Натрий, калий, кальций, магний в организме человека: содержание, нормы потребления, биологическая роль. натрий, калий.. Реферат натрий, калий, кальций, магний в организме человека содержание, нормы потребления, биологическая роль
 Скачать 35.78 Kb.
|
|
ФГБОУ ВО ОрГМУ МИНЗДРАВА РОССИИ КАФЕДРА ХИМИИ РЕФЕРАТ Натрий, калий, кальций, магний в организме человека: содержание, нормы потребления, биологическая роль Выполнил: студент 1 гр. лечебного факультета Иванов П. С Проверил: Авшистер О. Д Оренбург, 2021 ОглавлениеВведение 1 1. Свойства элементов натрия, калия, кальция и магния 2 2. Норма потребления и содержание в продуктах 6 3. Биологическая роль 6 3.1 Биологическая роль натрия 6 3.2 Биологическая роль калия 9 3.3 Биологическая роль магния 11 3.4. Биологическая роль кальция 11 Заключение 13 Список используемой литературы 13 ВведениеНатрий (Na), калий (k), кальций (Ca) и магний (Mg) – элементы периодической системы имени Д. И. Менделеева, которые относятся к первым двум группам главной подгруппы, образуют простые вещества и ионы, играющие важную роль в организме человека. Данные элементы являются типичными представителями IA и IIA групп (щелочные и щелочноземельные элементы), поэтому их свойства являются типовыми. Актуальность заключается в том, что данные элементы являются жизненно важными элементами, кальций играет ключевую роль в любом мышечном сокращении, в первую очередь в сердце, натрий и калий формируют мембранный потенциал покоя, тем самым обеспечивая определенные клетки возбудимостью, магний отвечает за прочность и эластичность костей. Цель: изучить свойства и значение натрия, калия, кальция и магния в организме человека. Задачи: Выяснить химические и биологические свойства натрия, калия, кальция и магния; Выяснить нормы потребления натрия, калия, кальция и магния в организме человека; Изучить биологическую роль натрия, калия, кальция и магния в организме. 1. Свойства элементов натрия, калия, кальция и магнияЭлементные вещества - типичные металлы, обладающие блеском, высокой электрической проводимостью и теплопроводимостью, химически весьма активны. Как следует из электронных формул, элементы IА группы (Na, K) имеют на внешнем энергетическом уровне по одному s электрону. Элементы IIА группы (Mg, Ca) по 2 s электрона. Химические свойства s элементов IА и IIА групп сходны. s-элементы IА и IIА имеют относительно большие радиусы атомов и ионов. s-элементы IА и IIА групп легко отдают валентные электроны. Являются сильными восстановителями. С ростом радиуса атома в группах IА и IIА ослабевает связь валентных электронов с ядром, следовательно s-элементы этих групп имеют низкие значения Еи и Еср. к ẽ. Все щелочные и щелочноземельные металлы имеют отрицательные стандартные окислительно-восстановительные потенциалы, большие по абсолютной величине. Что также характеризует их, как сильных восстановителей. Восстановительные свойства возрастают закономерно с увеличением радиуса атома. Восстановительная способность увеличивается по группе сверху вниз. Для элементов IIА группы характерна большая, чем для элементов IА группы способность к комплексообразованию.s-элементы IА и IIА образуют соединения с ионным типом связи.Исключение составляет водород, для которого в соединениях даже с самыми электроотрицательными элементами характерна преимущественно ковалентная связь (например, фтороводород или вода). Частично ковалентный характер связи в соединениях имеет место у лития, бериллия и магния.Сравнение свойств элементов IА и IIА (комплексообразование, образование осадков) на примере Na, K и Mg, Ca Атомы элементов IА группы имеют по одному валентному электрону на s подуровне внешнего энергетического уровня. Это обуславливает проявление степени окисления +1.Все элементы IА группы сходны по свойствам, что объясняется однотипным строением не только внешней, валентной оболочки, но и предвнешней (исключение литий).С ростом радиуса атома в группе IА ослабевает связь валентного электрона с ядром. Соответственно, уменьшается энергия ионизации атомов. Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то энергия ионизации калия меньше, чем у натрия. В результате ионизации образуются катионы Э+, имеющие устойчивую конфигурацию благородных газов. Химическая активность металлов IА группы возрастает закономерно с увеличением радиуса атома и уменьшением их способности к гидратированию (чем меньше способность к гидратированию, тем активнее металл). Так как радиус атома калия больше, чем радиус атома натрия, то способность к гидратации для катиона калия будет ниже, чем для катиона натрия, а, следовательно, химическая активность катиона калия выше, чем у катиона натрия. Вследствие незначительного поляризующего действия (устойчивая электронная структура, большие размеры, малый заряд ядра) комплексообразование для ионов щелочных металлов малохарактерно. Вместе с тем, они способны образовывать комплексные соединения с некоторыми биолигандами (КЧ для натрия и калия может принимать значения 4 и 6). Способность образовывать донорно-акцепторные связи с соответствующими лигандами едва намечается у натрия. У калия имеется значительная тенденция к использованию имеющихся в атоме вакантных d-орбиталей. Например, образование комплексов калия с антибиотиком валиномицином. Валиномицин образует с калием прочные комплексы, связывание этого антибиотика с натрием очень незначительно. Большинство солей щелочных металлов хорошо растворимы в воде (исключение составляют некоторые соли лития). Атомы элементов IIА группы имеют по два валентных электрона на s подуровне внешнего энергетического уровня. В нормальном состоянии у атомов этих элементов нет неспаренных электронов, но при переходе атомов в возбужденное состояние один из s валентных электронов переходит на р-подуровень. Это обуславливает проявление степени окисления +2. Степени окисления больше +2 элементы IIА группы не проявляют. Несмотря на то, что число валентных s электронов у атомов IIА группы одинаково, свойства магния и кальция отличаются друг от друга. Это связанно с тем, что в атоме кальция, в отличие от атома магния, имеются свободные d-орбитали, близкие по энергии к ns орбиталям. Магний и кальций существенно различаются размерами атомов и ионов: металлический радиус атома Mg = 160 пм; металлический радиус атома Ca = 197 пм. кристаллический радиус иона Mg2+ = 74 пм; кристаллический радиус иона Ca2+ = 104 пм.. Больший размер иона кальция обусловливает и более высокое координационное число этого иона – КЧ (Ca2+) 6, 8, тогда как КЧ (Mg2+) – 6. Прочность комплексных соединений уменьшается по мере увеличения радиуса атома, следовательно, комплексные соединения магния будут более прочными, чем комплексные соединения кальция. Ион Mg2+ образует шестикоординационные соединения регулярной структуры. Ca2+ образует несимметричные комплексы. Кальций предпочтительно координируется с атомами кислорода, магний – с атомами азота. Многие соли щелочноземельных металлов малорастворимы в воде (малорастворимы CaF2, MgF2; практически не растворимы фосфаты кальция и магния). Причем с ростом порядкового номера растворимость солей снижается. Такой характер изменения растворимости солей играет важную роль в биологическом действии катионов этой группы. Уменьшение растворимости кальция фосфата и карбоната по сравнению с фосфатами и карбонатами магния является, по видимому, одной из причин формирования скелета всех живых организмов именно из этих соединений кальция. 2. Норма потребления и содержание в продуктахКалий: суточная норма потребления Для мужчин и женщин разных возрастов нормы потребления калия одинаковы.
Магний: рекомендуемые суточные нормы потребления
Кальций: рекомендуемые суточные нормы потребления
Натрий: рекомендуемые суточные нормы потребления
3. Биологическая роль3.1 Биологическая роль натрияСодержание натрия в организме человека массой 70 кг – около 60 г: 44% - во внеклеточной жидкости, 9% - во внутриклеточной. Остальное количество натрия находится в костной ткани – место депонирования иона Na+ в организме. В организме человека натрий находится в виде его растворимых солей: хлорида, фосфата, гидрокарбоната. Распределен по всему организму: в сыворотке крови, в спинномозговой жидкости, в глазной жидкости, в пищеварительных соках, в желчи, в почках, в коже, в костной ткани, в легких, в мозге. Натрий является основным внеклеточным ионом. Концентрация ионов Na+ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости. Ионы натрия играют важную роль в обеспечении постоянства внутренней среды человеческого организма, участвуют в поддержании постоянного осмотического давления биожидкости (осмотического гомеостаза). В виде противоионов в соединениях с фосфорной кислотой (Na2HPO4 + NaH2PO4) органическими кислотами натрий обеспечивает кислотно-основное равновесие организма. Ионы натрия участвуют в регуляции водного обмена и влияют на работу ферментов. Вместе с ионами калия, магния, кальция, хлора ионы натрия участвуют в передаче нервных импульсов. При изменении содержания натрия в организме происходят нарушения функций нервной, сердечно-сосудистой систем, гладких и скелетных мышц. Натрия хлорид NaCl – основной источник соляной кислоты для желудочного сока. Ионы натрия принимают участие в формировании разности потенциалов на мембране. Препараты натрия, применяемые в медицине Изотонический раствор – NaCl (0,9%) – для инъекций вводят подкожно, внутривенно и в клизмах при обезвоживании организма и при интоксикацях. Также применяют для промывания ран, глаз, слизистой оболочки глаза, также для растворения различных ЛП. Гипертонические растворы - NaCl (3-5-10%) – применяют наружно в виде компрессов и примочек при лечении гнойных ран. По закону осмоса применение таких компрессов способствует отделению гноя из ран и плазмолизу бактерий (антимикробное действие). 2-5% р-рNaCl назначают внутрь для промывания желудка при отравлении AgNO3. Ag(р) + Cl(р) → AgCl(т) Натрия гидрокарбонат NaHCO3 используют при заболеваниях, сопровождающихся ацидозом. Механизм NaHCO3 + RCOOH → H2O + CO2 + RCOONa RCOONa натриевые соли органических кислот в значительной мере выводятся с мочой, CO2 – покидает организм с выдыхаемым воздухом. NaHCO3 также используют при повышенной кислотности желудочного сока, язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки. NaHCO3 + HCl → H2O + NaCl + CO2 Имеет ряд побочных эффектов: NaHCO3 применяют в виде полосканий, промывания при воспалительных заболеваниях глаз, слизистых оболочек верхних дыхательных путей. В результате гидролиза NaHCO3 водный раствор имеет слабощелочные свойства. При воздействии щелочи на микробные клетки происходит их гибель. NaHCO3 + H2O → NaOH + CO2 + H2O Натрия сульфат Na2SO4*10H2O – применяют в качестве слабительного средства. Соль медленно всасывается из кишечника, что приводит к поддержанию повышенного осмотического давления в полости кишечника. В результате осмоса происходит накопление воды в кишечнике, содержимое его разжижается, сокращения кишечника усиливаются и каловые массы быстрее выводятся. Натрия тетраборат Na2B4O7*10H2O – применяется наружно как антисептическое средство для полосканий, спринцеваний, смазываний. Антисептическое действие аналогично NaHCO3, связано со щелочной реакцией среды в результате гидролиза. Na2B4O7 + 7H2O → 2NaOH + 4H3BO3 Радиоактивный изотоп 24Na в качестве метки применяют для определения скорости кровотока, используют для лечения некоторых форм лейкемии. 3.2 Биологическая роль калияСодержание калия в организме человека массой 70 кг – около 160 г.: 2% - во внеклеточной жидкости, 98% - во внутриклеточной. В организме человека калий находится: в крови, в почках, в сердце, в костной ткани, в сердце, в мозге. Калий является основным внутриклеточным ионом. Концентрация ионов К+ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости.Ионы калия играют важную роль в физиологических процессах – сокращении мышц, нормальном функционировании сердца, проведении нервных импульсов, обменных реакциях. Являются важными активаторами внутриклеточных ферментов. Действие Na+, К+-АТФазы и возникновение разности потенциалов на клеточных мембранах Многие важные биологические процессы осуществляются только при условии различного ионного и молекулярного состава внутри клеток и во внеклеточной жидкости. Концентрация ионов К+ внутри клетки примерно в 35 раз больше, чем во внеклеточной жидкости, концентрация ионов Na+ внутри клетки примерно в 15 раз меньше, чем во внеклеточной жидкости. Чтобы поддерживать такое распределение ионы калия должны перемещаться из внешней среды внутрь клетки, а ионы натрия – наоборот, поступать из клетки во внеклеточное пространство. Т.е. должен осуществляться перенос ионов из области с более низкой концентрацией в область с более высокой концентрацией. Самопроизвольно такой процесс протекать не может. Нормальное распределение ионов натрия и калия обеспечивается работой натрий-калиевых насосов. Работа этих насосов по переносу ионов против градиента концентрации и по поддержанию этого градиента требует большой затраты энергии, следовательно, сопровождается макроэргической реакцией гидролиза АТФ. За счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ три иона Na+ выводятся из клетки, а два иона К+ - поступают в клетку. В итоге на мембране клетки возникает разность потенциалов: наружная поверхность мембраны заряжается положительно, а внутренняя – отрицательно. 3.3 Биологическая роль магнияФормально относится к макроэлементам. Общее содержание в организме 0,027% (около 20 г). В наибольшей степени магний концентрируется в дентине и эмали зубов, костной ткани. Накапливается в поджелудочной железе, скелетных мышцах, почках, мозге, печени и сердце. Является внутриклеточным катионом. Концентрация ионов Mg2+ внутри клеток примерно в 2,5-3 раза выше, чем во внеклеточной жидкости. Во внутриклеточной жидкости АТФ и АДФ присутствуют, в основном, в виде комплексов MgАТФ 2- и MgАДФ 2-. Во многих ферментативных реакциях активной формой АТФ является комплекс MgАТФ 2. Препараты магния, применяемые в медицине MgO магния оксид – применяют в качестве антацидного средства при повышенной кислотности желудочного сока. MgO + HCl → H2O + MgCl2 MgCl2 – обладает легким послябляющим эффектом. MgO магния оксид (85%) и магния пероксид MgO2 (15%) "магний перекись". Применяют при кишечных расстройствах. MgSO4*7H2O магния сульфат (горькая соль) – в зависимости от дозы может обладать седативным, снотворным или наркотическим эффектом. Применяют и как слабительное. В качестве адсорбирующего и обволакивающего средства применяют тальк силикатное производное Mg2+ - 2 MgSiO3* Mg(HSiO3)2. 3.4. Биологическая роль кальцияОтносится к макроэлементам. Общее содержание в организме – 1,4%. Содержится в каждой клетке человеческого организма. Основная масса – в костной и зубной тканях. В костях и зубах взрослого человека около 1 г кальция находится в виде нерастворимого кристаллического минерала гидроксилапатита –Ca10(PO4)6(OH)2. Ионы кальция принимают активное участие в передаче нервных импульсов, сокращении мышц, регулировании работы сердечной мышцы, механизмах свертывания крови. Препараты кальция, применяемые в медицине Кальция хлорид CaCl2 – при отравлении солями магния, также оксалат- и фторид- ионами. Применение препарата в первом случае основано на взаимозамещаемости ионов кальция и магния в организме, во втором – на образовании нетоксичных малорастворимых соединений. Кальция карбонат CaCO3 – обладает антацидным и адсорбирующим действием, назначают внутрь при повышенной кислотности желудочного сока. Кальция сульфат CaSO4*1/2H2O – жженый гипс. Применяют для приготовления гипсовых повязок при переломах. Химическое сходство и биологический антагонизм натрия, калия, кальция и магния Сходство электронного строения ионов щелочных (натрий и калий) и щелочноземельных (магний и кальций) металлов и различия физико-химических характеристик определяет их действия на биологические процессы. Натрий и калий являются антагонистами. В ряде случаев близость многих физико-химических свойств обусловливает их взаимозамещение в живых организмах. Например, при увеличении количества натрия в организме усиливается выведение калия почками, наступает гипокалиемия. Магний и кальций являются антагонистами. Ионы кальция подавляют активность многих ферментов, активизируемых ионами магния. Антагонизм ионов кальция и магния проявляется еще и в том, что ион кальция является внеклеточным ионом. При длительном поступлении в организм избыточных количеств солей магния наблюдается усиленное выделение кальция из костной ткани. ЗаключениеОрганизм взрослого человека массой 70 кг содержит примерно 60 химических элементов из Периодической таблицы. Каждое вещество выполняет определённые функции, обеспечивающие слаженность работы всего организма. Знания о биологической роли, норме потребления и содержании в продуктах имеют огромное значение для будущих врачей. Также знания о механизмах действия данных элементов позволяют с точностью регулировать физиологические процессы в организме человека и предотвращать заболевания. Список используемой литературыКарапетьянц М.Х., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. М.: Химия, 2001. Скальный А.В., Рудаков И.А. Биоэлементы в медицине. М.: Мир, ОНИКС, АСТ. 2012; Глинка Н. Л. Общая химия 30-е изд., испр. - М.: 2003; Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — «Химия», 20014; http://xreferat.ru/108/503-1-elementy-s-bloka-periodicheskoiy-sistemy. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||