Добавлен: 11.01.2024
Просмотров: 162
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Курсовая работа
«Химия биогенных элементов»
Содержание:
| | Введение………………………………………………………. | 3 |
| Глава 1. | Общая характеристика биогенных элементов: | |
| 1.1. | Важнейшие биогенные элементы в среде и организме человека………………………………………………………… | 7 |
| 1.2. | Классификация биогенных элементов ……………………… | 8 |
| 1.3. | Токсичные и нетоксичные элементы. Положение их в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева……………………………………………………. | 9 |
| 1.4. | Закономерности распределения биогенных элементов по s-, p-, d-, f-блокам периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева………………………………….. | 10 |
| Глава 2. | Химические свойства и биологическая роль элементов: | |
| 2.1. | s-элементы ……………………………………………………. | 13 |
| 2.2. | p-элементы ……………………………………………………. | 16 |
| 2.3. | d-элементы ……………………………………………………. | 28 |
| Глава 3. | «Химия биогенных элементов» в учебной деятельности студентов в рамках дисциплины «Химия» | |
| 3.1. | Методическая разработка лабораторно-практического занятия по химии биогенных элементов……………………. | 33 |
| | Заключение……………………………………………………. | 40 |
| | Список информационных источников……………………… | 41 |
Введение
Многим химикам известны крылатые слова, сказанные в 40-х годах текущего столетия немецкими учеными Вальтером и Идой Ноддак, что в каждом булыжнике на мостовой присутствуют все элементы Периодической системы. Вначале эти слова были встречены далеко не с единодушным одобрением. Однако, по мере того как разрабатывались все более точные методы аналитического определения химических элементов, ученые все больше убеждались в справедливости этих слов.
Если согласиться с тем, что в каждом булыжнике содержатся все элементы, то это должно быть справедливо и для живого организма. Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Жизнь требует постоянного обмена веществ в организме. Поступлению в организм химических элементов способствуют питание и потребляемая вода. В соответствии с рекомендацией диетологической комиссии Национальной академии США ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне (табл. 1). Столько же химических элементов должно ежесуточно выводиться из организма, поскольку их содержания находятся в относительном постоянстве. [11]
Таблица 1. Суточное поступление химических элементов в организм человека
| Химический элемент (анион) | Суточное поступление, мг | |
| взрослые | дети | |
| K | 2000-5500 | 530 |
| Na | 110-3300 | 260 |
| Ca | 800-1200 | 420 |
| Mg | 300-400 | 60 |
| Zn | 15 | 5 |
| Fe | 10-15 | 7,0 |
| Mn | 2,0-5,0 | 1,3 |
| Cu | 1,5-3,0 | 1,0 |
| Mo | 0,075-0,250 | 0,06 |
| Cr | 0,05-0,2 | 0,04 |
| Co | Около 0,2 (витамин В12) | 0,001 |
| Cl | 3200 | 470 |
| PO43- | 800-1200 | 210 |
| SO42- | 10 | - |
| I | 0,15 | 0,07 |
| Se | 0,05-0,07 | - |
| F | 1,5-4,0 | 0,6 |
Однако, ученые не останавливаются на достигнутом. Они считают, что в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет определенную биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Тем не менее, по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов.
Проводя детальный анализ содержания элементов в земной коре и в живых организмах, Вернадский пришел к выводу, что качественный состав этих объектов близок. Он предполагал, что в живом организме когда-нибудь будут найдены все элементы периодической системы, обнаруженные в неживой природе Земли. Действительно, к настоящему времени в организме человека надежно установлено присутствие около 70 элементов периодической системы, эти элементы называют биогенными. [10]
Можно отметить, что в окружающей среде преобладают металлы, тогда как в живых организмах - неметаллы. Поступление элементов в живой организм из окружающей среды обусловлено следующими факторами:
-
Нахождением элемента в природе в доступной (обычно водорастворимой) форме; -
Способностью организма поглощать элемент; -
Способностью организма накапливать элемент.
Весьма интересен вопрос о принципах отбора природой химических элементов для функционирования живых организмов. Не вызывает сомнения, что их распространенность не является решающим фактором. Здоровый организм сам способен регулировать содержание отдельных элементов. При наличии выбора (пищи и воды) животные инстинктивно могут вносить лепту в это регулирование. Возможности растений в данном процессе ограничены. Сознательное регулирование человеком содержания микроэлементов в почве сельскохозяйственных угодий также одна из важных задач, стоящих перед исследователями. Знания, полученные учеными в этом направлении, уже оформились в новую отрасль химической науки - бионеорганическую химию. Поэтому уместно напомнить слова выдающегося ученого XIX века А. Ампера: "Счастливы те, кто развивает науку в годы, когда она не завершена, но когда в ней уже назрел решительный поворот". Эти слова могут быть особенно полезны тем, кто стоит перед выбором профессии. [9]
Лишь изучив прошлое организмов, их эволюцию и адаптацию к меняющейся биогеохимической среде обитания, мы сможем грамотно ориентироваться в настоящем, решать актуальные проблемы химии, биологии, экологии, медицины и проблемы, сопряженные с ними. В связи с этим возникает вопрос: почему некоторые элементы преобладают именно в живых организмах? Каковы должны быть химические свойства биогенных элементов и какую роль они выполняют в окружающей среде и организме человека?
Актуальность темы определила цели и задачи работы.
Цель: изучить биогенные элементы, их химические свойства и биологическую роль
Задачи:
-
Проанализировать литературу на тему: «Биогенные элементы: химические свойства и биологическая роль». -
Выявить основные характеристики, классификацию, химические свойства и биологическую роль биогенных элементов. -
Разработать методическую разработку (просто «разработать лабораторно-практическое занятие» или «предложить методическую …) лабораторно-практического занятия по дисциплине «Химия» на тему: «Биогенные элементы: химические свойства и биологическая роль».
Объект исследования: биогенные элементы.
Предмет исследования: химические свойства и биологическая роль биогенных элементов.
Структура работы: курсовая работа состоит из введения, трёх глав, 1 рисунка, 7 таблиц и заключения.
Глава 1. Общая характеристика биогенных элементов.
-
Важнейшие биогенные элементы в среде и организме человека.
Элементы необходимые организму для построения и жизнедеятельности клеток и органов, называют биогенными элементами. [10]
К биогенным металлам относят следующие 10: s-элементы Na, K, Mg, Ca; 3d-элементы Mn, Fe, Co, Cu, Zn и лишь один 4d-элемент - Mo. Многие другие металлы, кроме 10 упомянутых, также проявляют биогенные свойства, но их роль пока до конца не выяснена. Так как биогенные металлы обладают различными свойствами, в большинстве случаев отвечающими их положению в Периодической системе, то и биологические функции их различны. Так, ионы щелочных металлов, менее всего способные к образованию координационных связей, участвуют в создании электролитной среды организма, определяют процессы всасывания веществ из-за различий в осмотическом давлении в органах и тканях. Ионы Са2+, образующие плохорастворимые соединения, служат основой «несущих» систем организма: скелета, хрящей. Биометаллы являются центрами около 30% всех ферментативных систем. Так, легко гидролизующиеся металлы (Mg, Zn) участвуют в реакциях ферментативного гидролиза; металлы, проявляющие переменную валентность и переменное координационное число (Cu, Fe, Mo) регулируют многие окислительно-восстановительные процессы. [13]
Органы человека по-разному
концентрируют в себе различные химические элементы, т. е. микро- и макроэлементы неравномерно распределяются между разными органами и тканями. Большинство микроэлементов накапливается в печени, костной и мышечной тканях. Эти ткани являются основным депо (запасником) для многих микроэлементов. Элементы могут проявлять специфическое сродство по отношению к некоторым органам и содержатся в них в высоких концентрациях. Хорошо известно, что цинк концентрируется в поджелудочной железе; йод - в щитовидной; фтор - в эмали зубов; алюминий, мышьяк, ванадий накапливаются в волосах и ногтях; кадмий, ртуть, молибден - в почках и т. д. Данные по распределению (топографии) некоторых макро, и микроэлементов в организме чело века приведены на рис. 1. [1]
Р
ис. 1. Концентрирование некоторых химических элементов в органах, тканях и биожидкостях человека-
Классификация биогенных элементов.
В.В. Ковальский, исходя из значимости для жизнедеятельности. подразделил химические элементы на 3 группы.
1. Жизненно необходимые (незаменимые) элементы. Они постоянно содержатся в организме человека, входят в состав ферментов, гормонов и витаминов: H, O, Са, N, К, Р, Na, S, Mg, CI, С, I, Мn, Cu, Со, Fe, Zn, Мо. V. Их дефицит приводит к нарушению нормальной жизнедеятельности человека,
2. Примесные элементы. Эти элементы постоянно содержатся в организме животных и человека: Gа, Sb, Sr, Вr, F, В, Ве, Li, Si, Sn, Cs, Al, Ва, Ge, As, Rb, Рb, Ra, Bi, Cd, Cr, Ni, Ti, Ag, Th, Hg, U, Se. Биологическая роль их мало выяснена или неизвестна.
3. Примесные элементы (Sc, Tl, In, La, Pr, Sm, W, Re, Tb и др.). Обнаружены в организме человека и животных, данные о количестве и биологическая роль невыяснены.
Точно перечислить все биогенные элементы в настоящее время еще невозможно из-за сложности определения очень низких концентраций микроэлементов и установления их биологических функций. Для 24 элементов 6иогенность установлена надежно. Это элементы 1-й и некоторые элементы 2-й групп по Ковальскому. [1]
-
Токсичные и нетоксичные элементы. Положение их в периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева.