Металлы-биогены

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.

Я считаю, что тема моего проекта «Металлы–биогены» актуальна, так как наше с вами будущее зависит от нашего здоровья, которое находится в руках биогенных металлов.

Цель проекта – изучить металлы, входящие в состав живых организмов и их значение в процессах жизнедеятельности; выяснить, какое влияние оказывает избыток или недостаток биогенных металлов для организмов; развить практические навыки к самостоятельной постановке химического эксперимента, а также овладеть начальными знаниями техники и методики научного исследования.

Для того чтобы осуществить данную цель, я ставлю перед собой следующие задачи:

1. Собрать и систематизировать информацию о биогенных металлах.

2. Изучить содержание металлов, входящих в живые организмы.

3. Сформировать представление о биологической роли металлов для живых организмов.

4. Овладеть простейшими приёмами химического анализа на катионы металлов.

Результатом моего проекта будут являться презентация «Металлы–биогены», буклет «Металлы жизни» и пособие по химии и биологии «Роль металлов в организме человека».

Металлы–биогены

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.

Содержание металлов в организмах, в мг на 100г сухого вещества

Химический Растения Животные Бактерии элемент морские наземные морские наземные

Ca 1000 1800 150-2000 20 – 8500 510

Mg 520 320 500 100 700

Na 3300 120 400-4800 400 460

K 5200 1400 500-3000 740 11500

Fe 70 14 40 16 25

Cu 1 1,4 0,4 – 5 0,24 4,2

Zn 15 10 0,6 – 150 16 –

Cd 0,04 0,06 0,015-0,3 ≤0,05

Sr 26 – 140 2,6 2 – 50 1,4

Mn 5,3 63 0,1 – 6 0,02 3

Co 0,07 0,05 0,05-0,5 0,003

Ni 0,3 0,3 0,04-2,5 0,08

Cr 0,1 0,023 0,02-0,1 0,0075

Mo 0,045 0,09 0,06-0,25 <0,2

V 0,2 0,16 0,014-0,2 0,015 0,55

Al 6 50(0,05-400) 1,5 0,4 – 10

Be 0,0001 <0,01 – 0,00003-

-0,0008

Ba 3 1,4 0,02-0,3 0,075

Li 0,5 0,01 0,1 <0,002

Rb 0,74 2 2 1,7

Cs 0,007 0,02 – 0,0064

Ti 1,2 – 8 0,1 0,02 – 2 <0,02

Ga 0,05 0,006 0,05 <0,0006

Ag 0,025 0,006 0,3 – 1,1 0,0006 (?)

Au 0,0012 <0,00005 - 0,00003- 0,000023(?)

- 0,0002 -0,0008

Hg 0,003 0,0015 – 0,0046

Zr ≤2 0,064 0,01 – 0,1 <0,03

Sn 0,1 <0,03 0,02 – 2 <0,015

Sb – 0,006 0,02 0,0006

La 1 0,0085 0,01 0,00001

W 0,0035 0,007 0,00005-

-0,005 (?)

Pb 0,84 0,27 0,05 0,2

Bi – 0,006 0,004-0,03 0,0004

U – 0,0038 – 0,0013

Hf <0,04 <0,001 – 0,004

Металлы, постоянно содержащиеся в организмах млекопитающих, по их изученности и значению можно разделить на 3 группы.

Биогенные металлы в организме млекопитающих.

Группы элементов

I II III

незаменимые роль мало выяснена роль неизвестна

Ca Sr Li

K Cd Cs

Mg Be Al

Z, Ni Ba

Fe, Cr

Некоторые другие металлы также обнаружены в составе тех или иных организмов, но концентрация их в тканях и органах и их биологическая роль не изучены.

Металлы в растительных организмах

Металлы могут встречаться не только в теле человека и животного, но и в растительных организмах. Исключительно велика их роль в жизни растений, так как каждый из металлов выполняет свою биологическую роль.

Очень интересны биологические свойства металлов, которые находятся в химически связанном, окисленном состоянии в составе сложных молекул, например хлорофилла. Без него не может быть фотосинтеза – протекающего в листьях растений фотохимического процесса, который обуславливает жизнь на Земле. Хлорофилл выполняет две функции: создаёт сложные органические вещества и обогащается энергией. Благодаря хлорофиллу ежегодно на Земле происходит усвоение 200 млрд т углекислоты, что даёт 100 млрд. т органических веществ и около 145 млрд. т свободного кислорода. Благодаря фотосинтезу сформировалась современная атмосфера и появились условия для образования биосферы.

Однако нужно обратить внимание на то, что некоторые металлы, которые накапливаются в растениях, могут причинить гибель животным и человеку. Например, опасно употреблять в пищу плоды растений, растущих вдоль автострад. Эти растения накапливают огромные дозы свинца. После того как свинец был обнаружен в молоке коров, которые паслись возле шоссе, и в детском питании, произведённом из него, в большинстве стран Европы запретили устраивать пастбища в придорожной зоне.

Биогенный металл Биологическая роль

Железо Fe3+ Активно аккумулирует железо водная флора: сине–зелёные водоросли, тростник, хвощ и др. В морских водорослях его концентрация составляет 70 мг/кг сухого вещества, а в наземных растениях – 14 мг/кг сухого вещества. При содержании этого металла в деревьях происходит уменьшение высоты и сомкнутости. В состав хлорофилла входит железо. Если отнять железо у растений, они потеряют свои краски. Хлорофилльные зёрна не смогут строить зелёный лист. Растение, растущее в растворе без железа, будет бесцветно. Если же бесцветные листья местами помазать раствором железа, то эти места позеленеют. В зелёных овощах, таких как шпинат, салат, капуста, этого металла много. Зелень любого листа – это растительная кровь, потому что только из растений животное получает железо. Чем больше окрашены растения, тем больше в них железа. Розовая вишня содержит вполовину меньше железа, чем чёрная вишня. Очищенный лесной орех содержит одну треть железа неочищенного ореха. Светло-зелёный капустный лист в шесть раз беднее железом, чем тёмно–зелёный.

Присутствие гемоглобина в клубеньках бобовых растений придаёт им красноватую или розовую окраску. В отличие от гемоглобина животного происхождения растительный назвали леггемоглобином. В нём гем образуется в бактериальных клетках, а глобин – в растительных.

При содержании лития у полыни происходит замедление роста, искривление стебля.

При содержании алюминия листья растения скручиваются. Возникают на листьях белые пятна.

При содержании циркония происходит омертвение тканей листьев.

При высоком содержании меди в розе лепестки становятся голубыми, даже чёрными; трава, содержащая её, становится чахлой, деревья не растут на земле с богатым содержанием этого металла. Некоторые гвоздики и виды мхов растут как раз лучше там, где избыток меди. Ядовитое действие (в больших концентрациях) меди на низшие растительные организмы

Литий используют для борьбы с грибками, паразитирующими на культурных растениях (яблонях, винограде и др. ). Медь повышает

Li+ действие ферментов, ускоряет многие процессы в организме растений. При недостатке её в почве на листьях растений появляются белые пятна, останавливается их рост; у зерновых слабо или даже совсем не развивается колос.

Алюминий При содержании цинка происходит хлороз листьев, распространяющийся от верхушки к основанию листа. Этот металл

Аl3+ повышает действие ферментов, ускоряет процессы в организмах растений, играет огромную роль в переносе углекислоты, укрепляет теплостойкость ферментов и усиливает их активностью в малых дозах. При недостатке цинка рост растений

Цирконий задерживается. Больше всего концентрируют цинк виноград, груши, апельсины. Много его в помидорах, салате, луке.

Zr Своеобразными же рекордсменами в этом отношении являются грибы.

Ионы калия влияют на процесс фотосинтеза и рост растений.

При содержании бария у берёзы появляется зеленоватая окраска древесины.

Молибден повышает действие ферментов, ускоряет процессы в организмах растений. Особенно его много в бобовых растениях, где он концентрируется в клубеньках и способствует фиксации азота клубеньковыми бактериями, повышая продуктивность в два раза.

Магний входит в состав хлорофилла: при среднем содержании его в хлорофилле около 2% в растениях Земли связано примерно 100 млрд. т магния! Установлено, что магний–порфириновый комплекс, именуемый хлорофиллом, связан с белком и способен возбуждаться под действием света. Это его основная особенность.

Марганец повышает действие ферментов, ускоряет процессы в организмах растений. Избыток его придаёт цветам красную и

Цинк розовую окраску, не свойственную им в обычных условиях.

Германий входит в состав хвойных деревьев, морской травы. Содержание его невелико – около 100 г на 1 т золы.

Натрий присутствует в тканях растений, однако роль этого металла изучена ещё не до конца.

Молибден

Марганец

Германий

А могут ли растения рассказать о металлах? Могут. Например, растения могут указывать на месторождения тех или иных руд. В «Уральских сказках» П. П. Бажов писал о волшебных цветах и разрыв–траве, открывающих людям кладовые золота, железа, меди. Растения, которые указывают на наличие рудных месторождений, учёные называют геологами или рудознатцами. Оказалось, что по внешнему виду или химическому составу некоторых растений можно судить, какие руды залегают в местах их произрастания. В очень малых количествах растения накапливают металлы, они нужны живому организму, без них растение заболевает. Однако крепкие растворы тех же металлов действуют на многие растения как яд. Поэтому в районах месторождений металлических руд почти вся растительность гибнет. Остаются только деревья и травы, которые могут выдержать накопление в своём организме больших количеств какого–либо металла. Таким образом, можно определить места, где нужно искать полезные ископаемые.

Признаки месторождений полезных ископаемых

Месторождение Признаки

Меди Безлесные, травянистые пустоши

Хрома Прогалины в растительном покрове

Железа Угнетенная древесная растительность

Платины Отсутствие растительного покрова

Иногда при повышенном содержании в почве металлов растения принимают несвойственную им карликовую форму. Например, смолевка, «пьющая» свинцовую воду, вырастает маленькой и коренастой, её листья и стебли становятся тёмно–красными, а цветки – мелкими и невзрачными. Если полынь холодная растёт над месторождением лития, она кажется недоростком со своим искривлённым стеблем, мелкими, ненормально сизыми листьями. Повышенное количество бериллия приводит к изменению формы ветвей у сосны, а избыточное содержание в почве алюминия можно обнаружить по укороченным корням и скрученным листьям растений.

Однако бывает и наоборот. В некоторых районах нашей страны можно встретить гигантские осины, листья которых достигают 30 см. Как флаги, трепещут гигантские листья на гигантских черешках. Это свидетельствует о насыщении воды торием – значит, под почвой залегает месторождение редких металлов.

На почвах, в которых более 3% извести, растут растения–кальцелюбы (например, качим). Во Франции, возле Орлеана, почва бедна известью, но в лесу обнаружили полоску вьюнка, который обычно поселяется на известковых почвах. Стали копать землю и нашли построенную ещё римлянами дорогу, выложенную известняком. Средневековые рудокопы Чехии и Германии знали, что галмейская фиалка указывает на близость цинковых руд. В золе этой фиалки содержится до 4% оксида цинка, т. е. во много раз больше, чем в золе обычных растений. Установлено, что бородавчатая берёза накапливает в себе марганец, а зола американского ореха может содержать до 37% алюминия.

Растения – рудознатцы

Растение Полезные ископаемые

Эриогонум Серебро

Пахучая гвоздика Золото

Жимолость Золото, серебро

Анютины глазки, фиалка галмейская Цинковые руды

Хвощ полевой

Вьюнок, миндаль, карликовая вишня Золото

Известь ( Са ) Известь

В Финляндии в золе берёзы нашли медь и никель, затем обнаружили богатые залежи этих металлов. Норвежские геологи по мхам обнаружили залежи меди. Зола растений Кызылкумов над рудными зонами богата стронцием, барием, литием, бериллием и др. В золе полыни, растущей в районе золоторудного месторождения, накапливается до 100 г золота на тонну.

Повышенное содержание в почве некоторых металлов изменяет обычную для растений окраску цветов и листьев.

Влияние металлов на окраску растений

Металл Окраска растений

Cu Синие и голубые тона

Mn Розовая и красная

Ni Обесцвечивание цветов

Fe Яркие желто–зелённые листья

Zn Лимонный цвет листьев эшшольции

Так, избыток меди вызывает появление синих и голубых тонов: лепестки роз голубеют. Если много марганца, то он придаёт цветам красную и розовую окраску, не свойственную им в обычных условиях. Никель обесцвечивает цветы.

В горах Армении найдены красивые махровые маки с чёрными пятнами на ярко–красных лепестках. Под маками оказалось месторождение молибдена, который и «нарисовал» чёрные узоры. Молибден способны накапливать софора и лядвенец.

Поэтому геологи, прежде чем начать подземные работы, очень внимательно изучают растительность, делают аэрофотосъёмку, составляют карты распространения растений и по ним определяют места предполагаемых рудных месторождений.

Таким образом, роль металлов в растительных организмах очень велика.

Металлы в животных организмах

Развивая учение о биосфере, В. И. Вернадский установил, что химический состав организмов связан с химическим составом земной коры, при этом организмы определённых видов имеют особенности химического состава, которые так же характеризуют их как морфологические и физиологические признаки. Химический состав организмов связан с их эволюцией, в процессе которой они выработали способность к избирательному поглощению из среды определённых химических элементов и концентрации их в определённых органах и тканях.

Живые организмы вообще и морские обитатели в частности обладают способностью накапливать в себе различные металлы. Важную роль в развитии организмов и регуляции процессов их жизнедеятельности играют широко распространённые катионы и анионы: калия, натрия, кальция, магния, лития, железа, меди, цинка, а также других ионов, которые присутствуют в очень небольших, но достаточных для сбалансированного обмена веществ количествах.

Потребность организма в минеральных веществах зависит от ряда физиологических состояний. Например, растущий организм животного нуждается в усиленной доставке с пищей солей кальция. При этом чрезвычайно важно не только его достаточное количество, но и определённое соотношение его в пище.

Большую роль играет кальций в жизни животных. Он необходим для построения скелетов. Этот металл резко преобладает над другими металлами по своей концентрации в организмах в среднем составе живого вещества. В среднем количество кальция в живом веществе приближается к его среднему количеству в земной коре; это единственный металл, который концентрируется в организмах и выделяется в них в виде карбонатов, фосфатов. Кальций присутствует во всех тканях и жидкостях животных, а его ионы оказывают влияние практически на все процессы, протекающие в клетке, способствуют свёртыванию крови, регулируют проницаемость клеточных мембран, стимулируют передачу нервного импульса, являются основными участниками механизма мышечного сокращения. Особенно большое значение для обогащения организма ионами кальция имеет питьевая вода. Особая роль принадлежит кальцию в механизме мышечного сокращения.

Как многим известно, железо входит в состав крови, а точнее в состав гемоглобина. Он связан в теле животного с определёнными тельцами – эритроцитами, которые представляют собой глубоко изменённые клетки.

Там где требуется интенсивная доставка кислорода организму, природа обращается к железу. Оно входит в состав гемоглобина. Кислород присоединяется к гемоглобину с помощью этого металла. Если отнять железо у животных, они потеряют свои краски. Кровяные тельца не смогут больше создавать красный пигмент – гемоглобин.

Не у всех животных организмов кровь красная. Впрочем, есть и исключения. В крови кальмаров, улиток, ракообразных и пауков растворён дыхательный пигмент гемоцианин, содержащий вместо железа медь. При переносе кислорода кровь, а вернее гемолимфа этих животных окрашивается в голубой цвет, а у некоторых червей – в зелёный.

Бактерии, являющиеся кормом малощитинковых червей, также концентрируют железо. Далее осуществляется передача его по трофическим цепям к более высокоорганизованным существам. Интенсивная деятельность железобактерий приводит к тому, что железо в водоёмах не рассеивается, а окисляется и концентрируется в донных отложениях.

Натрий активно участвует в минеральном обмене в организмах животных, поддерживает нормальную возбудимость мышечных клеток. Недостаток этого металла у животных проявляется только при очень низком содержании его в пище (0,002%). Он сопровождается поражением глаз, нарушением роста, стерильностью.

В биологических процессах, протекающих в организмах животных, большую роль играет кобальт. У животных он входит в состав гемоглобина крови, и фибрин крови является кобальтовым белком. Образование гемоглобина связано с наличием в печени витамина В12, который содержит в своём составе 4,5% кобальта. Этот металл усиливает образование крови: количество гемоглобина и эритроцитов крови животных увеличивается. Он также усиливает основной обмен и образование мышечных белков. Необходимый животным кобальт, содержит витамин В12, который образуется в желудочно–кишечном тракте животных, по–видимому, при участии микроорганизмов. Животное, получающее кобальт, менее восприимчиво к инфекционным заболеваниям. Продуктивность животных (удои молока, прирост живого веса) резко увеличивается.

Медь оказывает большое влияние на кроветворение животных, а также влияет на тканевое дыхание. При недостатке её в растениях, которыми питается скот, у больных животных убывает количество гемоглобина в крови и происходят значительные изменения в головном и спинном мозгу. Это выражается в потере аппетита, в нервных страданиях, ухудшении общего состояния.

Цинк, входящий в состав ферментов, принимает участие в образовании желудочного сока, бикарбонатов поджелудочной железы и слюны, а у птиц – в построении яичной скорлупы. С возрастом содержание соединений цинка в теле животных увеличивается. В относительно больших количествах цинк входит в состав гипофиза животных и некоторых гормонов и ферментов. Много цинка содержится в печени, поджелудочной железе и в почках. Он имеет большое значение для размножения животных.

В жизни животных огромное значение имеет марганец. Больше всего содержится его в печени животного, меньше всего – в лёгких. Этот металл, как показали опыты, усиливает рост и размножение некоторых животных. Положительно влияет марганец на процессы кроветворения у животных, причём увеличивается количество красных кровяных шариков и процент гемоглобина в крови. Самым важным в действии марганца является его участие в окислительно-восстановительных процессах, протекающих в организмах животных. Увеличивается потребление кислорода. Благоприятно марганец действует и на обмен углеводов.

Но также как и у человека, у животных могут тоже возникать различные патологии из–за избытка или недостатка определённого металла. Недостаток калия вызывает патологические изменения в органах животных.

Металлы в организме человека

Если бы мы, подобно средневековым алхимикам, захотели создать искусственным путём человека, то для этого надо было бы применить от 30 до 40 разных химических элементов, около 25 которых – это металлы. Роль металлов в организме человека очень и очень высока. Каждый металл своеобразен и каждый выполняет свою функцию. Металлы в организме человека самые различные – кальций, калий, натрий, магний, железо Их трудно перечесть, и человек должен лично заботиться и знать о своём организме, так как также как и у растений и животных он очень чувствителен к недостатку, а тем более к отсутствию в пище тех или иных металлов.

Содержание в организме человека различных металлов

(массовые доли даны в %) литий – 0, 0001, натрий – 0,03, калий – 0,025, кальций – 0, 14, магний – 0, 05, железо – 0,001, марганец – 0,000001 алюминий – 0,001 цинк – 0, 001.

Основным источником поступления металлов в организм человека являются пищевые продукты, так как если мы съедаем какой–либо продукт, то все металлы, содержащиеся в нём, попадают в наш организм. В пример я могу привести картофель, содержащий в своём составе около девяти металлов.

Содержание металлов в картофеле.

Металл Содержание, мг на 100 г сырого продукта

Fe 30,0

Cu 16,5

Al 1,05

Mo 0,026

Co 0,015

Ni 0,026

В жизни человека большую роль играет КАЛЬЦИЙ. В организме взрослого человека больше 1 кг кальция (Са2+) в виде соединений: фосфата кальция (Са3(РО4)2) – 80% и карбоната кальция (СаСо3) – 13%. Это основные минеральные вещества костей скелета. Ионы кальция присутствуют во всех тканях и жидкостях организма. Кальций необходим для нормальной работы клеточных мембран и мышц, участвует в процессах свёртывания крови. Питание мясом, картофелем и белым хлебом, в которых содержится мало кальция, вызывает недостаточность кальция в организме. В противоположность этим продуктам богаты кальцием фрукты, капуста, брюква, особенно же молоко. Сладости бедны кальцием. Если варить пищу в мягкой воде, то кальций переходит из продуктов в воду. При варке очищенного картофеля теряется и то малое количество кальция, которое в нем имеется. Чем мягче вода, тем больше уходит в нее кальция из пищи. Из народов меньше всего потребляют кальций китайцы, которые главным образом питаются рисом, бедным кальцием. К тому же они варят его в мягкой воде и поэтому часто прибавляют в неё немного гипса. В Кантоне питаются кашей из гороховой муки и тоже прибавляют гипсовую болтушку. Медицина широко использует соединения кальция как лекарства при рахите, воспалительных и аллергических заболеваниях.

Без соединений ЖЕЛЕЗА мы не смогли бы прожить. В биологических системах железо связано с органическими веществами. В миоглобине и гемоглобине встроены ионы Fe2+ , в каталазах и ферментах – Fe3+. В цитохромах железо поочерёдно переходит из одного валентного состояния в другое.

Гемоглобин – красный пигмент крови человека. Состоит из белка (глобина) и железопорфирина (гема). На одну молекулу глобина приходится 4 гема, а каждый гем содержит 1 атом железа. Гемоглобин переносит кислород от органов дыхания к тканям и углекислый газ от тканей к дыхательным органам. Степень окисления иона железа не изменяется при соединении комплекса с кислородом, при этом образуется оксигемоглобин. Схема процесса:

О2 + гемоглобин оксигемоглобин

Равновесие смещается в правую сторону в лёгких, в левую – в клетках.

Миоглобин – глобулярный белок, запасающий кислород в мышцах человека. На одну молекулу белка приходится один гем, содержащий 1 атом железа.

Цитохромы (дыхательные ферменты) – сложные белки, осуществляющие в живых клетках перенос электронов и водорода (в результате обратимого изменения валентности атома в геме) от окисляемых органических веществ к молекулярному кислороду. При этом образуется богатое энергией соединение – аденозинтрифосфат (АТФ).

Основная масса железа, содержащегося в организме человека, находится в крови – в эритроцитах – определяет цвет крови и участвует в процессе газообмена. В мышцах тоже находится железо и встречается оно в виде белка миоглобина, который определяет цвет мышц. Гемоглобин переносит не только кислород, но и углекислый газ, миоглобин запасает только кислород.

С возрастом содержание железа в тканях увеличивается. Всосавшееся в желудочно–кишечном тракте железо транспортируется кровью к тканям с помощью белка трансферрина. Каждая молекула трансферрина связывает два иона Fe3+. В реакции участвует бикарбонат – ион, который упрочняет связь между ионами железа и белком трансферрином. Недостаток трансферрина приводит к нарушению обмена железа. Когда связывающая способность трансферрина исчерпывается, Fe(OH)3 осаждается в крови.

Ферритин – ещё один железосодержащий белок, в котором на одну молекулу белка проходится до 4500 атомов железа. Он находится в печени, селезёнке, костном мозге. Этот белок запасает и мобилизует железо в организме. Освобождение железа из ферритина сопряжено с восстановлением ионов Fe3+ до Fe2+.

Период нахождения железа в организме человека превышает 10 лет, так как железо, содержащиеся в гемоглобине, при разрушении эритроцитов практически не выводится из организма, а рециркулируется печенью.

Было также установлено, что старение организма сопровождается увеличением количества железа в ДНК. Было обнаружено, что под действием витамина С трёхвалентное железо ДНК переходит в двухвалентное, которое уже не влияет на старение. Если не хочешь стареть, принимай витамин С !

Распределение железа в организме человека, %

Возраст человека Костный мозг Мышцы Печень, селезёнка Эритроциты

Новорожденные, дети раннего возраста 1 7–9 10–12 80

Дети старшего возраста, взрослые

1 20–22 12–14 65

Примечание. За 100% принимается масса всего железа в организме человека.

У здорового человека каждые сутки вырабатывается 2000 млрд эритроцитов, а за жизнь – 5*1023, масса которых 500 кг. Чтобы приготовить 0,5 т эритроцитов нужно 0,5 кг железа. В организм железо поступает с пищей.

У человека, страдающего недостатком железа, развивается малокровие, или железодефицитная анемия. Бледность – первый симптом анемии. Малокровие надо лечить препаратами железа, именно железо как общеукрепляющее средство было известно древним китайцам, египтянам и грекам. Железо следует покупать не в аптеке, а в магазине.

Содержание железа в основных продуктах питания

Продукт питания Содержание железа, мг/100 г

Халва тахинная 26,0

Морская капуста 16

Соя 15,0

Какао–порошок 14,8

Печень говяжья 8,4

Гречиха 8,3

Фасоль 6,4

Петрушка 6,0

Овсянка 4,5

Шоколад 3,5

Хлебные изделия 3,0

Говядина 3,0

Изюм 2,7

Земляника 2,6

Яйцо 2,5

Груша 2,3

Яблоки 2,2

Тунец 2,0

Макароны 1,5

Сок шиповника 1,4

Телятина 1,1

Свёкла 1,0

Сельдь 1,0

Редис 1,0

Гранатовый сок 1,0

Смородина 0,9

Курица 0,7

Рыба 0,5

Творог 0,5

Яблочный сок 0,3

Апельсиновый сок 0,3

Молоко 0,07

В пищевых продуктах содержится трёхвалентное железо, а клетки кишечника пропускают только двухвалентное. Минуя пищевод и попав в кишечник, Fe+3 восстанавливается в Fe+2. Усваивается 2–20% железа, причём из продуктов растительного происхождения – 2–8%. Если человек плохо пережёвывает пищу, Fe+3 не восстанавливается и остаётся недоступным. На усвоение влияет и состав пищи. Fe+3 в присутствии витамина С и фруктозы легко растворяется и усваивается. Но есть враги железа – чай, кофе, яичные желтки. В их присутствии железо образует трудно растворимые соединения. Во избежание хронического отравления железом, содержащимся в пище, установлены значения его ПДК.

Продукты ПДК, мг/кг

Масло, маргарин, жиры 5,0

Овощи свежие 5,0

Мясо 50,0

Рыба 30,0

Хлеб 50,0

Молоко 3,0

Крупа, зерно 3,0

Специи 10,0

Некоторая часть железа хранится про запас, оно может храниться долго – до тех пор, пока оно срочно не потребуется организму, например, при потере крови. Тогда запасное железо используется для синтеза гемоглобина.

Экспериментально доказано, что у здоровых мужчин и женщин однократный приём умеренной дозы алкоголя вызывает усиленное выделение через кишечник железа, алюминия, цинка, что приводит к дефициту этих металлов в организме.

Медики пользуются солями ЛИТИЯ для лечения болезней, связанных с отложением солей мочевой кислоты, – соли лития (за исключением фторида, карбоната и фосфата) хорошо растворимы и способствуют рассасыванию болезненных отложений. Необходимо иметь в виду, что во всех случаях медицинского применения важно соблюдать строгую дозировку, так как соединения лития могут оказать токсическое действие. Биологическая функция ионов лития в здоровом организме пока не ясна. Однако имеются сведения, что введением его в организм удаётся лечить одну из форм маниакально–депрессивного психоза.

НАТРИЙ активно участвует в минеральном обмене в организме человека. Он содержится в эритроцитах крови – красных кровяных тельцах, в сыворотке, пищеварительных соках, играет важную роль в водно–солевом обмене и поддержании кислотно–щелочного равновесия.

Для чего же нужен хлорид натрия (NaCl), почему всегда подчёркивают его большое значение? Во–первых, он необходим человеку и животным как одна из составных частей пищи. Полное исключение хлорида натрия из рациона может привести к гибели организма. Такая угроза редко возникает – и растительная, и животная пища всегда содержит хлорид натрия. Однако в растительной пище преобладают соли калия, и поэтому травоядные животные чаще испытывают недостаток соли, чем хищные. В корм скоту добавляют соль, а дикие травоядные, например олени, отыскивают солончаковые почвы и слизывают выступающие на поверхность отложения соли. Итак, ясно, что хлорид натрия нужен и даже необходим организму человека. Но во всём надо соблюдать меру, а в дозировании соли это особенно важно. Человеку вполне достаточно 5–10 г поваренной соли в сутки; превышение этой нормы грозит серьёзными последствиями. Доказано, что систематическое употребление пересолённой пищи неизбежно ведёт к расстройству деятельности почек и повышению кровяного давления, т. е. к гипертонии – тяжёлому и опасному заболеванию.

В организме ионы натрия действуют очень часто совместно с ионами калия, но, как это ни странно, почти всегда в противоположных направлениях. Если какой либо фермент – биологический катализатор – для своей работы нуждается в ионах натрия, то ионы калия подавляют его активность и, соответственно, наоборот. Внутри клетки повышено содержание ионов калия, снаружи – ионов натрия. Такое распределение необходимо для нормальной жизнедеятельности клеток. Имеется только один фермент (способствующий освобождению энергии из аденозинтрифосфорной кислоты), который для своей работы требует участия ионов калия и натрия. Он находится в оболочке – мембране клетки и «снаружи» активируется ионами калия и тем способствует их вхождению в клетку, а «изнутри» – ионами натрия, облегчая тем самым выведение натрия из клетки.

Оба иона принимают участие в распространении нервного импульса по нерву. Если конец нерва подвергнуть какому–либо раздражению, то в нерве возникает короткий импульс тока. Сказывается, что при этом внутри нерва вовсе не движутся электроны, как это происходит при движении тока в металлических проводниках. Нервное волокно грубо можно представить себе в виде трубочки, стенки которой обладают различной проницаемостью по отношению к ионам натрия и калия. При раздражении проницаемость стенок (мембран) «трубочки» по отношению к ионам натрия возрастает, ионы натрия устремляются внутрь быстрее, чем ионы калия выходят оттуда, и на поверхности волокна возникает отрицательный заряд (там не хватает катионов). После этого с соседних участков наружной поверхности волокна к месту, где появился отрицательный заряд, движутся ионы натрия из соседней зоны. В этой зоне появляется избыточный отрицательный заряд, а в первой восстанавливается равновесие. Так, электрический импульс движется по нерву в результате перемещения ионов натрия в направлении, перпендикулярном волокну.

Для нормального функционирования клеток, как видно, необходимо присутствие обоих катионов (а также ещё кальция и магния).

Также натрий входит в состав многих лекарственных препаратов: питьевая сода, норсульфазол.

Сейчас уже доказана необходимость ЦИНКА для функции эндокринных желёз, для синтеза белков, в участии механизма клеточного деления. Выясняется серьёзная роль этого металла в развитии диабета, цирроза печени, лейкемии и атеросклероза. Кроме того, цинку принадлежит важная роль в развитии скелета. Цинк обнаружен в инсулине, в гормоне поджелудочной железы.

Патологические действия металлов

Неблагоприятное влияние недостатка какого–либо элемента можно устранить искусственным изменением концентрации недостающих соединений. Но при дальнейшем увеличении содержания этого элемента – необходимого и полезного – вновь возникают сбои в функционировании организма. Появляются аномалии развития и обмена веществ, нарушается правильная деятельность тех или иных органов, возникают эндемические заболевания, уродства.

Ионы тяжёлых металлов – кадмия, ртути, свинца, олова, висмута, особенно таллия, попадая по вине промышленных предприятий в почву и воду, а затем в наш организм, становятся поражающим фактором, отравляют организм.

Кобальт. Малая концентрация кобальта в организме приводит к анемии, эндотермическому зобу, недостаточному синтезу или отсутствию витамина В12. При высокой концентрации угнетается выработка витамина В12. В организм попадает в виде пыли через органы дыхания. Возможно действие на кожу. Накапливается в костях, печени, селезёнке, поджелудочной железе. Вызывает острые дерматиты с появлением красных пятен, сильные отёки, кашель и одышку.

Медь. При малых концентрациях возможны анемия и заболевания костной системы, а избыток меди поражает печень, вызывая желтуху. Источники бытовых отраслей – пища, приготовленная и охлаждённая в медной посуде, бобовые растения, обработанные медным купоросом (эти культуры накапливают медь). Этот металл накапливается в печени, вызывает тошноту, рвоту, понос, проявляется зелёной каймой на дёснах и зелёной окраской волос. Недостаток меди сказывается на эластичности сосудов.

Цинк – «Двуликий Янус». Он стимулирует деление клеток и заживление поражённых тканей, но в то же время способствует и образованию раковых клеток.

Кадмий – бомба замедленного действия. В окружающую среду рассеивается вместе с суперфосфатом и фунгицидами. Он – спутник широко применяемого цинка и всегда присутствует в изделиях, содержащих цинк. В атмосферу кадмий попадает при сжигании изделий из пластмассы, куда его добавляют в состав красителей. В организме человека кадмий накапливается в почках, при его избытке развивается болезнь «итай–итай». Это искривление и деформация костей, сопровождающееся сильными болями, необычайная хрупкость и ломкость костей. Снижает активность пищеварительных ферментов, нарушает функции поджелудочной железы, углеводный обмен. Кадмий повышает кровяное давление и обладает канцерогенными свойствами. В течение жизни его содержание в почках может увеличиваться в 100–1000 раз. Особенно быстро к критическому порогу приходят курильщики. Курение приводит к нарушению функций почек, болезням лёгких и костей. К несчастью, растения табака жадно аккумулируют кадмий из почвы. Одна сигарета содержит 1,2–2,5 мкг кадмия, в организм с ней попадает 0,1–0,2 мкг. Однако кадмий регулирует уровень сахара в крови. Попадает в организм в виде аэрозолей через органы дыхания. Вызывает внутренние кровотечения, воспаления почек, жировое перерождение почек и сердца, поражение костной системы, нарушение обмена кальция и фосфора. При острых отравлениях наблюдается отёк лица, языка, ушных раковин.

Ртуть. В книге Гарсиласо де ла Вего есть строки: «Короли инков знали о ртути и восхищались её подвижностью и движением, однако они не знали, что можно из неё и с помощью неё делать. Они не нашли полезного действия ей в своих службах. Скорее они почувствовали, что ртуть причиняет вред жизни тех, кто её добывал и занимался ею, ибо они видели, что она вызывала у них дрожь и потерю сознания. По этой причине они запретили законом добывать и вспоминать о ней; и индейцы выполнили это столь усердно, что даже имя её было стёрто в их памяти и исчезло из языка».

Ртутной интоксикации подвергались не только те, кто прибывал в вечной и бесплодной погоне за призрачным золотом, но и мастера, имеющие дело с золотом реальным, например, при огневом способе золочения церковных куполов и дворцовых шпилей. Подготовленные для сборки кровли медные листы покрывали тонким слоем раствора золота в ртути и затем медленно подогревали на жаровнях с раскалёнными угольями. Ртуть отгонялась, а золото осаждалось на листах. Именно таким способом золотили кресты и купол Исаакиевского собора. Золочение было трехкратным. Оно проводилось на открытом воздухе, но, несмотря на это, ядовитыми испарениями ртути отравилось несколько десятков рабочих.

При вдыхании паров ртути она концентрируется в мозге. Возникают нервно–психические нарушения, головокружение и постоянные головные боли, а также снижается память, расстраивается речь, возникает скованность, общая заторможенность.

В 1953 г. более ста жителей японского городка заболели странной болезнью. У них появились конвульсии. Судороги сводили мышцы. Наиболее тяжёлые случаи заканчивались полной слепотой, параличом, безумием, смертью. Оказалось, что они употребляли в пищу морскую рыбу, которая была напичкана ртутью, сбрасываемой химическим предприятием (ртуть в основном накапливается в голове рыбы).

Ртуть поражает ЦНС, сосредотачивается в почках, нарушая их деятельность; также накапливается в клетках мозга и оболочке рта.

Мировое производство ртути – 10 тыс. тонн в год. Ртуть также выделяется в атмосферу при выплавке руд цветных металлов, производстве цемента и сжигании угля.

Но вот интересный факт: ртуть обнаружена в молекулах ДНК. Возможно, она участвует в передаче наследственной информации.

Свинец. «Кто бессильной воды изопьёт – вовсе ослабеет». Такая вода возможна не только в сказке. Сто лет, с 1633 по 1737 г. , царский дворец в Москве снабжался водой из свинцового водопровода. Свинцовая вода не обладала ни цветом, ни вкусом, ни запахом. Царь Алексей Михайлович и его сыновья – Фёдор Алексеевич и Иван V – были физически плохо развиты и страдали слабоумием.

Вплоть до XIX века главным источником свинца, попадавшего в организм жителей Европы, была оловянная посуда. Свинец специально добавляли в литьё для улучшения качества оловянных изделий.

Свинцовые белила применялись и в живописи, и как «бытовая краска». Этой краской часто пользовался Франциско Гойя – на её основе он получал излюбленные серые тона. Гойя тяжело болел. Он был разбит параличом, его изнуряли припадки, галлюцинации.

От свинцовых белил больше всего страдали те, кто был занят их производством. «Эх, братцы, какого человека свинец съел: ведь три года тому назад он не человек был – сила был: лошадь одной рукой садиться заставлял» - писал В. А. Гиляровский.

Некоторые авторы считают, что свинец, поступивший при дыхании, в 10–100 раз токсичнее того, который поступал через желудок. Автомобиль – главный источник воздушного загрязнения. Свинец поступает в кровь и соединяется с эритроцитами, так происходит отравление крови и всего организма. При сгорании 1 л горючего в воздух попадает 200–400 мг свинца.

Свинец, каким бы путём ни поступал в организм, главным образом аккумулируется в костях. Интересное исследование выполнено в Польше. Концентрация свинца в скелете людей, живших в средние века, в 10 раз больше, чем в костях современных людей. Наблюдения за подопытными обезьянами показали, что увеличение содержания свинца в крови в 2 раза вызывает острую стрессовую ситуацию. 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 слоёв общества происходило постоянное накопление чрезмерных количеств свинца – это подтвердили исследования захоронений того времени.

А ведь даже малые концентрации свинца в организме ведут к снижению умственных способностей. В Германии были проведены исследования, которые наглядно доказали, что у детей, которые долго жили вблизи производств, использующих свинец, умственные способности значительно ниже, чем у их сверстников из экологически чистых районов. Один из немецких исследователей видит симптомы свинцового отравления в росте преступности, характерном для современных больших городов. Горожане, живущие в близи автомагистралей с интенсивным движением, подвергаются риску аккумулировать в своём 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 тыс. машин в день), приблизительно в девять раз чаще заболевали раком, чем жившие на расстоянии 400 м от того же шоссе.

Свинец явился причиной гибели английского полярного исследователя адмирала Джона Франклина. Отправившись в 1845 г. в своё последнее плавание, сэр Франклин и его команда из 130 человек погибли по неизвестной причине. В 1981–1986 гг. антропологи произвели эксгумацию останков и исследовали возможные причины смерти участников 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 каннибализма) 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.

Источники бытовых отравлений свинцом – недоброкачественная луженая, эмалированная, фарфорово–фаянсовая и глиняная посуда, покрытая лазурью, питьевая вода (свинцовые трубы), нюхательный табак, завёрнутый в свинцовую бумагу, этилированный бензин. Этот металл накапливается в костной ткани, печени, почках. Ядовит, вызывает изменения в нервной ткани и кровеносных сосудах. Острое отравление сопровождается сильными болями в области живота или в суставах, судорогами, галлюцинациями, страшными сновидениями, потерей сознания.

Марганец. Действует на организм через органы дыхания. Поражает ЦНС, почки, органы кровообращения и лёгкие. Острое отравление приводит к смерти. Накапливается в печени.

Хром. Действует на слизистые оболочки, вызывая прободение носовой перегородки. Вызывает головную боль, слабость, похудение, диспепсию, дерматиты, гепатит, бронхиальную астму.

Таллий. Ядовиты все соединения. При острых отравлениях наблюдается потеря сознания, тонические судороги, параличи. Типичны облысения, расстройство функций желудка, рвота, боли в суставах, воспаления почек. Поражает периферическую нервную систему, желудочно–кишечный тракт и почки. Таллий – биологический конкурент калия из–за сходства между ионами, накапливается в волосах, костях, почках и мышцах. Характерный признак отравления таллием – выпадение волос.

Никель. Поражает лёгкие, кожу, наблюдаются носовые кровотечения, гиперемия зева, прободение перегородки носа. Вызывает рак лёгких.

Ванадий. Попадает в организм в виде пыли или аэрозоля. Вызывает аллергию, риниты, конъюнктивиты, фарингит, бронхит, лёгочные кровотечения. Поражает кровеносные сосуды. Ванадий снижает уровень холестерина в крови.

Увеличение концентрации тяжёлых металлов в окружающей среде увеличивает число мутаций, передающихся по наследству. Мутанты подвержены порокам физического и умственного развития. За нарушение генофонда мы отвечаем перед будущими поколениями.

Сбалансированность обмена веществ и состояние здоровья человека во многом зависят от свойств окружающей среды. В то же время био- и геохимическая неоднородность среды обуславливает различия, иногда весьма существенные, в процессах обмена веществ между окружающей средой и организмом в различных регионах. В ряду свойств внешней среды, имеющих большое значение для здоровья людей, на одном из первых мест стоит минеральный состав почвы.

Другим важным фактором, провоцирующим любую эндемию, является режим питания и обуславливающие его специализация сельского хозяйства и система снабжения населения продуктами питания.

Наконец, возникновение биогеохимических эндемий зависит от способа жизни населения – оседлости или миграционной подвижности. В последнем случае изменчивость геохимических условий и особенности питания снижает вероятность возникновения заболеваний.

Экспериментальная часть

Одним из основных источников поступления металлов в организм человека является водопроводная вода. Чтобы узнать, какие металлы содержатся в питьевой воде, я обратилась в «Центр гигиены и эпидемиологии г. Ирбита». Изучив протоколы лабораторных испытаний, я узнала, что в нашем городе проводится еженедельный количественный анализ проб питьевой воды. Качество воды определяется по тридцати двум показателям, в том числе и на наличие металлов (железо, медь, цинк, свинец, кадмий, никель, марганец, хром (+6), хром (+3) и алюминий).

Цель: развить практические навыки к самостоятельной постановке химического эксперимента, а также овладеть начальными знаниями техники и методики научного исследования; научиться определять содержание катионов металлов железа (Fe2+, Fe3+), кальция (Са2+) в исследуемых растворах.

Задачи: Овладеть простейшими приёмами химического анализа на катионы металлов (Са2+, Fe2+, Fe3+); проанализировать полученные результаты и сделать выводы.

Определение содержание катионов железа (Fe3+ и Fe2+) в водопроводной воде.

Цель: определить содержание катионов железа (Fe3+ и Fe2+) в водопроводной воде.

Задачи: познакомиться и овладеть методиками качественного определения железа в воде, провести опыты, показывающие наличие железа в водопроводной воде и сформулировать соответствующие выводы.

Опыт 1

Реактивы: сульфосалициловая кислота, раствор аммиака.

Описание опыта:

1. Наливаю 50мл воды;

2. Выпариваю её до половины объема и охлаждаю;

3. Готовлю сульфосалициловую кислоту (взвесила 20 г, растворила в дистиллированной воде);

4. Развожу аммиак в воде 1: 1;

5. В охлаждённую воду добавляю по 1 мл сульфосалициловой кислоты и раствора аммиака.

Наблюдения: образовался раствор со слабо–жёлтым оттенком.

Вывод: По результатам лабораторных испытаний питьевая вода содержит в своём составе ионы железа, причём количество его превышает предельно допустимую концентрацию в четыре раза!

Опыт 2

Реактивы: гидросульфат калия (КНSO4), роданид калия (KSCN).

Описание опыта: К 5–10 мл исследуемой воды добавляю на кончике шпателя гидросульфат калия и столько же роданида калия.

Наблюдения: наблюдаю желто–красное окрашивание раствора.

Вывод: Таким образом, исследуемая проба водопроводной воды имеет содержание железа 0,4–1,0 мг/л. Следовательно, содержание железа (Fe3+) превышает ПДК, которая не должна превышать 0,3 мл/л.

Цвет раствора Содержание, Fe3+ (мг/л)

бледно–желтовато–красный 0,05–0,4

жёлто–красный 0,4–1,0

красный 1,0–3,0

ярко–красный 3,0–10,0

Опыт 3

Реактивы: роданид калия (KSCN).

Описание опыта:

1. Взвешиваю 20 г роданида калия;

2. Помещаю навеску в химический стакан;

3. Растворяю её в 80 мл дистиллированной воды;

4. В другой стакан с исследуемой водопроводной водой на 20 мин помещаю полоску фильтровальной бумаги;

5. Через 20 мин их извлекаю и высушиваю на воздухе;

6. Наношу на них по капле 20% - ного раствора роданида калия.

Наблюдения: на бумаге появляется светло–розовое окрашивание.

Вывод: Значит, исследуемая проба водопроводной воды имеет концентрацию железа (Fe3+) 0,5 мг/л, что превышает ПДК.

интенсивность окраски концентрация Fe3+, мг/л буро–красная 100

тёмно–розовая 10

розовая 1

светло–розовая 0,5

окраска отсутствует менее 0,5

Опыт 4

Реактивы: железосинеродистый калий (К3[Fe(CN)6]), железистосинеродистый калий (К4[Fe(CN)6]), соляная кислота (НCl).

Описание опыта: В отдельные пробирки беру по 1–2 мл растворов железосинеродистого калия и железистосинеродистого калия и к каждому из этих растворов приливаю по 2–3 капли подкисленной соляной кислотой исследуемой водопроводной воды.

Уравнения реакций: H2O + K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2

↓ турнбулевая синь

H2O + К4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3

↓ берлинская лазурь

Наблюдения: в первой пробирке раствор окрасился в синий цвет, а во второй – в голубой.

Вывод: Водопроводная вода содержит в своём составе катионы железа (Fe2+ и Fe3+).

Определение содержание катионов железа (Fe3+ и Fe2+) в яблочном соке (концентрированном и свежевыжатом).

Цель: выяснить, имеет ли яблочный сок в своём составе железо.

Задачи: определить содержание катионов железа (Fe3+) в яблочном соке, сравнить показатель концентрированного и свежевыжатого яблочного сока и сформулировать соответствующие выводы.

Опыт 5

Реактивы: соляная кислота (НСl), азотная кислота (НNO3).

Описание опыта:

1. Беру навеску 20 г свежевыжатого и 20 г концентрированного сока в фарфоровых чашках;

2. Выжигаю их в муфельной печи при температуре 450º 10–15 ч ;

3. После этого чашки вынимаю и обрабатываю соляной кислотой 1: 1;

4. Снова помещаю чашки в печь при температуре 300º на 30 мин до белой золы;

5. Растворяю золу в 1 мл азотной кислоты;

6. К полученному раствору приливаю дистиллированную воду, доводя объём до 50 мл;

6. Провожу атомную адсорбцию с помощью прибора квантАФА. Для этого исследуемый раствор помещаю в этот прибор;

7. На компьютере появляются количественные результаты исследования.

Наблюдения: Прибор показывает, что в свежевыжатом соке концентрация железа 0,003 мг/кг, а в концентрированном соке железа нет (там находятся заменители железа).

Вывод: Концентрация железа (Fe3+) в свежевыжатом соке очень мала, а в концентрированном оно не обнаружилось.

Опыт 6

Я смогла провести опыт на наличие железа (Fe3+) в школьном кабинете химии, опираясь на опыт № 2. Для этого я взяла домашний яблочный сок, который сварила бабушка в соковарке из садовых яблок.

Реактивы: гидросульфат калия (КНSO4), роданид калия (КSCN).

Описание опыта: Для начала я отфильтровала сок с помощью фильтровальной бумаги. К 5–10 мл полученного сока добавляю на кончике шпателя гидросульфат калия и столько же роданида калия.

Наблюдения: произошло изменение цвета до красного.

Вывод: домашний сок имеет в своём составе катионы железа (Fe3+).

Определение содержание катионов алюминия (Аl3+) в растворе, содержащемся в алюминиевой посуде.

В какой посуде мы готовим пищу? В алюминиевой? Алюминий накапливается в мозговой ткани, вызывая психическую болезнь – шизофрению.

Цель: узнать, есть ли в растворе катионы алюминия, который варился в алюминиевой посуде

Задачи: провести опыты, показывающие наличие или отсутствие катионов алюминия в растворе, сделать выводы.

Опыт 7

Реактивы: реактивная смесь – сульфат аммония ((NH4)2SO4), аскорбиновая кислота, алюминон.

Описание опыта:

1. Беру 25 мл исследуемого раствора;

2. Отфильтрую его с помощью фильтровальной бумаги;

3. Добавляю в него реактивную смесь (сульфат аммония, аскорбиновая кислота, алюминон).

Наблюдения: изменений с раствором не произошло.

Вывод: Данный раствор не содержит в своём составе катионы алюминия (Al3+). Это объясняется тем, что раствор имел щелочную среду, а если бы имел кислотную, то алюминий бы присутствовал в растворе.

Определение содержание катионов кальция (Са2+) в водопроводной воде.

Цель: определить содержание катионов кальция (Са2+) в водопроводной воде.

Задачи: познакомиться и овладеть методиками качественного определения кальция в воде, провести опыты, показывающие наличие кальция в водопроводной воде и сформулировать соответствующие выводы.

Опыт 8

Реактивы: железистосинеродистый калий (К4[Fe(CN)6]), хлорид аммония (NH4Cl).

Описание опыта: К небольшому количеству водопроводной воды приливаю небольшие количества растворов железистосинеродистого калия и хлорида аммония, затем полученный раствор нагреваю до кипения.

Уравнение реакции:

H2O + K4 [Fe (CN) 6] + NH4Cl = Ca (NH4)2[Fe (CN) 6] ↓

Наблюдения: через несколько минут из раствора выпадает белый кристаллический осадок двойной соли железистосинеродистого кальция–аммония.

Вывод: Водопроводная вода содержит в своём составе катионы кальция (Са2+).

Опыт 9

Реактивы: сульфат аммония ((NH4)2SO4), этиловый спирт ( С2Н5ОН).

Описание опыта: К небольшой пробе водопроводной воды приливаю сульфат аммония и осадок отфильтровываю. В фильтрат добавляю небольшое количество этилового спирта.

Наблюдения: выпадает белый осадок сульфата кальция ( СаSO4).

Вывод: Водопроводная вода содержит в своём составе катионы кальция (Са2+).

Определение содержания катионов кальция в составе яичной скорлупы.

Возможно, что наше здоровье заключено в яичную скорлупу. Если человек страдает малокровием, аллергией, подвержен простудам, проявлению герпеса на губах, не исключено, что всё это связано с элементарной нехваткой в организме кальция. В этом случае поможет яичная скорлупа, которая содержит 90% карбоната кальция (СаСО3).

Опыт 10

Цель: выяснить, содержит ли яичная скорлупа в своём составе ионы кальция ( Са2+ ).

Задачи: определить опытным путём наличие в яичной скорлупе катионов кальция.

Реактивы: соляная кислота (НСl), железистосинеродистый калий (К4[Fe(CN)6]), хлорид аммония (NH4Cl).

Описание опыта: Помещаю куриное яйцо в соляную кислоту.

Уравнение реакции: 2HCl + CaCO3 CaCl2 + H2O + CO2

Наблюдения: происходит реакция обмена, в результате которой образовался хлорид кальция (II), вода и выделился углекислый газ.

Вывод: скорлупа куриного яйца содержит карбонат анионы, доказательством является выделение углекислого газа (качественная реакция на карбонат анионы).

Далее я доказываю, что полученный раствор – это соль кальция.

Описание опыта: К небольшому количеству исследуемого раствора приливаю небольшие количества растворов железистосинеродистого калия и хлорида аммония, затем полученный раствор нагреваю до кипения.

Уравнение реакции:

СаСl2 + K4 [Fe (CN) 6] + 2NH4Cl = Ca (NH4)2[Fe (CN) 6] ↓ + 4КСl

Наблюдения: выпадает белый осадок двойной соли железистосинеродистого кальция - аммония Ca (NH4)2[Fe (CN) 6].

Вывод: Исследуемый раствор содержит катионы кальция.

Опыт 9

Железо входит в состав гемоглобина, и его состав регулируется, т. е. если в теле человека высокое содержание гемоглобина, то железо, которое будет попадать в организм, отправится уже не в гемоглобин, а в другие органы. Это было доказано следующим образом: я сходила в детскую поликлинику и сдала анализ крови, который показал содержание железа у меня в крови – 142 мг/л. Десять дней я питалась продуктами, в которых высокое содержание железа: морская капуста, гречка, гранатовый и яблочный сок, яблоки. Через десять дней, я повторно сдала анализ крови, и он показал, что теперь содержание железа было у меня – 140 мг/л. Значит, железо, которое попадало в мой организм, отправилось не в гемоглобин. Норма железа в гемоглобине моего организма составляет 140–142 мг/л. И выше этой нормы количество железа не может быть. Отсюда следует, что количество катионов железа в гемоглобине крови регулируется, а его избыток накапливается в других органах и при необходимости используется организмом.

Из всего, что известно до сих пор в науке, можно сделать только один вывод – что мир един. Вселенная состоит из одних и тех же химических элементов. Из них построены все планеты и звёзды и все живые организмы, которые имеют в своём составе одинаковые металлы.

Без малого вся таблица Д. И. Менделеева – в ежедневном обеде, в капле крови и в капле морской воды. Такое распределение элементов В. И. Вернадский назвал «микроскопической» смесью.

Металлы важны для живого организма. Каждый из них выполняет какую–либо функцию. Один необходим для построения скелетов, другой имеет огромное значение в кровеносной системе. И каждый из металлов по–своему важен, так как они в организме взаимосвязаны, не будь какого–либо из них – цепочка внутреннего механизма развалится.

Каждый металл–биоген, выполняющий определённую роль, совершенно необходим для нормального функционирования живых организмов. Но при избытке или недостатке определённого биогенного металла организм имеет отрицательное и даже опасное воздействие. Таким образом, изменение сбалансированного содержания микроэлементом в организме человека сказывается на состоянии организма, может привести к нарушениям в обмене веществ и стать причиной развития эндемических заболеваний.

Организму небезразлично количественное содержание макроэлементов и микроэлементов, т. к. в зависимости от концентрации вещество может быть и полезным, и вредным, может заслуживать и похвального слова, и справедливого обвинения.

Я считаю, что уже на сегодняшний момент мало кто из людей знает о металлах в своём организме, некоторые даже не догадываются о том, какую огромную роль они выполняют. Человек, изучая металлы–биогены, познаёт свой внутренний мир, своё внутреннее строение. Жизнь даётся человеку только один раз, поэтому каждый человек должен беречь своё здоровье, которое находится в руках металлов–биогенов. Средняя продолжительность жизни человека – 60 лет. Поэтому уже сегодня нужно резко ставить вопрос об экологических проблемах. Мы экономим на очистных сооружениях, а получается, что экономим на здоровье людей.

Изучение влияния металлов на здоровье человека научит бороться со многими болезнями и поможет создать здоровую и долголетнюю жизнь. А изучение влияния микроэлементов на растения и животных открывает возможность изменять химизм растений, усиливать химические превращения в животном организме и тем повышать урожайность в сельском хозяйстве и продукцию в животноводстве.

«Человек, освобождая силы извечных равновесий вещества, сам делается в их руках игрушкой» (М. Волошин).

На мой взгляд, каждый человек должен знать о металлах в своём организме. Изучение металлов позволит найти принципиально новые подходы к лечению ранее неизлечимых болезней.

K3[Fe(CN)6]

Fe3[Fe(CN)6]2

K4[Fe(CN)6]

Fe3[Fe(CN)6]2