Введение. Лист регистрации изменений Номер изменения Номера листов Основание для внесения изменений Подпись Расшифровка подписи Дата

БОЛГОВА И.В., ШАПОШНИКОВА И.А., ФАНДО Р.А.

Лист регистрации изменений

Номер изменения	Номера листов	Основание для внесения изменений	Подпись	Расшифровка подписи	Дата	Дата введения изменения
заменен­ных	новых	аннулиро­ванных

Таблица Менделеева в живых организмах

Все живые существа состоят из химических элементов, содержание которых в них колеблется в широких пределах. Поэтому важно знать, какие элементы и в каком количестве полезны для растений, животных и человека, а какие вредны.

Само понятие «химический элемент», пожалуй, одно из самых важных в естествознании. Согласно одной из версий, оно образовалось при последовательном произношении букв латинского алфавита – l, m, n, t. Этим как бы подчеркивается, что все тела складываются из элементов так же, как слова из букв.

На разных этапах развития науки в понятие «элемент» вкладывался различный смысл. Древнегреческие философы «элементами» называли четыре «стихии»: тепло, холод, сухость и влажность, которые, сочетаясь попарно, образовывали четыре «начала» всех вещей – огонь, воду, воздух и землю. В Средние века к «началам» добавились соль, сера и ртуть. В XVII в. Р.Бойль высказал предположение, что все элементы материальны, их число может быть достаточно велико, и многие из них еще предстоит открыть. Элементами стали называть простые тела, которые не удалось разложить химическими методами на более простые. В 1789 г. французский химик А.Лавуазье составил «Таблицу простых тел», в которую включил все известные к тому времени элементы, а также, как оказалось впоследствии, и некоторые сложные вещества.

В начале XIX в. английский ученый Д.Дальтон приписал каждому элементу количественную характеристику – атомный вес (атомную массу). Элемент стали рассматривать как химическую индивидуальность.

В 1871 г. Д.И. Менделеев четко разграничил понятия «простое тело» и «элемент». Он писал: «Простое тело есть вещество, металл или металлоид, с рядом физических признаков и химических реакций. Под именем элементов должно подразумевать те материальные части простых или сложных тел, которые придают им известную совокупность физических и химических свойств». Менделеев считал, что углерод – элемент, а уголь, графит, алмаз – простые вещества. Понятие «элемент» было отвлеченным. Оно получило конкретное определение с разработкой модели атома.

Теперь под понятием «химический элемент» понимают совокупность атомов с одинаковыми зарядами ядер (Z). Для каждого элемента известны разновидности атомов, различающиеся по массе (точнее по числу нейтронов в ядрах). Эти разновидности называются изотопами.

В Периодической системе ныне размещено 118 элементов. Около 90 элементов существуют в природе, остальные получены искусственно, с помощью ядерных реакций. Некоторые недавно синтезированные элементы (с Z=112–118) имеют пока временные названия и символы, а остальные уже получили свои постоянные имена:

· 108-й элемент – хассий (Hs), атомная масса – 269 у.е.;

· 109-й – мейтнерий (Mt), атомная масса – 268 у.е.;

· 110-й – дармштадтий (Ds), атомная масса – 281 у.е.;

· 111-й – рентгений (Rg), атомная масса – 280 у.е.

Как показало изучение более 2 млн спектров около 15 тыс. звезд и Солнца, повсюду во Вселенной существуют одни и те же химические элементы, но распространяются они по-разному (табл.1, 2).

Таблица 1. Содержание во Вселенной некоторых наиболее распространенных элементов

Химический элемент	Относительное содержание (число атомов на 10 млн атомов водорода)
Гелий (He) Кислород (O) Углерод (C) Неон (Ne) Азот (N) Магний (Mg) Железо (Fe) Аргон (Ar) Алюминий (Al) Натрий (Na) Кальций (Ca) Фосфор (P) Калий (K) Литий (Li)	1 400 000 6 800 3 000 2 800 0,8 0,003

Таблица 2. Содержание химических элементов в земной коре

Химический элемент	Количество, %	Химический элемент	Количество, %
Кислород (О) Кремний (Si) Алюминий (Al) Железо (Fe) Кальций (Ca) Натрий (Na) Калий (K) Магний (Mg) Водород (H) Марганец (Mn) Иод (I) Фтор (F) Барий (Ba) Сера (S) Стронций (Sr) Литий (Li) Углерод (C) Хлор (Cl) Цирконий (Zr) Палладий (Pd)	47, 0 29,5 8,05 4,65 2,96 2,5 2,5 1,87 0,158 0,1 0,093 0,066 0,065 0,047 0,034 0,016 0,023 0,017 0,017 0,015	Ванадий (V) Цинк (Zn) Хром (Cr) Никель (Ni) Медь (Сu) Неодим (Nd) Иттрий (Y) Лантан (La) Ниобий (Nb) Галий (Ga) Азот (N) Кобальт (Co) Родий (Ph) Торий (Th) Бор (B) Селен (Se) Кадмий (Сd) Самарий (Sm) Олово (Sn) Уран (U)	0,009 0,0083 0,0083 0,0058 0,0047 0,0037 0,0029 0,0029 0,0020 0,0019 0,0019 0,0018 0,0016 0,0013 0,0012 0,0010 0,0008 0,0008 0,00024 0,00025

В отличие от Космоса, где преобладают водород и гелий, на нашей планете больше всего кислорода и кремния. По мере роста заряда ядра атома (Z) и на Земле, и в Космосе содержание элементов уменьшается.

В состав клеток живых организмов входит около 70 химических элементов, встречающихся и в неживой природе. Это одно из доказательств общности живой и неживой природы. Однако соотношение химических элементов в живых организмах и в объектах неживой природы резко различаются.

В зависимости от содержания в живых организмах выделяют три группы элементов.

1. Макроэлементы – содержание в живых организмах от 80 до 0,01%. Это кислород (O), углерод (C), водород (H), азот (N), фосфор (P), калий (K), сера (S), хлор (Cl), кальций (Ca), магний (Mg), натрий (Na). На долю водорода, кислорода, углерода и азота приходится около 98% живого вещества. Эти четыре элемента вместе с серой и фосфором часто называют биоэлементами, т.к. они являются необходимыми составными частями молекул биологических полимеров (от греч. polys – много; meros – часть): белков, нуклеиновых кислот, углеводов и липидов.

2. Микроэлементы – содержание в живых организмах от 0,01% до 0,000001%. Сюда относятся железо (Fe), йод (I), цинк (Zn), фтор (F), кобальт (Co), медь (Cu), селен (Se), хром (Cr), бор (B), молибден (Mo), марганец (Mn) и др.

3. Ультрамикроэлементы – содержание в живом организме менее 0,000001%. В группу входят серебро (Ag), ртуть (Hg), золото (Au), титан (Ti), никель (Ni), ванадий (V) и др.

Микроэлементы и ультрамикроэлементы в сумме составляют менее 1–2 % живого организма, но они нужны ему не меньше, чем макроэлементы.

Микроэлементы необходимы для протекания многих важнейших биохимических процессов (табл. 3). Их недостаток замедляет эти процессы и даже останавливает их. Около 30 микроэлементов входят в состав ферментов, коферментов, гормонов, витаминов, пигментов и других жизненно важных соединений. Активность почти 1/4 всех ферментов – катализаторов биологических реакций – регулируется ионами металлов: например амилаза, гидролизующая крахмал (Ca, Zn); АТФаза, гидролизующая АТФ (Mg); нитратредуктаза, восстанавливающая HNO₃ в HNO₂ (Мо, Fe); некоторые пептидазы, гидролизующие белки и пептиды (Zn, Mn, Co, Cu, Ca). Такие ферменты называют металлоферментами, а сами микроэлементы известный российский ученый-агрохимик А.В. Петербургский назвал катализаторами катализаторов.

Таблица 3. Участие микроэлементов в биохимических процессах в живых организмах и почве

Биохимический процесс	Микроэлементы
Дыхание Фотосинтез Синтез белков Кроветворение Углеводный, жировой, белковый обмены Синтез гумуса Фиксация молекулярного азота	Медь (Cu), цинк (Zn), марганец (Mn), кобальт (Co) Марганец (Mn), медь (Cu) Марганец (Mn), кобальт (Co), медь (Cu), никель (Ni), хром (Cr) Кобальт (Co), медь (Cu), марганец (Mn), никель(Ni), цинк (Zn) Молибден (Mo), ванадий (V), кобальт (Co), вольфрам (W), марганец (Mn), цинк (Zn) Медь (Cu) Молибден (Mo)

Таблица 4. Дневная норма потребления химических элементов для человека

Химический элемент	Суточная потребность, мг
Кальций (Са) Фосфор (P) Натрий (Na) Калий (К) Магний (Mg) Железо (Fe) Цинк (Zn) Хром (Cr) Кобальт (Co) Молибден (Mo) Селен (Se) Фтор (F) Йод (I)	800–1500 1000–1300 4000–6000 2500–5000 300–400 10–15 2–2,5 0,1–0,2 0,5 0,5 0,5–1,0 0,1–0,2

Для каждого организма микроэлементы требуются в определенных количествах. Полное отсутствие их в питании так же, как избыток, вызывает заболевание и гибель живых организмов от болезней, связанных с резким нарушением обмена веществ.

Растения извлекают микроэлементы из почвы, а животные и человек получают их из пищи и воды.

Некоторые химические элементы, обычно содержащиеся в организмах в малых количествах, по своей природе являются токсичными, например ртуть (Hg), свинец (Pb), кадмий (Cd) и некоторые другие. Но и обычные микроэлементы, если их слишком много, могут стать токсичными. Таким образом, можно заключить, что для организма токсичны не сами элементы, а их концентации.

В этой работе мы рассмотрим 38 химических элементов, наиболее распространенных в живых организмах.

Дата добавления: 2015-05-26