeCo)S₂ кобальтовый колчедан

Содержание в организме – 30 мг на 70 кг веса тела человека. Часть массы кобальта находится в организме в форме цианокобаламина – жирорастворимого витамина В₁₂ – и его аналогов. Это вещество, как и гемоглобин, представляет макроциклическое комплексное соединение. Наиболее важную роль витамин В₁₂ играет в развитии и формировании эритроцитов. Кобальт накапливается в поджелудочной железе и крови. Способствует синтезу белков, усвоению атомов азота, фосфора, кальция.

Суточная потребность в кобальте составляет 7 – 15 мг.

Дефицит кобальта (поступление менее 3 мг в сутки) приводит к тяжелому заболеванию – злокачественной анемии (малокровию), ускоряет развитие зоба.

Избыток потребления Со подавляет синтез витамина В₁₂, поражает почки, вызывает острые дерматиты с появлением красных пятен, сильные отеки, кашель, одышку.

В организм поступает в виде пыли через органы дыхания.

Марганец

Открыт в 1774 году Ю. Ганном (Швеция). Природные соединения (0,1%):

MnO₂ пиролюзит

Mn₃O₄ гаусманит

Mn₂O₃ браунит

Содержание в организме (70 кг) – 340 мг. Накапливается в трубчатых костях (43%), печени, поджелудочной железе, мозге и других мягких тканях. Связан с обменом витаминов В₁, В₂, В₆, Е, С, понижает уровень сахара в крови. Суточная норма потребления марганца – 5-10 мг.

Недостаток потребления приводит к замедлению роста, нарушению развития скелета (утолщение и укорочение нижних конечностей, деформация суставов).

Избыток потребления поражает ЦНС, почки, органы кровообращения и легкие, приводит к «марганцевому рахиту». Острое отравление марганцем нередко заканчивается смертельным исходом.

Молибден

Был открыт в 1778 году К. Шееле (Швеция). Главным природным соединением молибдена является МоS₂ – молибденит или молибденовый блеск. Всего в земной коре Мо насчитывается около 0,001 %.

Физиологическая и патологическая роль Мо в настоящее время еще только изучается. Однако влияние этого элемента на различные процессы в организме (рост, развитие, болезни) несомненно.

Молибден входит в состав различных ферментов. В организме человека к ним относятся альдегидогидроксиды, ксантиндегидрогеназы, ксантиоксидазы, которые обеспечивают перенос оксигрупп. В крови преобладают соединения Мо⁺⁶.

Избыточное содержание Мо в пище нарушает метаболизм ионов кальция и фосфат-ионов, вызывая снижение прочности костей – остеопорозы. Возможно, происходит связывание молибдат-ионов, фосфат-ионов и ионов кальция в нерастворимые кристаллики, которые инициируют отложение солей и вызывают заболевание подагрой. Подагра деформирует суставы, оправдывая свой буквальный перевод как «капкан для ног». Избыток Мо приводит так же к уменьшению концентрации меди и кобальта. Молибден совместно с медью участвует в обмене гормонов. Непосредственное взаимодействие Мо и Сu может приводить к образованию в желудочно - кишечном тракте труднорастворимого соединения CuMoO₄.

Селен

Впервые был открыт в Швеции в 1817 году Й. Берцелиусом. Мало распространен в природе (0,00006 %), его соединения встречаются в виде примесей к природным соединениям серы с металлами.

Соединения селена также ядовиты и по этим свойствам напоминают соединения мышьяка. Неспроста в периодической системе Д.И. Менделеева эти два элемента находятся рядом.

В настоящее время интенсивно исследуется влияние концентрации селена на возникновение раковых заболеваний. В организме его – 14 мг. Отмечено, что в странах (США, ФРГ), где содержание селена в пищевых продуктах значительно снижено, наблюдается повышенная смертность от рака грудной железы у женщин.

Снижение содержания селена в сельскохозяйственных культурах в промышленно-развитых странах обусловлено способностью серы вытеснять родственный ей элемент селен. Серосодержащие газы, образующиеся в результате сгорания нефти и угля, являются, очевидно, главной причиной снижение содержания селена в с/х культурах-главного источника селена для организма. Ежедневный селеновый рацион американца составляет 0,1-0,2 мг селена, в то время как у японцев он достигает 0,3-0,5 мг. Увеличение селенового рациона можно добиться большим употреблением рыбы, пшеничного хлеба грубого помола, печени, почек и ограничением потребления сахара и жиров.

Никель

Еще в 3 веке до н.э. китайцам был известен сплав, состоящий из меди, никеля и цинка. В древнем среднеазиатском государстве Бактрии из такого сплава изготовляли монеты. Но только в 1751 году А. Кронстенд (шведский минеролог и химик) впервые выделил из руды металл, описал его свойства и назвал никелем. В природе (0,01 %) встречается преимущественно в виде соединений с мышьяком или серой:

NiAs никелин, купферникель

NiS миллерит

NiAsS никелевый блеск

В организме взрослого человека содержится 1 – 13,5 мг никеля. В различных органах его содержание колеблется и зависит от района проживания и возраста человека. Наибольшее его содержание обнаружено в печени, костном мозге, селезенке, сердце (аорте), почках.

Недостаток Ni приводит к ингибированию энзимов печени, нарушает дыхательные процессы в митохондриях, изменяет содержание липидов в печени.

Никель – биологический конкурент меди и железа. При избытке никеля в организме падает содержание данных элементов, что приводит к раку легких.

Никель обладает общетоксичным действием, а также вызывает заболевания носоглотки, легких, злокачественные образования, дерматиты, экземы. Это один из самых распространенных кожных аллергенов. Аллергические реакции могут возникать даже при контакте с ювелирными изделиями, монетами, пуговицами. Смертность среди рабочих никелевых предприятий в 2-4 раза в частности от саркомы выше, чем у остального населения городов.

Главным источником поступления Ni в организм является пища, атмосферный воздух, воздух, вдыхаемый при курении. Одна сигарета содержит 2,2-2,3 мкг никеля, около 10% которого высвобождается через струю дыма.

Ванадий

В 1830 году открыт швейцарским химиком Н.Г.Сефстремом. Соединения ванадия широко распространены в природе, но они сильно распылены и не образуют сколько-нибудь значительных скоплений; общее содержание ванадия в земной коре оценивается в 0,0015% (масс.).

Соединения ванадия всасываются легкими, вызывая патологические изменения дыхательных органов, почек, печени. Накапливается в мозге, крови. Влияет на уровень холестерина и деятельность сердечной мышцы.

При недостатке потребления ванадия кости истончаются, становятся хрупкими. Содержание в организме – 0,11 мг.

Его избыток действует угнетающе на процессы тканевого дыхания клеток половых желез. Вызывает аллергию, риниты, коньюктевиты, фарингит, бронхит, легочные кровотечения.

Бор

В 1808 году был получен в чистом виде во Франции Л. Гей-Люссаком и Л. Тенаром. Сравнительно мало распространен в природе; общее содержание в земной коре составляет около 10^-3 % (масс.). Главные природные соединения :

H₃BO₃ борная кислота

Na₂B₄O7*10H₂O бура

Бор в организме человека находится в минимальных количествах, но помогает сохранять в костях употребляемый кальций, предохраняя организм от остеопороза. Бор принимает участие в выработке эстрогена, а у мужчин в выработке тестостерона. Недостаточное количество бора приводит у женщин к нарушению менстструального цикла, а у мужчин – к преждевременной импотенции.

Хром

Открыт в 1797 году во Франции Л. Вокленом. Хром содержится в земной коре в количестве 0,02% (масс.). В природе он встречается главным образом в виде хромистого железняка FeO*Cr₂ O₃ .

В организме человека хром находится в крови в количестве от 6 до 30 мг (на массу 70 кг). Участвует в обмене белков, жиров и углеводов. Суточная потребность в хроме 0,05-0,2 мг.

При недостатке потребления нарушается утилизация легкоусвояемых углеводов, например, глюкозы.

При избыточном потреблении Cr (3) накапливается в легких, вызывая аллергию, рак легких. Cr (6) нарушает функции желудка, печени, поджелудочной железы. Действует на слизистые оболочки, вызывая прободение носовой перегородки. Вызывает головную боль, слабость, гепатит, бронхиальную астму.

Олово

Олово известно с древних времен. Не принадлежит к числу широко распространенных элементов, содержание в земной коре – 0,04 %. Обычно встречается в виде кислородного соединения SnO₂ – оловянного камня.

Достоверных данных по содержанию олова в организме человека в литературе отсутствует. Но установлено, что дефицит олова в организме проявляется в таком распространенном явлении, как лысина. А если этот дефицит не пополнять, то развивается глухота.

Свинец

Соединения свинца известны с древних времен. Содержание его в земной коре составляет 0,0016% (масс.). Наиболее важная руда – это свинцовый блеск PbS.

В организме человека его содержание составляет 0, 00027 % (120 мг на 70 кг). Накапливается в костной ткани, печени, почках. Ядовит, вызывает изменения в нервной ткани и кровеносных сосудах. Острое отравление сопровождается болями в области живота или в суставах, судорогами, галлюцинациями, страшными сновидениями, потерей сознания.

Источники бытовых отравлений – недоброкачественная луженая, эмалированная, глиняная посуда, питьевая вода (свинцовая трубы), нюхательный табак, этилированный бензин.

Это интересно.

В последние годы к толкователям поздней истории Римской империи прибавились и геохимики, выдвинувшие свою весьма правдоподобную гипотезу о причинах социальной катастрофы и заката империи.

В Древнем Риме исключительно широко использовали свинец. В частности из него были изготовлены водопроводные трубы, а сплавы, содержащие свинец, стали основным материалом для производства посуды. Естественно, что водопровод был только в богатых домах, в силу чего в организмах представителей высших слоев общества происходило постоянное накопление чрезмерных количеств свинца – это подтвердили исследования захоронений того времени. По современным данным даже самые малые концентрации свинца в организме могут стать причиной расстройства функции нервной системы и поражения головного мозга. Судя по дошедшим до нас сведениям о характере и поведенческих стереотипах императоров времени упадка (Калигула, Нерон), эта догадка не так уж фантастична…

В Германии были проведены исследования, которые наглядно доказали, что у детей, которые долго жили вблизи производств, использующих свинец, умственные способности значительно ниже, чем у из сверстников из экологически чистых районов. Один из немецких исследователей видит симптомы свинцового отравления в росте насилия, преступности, характерном для современных больших городов.

Горожане, живущие вблизи автомагистралей, подвергаются риску аккумулировать в своем организме всего лишь за несколько лет такое количество свинца, которое значительно превышает допустимые пределы. В одном из индустриальных районов Швейцарии те, кто проживал рядом с шоссе (5-6 тысяч машин в день), приблизительно в 10 раз чаще болели раком, чем живущие на расстоянии 400 м от того же шоссе.

Свинец стал причиной гибели английского полярного исследователя адмирала Джона Франклина. Отправившись в 1845 году в свое последнее плавание, сэр Франклин и его команда из 130 человек погибли по неизвестной причине. В 1981-1986 годах антропологи произвели эксгумацию останков и исследовали причины смерти экспедиции. В результате применения современных методов анализа было установлено, что причиной не только смерти, но и явных нарушений поведения людей в последние недели жизни (в частности, каннибализм) послужило отравление свинцом. Оказывается, Британское адмиралтейство снабдило экспедицию большим запасом консервов (тогда это было новинкой) в банках из белой жести, упакованных в свинцовую фольгу. И этот свинец накапливался в содержимом банок.

Бром

В 1826 году открыт А.Баларом (Франция). Бром находится в природе преимущественно в виде солей калия, натрия, магния. Бромиды металлов содержатся в морской воде, в воде некоторых озер и в подземных рассолах.

В организме человека содержание брома составляет 260 г на 70кг (0,00037 %). Следы данного элемента присутствуют почти во всех органах человека, но концентрирует его гипофиз. Эта железа выделяет специфический бромгормон, который управляет обменом веществ в организме.

Еще в прошлом веке врачи заметили, что небольшие дозы бромидов калия и натрия успокаивающе действуют на нервную систему, усиливают процессы торможения в коре головного мозга. Такими препаратами (их почему-то называют просто «бромом») стали лечить бессонницу, эпилепсию, коклюш.

Чистый бром – ядовит и токсичен. Соприкасаясь с живой тканью, он вызывает тяжелые ожоги и долго незаживающие язвы. Пары брома сильно раздражают слизистую оболочку глаз и дыхательных путей.

Это интересно.

Во время первой мировой войны некоторые органические соединения элемента № 35 использовались как боевые отравляющие вещества.

Висмут

Известен человеку с древних времен. Содержание его в земной коре составляет 0,00002 %. В природе:

Bi в свободном состоянии

Bi₂O₃ висмутовая охра

Bi₂O₃ висмутовый блеск

Обладает небольшим дезинфицирующим действием. С успехом применяется при желудочно-кишечных заболеваниях. Целительное действие при кожных заболеваниях оказывает дерматол – основная висмутовая соль галловой кислоты.

Серебро

Известно с древних времен. Содержание серебра в природе 10^-5 %. В некоторых местах оно встречается в самородном виде, но большую часть серебра получают из соединений. Самой важной рудой является серебряный блеск или аргентит – Ag₂S. В качестве примеси серебро присутствует почти во всех медных и свинцовых рудах.

Давно замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря при хронических циститах и уретритах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюктевитах. Нитрат серебра применяют для прижигания бородавок, грануляций и т.п. Прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра – альбуминатов.

Таллий

Открыт в 1861 году английским химиком У.Круксом. Таллий принадлежит к числу редких и в сколько-нибудь значительных концентрациях в природе не встречается.

Этот элемент является кумулятивным ядом. Под кумуляцией в медицине понимают накопление в организме веществ и вследствие этого усиление их действия. Токсичность соединений таллия принимают в четыре раза выше токсичности соединений мышьяка (III). Соединения таллия воздействуют на центральную нервную систему, на органы пищеварения и почки. Характерным признаком отравления таллием является выпадение волос. Первая помощь при отравлении – промывание желудка водой с активированным углем и 0,3%-ным раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. В медицине на основе соединений таллия готовят препараты для удаления волосяного покрова.

Кадмий

В 1817 году открыт в Германии Ф. Штромейером. Распространен как примесь в цинковых рудах. Содержание кадмия в земной коре составляет около 10^-5 %.

В теле человека массой 70 кг кадмия содержится в среднем 50 мг.

Кадмий опасен в любой форме: даже небольшие поглащенные дозы (порядка 30-40 мг) уже способны вызвать кадмиевое отравление, известное как болезнь итаи-итаи с характерными синдромами: поражение почек и нервной системы, нарушением функций половых органов, острыми костными болями в спине и ногах, нарушением функции легких.

Повышенные концентрации его наблюдаются в какао-порошке (до 0,5 мг/кг), почках животных (до 1 мг/кг) и рыбе (до 0,2 мг/кг). Содержание кадмия увеличивается в консервах из жестяной тары, так как кадмий переходит в продукт из некачественно выполненного припоя.

Это интересно.

На выпускаемых в последние годы известными фирмами электрических батарейках можно часто увидеть надпись «Cd free» - «Без кадмия». Таким образом фирмы отвечают на возросшие экологические требования, предъявляемые со стороны потенциальных потребителей.

Платина

Платина известна человеку с древних времен. В природе встречается в виде крупинок, всегда содержащих примеси других платиновых металлов. Содержание ее в земной коре оценивается всего в 5*10^-8 % (масс.).

В настоящее время широко развиваются исследования по изучению взаимосвязей между структурой комплексных соединений платины и их противораковой активностью. В результате проведенных исследований изучен механизм противоопухолевого действия соединений платины. С помощью меченых атомов было показано, что в основе противоопухолевой активностью платинового препарата лежит взаимодействие этого соединения с нуклеиновыми кислотами, приводящее к замедлению синтеза ДНК, содержащих «раковые последовательности нуклеотидов» (раковые гены), ответственные за синтез опухолевых клеток.

Дальнейшие поиски эффективных противораковых препаратов на основе соединений платины ведутся как в отдельных странах, так и в рамках международных соглашений.

Сурьма

Сурьма обычно встречается в природе в соединении с серой – в виде сурьмяного блеска или антимонита, Sb₂S₃ . Несмотря на то, что содержание сурьмы невелико в земной коре (0,00005 %), сурьма была известна с древних времен.

Очень давно в арсенале врачей находится «рвотный камень» - это соединение сурьмы. Его действие на организм описал в первой половине 17 века последователь знаменитого Теофраста Парацельса немецкий медик Адриан фон Минзихт.

Тантал

В 1802 году открыт в Швеции А. Экебергом. В земной коре его содержание по массе составляет 0,0002 %.

Тантал – тугоплавкий металл, химически чрезвычайно стойкий и в то же время совместим с тканями человека. Поэтому он незаменим в восстановительной хирургии. Например, проломы в черепе можно заменять танталовыми пластинами, а танталовыми нитями сшивают даже нервы.

Теллур

Открыт в 1782 году Ф.Мюллер фон Рейхенштейном (Венгрия). Принадлежит к числу редких элементов: содержание его в земной коре составляет всего 0,000001% (масс.). В природе он встречается обычно вместе с серой и селеном, но иногда без них, образуя соединения с золотом, серебром, медью и другими металлами.

Элемент № 52 и его соединения весьма токсичны. Они поражают нервную и ферментативную системы, пагубно влияют на кроветворные органы. Отравление организма соединениями теллура легко распознать: от человека на версту разит чесночным запахом алкилтеллуридов. В качестве профилактических мер в таких случаях употребляют аскорбиновую кислоту (витамин С), а в особо тяжелых случаях вводят морфий.

Радиоактивные элементы

Rn, U, Pu, Kr, Ra, Sr

Радиационный фон обусловлен природными и искусственными источниками. Основные природные источники:

- космические лучи,

- радионуклиды в горных породах, почве, подземных водах (уран, торий),

- радионуклиды в атмосфере (радон, полоний),

Основные искусственные источники:

- осадки после испытаний ядерного оружия,

- повышенная доза космического излучения, полученная при полете в самолете,

- рентгеновские лучи при медицинских обследованиях,

-радионуклиды, выбрасываемые в атмосферу атомными электростанциями и другими ядерными технологиями,

- источники внутри тела (см. рисунок)

По действующему радиационному стандарту, средний человек может безопасно получить до 170 мбэр за год.

Лейкемия или рак крови – наиболее быстро возникающий и наиболее часто встречающийся рак, связанный с радиацией. Могут встречаться и другие формы рака, а также заболевания сердца, катаракта (непрозрачные пятна на хрусталике глаза).

Это интересно:

Доказательства того, что высокие дозы радиации вызывают рак, были получены при обследовании шахтеров урановых рудников, жертв несчастных случаев и жертв бомбардировок Хирасимы и Нагасаки. Одним из первых печально известных случаев было радиационное поражение рабочих, изготавливающих светящиеся циферблаты у часов, содержащие радий.





Инструкции к практическим работам [1]

Практическая работа: «Определение содержания железа в продуктах питания»

При выполнении этой практической работы вы определите относительное содержание железа в различных продуктах. Железо находится в пище в ви­де ионов железа(2) и железа(3). Ионы железа(2) легче проникают в кровь через стенки кишечника, чем ионы железа(3). Поэтому средством против железодефицитной анемии почти всегда являются соединения железа(2). Обычно используется сульфат железа(2) FeSO₄.

Метод, положенный в основу данной практической работы, основан на крайне чувствительной реакции взаимодействия ионов железа(3) с тиоцианат-ионом SCN^-, приводящей к появлению ярко-красной окраски. Экспери­ментальные условия подбираются так, чтобы все ионы железа, присутствую­щие в образце, превратились в ионы железа(3).

Fe³⁺(водн.) + SCN^-(водн.) = Fe(SCN)²⁺ (водн.)

красная окраска

Интенсивность окраски определяется количеством присутствующих в ис­ходном растворе ионов железа (3). Метод настолько чувствителен, что заметное красное окрашивание появляется при содержании этих ионов в милли­онных долях. Вам выдадут стандартные растворы с известной концентрацией ионов железа(3). Количественное определение будет основано на визуальном сравнении интенсивности цвета анализируемого и стандартных растворов.

Для удаления органических веществ, мешающих проведению анализа, образцы продуктов питания прокаливают при высокой температуре. Органические соединения при этом сгорают с образованием воды и диоксида углерода. Минеральные соли, в частности соли железа, остаются в золе и затем растворяются в соляной кислоте.

Порядок работы

1. Положите в отдельные фарфоровые тигли по 2,5 г каждого из двух выданных образцов.

2. Поставьте один из тиглей на штатив и, не закрывая его, начните прокаливание тигля.

3. Прокаливание продолжайте до превращения образца в золу серовато-белого цвета. Следите, чтобы золу не сдуло потоком воздуха.

4. Отставьте в сторону горелку и дайте тиглю остыть на штативе.

5. Проделайте то же со вторым тиглем и дайте ему остыть.

6. Когда первый тигель остынет, перенесите всю золу в стакан емкостью не менее 50 мл. Добавьте в стакан 10 мл 2 М НС1 и интенсивно перемешайте в течение 1мин. Затем добавьте 5 мл дистиллированной воды.

7. Соберите прибор для фильтрования. Под воронку подставьте пробирку для сбора фильтрата.

8. Вылейте содержимое стакана на фильтр и соберите 5 мл фильтрата в пробирку. Остальной раствор и остаток на фильтре выбросьте.

9. Добавьте к фильтрату 5 мл 0,1 М раствора КSCN. Закройте пробирку пробкой, переверните и интенсивно перемешайте встряхиванием.

10. Сравните полученную окраску со стандартной. Удобно это делать на фоне листа белой бумаги.

11. Запишите примерные концентрации ионов железа в анализируемом растворе.

12. Выполните пункты 7 — 12 с другим выданным образцом.

13. Сравните результаты вашего анализа с результатами других групп;

запишите, сколько железа содержится в каждом из выданных образцов.

Вопросы

1. Набор стандартных окрашенных растворов позволяет определить соединения ионов железа в растворах, полученных после обработки выданных образцов. Как вы думаете, соответствуют ли полученные цифры содержанию железа в исходном образце?

2. Какой из исследованных в вашем классе продуктов питания богаче всего и какой беднее всего железом?

3. Какие элементы могут присутствовать в сухих остатках после прокаливания?