Металлы. Документ (15). Металлы биогены. Работу
 Скачать 57.51 Kb.
|
|
Металлы - биогены. Работу выполнила Ученица 10 А класса Г.Ставрополь МБОУ «СОШ 44» Золотухина Екатерина План: 1. Введение 1.1. Цель проекта. 1.2. Актуальность заданной темы. 1.3. Задачи. 2. Теоретическая часть. 2.1. История возникновения металлов – биогенов. 2.2. Классификация металлов – биогеннов. 2.2.1. Классификация биогенных металлов по периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева (химическая классификация). 2.2.2. Классификация биогенных металлов Владимира Ивановича Вернадского. 2.2.3. Классификация биогенных металлов Владимира Владиславовича Ковальского. 2.3. Металлы – биогены в растительных организмах. 2.3.1. Признаки месторождений полезных ископаемых 2.3.2. Растения – рудознатц 2.3.3. Влияние металлов на окраску растений 2.4. Металлы – биогены в животных организмах. 2.5. Металлы – биогены в организме человека. 2.5.1. Содержание в организме человека различных металлов 2.5.2. Содержание металлов в картофеле. 2.5.3. Распределение железа в организме человека, % 2.5.4. Содержание железа в основных продуктах питания. 2.6. Польза и вред. 3. Экспериментальная часть. 3.1. Определение содержания железа в яблочном соке. 3.2. Определение содержание катионов железа в домашнем соке. 3.3. Определение содержания катионов кальция в воде. 4. Вывод. 1. Введение 1.1. Цель проекта: Ознакомление с металлами – биогенными. Изучить их строение, состав и классификации. 1. 2. Актуальность заданной темы: Я считаю, что тема моего проекта «Металлы – биогены» актуальна, так как наши с вами будущее зависит от нашего здоровья, который находится в руках биогенных металлов. 1.3. Задачи: Изучить историю и классификацию металлов – биогеннов. Изучить содержание металлов в организме. Сформировать пользу и вред металлов в организме. Провести эксперименты. Сделать выводы. 2. Теоретическая часть. 2.1. История возникновения металлов – биогенов. Металлы–биогены или биогенные металлы – это металлы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определённое биологическое значение. О том, что в организме содержатся металлы, науке было известно давно. Но их исключительное значение для живой природы открылось не сразу. Сегодня твёрдо установлено, что для живых существ необходимы, по крайней мере, 10 металлов. Это железо, медь, магний, кобальт, цинк, марганец, молибден, натрий, калий и кальций. Их называют металлами жизни. Эти элементы входят в состав всех живых организмов и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. Содержание большинства из них в организме ничтожно. Но отсутствие хотя бы малого количества любого такого микроэлемента приводит к недугам.Успехи аналитической химии и спектрального анализа расширили перечень биогенных металлов: находят всё новые металлы, входящие в состав организмов в малых количествах (микроэлементы), и открывают биологическую роль многих из них. В.И. Вернадский считал, что все химические элементы, постоянно присутствующие в клетках и тканях организмов в естественных условиях, вероятно, играют определённую физиологическую роль. Многие металлы имеют большое значение только для определённых групп живых существ. Содержание тех или иных металлов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи (в частности, для растений – от концентрации и растворимости тех или иных почвенных солей), экологических особенностей организма и других факторов. При нарушении поступления в организм того или иного биогенного элемента возникают заболевания – биогеохимические эндемии.Все живые организмы на Земле, в том числе и человек, находятся в тесном контакте с окружающей средой. Пищевые продукты и питьевая вода способствуют поступлению в организм практически всех химических элементов, часть из которых – металлы–биогены. Количество биогенных металлов и их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы. Экспериментально установлено, что в организме человека металлы составляют около 3% (по массе). В живом организме не только присутствуют металлы, но и каждый из них выполняет какую–то биологическую функцию. На данном этапе развития цивилизации выявляется биологическая роль всё большего числа биогенных металлов. Изучает химический состав и структуру металлов–биогенов, содержащихся в живых организмах, пути и способы регуляции их метаболизма, а также энергетическое обеспечение процессов, происходящих в клетке и организме, наука биохимия. В настоящее время мы являемся свидетелями техногенного биохимического процесса необыкновенного масштаба, когда во всевозрастающих количествах металлы выбрасываются в атмосферу, поступают в природные воды, в почву, в организм человека и в другие живые организмы. Повышенная заболеваемость детей и взрослых строго приурочена к загрязнению мест проживания. В настоящее время в Свердловской области выявлено более 40 тыс. га загрязнённых земель. Зоны влияния промышленных предприятий на окружающую среду достигают 20 км. Например, почвы Кировграда содержат меди и цинка в сотни, а в некоторых местах в тысячи раз выше допустимых уровней. В городе Красноуральске концентрация меди, цинка, свинца в почве превышает ПДК (предельно допустимую концентрацию). Заболеваемость детей, проживающих вокруг медеплавильных и алюминиевых производств, в 1,5–2,0 раза выше по сравнению с городами, где таких производств нет. Но при избытке или недостатке определённого металла–биогена в организме могут возникать различные патологии. 2.2. Классификация металлов – биогеннов. 2.2.1.Классификация биогенных металлов по периодической системе Дмитрия Ивановича Менделеева (химическая классификация.)
Химическая классификация биогенных элементов основана на принципе периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева. Физические, химические и биологические свойства биогенных элементов зависит от их позиции в периодической системе химических элементов. Эти химические элементы поделены на 4 группы: s-элементы. К этой группе относятся химические элементы, которые необходимы для организма человека, а некоторые являются жизненно важными элементами (незаменимыми) [10]. Примерами таких элементов являются калий, кальций, магний, натрий, литий. p-элементы. Это те элементы, которые содержатся в организме человека постоянно и они необходимы для нормальной жизнедеятельности и функциональности всех систем организма [10]. Примерами таких элементов являются йод, алюминий, кремний, германий, мышьяк, селен, бром, бор, углерод, азот, фтор, фосфор, сера, хлор. d-элементы. Это такие химические элементы, которые являются жизненно необходимыми для организма человека. Примерами таких элементов является марганец, железо, цинк, медь, кобальт. Кроме этого, некоторые d-элементы не проявляют положительного влияния, и эти элементы участвуют в биохимических процессах организма [10]. Примерами таких элементов являются молибден и др. f-элементы. Это химические элементы, содержащиеся в очень маленьких количествах и наличие многих их них не известно. Эти элементы являются токсичными, поэтому попадание этих элементов в организм может привести к неблагоприятным последствиям. Примером таких элементов являются ртуть, никель и другие элементы[10]. В данной работе будут рассматриваются тяжѐлые металлы, биогенные свойства которых важны для живых организмов и могут оказывать отрицательное или положительное влияние, то это будут металлы, находящиеся в d-группе и f-группе. К d-элементам относятся 32 элемента периодической системы, которые находятся с 4 по 7 большие периоды. Характерной особенностью этих химических элементов является неравномерное медленное возрастание атомного радиуса с увеличением числа электронов. Схожие химические свойства обусловлены тем, что d- элементы способны образовывать различные комплексные соединения с разнообразными лигандами. Самым важным свойством для d-элементов является переменная валентность, которая обуславливает разнообразие степеней окисления. Эта черта элементов связана с незавершенностью d-электронного уровня. В связи с этим свойством, такие элементы называются переходными. Поэтому, существование d-элементов в разных степенях окисления обеспечивает им большой спектр окислительно- востановительных свойств. Вследствие этого многие элементы этих периодов проявляют свойства металлов, из-за чего они обладают наибольшей биологической активностью, способствуют ровному ходу биохимических реакций, и большинство d-элементов являются жизненно необходимыми . Примерно 1/3 всех микроэлементов, которые содержатся в организме человека, приходится на d-элементы. В организме они находятся в виде комплексных соединений или ионов. Поэтому, в свободном виде эти металлы в организме не существуют. В биохимических реакциях d-элементы проявляют себя как металлы-комплексообразователи с низкой степенью окисления. Они образуют металлоферменты, биоорганические комплексы, белковые комплексы . В кислых растворах кислородсодержащие анионы d-элементов, имеющие более высокую степень окисления, чем у ионов металлов, проявляют только кислотные и окислительные свойства, образуя кислоты и оксиды. Таким образом, d-элементы могут проявлять свойства металлов; кроме этого элементы этих групп могут образовывать различные соединения, которые будут нести свойства определенных элементов; а также некоторые из элементов являются токсичными по своей природе. Класс биогенных элементов делится на биогенные металлы и биогенные неметаллы. Так как тяжѐлые металлы являются биогенными элементами, то будет рассматриваться разделение этих металлов на группы, общие характеристики и их представители. Тяжѐлые металлы находятся с 4 по 6 периоды и разделены на 7 групп. Все они являются биогенными химическими элементами, и металлы, которые расположены в одной группе, обладают общими свойствами, характерными для определенной группы, но также эти элементы имеют свойства, присуще конкретно им. Рассмотрим характеристики групп химических элементов: 1. Элементы группы IБ. В группе IБ (также эту группу называют группой меди) расположены переходные металлы Cu, Ag, Au, для которых рактерен такой феномен как «проскок» или «провал» электронов. Данное явление характеризуется тем, что один из двух свободных s-электронов переходит на d-подуровень, что показывает неравномерность распределения внешних электронов [13]. Вследствие этого явления металлы этой группы могут формировать соединения, где степень окисления будет +1, +2, +3. Поэтому для меди наиболее характерны степени окисления +1, +2, для серебра - +1, для золота - +1 и +3. Кроме этого, эти металлы располагаются в электрохимическом ряду после водорода, как они имеют слабые свойства к восстановлению. Поэтому в природе медь, серебро и золото встречаются в виде самородков. Также, химические элементы этой группы участвуют в биологических процессах. Например, медь может соединяться со сложными белками, образовывая окислительно-востановительных ферменты. Серебро может взаимодействовать с белками и аминокислотами, образуя нерастворимые комплексы. Золото же может формировать неустойчивые соединения, и поэтому они распадаются в тканях живого организма. Биологическое значение элементов данной группы уменьшается в следующей последовательности Cu – Ag – Au. 2. Элементы группы IIБ. В этой группе находятся цинк (Zn), кадмий (Cd), ртуть (Hg). У данных элементов этой группы предпоследний электронный слой заполнен, поэтому неспаренных (валентных) электронов нет, что является фактором постоянства и определяет особенности химических свойств элементов. Поэтому все d- элементы IIБ-группы имеют степень окисления +2. Но в данном случае есть исключение: ртуть, образуя димеры, имеет степень окисления +1, так как ртуть стоит в данной группе в ряду электроотрицательности на последнем месте, что способствует возрастанию неметаллических свойств. Кроме того, металлы этой группы представляют собой амфотерными элементами, то есть они проявляют как основные, так и кислотные свойства, что является особенностью и влияет на химические процессы. К тому же, данные химические элементы могут создавать соединения, как с ионными, так и с ковалентными химическими связями.Они являются хорошими комплексообразователями. В свою очередь, эти элементы токсичны. Их токсичность растет в следующей последовательности элементов Zn | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||