- •Государственное бюджетное образовательное учреждение
- •Предисловие
- •Тематические разделы дисциплины «Химия»
- •1. 1. Растворы. Способы выражения концентрации растворов
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.2. Введение в титриметрический анализ. Метод нейтрализации
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.3. Оксидиметрия. Перманганатометрия.
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.4. Элементы химической термодинамики
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.5. Энергетика химических процессов
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.6. Коллигативные свойства растворов. Осмос.
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.7. Водородный показатель среды растворов – pH.
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.8. Буферные системы
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.9. Электрохимия. Потенциометрия.
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.10. Окислительно-восстановительные потенциалы и электроды
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания для самоконтроля
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.11. Комплексные соединения
- •Контрольные вопрросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.12. Поверхностные явления. Способы получения и свойства коллоидных растворов.
- •Контрольные вопросы
- •Тестовые задания
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.13. Свойства растворов высокомолекулярных веществ (вмв)
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания
- •Контрольные задания
- •Литература
- •1.14. Биогенные элементы
- •Контрольные вопросы
- •Типовые задачи
- •Тестовые задания
- •Темы рефератов
- •Литература
- •2. Инструкция по охране труда и пожарной безопасности для студентов при работе в лабораториях кафедры химии
- •2.1. Общие требования безопасности
- •2.2. Требования безопасности перед началом работы
- •2.3. Требования безопасности во время работы
- •2.4. Требования безопасности в аварийных ситуациях
- •2.5. Требования безопасности по окончании работы
- •3. Кодификатор зачетной работы дисциплины «Химия» для студентов I курса специальностей
- •060101- Лечебное дело; 060103-педиатрия
- •Характеристика зачетной работы и инструкция по ее выполнению
- •Часть 2
- •Часть 3
- •Заключение
- •Глоссарий
- •Ответы на тестовые задания
- •Приложения
- •1. Основные физико-химические константы
- •2. Важнейшие единицы си и их соотношение с единицами других систем
- •3. Приставки для дольных и кратных единиц си
Контрольные задания
12. Рассчитайте среднюю молярную массу полимера, если характеристическая вязкость его равна 0,126 м3/кг, константа К = 5∙10 – 5; α = 0,67.
13. Определите молярную массу полимера по следующим данным:
Концентрация раствора, кг/м3 |
0,015 |
0,025 |
0,050 |
Приведённая вязкость раствора ВМС в бензоле |
1,8 |
2,0 |
2,5 |
К = 4,21·10– 4; α = 0,67
14. Время истечения из вискозиметра для 0,8%-го раствора полимера (С5Н5Сl-)n равно 53 с, время истечения растворителя — 40 с. Рассчитайте относительную, удельную и приведённую вязкости.
Литература
Общая химия. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. для вузов / Ю. А. Ершов, В.А. Попков, А.С. Берлянд и др.; Под ред. Ю.А. Ершова. – 5-е изд., стер. – М.: Высш.шк., 2005. – С. 526 – 545.
Практикум по общей химии. Биофизическая химия. Химия биогенных элементов: Учеб. пособие для студентов медицинских спец. вузов / Ю.А. Ершов, А.М. Кононов, С.А. Пузаков и др.; Под ред. Ю.А. Ершова, В.А. Попкова. – М. : Высш. шк., 2008. – С. 227-237.
1.14. Биогенные элементы
Химия биогенных элементов
В начале 20 века советским академиком В.И. Вернадским на основе геохимии, биологии и биохимии была создана новая наука – биогеохимия.
Биогеохимия – наука, изучающая взаимосвязь элементарного химического состава земной коры и живых организмов, а также миграцию химических элементов и их круговорот в системе «живая материя – земля». Биогеохимия изучает химические процессы, происходящие в земной коре с участием живых организмов.
Часть земной оболочки, занятая растительными и животными организмами образует биосферу. В процессе деятельности живых организмов в биосфере образуются минералы и различные природные вещества. Известно около 90 химических элементов в составе земной коры. В составе живых организмов обнаружено около 70 химических элементов периодической системы.
Химические элементы, находящиеся в живом организме и обладающие выраженной биологической ролью – называются биогенными элементами.
Отбор биогенных элементов в процессе эволюции происходил под влиянием следующих факторов:
1. Распространенность элементов в земной коре.
2. Заряд атомного ядра. Биогенные элементы в основном легкие элементы.
3. Растворимость природных соединений данного элемента в воде.
4. Энергия гидратации иона.
5. Значения координационных чисел атомов.
В зависимости от массовой доли элемента (ω%) в организме элементы делят на следующие группы:
1) Макроэлементы с ω (х)>0,01% от массы организма - C, O, H, N, P S, Cl, Ca, Na, Mg, K, Fe.
2) Микроэлементы с ω (х) от 10-3 до 10-5 % от массы организма – Cu, Mo, Co, Cr, F, Br, I и др.
3) Ультрамикроэлементы с ω (х) <10-5 % от массы организма – Hg, Au, Ra и др.
Такие элементы, как C, O, H, N,P,S относятся к органогенам. Они входят в состав каждой клетки и в состав биополимеров – белков, нуклеиновых кислот, углеводов.
Эти 12 элементов составляют 99,99% массы живого субстрата и 99% живых тканей содержат только эти элементы.
10 металлов, жизненно необходимых для живого организма получили название «металлы жизни»: Ca, K, Na, Mg, Fe, Zn, Cu, Mn, Mo, Co.
Различна биологическая роль этих групп элементов.
Макроэлементы в организме выполняют роль пластического материала, участвуют в построении тканей, поддержании осмотического давления, кислотно–основного равновесия (гомеостаза), рН среды.
Микроэлементы входят в структуру и активные центры ферментов, находятся в составе витаминов, гормонов, влияют на обмен белков, жиров, углеводов.
Биологическая роль ультрамикроэлементов изучена мало.
По расположению в периодической системе биогенные элементы относятся к s,p и d – семействам химических элементов. При этом, как правило:
S - элементы – образуют электролитную среду в крови и других биологических жидкостей(Na, Mg, K, Ca, Н);
Р - элементы – это органогены (С, S , N О);
D - элементы главным образом микроэлементы.
Установлена связь между положением химических элементов в периодической системе и их биологической ролью.
Элементы IА группы – влияют на деятельность сердечной мышцы и кровообращения.
Элементы IIА группы – оказывают влияние на процессы образования костей, действие гормона инсулина.
Элементы VА группы – участвуют в процессах окислительного распада веществ в организме.
Элементы VIА группы – способны к взаимному замещению в биологических соединениях.
Существует общее правило: в организме количественное содержание химического элемента убывает с увеличением его порядкового номера, при этом возрастает токсичность соединений элементов.
Органы и среды человека по-разному концентрируют в себе химические элементы.
Водород и кислород – макроэлементы входят в состав Н2О, которой в организме человека примерно 65%.
Углерод, водород, азот, фосфор, кислород – входят в состав белков примерно 80%, которых содержится в селезенке, легких, мышцах.
Углерод, водород, кислород – входят в состав углеводов, липидов, которые концентрируются в печени, сыворотки крови.
Кальций, магний и фосфор содержатся в костной ткани, твердых тканях зубов; Мо – в почках; Zn – в поджелудочной железе; I – в щитовидной железе; Sr – в костях; Mn, Cr, Br – в гипофизе; Ва – в сетчатке глаза.
Большинство микроэлементов концентрируются в печени – функциональном депо микроэлементов.
Биогенные элементы в организме находятся как в свободной ионизированной форме, так и в составе различных соединений.
Например, железо в кислой среде желудка содержится в виде свободных ионов Fe2+ и Fe3+; щелочной среде кишечника находится в виде Fe(OH)3; в крови – в составе гемоглобина как комплексообразователь Fe2+ с координационным числом 6.
Современная медицина широко исследует взаимосвязь между содержанием химических элементов в организме и развитием различных заболеваний. Оказалось, что особенно чутко организм реагирует на изменение концентраций микроэлементов. Так при развитии гипертонической болезни в крови и эритроцитах более, чем в 2 раза уменьшается содержание лития, при инфаркте миокарда в плазме крови снижается содержание ионов Zn2+.
Концентрация элемента в живом веществе прямо пропорциональна его содержанию в среде обитания с учетом растворимости соединений элемента. Согласно биогеохимической теории В.И. Вернадского существует «биогенная миграция атомов» по цепочке
воздух → почва → вода → пища → человек,
в результате которой практически все элементы, окружающие человека во внешней среде, в большей или меньшей степени проникают внутрь организма. В 1926 году академик В.И. Вернадский предложил выделить участки земной коры, отличающиеся накоплением одних элементов и обедненных другими элементами. Эти участки были названы – биохимическими провинциями. Таким образом, одни организмы попадают в условия избытка какого-либо элемента, а другие – недостатка. Это приводит к возникновению эндемических заболеваний характерных для какой-то определенной местности или региона. Например, у лиц, проживающих в областях удаленных от моря, где в воде и растениях наблюдается недостаток иода, развивается эндемическое заболевание щитовидной железы. При избытке фтора в питьевой воде возникает флюфоз – заболевание зубной эмали. Избыток свинца наблюдается на Алтае, меди – на южном Урале.
Таким образом, количественное определение содержания элементов в природных источниках, органах, тканях в норме и патологии имеет большое значение для прогнозирования, диагностики и лечения различных заболеваний.
Ежедневное поступление химических элементов с пищей должно находиться на определенном уровне:
Химический элемент |
Суточное потребление, в мг | |
Взрослые |
Дети | |
Калий |
2000-5500 |
530 |
Натрий |
1100-3300 |
260 |
Кальций |
800-1200 |
420 |
Магний |
300-400 |
60 |
Цинк |
15 |
5 |
Железо |
10-15 |
7 |
Марганец |
2-5 |
1,3 |
Медь |
1,5-3,0 |
1,0 |
Титан |
0,85 |
0,06 |
Молибден |
0,075-0,250 |
- |
Хром |
0,05-0,20 |
0,04 |
Кобальт |
Около 0,2 витамин B12 |
0,001 |
Хлор |
3200 |
470 |
РО43- |
800-1200 |
210 |
SO42- |
10 |
– |
Йод |
0,15 |
0,07 |
Селен |
0,05-0, 07 |
– |
Фтор |
1,5-4,0 |
0, 6 |
Столько же химических элементов должно выводиться, поскольку их содержание в организме находится в относительном постоянстве. При недостаточном поступлении элемента в организм наносится существенный ущерб росту и развитию организма. Это объясняется снижением активности ферментов, в состав которых входит элемент. При повышении дозы этого элемента ответная реакция организма возрастает и достигает нормы. Постоянство содержания необходимых элементов вероятнее всего определяется эффективными механизмами гомеостаза. Предположения ученых идут еще дальше. В живом организме не только присутствуют все элементы, но каждый из них выполняет какую-то функцию. Современное состояние знаний о биологической роли элементов можно характеризовать как поверхностное прикосновение к этой проблеме. Накоплено много фактических данных по содержанию элементов в различных компонентах биосферы, ответные реакции организма на их недостаток и избыток. Составлены карты биогеохимического районирования и биогеохимических провинций. Но нет общей теории рассматривающей функции, механизм воздействия и роль микроэлементов в биосфере.