МОУ «Гимназия №4» 
 
 

                                  Реферат по химии 

«Химические элементы и организм человека»

                                                                                 
 
 
 

                         Выполнила: ученица 9 «А» Силакова В. 

                                                                    

                         Научный руководитель: Голеусова И.Н. 

               

                             2009 г.

                           План:

1. Введение
2. Основная часть
3. Заключение
4. Список литературы

 

 

                                                Введение

 

Рассматривая нахождение химических элементов на Земле, обычно принимают  во внимание три сферы «неживой»  природы: атмосферу, гидросферу, литосферу (первичную оболочку Земли) и четвёртую  сферу – область существования  живых организмов (биосферу).

Химический состав Земли, законы распространения и  распределения химических элементов, способы их сочетания, пути миграции и превращения химических элементов  изучает геохимия. Геохимия тесно  связана с химией, геологией и  минералогией; она опирается на химические законы и методы исследования. В  создание и развитие геохимии внесли вклад многие естествоиспытатели. Из советских учёных выдающимися геохимиками  были академики В. И. Вернадский, А. Е. Ферсман и А. П. Виноградов. По В. И. Вернадскому, который помимо огромного  вклада в геохимию ввёл понятия «биосферы» и «ноосферы», «биосфера – это  определённо организованная среда, переработанная жизнью и космическими излучениями и приспособленная  к жизни». Верхняя граница биосферы – тропосфера – находится на высоте 12 – 15 км, а нижняя – литосфера  – на глубине до 5 км. Следовательно, биосфера включает в себя нижнюю часть  атмосферы, всю гидросферу и верхнюю  часть литосферы. В. И. Вернадский установил  тесную связь между геохимическими процессами и жизнью живых организмов, что нашло отражение в создании им новой науки – биогеохимии. Он неоднократно подчеркивал, что геохимические  процессы и живые организмы образуют единый биогеохимический цикл. Проводя  детальный анализ содержания элементов  в земной коре и в живых организмах, Вернадский пришёл к выводу, что  в живом организме когда-нибудь будут найдены все элементы периодической  системы, обнаруженные в неживой  природе Земли. Действительно, к  настоящему времени в организме  человека надёжно установлено присутствие  около 70 элементов периодической  системы.

Земную кору составляет сравнительно небольшое  число элементов. Около 0,5 массы земной коры приходится на кислород, более 0,25 - на кремний. Всего 18 элементов: O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, Mg, H, Ti, C, Cl, P, S, N, Mn, F, Ba – составляют 99,8 % массы земной коры. В живом  организме преобладают 6 элементов: C, H, O, N, P, S – на которые приходится 97,4 % массы организма. Эти элементы называются органогенами. Можно отметить, что в земной коре преобладают  металлы, тогда как в живых  организмах – неметаллы.

Поступление элементов  в живой организм из окружающей среды  обусловлено следующими факторами:

1. нахождением элемента в природе в доступной (обычно в водорастворимой) форме;
2. способностью организма поглощать элемент;
3. способностью организма накапливать элемент.

Живые организмы  принимают активное участие в  перераспределении химических элементов  в земной коре. Минералы, природные  химические соединения образуются в  биосфере в различных количествах  благодаря жизнедеятельности различных  организмов (так называемого живого вещества). Примером геохимической  функции живого вещества является кальциевая функция, характерная для всех организмов, имеющих кальциевый скелет. Концентрируя кальций в своих телах, живые  организмы энергично извлекают  его из окружающей среды. Когда же организм отмирает, основной минеральной  составляющей остатка оказывается  кальциевый скелет , который, в свою очередь, возвращается в окружающею «неживую» среду.

Сопоставляя качественный состав земной коры, геосферы и биосферы (табл. 1), можно заметить, что элементарный состав живого вещества сильно отличается от такового для земной коры и ближе стоит к составу морской воды, исключая углерод и кальций. 

     Таблица 1.             Содержание элементов в земной коре, морской воде, 
                                              растениях и животных (в % по массе)

 

 

Возникает вопрос: почему некоторые элементы преобладают  именно в живых организмах? Каковы должны быть свойства этих элементов?

С химической точки  зрения, отбор элементов при формировании живых организмов сводится к отбору тех из них, которые способны к  образованию прочных, но в то же время  и лабильных связей. Эти связи  должны легко подвергаться как гомолитическому, так и гетеролитическому разрыву, а также циклизации. Именно поэтому  органоген №1 – углерод. Атомы  водорода и кислорода гораздо  менее лабильны, но они образуют устойчивую среду для соединений остальных элементов – воду –  и обеспечивают протекание окислительно-восстановительных  процессов. Атомы неметаллов N, P и S, а также металлов Fe, Cu Mo, отличаются особой лабильностью в образовании различных химических связей. Это связано с проявлением ими различных степеней окисления и коодинационных чисел. Сравнение химического состава живой и неживой природы можно закончить следующими словами известного учёного-философа Дж. Бернала: «Лабильные атомы S, P и Fe, которые претерпевают большие изменения в неорганическом мире, имеют главенствующее значение в биохимии; стабильные атомы Si, Al, Na, составляющие большую часть земной коры, играют второстепенную роль в живых организмах или отсутствуют вовсе».                                                                              Организм человека состоит на 60% из воды, 34% приходится на органические вещества и 6% - на неорганические. Основными компонентами органических веществ являются углерод, водород, кислород, в их состав входят также азот, фосфор и сера. В неорганических веществах организма человека обязательно присутствуют 22 химических элемента: Ca, P, O, Na, Mg, S, B, Cl, K, V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Cr, Si, I, F, Se.

Например, если вес человека составляет 70 кг, то в  нем содержится (в граммах): кальция - 1700, калия - 250, натрия - 70, магния - 42, железа - 5, цинка - 3.

Таблица 2. Суточное поступление химических элементов в организм человека

 

Рис.1      Элементы в организме человека. 
 
 
 

 

 

                                       Основная  часть

 
                                       Основная  часть 

Ученые договорились, что если массовая доля элемента в  организме превышает 10^-2%, то его следует считать макроэлементом. Доля микроэлементов в организме составляет 10^-3–    10^-5%. Если содержание элемента ниже 10^-5 %, его считают ультрамикроэлементом. Конечно, такая градация условна. По ней магний попадает в промежуточную область между макро- и микроэлементами. Рассмотрим самые важные для человека химические элементы более детально. 

Макроэлементы. 

К макроэлементам относятся K, Na, Ca, Cl. Например, при весе человека 70 кг, в нём содержится (в  граммах ): кальция – 1700, калия – 250, натрия– 70.  

                                                 КАЛЬЦИЙ и МАГНИЙ 

В организме  человека содержится 1000-1200 г кальция, 99% - включено в костную ткань, дентин, эмаль зубов, а 1% играет исключительно важную роль как внутриклеточный кальций, кальций крови и тканевой жидкости. Понятно, что кальций играет важнейшую роль в формировании костей. Для включения кальция в костную ткань необходимы витамин D, фосфаты, магний, цинк, марганец, аскорбиновая кислота и другие факторы. Кальций участвует в процессах передачи нервных импульсов, обеспечивает равновесие между процессами возбуждения и торможения в коре головного мозга, участвует в регуляции сократимости скелетных мышц и мышцы сердца, влияет на кислотно-щелочное равновесие организма, активность рада ферментов.

Кальций необходим  для функционирования клеточных  мембран, работы ядерного аппарата клетки, способствует стабилизации тучных клеток и тормозит высвобождение гистанина, уменьшая тем самим проявления аллергических  реакций, болевого синдрома и воспалительных процессов. Он является фактором свертываемости крови. Снижает холестерин крови. Участвует  в формировании иммунного ответа. Необходимо подчеркнуть особую роль кальция как фактора внутриклеточной сигнализации.

Дефицит кальция:

Недостаточное поступление кальция в организм усиливает выведение кальция  из костей в кровь, вызывая деминерализацию  костей и остеопороз. Существенно  повышается потребность в нем  у беременных и кормящих женщин.

Применяют для  профилактики остеопороза, регуляции  функционирования ЦНС, при недостаточной  функции паращитовидных желез, аллергических  заболеваниях (сывороточная болезнь, крапивница, ангионевротический отек, сенная лихорадка), для уменьшения сосудистой проницаемости (геморрагический васкулит, явления  лучевой болезни, воспалительные и  экссудативные процессы), при кожных заболеваниях (экзема, псориаз), при  хроническом гепатите, токсических  поражениях печени, в качестве кровоостанавливающего  средства при кровотечениях, как  противоядие при отравлении солями щавелевой и фтористой кислот. 

В организме  взрослого человека содержится около 25 г магния, главным образом в костях в виде фосфатов и бикарбоната. Физиологическая функция магния обусловлена его участием в качестве кофактора в ряде важнейших ферментативных процессов. Магний является структурным компонентом широкого круга (приблизительно 300) ферментов, в т. ч. АТФ-зависимых ферментов. Этим определяется системное влияние магния на энергетические процессы во всех органах и тканях, прежде всего, активно энергопотребляющих (сердце, нервная система, работающие мышцы). С этим связан широкий спектр фармакологической активности магния.  
Он обладает кардиопротекторным действием, оказывая благоприятное влияние на сердце при нарушении ритма, ИБС, в т.ч. при инфаркте миокарда, улучшая кислородное обеспечение миокарда, ограничивая зону повреждения. Одновременно, магний проявляет сосудорасширяющее действие и способствует снижению артериального давления.  
Магний является антистрессовым макроэлементом, оказывает нормализующее действие на состояние нервной системы и ее высших отделов (особенно в сочетании с витамином В6) при нервном напряжении, депрессиях, неврозах. При сахарном диабете магний предотвращает сосудистые осложнения и в сочетании с цинком, хромом, селеном улучшает функцию бета-клеток поджелудочной железы. При заболеваниях органов дыхания способствует расширению бронхов и снятию бронхоспазма. В обоих случаях магний является важным фактором терапии (в сочетании с основными средствами).  
Магний оказывает положительное влияние на состояние репродуктивной системы. У беременных женщин магний предотвращает недостаточность развития плода (вместе с фолиевой и пантотеновой кислотами), развитие гестозов, преждевременные роды и выкидыши. Во время менопаузы у женщин обеспечивает снижение отрицательных проявлений этого состояния .