Химические элементы и их роль в организме таблица: Роль химических элементов в жизни человека

Роль химических элементов в жизни человека

Понедельник,  1  Апрель  2019

Роль макро, микроэлементов для человеческого организма велика. Ведь они принимают активное участие во многих жизненно важных процессах. На фоне дефицита того или иного элемента человек может столкнуться с появлением определенных заболеваний. Дабы избежать этого, необходимо понимать, для чего нужны макро и микроэлементы в человеческом организме, и какое их количество должно содержаться.

Что такое макро и микроэлементы

Все полезные и необходимые для организма вещества попадают в него благодаря продуктам питания, биологическим добавкам, призванным устранить дефицит определенных веществ. Поэтому к своему рациону необходимо отнестись предельно внимательно.

Перед тем как приступить к изучению функций микро и макроэлементов необходимо понимать их определение.

Так, макроэлементами принято считать соединения химических элементов или одиночные элементы, которые содержатся в организме в большом количестве, измеряемом граммами.

А значение микроэлементов отличается от макро количественными показателями. Ведь в данном случае химические элементы содержатся преимущественно в достаточно малом количестве.

Для того чтобы организм функционировал и в его работе не происходили сбои необходимо позаботиться о регулярном достаточном поступлении в него необходимых макро и микроэлементов. Информацию относительного этого можно рассмотреть на примере таблиц. Первая таблица наглядно продемонстрирует, какая суточная норма употребления тех или иных элементов является оптимальной для человека, а также поможет определиться с выбором всевозможных источников.

Роль химических элементов

Роль микроэлементов в организме человека, как и макроэлементов очень велика.

Многие люди даже не задумываются о том, что они принимают участие во многих обменных процессах, способствуют формированию и регулируют работу таких систем, как кровеносной, нервной.

Именно от химических элементов, которые содержит первая и вторая таблица, происходят значимые для жизни человека обменные процессы, к их числу можно отнести водно-солевой и кислотно-щелочной обмен. Это лишь небольшой перечень того, что получает человек.

Биологическая роль макроэлементов заключается в следующем:

·         Функции кальция заключаются в формировании костной ткани. Он принимает участие в формировании и росте зубов, отвечает за свертываемость крови. Если этот элемент не будет поступать в необходимом количестве, то привести такое изменение может к развитию рахита у детей, а также остеопороза, судорог.

·         Функции калия заключаются в том, что он обеспечивает водой клетки организма, а также принимает участие в кислотно-щелочном равновесии. Благодаря калию происходит синтез белка. Дефицит калия приводит к развитию многих заболеваний. К их числу можно отнести проблемы с желудком, в частности, гастрит, язва, сбой сердечного ритма, болезни почек, паралич.

·         Благодаря натрию удается держать на уровне осмотическое давление, кислотно-щелочной баланс. Ответственный натрий и за поставку нервного импульса. Недостаточное содержание натрия чревато развитием заболеваний. К их числу можно отнести судороги мышц, болезни, связанные с давлением.

·         Функции магния среди всех макроэлементов наиболее обширные. Он принимает участие в процессе формирования костей, зубов, отделении желчи, работе кишечника, стабилизации нервной системы, от него зависит слаженная работа сердца. Этот элемент входит в состав жидкости, содержащейся в клетках тела. Учитывая важность этого элемента, его дефицит не останется незамеченным, ведь осложнения, вызванные этим фактом, могут сказаться на желудочно-кишечном тракте, процессах отделения желчи, появлении аритмии. Человек ощущает хроническую усталость и нередко впадает в состояние депрессии, что может сказаться на нарушении сна.

·         Основной задачей фосфора является преобразование энергии, а также активное участие в формировании костной ткани. Лишив организм этого элемента можно столкнуться с некоторыми проблемами, например, нарушениями в формировании и росте кости, развитием остеопороза, депрессивного состояния. Дабы избежать всего этого, необходимо регулярно пополнять запасы фосфора.

·         Благодаря железу происходят окислительные процессы, ведь он входит в цитохромы. Нехватка железа может сказаться на замедлении роста, истощении организма, а также спровоцировать развитие анемии.

Биологическая роль химических элементов заключается в участии каждого из них в естественных процессах организма. 

Недостаточное их поступление может привести к сбою в работе всего организма. Роль микроэлементов для каждого человека неоценима, поэтому необходимо придерживаться суточной нормы их потребления, которую содержит приведенная выше таблица.

Так, микроэлементы в организме человека отвечают за следующее:

·         Йод необходим для щитовидки. Недостаточное его поступление приведет к проблемам с развитием нервной системы, гипотиреоза.

·         Такой элемент, как кремний, обеспечивает формирование костной ткани и мышц, а также входит в состав крови. Нехватка кремния может привести к чрезмерной слабости кости, в результате чего увеличивается вероятность получения травм. От дефицита страдает кишечник, желудок.

·         Цинк приводит к скорейшему заживлению ран, восстановлению травмированных участков кожи, входит в состав большинства ферментов. О его нехватке свидетельствует изменения вкуса, восстановления поврежденного участка кожи на протяжении длительного времени.

·         Роль фтора заключается в принятии участия в процессах формирования зубной эмали, костной ткани. Его нехватка приводит к поражению зубной эмали кариесом, затруднениям, возникшим в процессе минерализации.

·         Селен обеспечивает стойкую иммунную систему, принимает участие в функционировании щитовидки. Говорить о том, что в организме селен присутствует в недостающем количестве можно в случае, когда прослеживаются проблемы с ростом, формированием костной ткани, развивается анемия.

·         С помощью меди становится возможным перемещение электронов, ферментный катализ. Если содержание меди недостаточное, то может развиться анемия.

·         Хром принимает активное участие в обмене углеводов в организме. Его нехватка сказывается на изменении уровня сахара в крови, что нередко становится причиной развития диабета.

·         Молибден способствует переносу электронов. Без него возрастает вероятность поражения зубной эмали кариесом, появления нарушений со стороны нервной системы.

·         Роль магния заключается в принятии активного участия в механизме ферментного катализа.

Микро, макроэлементы, поступающие в организм вместе с продуктами, биологически активными добавками жизненно необходимы для человека, и свидетельствуют об их важности проблемы, заболевания, возникающие в результате их дефицита. Для того чтобы восстановить их баланс необходимо правильно подбирать питание, отдав предпочтение тем продуктам, которые содержат необходимый элемент.

 

ОГБУЗ «Старооскольский кожвендиспансер»

желает Вам здоровья и долголетия!

Микроэлементы, таблица и подробная информация о микроэлементах

Элементы

Из 92 встречающихся в природе химических элементов 81 обнаружен в организме человека. 12 элементов называют структурными, т.к. они составляют 99 % элементного состава человеческого организма: (углерод С, Кислород О,  Водород Н,  Азот N,  Кальций Ca, Магний Mg, Натрий Na, Калий K, Сера S, Фосфор P, Фтор F, Хлор Cl).

Микроэлементами (МЭ) называют элементы, присутствующие в организме человека в очень малых следовых количествах (англ. — “trace elements”). Это в первую очередь 15 эссенциальных (жизненно необходимых, от англ. “essential”) — Fe, I, Cu, Zn, Co, Cr, Mo, Ni, V, Se, Mn, As, F, Si, Li, а также условно-эссенциальные B, Br. Элементы Cd, Pb, Al, Rb являются серьезными кандидатами на эссенциальность. В учение о МЭ особенно отчетливо видна справедливость слов Парацельса о том, что “нет токсичных веществ, а есть токсичные дозы”.

МЭ являются важнейшими катализаторами различных биохимических процессов, обмена веществ, играют значительную роль в адаптации организма в норме и патологии. Ряд элементов широко представленных в природе, редко встречается у человека, и наоборот. В этом проявляются особенности накопления элементов — активное и избирательное использование элементов внешней среды для поддержания гомеостаза и построения организма вне зависимости от меняющихся параметров внешних условий.

Хорошо известно, что микроэлементы обладают широким спектром синергических и антагонистических взаимоотношений. Так, показано, что между 15 известными жизненно необходимыми элементами существует 105 двусторонних и 455 трехсторонних взаимодействий. Это положение является естественной основой для изучения проявлений и оценки развития дисбаланса микроэлементного гомеостаза, столь характерного при дефиците даже одного эссенциального элемента.

Микроэлементный гомеостаз может нарушаться при недостаточном поступлении эссенциальных МЭ и/или избыточном поступлении в организм токсических микроэлементов. Причем, с учетом сложных антагонистических и синергических взаимовлияний и отношений между элементами, картина интоксикации или возникновения патологического состояния и заболеваний может быть очень сложной и трудной для интерпретации. В этом случае очень важна адекватная диагностика микроэлементозов, связанная, в первую очередь, с точным количественным определением элементов в индикаторных биосубстратах человека.

Накопленные к настоящему времени научные и медицинские данные о роли минеральных элементов в функционировании отдельных органов, систем и организма человека в целом, данные о последствиях, для здоровья человека, дефицита биогенных, жизненно необходимых элементов и избытка токсичных могут быть обобщены и используются в диагностической и лечебной практике Центром Биотической Медицины под руководством д.м.н. проф. А.В.Скального.

Подробно о каждом элементе:

Смотрите научные статьи в нашем журнале Микроэлементы в медицине

Исследование крови на микроэлементы Анализ волос на микроэлементы Определение содержание микроэлементов в моче Оценка шерсти животных на микроэлементный состав Анализ эякулята на микроэлементный статус Анализ слюны на микроэлементный состав Анализ волос на эссенциальные микроэлементы Анализ взаимодействия микроэлементов в реальной среде Источники микроэлементов Сопоставительный анализ крови и волос у пациентов с челюстно лицевой патологией можно увидеть здесь Большинство измерений элементного состава волос, крови, эякулята и других субстратах выполняется в лаборатории ЦБМ на самом современном оборудовании с использованием методик, разработанных с участием наших специалистов и аттестованных органами метрологического надзора за качеством измерений РФ: Аттестованная методика измерений элементов в волосах, крови и других биосубстратах человека

Химия вокруг нас.

Раритетные издания. Наука и техника

Юрий Кукушкин

Химические элементы в организме человека

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. Они повседневно вводятся в организм и выводятся из него. Анализы показали, что количество отдельных химических элементов и их соотношение в здоровом организме различных людей примерно одинаковы.

Мнение о том, что в организме человека можно обнаружить практически все элементы периодической системы Д.И. Менделеева, становится привычным. Однако предположения ученых идут дальше – в живом организме не только присутствуют все химические элементы, но каждый из них выполняет какую-то биологическую функцию. Вполне возможно, что эта гипотеза не подтвердится. Однако по мере того как развиваются исследования в данном направлении, выявляется биологическая роль все большего числа химических элементов. Несомненно, время и труд ученых прольют свет и на этот вопрос.

Биоактивность отдельных химических элементов

Экспериментально установлено, что в организме человека металлы составляют около 3% (по массе). Это очень много. Если принять массу человека за 70 кг, то на долю металлов приходится 2,1 кг. По отдельным металлам масса распределяется следующим образом: кальций (1700 г), калий (250 г), натрий (70 г), магний (42 г), железо (5 г), цинк (3 г). Остальное приходится на микроэлементы. Если концентрация элемента в организме превышает 10^–2%, то его считают макроэлементом. Микроэлементы находятся в организме в концентрациях 10^–3…10^–5%. Если концентрация элемента ниже 10^–5%, то его считают ультрамикроэлементом. Неорганические вещества в живом организме находятся в различных формах. Большинство ионов металлов образуют соединения с биологическими объектами. Уже сегодня установлено, что многие ферменты (биологические катализаторы) содержат ионы металлов. Например, марганец входит в состав 12 различных ферментов, железо – в 70, медь – в 30, а цинк – более чем в 100. Естественно, что недостаток этих элементов должен сказаться на содержании соответствующих ферментов, а значит, и на нормальном функционировании организма. Таким образом, соли металлов совершенно необходимы для нормального функционирования живых организмов. Это подтвердили и опыты по бессолевой диете, которая применялась для кормления подопытных животных. Для этой цели многократным промыванием водой из пищи удаляли соли. Оказалось, что питание такой пищей приводило к гибели животных.

Рассмотрим имеющуюся на сегодняшнее время информацию о химических элементах, которые входят в биологические системы и оказывают на них определенное влияние. Прежде всего нужно указать на шесть элементов, атомы которых входят в состав белков и нуклеиновых кислот: углерод, водород, азот, кислород, фосфор, сера. Далее следует выделить двенадцать элементов, роль и значение которых для жизнедеятельности организмов известны: хлор, иод, натрий, калий, магний, кальций, марганец, железо, кобальт, медь, цинк, молибден. В литературе имеются указания на проявление биологической активности ванадием, хромом, никелем и кадмием. Таким образом, уже сейчас известно 22 биоэлемента. Во всех перечисленных случаях биологическая активность понимается как необходимость элемента для выполнения той или иной жизненно важной функции. Имеется большое число элементов, являющихся ядами для живого организма, например ртуть, таллий, свиней и др. Они оказывают неблагоприятное биологическое влияние, но без них организм может функционировать. Существует мнение, что причина действия этих ядов связана с блокированием определенных групп в молекулах протеинов или же с вытеснением из некоторых ферментов меди и цинка. Бывают элементы, которые в относительно больших количествах являются ядом, а в низких концентрациях оказывают полезное влияние на организм. Например, мышьяк является сильным ядом, нарушающим сердечно-сосудистую систему и поражающим печень и почки, но в небольших дозах он прописывается врачами для улучшения аппетита человека. Ученые считают, что микродозы мышьяка повышают устойчивость организма к действию вредных микробов. Широко известно сильное отравляющее вещество иприт S(CH₂CH₂Сl)₂. Однако в разбавленном в 20000 тыс. раз вазелином под названием «Псориазина» его применяют против чешуйчатого лишая. Современная фармакотерапия пока еще не может обойтись без значительного числа лекарственных средств, в состав которых входят токсичные металлы. Как здесь не вспомнить поговорку, что в малых количествах лечит, а в больших – калечит.

Интересно, что хлорид натрия (поваренная соль) в десятикратном избытке в организме по сравнению с нормальным содержанием является ядом. Кислород, необходимый человеку для дыхания, в высокой концентрации и особенно под давлением оказывает ядовитое действие. Из этих примеров видно, что концентрация элемента в организме иногда играет весьма существенное, а порой и катастрофическое значение.

Железо входит в состав гемоглобина крови, а точнее в красные пигменты крови, обратимо связывающие молекулярный кислород. У взрослого человека в крови содержится около 2,6 г железа. В процессе жизнедеятельности в организме происходит постоянный распад и синтез гемоглобина. Для восстановления железа, потерянного с распадом гемоглобина, человеку необходимо суточное поступление в организм около 25 мг. Недостаток железа в организме приводит к заболеванию – анемии. Однако избыток железа в организме тоже вреден. С ним связан сидероз глаз и легких – заболевание, вызываемое отложением соединений железа в тканях этих органов. Недостаток в организме меди вызывает деструкцию кровеносных сосудов. Кроме того, считают, что его дефицит служит причиной раковых заболеваний. В некоторых случаях поражение раком легких у людей пожилого возраста врачи связывают с возрастным снижением меди в организме. Однако избыток меди приводит к нарушению психики и параличу некоторых органов (болезнь Вильсона). Для человека вред причиняют лишь большие количества соединений меди. В малых дозах они используются в медицине как вяжущее и бактериостазное (задерживающее рост и размножение бактерий) средство. Так, например, сульфат меди (II) CuSO₄ используют при лечении конъюнктивитов в виде глазных капель (0,25%-ный раствор), а также для прижиганий при трахоме в виде глазных карандашей (сплав сульфата меди (II), нитрата калия, квасцов и камфоры). При ожогах кожи фосфором производят ее обильное смачивание 5%-ным раствором сульфата меди (II).

Давно замечено бактерицидное (вызывающее гибель различных бактерий) свойство серебра и его солей. Например, в медицине раствор коллоидного серебра (колларгол) применяют для промывания гнойных ран, мочевого пузыря при хронических циститах и уретритах, а также в виде глазных капель при гнойных конъюнктивитах и бленнорее. Нитрат серебра AgNO₃ в виде карандашей применяют для прижигания бородавок, грануляций и т.п. В разбавленных растворах (0,1…0,25%-ные) его используют как вяжущее и противомикробное средство для примочек, а также в качестве глазных капель. Ученые считают, что прижигающее действие нитрата серебра связано с его взаимодействием с белками тканей, что приводит к образованию белковых солей серебра – альбуминатов.

В настоящее время бесспорно установлено, что всем живым организмам присуще явление ионной асимметрии – неравномерное распределение ионов внутри и вне клетки. Например, внутри клеток мышечных волокон, сердца, печени, почек имеется повышенное содержание ионов калия по сравнению с внеклеточным. Концентрация ионов натрия, наоборот, выше вне клетки, чем внутри нее. Наличие градиента концентраций калия и натрия – экспериментально установленный факт. Исследователей волнует загадка о природе калий-натриевого насоса и его функционирования. На разрешение этого вопроса направлены усилия многих коллективов ученых как в нашей стране, так и за рубежом. Интересно, что по мере старения организма градиент концентраций ионов калия и натрия на границе клетки падает. При наступлении смерти концентрация калия и натрия внутри и вне клетки сразу же выравнивается.

Биологическая функция ионов лития и рубидия в здоровом организме пока не ясна. Однако имеются сведения, что введением их в организм удается лечить одну из форм маникально-депрессивного психоза.

Биологам и медикам хорошо известно, что важную роль в организме человека играют гликозиды. Некоторые природные гликозиды (извлекаемые из растений) активно действуют на сердечную мышцу, усиливая сократительные функции и замедление ритма сердца. При попадании в организм большого количества сердечного гликозида может произойти полная остановка сердца. Ионы некоторых металлов влияют на действие гликозидов. Например, при введении в кровь ионов магния действие гликозидов на сердечную мышцу ослабляется. Ионы кальция, наоборот, усиливают действие сердечных гликозидов.

Наиболее известные яды

Из истории и художественной литературы известно, что в прошлом в качестве ядов злоумышленники широко использовали мышьяк, сулему, цианистый калий. Нужно сразу отметить, что в организм человека яды могут попасть не только по злому умыслу, но и в процессе своей профессиональной деятельности при нарушении условий труда и техники безопасности. Как уже было сказано, в малых количествах даже самые страшные яды могут быть полезны человеку и потому применяются в медицине. Яды также используют для борьбы с грызунами, для протравы семян и т.д. Полностью отказаться от ядов пока человек не может. Поэтому полезно знать их опасность, симптомы отравления и меры первой помощи.

Мышьяк попадает в организм чаще всего не в элементной форме, а в виде соединений. Хроническое отравление (при поступлении в организм в малых дозах, но в течение длительного времени) проявляется в раздражении слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей. Кроме того, появляется непроходящий насморк, кашель, конъюнктивит, кровохарканье, а в более тяжелых случаях присоединяются симптомы поражения центральной нервной системы. Соединения мышьяка оказывают раздражающее действие на кожу. При длительных действиях они могут вызвать образование злокачественных опухолей.

При остром отравлении, т.е. при попадании в желудок в большой дозе, появляется металлический привкус во рту, наблюдается затруднение глотания, вызывается рвота и проявляются сильные боли в животе с последующим поносом. При очень сильных отравлениях может развиться паралитическая форма – судороги различных мышц, потеря сознания, паралич сосудодвигательного и дыхательного центров.

Все эти симптомы вызваны тем, что соединения мышьяка являются сильными капилляротоксическими ядами. Они вызывают увеличение проницаемости сосудистых стенок и паралич капилляров. Кроме того, при отравлениях мышьяком нарушаются обмен веществ и функция центральной и периферической нервной системы.

При оказании помощи в случаях отравления соединениями мышьяка проводят промывание желудка теплой водой и взвесью в воде оксида магния (магнезии), вводят антидоты (см. далее), немедленно и обязательно госпитализируют.

Следует отметить, что понос – частая реакция организма на отравление. С древних времен при отравлениях широко использовали лекарства, вызывающие рвоту, понос, усиленное мочеотделение, потоотделение, слюновыделение. Этими путями стремились вывести из организма ядовитые вещества.

Следует также отметить, что непосредственный контакт соединений мышьяка с тканями, в частности As₂O₃, приводит к их гибели без предшествующего раздражения. Иными словами, гибель тканей протекает почти безболезненно. Это свойство соединений мышьяка и, в частности Аs₂O₃, используют в стоматологической практике для удаления нейронов (нервной ткани). Для этого на обнаженную пульпу зуба (ткань, содержащую нервы, кровеносные и лимфатические сосуды) наносят кусочек пасты величиной с булавочную головку. Содержащийся в ней Аs₂O₃ диффундирует в пульпу и через 24…48 ч нерв погибает.

Соединения селена также ядовиты и по этим свойствам напоминают соединения мышьяка. Неспроста в периодической системе Д.И. Менделеева эти два элемента находятся рядом.

Ртуть – при комнатных температурах легкоподвижная жидкость. Для металлов она относительно легко испаряется, а пары ртути чрезвычайно ядовиты. Поскольку ртуть содержится в медицинских термометрах, то с нею человек может столкнуться в домашних условиях. Разбитый термометр и вылившаяся, но не собранная ртуть может представить опасность для здоровья человека. Характерными признаками ртутного отравления является слюнотечение, своеобразное покраснение десен и размягчение зубов. Появляется тяжелое нервное расстройство: головная боль, нарушение пищеварения, дрожание рук и головы. При слабом отравлении появляется вялость, бессонница, ослабление памяти.

Восприимчивость к отравлению ртутью различных людей может весьма сильно отличаться. Некоторые люди испытывают симптомы отравления даже от металлических зубных пломб, состоящих из амальгамированной меди.

Некоторые соединения ртути также чрезвычайно ядовиты. Известно, что ионы ртути (II) способны прочно соединяться с белками. Ядовитое действие хлорида ртути (II) HgCl₂ (сулемы) проявляется прежде всего в некрозе (омертвлении) почек и слизистой оболочки кишечника. В результате ртутного отравления почки теряют способность выделять из крови продукты жизнедеятельности организма.

Интересно, что хлорид ртути (I) Hg₂Cl₂ (древнее название каломель) безвреден для организма человека. Вероятно, это объясняется чрезвычайно низкой растворимостью соли, в результате чего ионы ртути не попадают в заметных количествах в организм.

При хроническом отравлении ртутью и ее соединениями проявляются нервные нарушения, бывает повышенная психическая возбудимость, вегетативные сдвиги, проявляющиеся в непроизвольном движении мышц лица с его покраснением. Отравление проявляется в потливости и красном дермографизме (при слабом нанесении штриха на коже появляется красная полоса). При хроническом отравлении появляется так называемый ртутный тремор – вначале мелкое дрожание пальцев рук, затем резкое усиление, дрожание всего тела, непроизвольные движения.

При остром отравлении появляется повышение температуры, озноб, воспаление дыхательных путей и легких; наблюдается слюнотечение, набухание и слюноточивость десен. Все это сопровождается потерей аппетита, тошнотой, рвотой, болями в животе, кровянистым поносом, головными болями, расстройством речи, изменением походки.

Лечение при отравлении ртутью включает покой, прием антидотов и витаминов. Рекомендуют принимать яичный белок и молоко. Содержащиеся в этих продуктах белки связывают ртуть, локализуют ее в полости желудка, а затем выводят из организма.

Цианистый калий (цианид калия) KCN – соль синильной кислоты HCN. Оба соединения являются быстродействующими и сильными ядами. Ядовитые свойства синильной кислоты начали использовать задолго до того, как она была идентифицирована и выделена в чистом виде. Отметим, что в небольших количествах синильная кислота часто встречается в растительном мире. Наиболее известен в этом отношении горький миндаль. В семенах миндаля содержится органическое соединение амигдалин, который расщепляется на виноградный сахар, бензальдегид (масло горького миндаля) и синильную кислоту. Расщепление протекает под действием имеющегося в горьком миндале энзима – эмульсина. Этот процесс протекает самопроизвольно без вмешательства человека. Таким образом, в семенах миндаля, персика, абрикоса, вишни и других растений в небольших количествах всегда имеется синильная кислота. Современные клинические наблюдения показали, что отравление со смертельным исходом наступает после употребления около 100 очищенных ядер абрикосов. Древнегреческие жрецы умели извлекать синильную кислоту из листьев персика. Возможно, теперь Вам станут понятными такие выражения, как «наказание персиком», «не преступай – иначе умрешь от персика». Для человека смертельная доза синильной кислоты составляет всего лишь 50 мг.

При остром отравлении синильной кислотой и ее солями теряется сознание, наступает паралич дыхания и сердца. На начальной стадии отравления человек испытывает головокружение, ощущение давления во лбу, острую головную боль, учащенное дыхание, сердцебиение. Первая помощь при отравлении синильной кислотой и ее солями – свежий воздух, кислородное дыхание, тепло. Противоядиями являются нитрит натрия NaNO₂ и органические нитросоединения: амилнитрит C₅H₁₁ONO и пропилнитрит C₃H₇ONO. Считают, что действие нитрита натрия сводится к превращению гемоглобина в мета-гемоглобин. Последний прочно связывает цианидные ионы в цианметагемоглобин. Этим путем дыхательные ферменты освобождаются от цианидных ионов, что и приводит к восстановлению дыхательной функции клеток и тканей.

В качестве противоядий на синильную кислоту широко используют серосодержащие соединения: коллоидную серу, тиосульфат натрия Na₂S₂O₃, тетратионат натрия Na₂S₄O₆, а также серосодержащие органические соединения, в частности, аминокислоты – глутатион, цистеин, цистин. Синильная кислота и ее соли при взаимодействии с серой превращаются в тиоцианаты в соответствии с уравнением

HCN + S → HNCS

Тиоцианаты же совершенно безвредны для человеческого организма.

С давних пор при опасности отравления цианидами рекомендовалось держать за щекой кусочек сахара. В 1915 г. немецкие химики Рупп и Гольце показали, что глюкоза взаимодействует с синильной кислотой и некоторыми цианидами с образованием нетоксичного соединения циангидрина глюкозы:

Formula p.175

Считают, что это обстоятельство было причиной неудачной попытки отравить Распутина в 1916 г. в доме Юсупова добавлением цианида калия в сладкие пирожные, к которым он питал слабость.

Свинец и его соединения являются довольно сильными ядами. Подумать страшно, что еще в начале текущего столетия водопроводные трубы в городах изготавливали из свинца. Затем их постепенно заменяли железными. В Санкт-Петербурге замена свинцовых труб в старых домах была завершена лишь в 50-х годах текущего столетия.

В организме человека свинец накапливается в костях, печени и почках. Ученые считают, что свинец является синергистом (от греч. synergos – вместе действующий) и способствует увеличению токсичности других металлов. Симптомами свинцового отравления служит серная кайма на деснах («свинцовая кайма»), бледность лица и губ, запоры, потеря аппетита. При остром отравлении появляются сильные боли в области живота («свинцовые колики»), параличи или боли в суставах, судороги, обмороки.

Весьма токсичны соединения химического элемента таллия, который относят к числу редких. Этот элемент является кумулятивным ядом. Под кумуляцией в медицине понимают накопление в организме веществ и вследствие этого усиление их действия. Токсичность соединений таллия принимают в четыре раза выше токсичности соединений мышьяка (III). Соединения таллия воздействуют на центральную нервную систему, на органы пищеварения и почки. Характерным признаком отравления таллием является выпадение волос. Первая помощь при отравлении – промывание желудка водой с активированным углем и 0,3%-ным раствором тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. В медицине на основе соединений таллия готовят препараты для удаления волосяного покрова.

Уместно опять же отметить, что опасные для здоровья человека химические элементы – ртуть, таллий и свинец – расположены в периодической системе рядом.

Следует указать, что все цветные и особенно тяжелые (расположенные в конце периодической системы) металлы в количествах выше допустимых ядовиты. На них существуют нормы предельно допустимых концентраций (ПДК). Здесь нет возможности остановиться на вредном воздействии всех этих элементов и симптомах отравления. Интересующиеся данными вопросами могут обратиться к специальной литературе. Автор же описал наиболее опасные и наиболее известные в этом отношении химические элементы и их соединения. Следует отметить лишь еще одно важное обстоятельство. Ученые установили, что токсичность солей металлов в мягкой воде, как правило, гораздо выше, чем в жесткой. Для тех, кто вынужден пользоваться для приготовления пищи жесткой водой, появляется хоть какое-то утешение.

Углекислый газ в больших количествах содержится в организме человека и потому не может быть ядовитым. За 1 ч взрослый человек выдыхает примерно 20 л (около 40 г) этого газа. При физической работе количество выдыхаемого углекислого газа увеличивается до 35 л. Он образуется в результате сгорания в организме углеводов и жиров. Однако при большом содержании CO₂ в воздухе наступает удушье из-за недостатка кислорода. Максимальная продолжительность пребывания человека в помещении с концентрацией CO₂ до 20% (по объему) не должна превышать 2 ч. В Италии имеется получившая широкую известность пещера («Собачья пещера»), в которой человек стоя может находиться длительное время, а забежавшая туда собака задыхается и гибнет. Дело в том, что примерно до пояса человека пещера заполнена тяжелым (по сравнению с азотом и кислородом) углекислым газом. Поскольку голова человека находится в воздушном слое, то он не ощущает никаких неудобств. Собака же при ее росте оказывается в атмосфере углекислого газа и потому задыхается.

Врачи и биологи установили, что при окислении в организме углеводов до воды и углекислого газа на одну затраченную молекулу кислорода выделяется одна молекула CO₂. Таким образом, отношение выделенного CO₂ к поглощенному O₂ (величина дыхательного коэффициента) равна единице. В случае окисления жиров дыхательный коэффициент равен примерно 0,7. Следовательно, определяя величину дыхательного коэффициента, можно судить, какие вещества преимущественно сгорают в организме. Экспериментально установлено, что при кратковременных, но интенсивных мышечных нагрузках энергия получается за счет окисления углеводов, а при длительных – преимущественно за счет сгорания жиров. Полагают, что переключение организма на окисление жиров связано с истощением резерва углеводов, что обычно наблюдается через 5…20 мин после начала интенсивной мышечной работы.

Антидоты

Выведение из организма токсических веществ, в том числе и соединений металлов, происходит через органы пищеварения, различные железы (потоотделения, слюноотделения), легкие, но особенно через почки. Поэтому при многих отравлениях с помощью специальных средств вызывают усиление мочеотделения, что способствует удалению из организма с мочой ядовитых соединений. В медицине для их выведения используют природные или синтетические химические вещества, называемые антидотами.

Антидоты – вещества, устраняющие последствия воздействия ядов на биологические структуры и инактивирующие яды посредством химической реакции. Механизм их действия при отравлении солями металлов (неорганическими ядами) связывают с образованием малорастворимых или очень прочных соединений. Так, еще в 1806 г. в качестве лечебного средства при отравлении барием были предложены глауберова соль Na₂SO₄·10H₂O и сульфат магния MgSO₄. При взаимодействии с солями бария они приводят к образованию сульфата бария, который вследствие малой растворимости не является ядовитым. Известно, что при рентгенологическом исследовании желудка пациента кормят кашей из сульфата бария, замешенного на воде. Как уже было отмечено, сулема HgCl₂ является сильнейшим ядом. Хорошо известно, что ртуть (II) образует исключительно малорастворимый сульфид HgS. Поэтому антидотом против сулемы используют раствор сульфида натрия и магния.

Желтая кровяная соль K₄[Fe(CN)₆] образует малорастворимые соединения с ионами многих тяжелых металлов. Это свойство используют на практике для лечения отравлений солями тяжелых металлов.

Хорошим антидотом при отравлениях соединениями мышьяка, ртути, свинца, кадмия, никеля, хрома, кобальта и других металлов является унитиол:

Formula p.178

Он образует прочные хелатные соединения типа

Formula p.178

В виде таких соединений ионы металла и выводятся из организма. Весьма прочные соединения с ионами различных металлов образуют комплексоны, например этилендиаминтетрауксусная кислота (ЭДТА):

Formula p.179

Обычно такие соединения обладают очень высокой прочностью. Это означает, что комплексоны могут «отнимать» ионы металлов от биологических систем. По этой причине ЭДТА является хорошим антидотом на соединения свинца и соединения других металлов. Однако при использовании унитиола и комплексонов следует остерегаться передозировки. При их избытке могут связываться, а затем и выводиться из организма жизненно важные микроэлементы.

Универсальным антидотом является молоко. На его противоядные свойства указывал еще в начале новой эры Плиний Второй (23…73 гг. н.э.). Употребление молока и сливочного масла при отравлении солями рекомендовал также Авиценна в своем знаменитом труде «Канон врачебной науки», созданном в 1012…1023 гг. Неспроста и в настоящее время сотрудникам химических лабораторий и работникам ряда химических производств в нашей стране в соответствии с нормами техники безопасности бесплатно выдается молоко.

 

• Химия в фотографии

• Оглавление

Дата публикации:

28 декабря 2002 года

Лекция «Роли макро- и микроэлементов в поддержании здоровья у детей с РАС» / Календарь событий / Благотворительный фонд Обыкновенное чудо

10 февраля, 2018

10 февраля 2018 года состоится лекция  доктора биологических наук, профессора НИИ Медицинской Генетики КУЧЕР ОКСАНЫ НИКОЛАЕВНЫ «Роли макро- и микроэлементов в поддержании здоровья  у детей с РАС»

Лекция пройдет с 12-14 ч. в Центре Семейной Медицины по адресу: г.Томск, ул.Киевская,15, конференц-зал

Макроэлементы — химические элементы, содержание которых исчисляется в организме человека граммами. К макроэлементам относят кальций, фосфор, магний, калий, хлор, железо и др. Потребность организма в минералах-макроэлементах велика. Микроэлементы – это цинк, медь, йод, фтор и прочие. Их количество в организме измеряется в микрограммах. Макро- и микроэлементы обеспечивают нормальную работу ВСЕХ ГЛАВНЫХ систем организма: иммунной, нервной, эндокринной, пищеварительной, сердечно — сосудистой, мышечной (участвуют в процессе сокращения мышц). Их нехватка или полное отсутствие могут привести как к серьезным заболеваниям, так и к гибели организма.В жизни человека, кроме жиров, белков, углеводов и витаминов, огромную роль играют химические элементы. Мы все знаем таблицу Менделеева. Так вот, в настоящее время обнаружено уже 70 химических элементов из этой таблицы, которые содержатся в тканях организма человека в различных количествах (макро- и микроэлементы).

Простой пример: ЦИНК — участвует в жировом, белковом и витаминном обмене, в процессах кроветворения. С недостатком цинка не только появляются белые включения в ногтевой пластинке, но и наблюдается задержка роста, перевозбуждение нервной системы и быстрое утомление, нарушается ответ против грибов и вирусов, дети отстают в развитии. А при избытке ЦИНКА начинается задержка роста и нарушение минерализации костей. ХРОМ – регулирует углеводный обмен и энергетические процесс. Его дефицит сопровождает ожирением, развитием сахарного диабета. Недостаток МЕДИ ведет к потере пигмента волос (то есть появлению ранней седины), ведет к задержке роста, развитию анемии, дерматозов, частичному облысению.

Это уже вторая лекция в рамках сотрудничества АУРЫ с Центром семейной медицины г.Томска.  Первая была проведена доктором медицинских наук, аллергологом-иммунологом Черевко Натальей Анатольевной (директор Центра семейной медицины, участник V Международной научно-практической конференции «Аутизм:вызовы и решения» в г.Москва) в декабре 2017 года на тему «Особенности реакций иммунной системы на пищевые продукты детей с РАС».

На лекции были рассмотрены иммунная система ребенка, микробиом человека как основа иммунитета человека, предполагаемые причины возникновения аутизма, современные проблемы нарушения адаптации к пищевым продуктам, проблемы оксидативного стресса. Было также отмечено, что пищевая толерантность может формироваться внутриутробно, поэтому исследования женщины перед беременностью должны включать в себя тесты, как минимум, на чувствительность к глиадину/глютену и лактазе. Истинная пищевая непереносимость более опасна, чем аллергия немедленного типа. Множество симптомов даже у обычных людей, такие как усталость, раздражительность, кожные проблемы, проблемы с весом, частые болезни, мышечные боли и мышечная слабость могут свидетельствовать о пищевой непереносимости.

У детей с РАС заболевания ЖКТ встречаются в 70% случаев, а также существуют доказательства нарушенной проницаемости кишечника в 43% случаев.  При исследовании пищевых непереносимостей у детей с аутизмом на первое место часто выходит кандида, глютен, казеин, дрожжи. Согласно исследованиям 2017 года, кишечный дисбиоз напрямую связан с психиатрическими расстройствами. Агрессия, самоагрессия, странное поведение, самостимуляция могут являться сигналом к походу в первую очередь к гастроэнтерологу, а не к психиатру. Первым пунктом программы по коррекции аутизма всегда должны стоять исследования ЖКТ, а также, по-возможности, исследование пищевой непереносимости. В Томске это исследование для детей с аутизмом бесплатно проводит Центр семейной медицины.

На лекции была представлена книга Татьяны Осиповой и Марины Розенштейн «Искусство исключения или иммунная диета без паники!», в которой собраны множество рецептов для тех, кто ведет здоровый образ жизни, не употребляя глютена, молока, сахара, дрожжей.

Вот примерный список исследований, которые рекомендовано сделать ребенку с РАС с точки зрения аллерголога-иммунолога:

• биохимия крови (билирубин, мочевина, мочевая кислота, лактат, пируват, АЛТ, АСТ, общий белок, щелочная фосфатаза)
• гормоны (ТТГ, Т3, Т4)
• инсулитн, гликированный гемоглобин, индекс инсулинорезистентности
• витамин Д
• ферритин, трансферритин
• кал на дисбактериоз биохимический метод определения кислот
• пищевая панель непереносимости/гиперчувствительности
• аллергопанель педиатрическая
• минералограмма волос
• иммунный статус
• генетический паспорт
• тест АТЕС

Пожалуй, сейчас мы впервые ощущаем столь мощную поддержку томских медиков в применении биомедицинского подхода в коррекции РАС.Множество родителей АУРЫ ни раз сталкивалось с тем, что врачи не видят связи между состоянием головного мозга и состоянием ЖКТ. Часто приходится доказывать врачам, что, несмотря на то, что нет подтвержденных научных данных о применении биомедицинского подхода, он работает, улучшает поведение, повышает обучаемость, контактность. Благодаря же ЦСМ в Томске стало возможным более научно подойти к диете, что, возможно, выведет коррекцию РАС на новый уровень. Поэтому можно уже сейчас говорить, что наш город является одним из самых передовых за Уралом в вопросах применения современных научных исследований оздоровляющего питания.

 

Микроэлементы в организме человека | Biomol RU

Основные микроэлементы и их роль

Микро- и макро- элементы (чаще именуемые словом микроэлементы) являются основными компонентами живой и неживой материи. Из элементов — Азот (N), сера (S), кислород (O), водород (H) и углерод (C) созданы органические соединения: белки, углеводы, жиры и витамины.

Среди 104 известных микроэлементов примерно 1/3 представляют компоненты важные для организмов — структурные элементы скелета и мягких тканей, а также факторы, регулирующие многие физиологические функции напр., свёртывания крови, транспорта кислорода, активация энзимов.

Группы элементов

Элементы можно разделить на три группы:

1) элементы, необходимые для жизни, так называемые биоэлементы
2) элементы нейтральные, без которых метаболические обмены нормально протекать могут
3) элементы токсичные, те которые оказывают на организм вредное воздействие

Макро- и микро- элементы

Элементы, необходимые для правильного функционирования организма классифицируются на макро- и микро- элементы.

Макроэлементы — это такие элементы, концентрация которых в жидкостях организма и тканях составляет больше 1 μг/г мокрой ткани (μг — миллионная часть грамма 10-6г).

Микроэлементы — это такие элементы, концентрация которых в организме составляет меньше 1 мкг / г мокрой ткани.

Макроэлементы:

хлор (Cl)
фосфор (P)
магний ( Mg)
калий (K)
натрий (Na)
кальций (Ca)

Микроэлементы:

германий (Ge)
бор (B)
хром (Cr)
олово (Sn)
цинк (Zn)
фтор (F)
йод (I)
кобальт (Co)
кремний (Si)
литий (Li)
марганец (Mn)
медь (Cu)
молибден (Mo)
никель (Ni)
селен (Se)
ванадий (V)
железо (Fe)

Элементы токсичные:

алюминий (Al)
таллий (Tl)
ртуть (Hg)
кадмий (Cd)
свинец (Pb)

Вредность химических элементов зависит от многих факторов, но самыми главными являются: концентрация данного элемента в организме и период (время) воздействия на организм. Существенную роль играет способность организма элиминировать вредные элементы, такую функцию выполняют почки, печень и пищеварительный тракт. Вредное влияние токсичных элементов зависит от возможности организма противостоять их разрушающему воздействию.

Токсичные элементы имеют тенденцию накопления в паренхиматозных органах, особенно в печени, почках, поджелудочной железе.

При хроническом воздействии, токсичные элементы могут откладываться также в других тканях напр.: свинец и алюминий в костях, свинец, ртуть, алюминий в тканях головного мозга, а кадмий в луковицах волос.

Количественное обозначение микроэлементов в организме

Прогресс науки и развитие техники привели к тому, что методы количественного обозначения микроэлементов являются более точными и подробными. Высокую чувствительность исследований обеспечивает атомно-абсорбционный спектрометр (ААС), спектрометр атомной эмиссии с плазменным возбуждением (ICP -AES), а также метод нейтронной активации (NAA).

Современная аналитическая аппаратура позволяет провести анализ концентраций элементов с первой попытки. Это дает возможность проводить измерения многих элементов за короткое время с небольшим количеством материала, что в случае биологических исследований играет немаловажную роль.

Лаборатория Biomol-Med для обозначения элементов использует метод ICP.

Физиологические жизненные процессы зависят не только от состава и концентрации отдельных элементов, но также и от их пропорции в организме. Для отдельных пространств организма существует чётко определённое равновесие ионов, которое поддерживается на постоянном уровне. На основании пропорции между определенными элементами можно оценить метаболическую активность и правильность физиологических процессов. Между микроэлементами существуют синергетические и антагонистические связи, которые непосредственно влияют на метаболизм организма.

Сохранение правильных отношений и пропорций между отдельными элементами является во многих случаях более важным, чем их правильная концентрация.

Золото, уран и многое другое… Какие химические элементы можно обнаружить в человеческом организме?

Задумывались ли вы о том, что во время завтрака, чтения книги или по пути на учёбу в вашем организме функционирует настоящая химическая лаборатория? Если быть точнее – внутри нас и снаружи происходит множество химических реакций. Из курса школьной химии многим известно, что основу любой реакции составляют химические элементы, которых, кстати, в человеческом организме огромное количество. Но можно ли сказать, что человек полностью состоит из таблицы Менделеева? Миф это или реальность?

Начнём с простого. Организм человека в среднем состоит на 70 % из воды. Около 25 % приходится на органические вещества, которые состоят из углерода, водорода, кислорода, азота – четырёх химических элементов (так называемые «киты химии»). Они не только являются основными элементами жизни – из них состоят белки, вся природа вокруг нас и мы сами. К этим веществам также относят фосфор и серу.

Оставшаяся «масса» организма приходится на неорганические вещества – кальций, натрий, хлор, железо и другие элементы. В человеческом организме они существуют преимущественно в виде ионов (ионы – электрически заряженные частицы, возникающие при потере или присоединении электронов атомами, молекулами и радикалами. – Прим. автора) и поступают в него благодаря сбалансированному питанию и потребляемой воде.

По мнению учёных Национальной академии США, ежедневное количество поступаемых в организм человека элементов в идеале должно равняться количеству выводимых. То есть их содержание в организме нужно поддерживать в относительном постоянстве. Это связано с тем, что человек привык к определённому объёму того или иного вещества. Недостаток или избыток приводят к плохому самочувствию. Например, головные боли, общая слабость и головокружение может свидетельствовать о недостатке железа в крови. Влияние микроэлементов на наш организм также велико. Классическим микроэлементом является йод. Сонливость, апатия, нарушение умственной деятельности, избыточная масса тела – всё это симптомы нарушения количественного содержания данного элемента в организме.

Итак, присутствие некоторых элементов периодической таблицы Менделеева в нашем организме мы выявили. Но таблица Менделеева насчитывает свыше ста элементов. Где же остальные? Разобраться в этом вопросе поможет ассистент кафедры «Химия, химические процессы и технологии» Тольяттинского госуниверситета Сергей Соков.

– В организме человека, помимо основных органических и неорганических элементов, присутствуют микро- и ультрамикроэлементы. Они содержатся в значительно меньшем количестве, но в жизнедеятельности человека зачастую играют важную роль. Микроэлементы входят в состав ферментов, витаминоподобных веществ и гормонов. Они поступают в организм в малых количествах, и их недостаток или избыток отражается на здоровье. Ультрамикроэлементов в человеческом организме ничтожно мало – они составляют миллионные доли от общей массы клетки, и их функция до конца не ясна. Тем не менее, если выпарить живую клетку, обработать её специальными соединениями, можно обнаружить мизерное содержание золота, платины, урана и других элементов таблицы Менделеева, – говорит Сергей Соков. – Поэтому факт остаётся фактом, который, кстати, подтверждён экспериментально: в человеческом организме действительно находится почти вся периодическая таблица Менделеева. Вопрос только в количественном соотношении и влиянии на человеческий организм этих элементов.

 

Материал впервые опубликован в газете «Speechka» № 6 (114) от 25.04.2019 г.

Почему 118-й химический элемент назвали в честь российского учёного

Это круче, чем Нобелевская премия! Впервые за 200 лет химический элемент назван в честь действующего российского учёного.

Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) утвердил названияновых четырёх элементов таблицы Менделеева: 113-го, 115-го, 117-го и 118-го. Последний назван в честь российского физика, академика Юрия Оганесяна. Учёные попадали «в клеточку» и раньше: Менделеев, Эйнштейн, Бор, Резерфорд, чета Кюри… Но лишь второй раз в истории это произошло при жизни учёного. Прецедент случился в 1997 году, когда такой чести удостоился Гленн Сиборг. Юрию Оганесяну давно прочат Нобелевскую премию. Но, согласитесь, получить собственную клеточку в таблице Менделеева куда круче.

В нижних строках таблицы вы легко найдёте уран, его атомный номер 92. Все последующие элементы, начиная с 93-го, — это так называемые трансураны. Некоторые из них появились примерно 10 миллиардов лет назад в результате ядерных реакций внутри звёзд. Следы плутония и нептуния были обнаружены в земной коре. Но большинство трансурановых элементов давно распалось, и теперь можно лишь предсказывать, какими они были, чтобы потом пытаться воссоздать их в лабораторных условиях.

Первыми это сделали в 1940 году американские учёные Гленн Сиборг и Эдвин Макмиллан. Родился плутоний. Позднее группа Сиборга синтезировала америций, кюрий, берклий… К тому времени чуть ли не весь мир включился в гонку за сверхтяжёлыми ядрами.

Юрий Оганесян (р. 1933). Выпускник МИФИ, специалист в области ядерной физики, академик РАН, научный руководитель лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Председатель Научного совета РАН по прикладной ядерной физике. Имеет почётные звания в университетах и академиях Японии, Франции, Италии, Германии и других стран. Награждался Государственной премией СССР, орденами Трудового Красного Знамени, Дружбы народов, «За заслуги перед Отечеством» и пр. Фото: wikipedia.org

В 1964 году новый химический элемент с атомным номером 104 впервые синтезировали в СССР, в Объединённом институте ядерных исследований (ОИЯИ), который находится в подмосковной Дубне. Позднее этот элемент получил имя «резерфордий». Руководил проектом один из основателей института Георгий Флёров. Его имя тоже вписано в таблицу: флеровий, 114.

Юрий Оганесян был учеником Флёрова и одним из тех, кто синтезировал резерфордий, потом дубний и более тяжёлые элементы. Благодаря успехам советских учёных Россия вырвалась в лидеры трансурановой гонки и сохраняет этот статус до сих пор.

Научный коллектив, работа которого привела к открытию, направляет своё предложение в IUPAC. Комиссия рассматривает аргументы «за» и «против», исходя из следующих правил: «…вновь открытые элементы могут быть названы: (а) по имени мифологического персонажа или понятия (включая астрономический объект), (б) по названию минерала или аналогичного вещества, (в) по названию населённого пункта или географической области, (г) в соответствии со свойствами элемента или (д) по имени учёного».

Названия четырём новым элементам присваивали долго, почти год. Дата объявления решения несколько раз отодвигалась. Напряжение нарастало. Наконец 28 ноября 2016 года, по истечении пятимесячного срока для приёма предложений и возражений общественности, комиссия не нашла причин отвергнуть нихоний, московий, теннессин и оганесон и утвердила их.

Кстати, суффикс «-он-» не очень типичен для химических элементов. Для оганесона он выбран потому, что по химическим свойствам новый элемент аналогичен инертным газам — это сходство подчеркивает созвучие с неоном, аргоном, криптоном, ксеноном.

Рождение нового элемента — событие исторического масштаба. На сегодняшний день синтезированы элементы седьмого периода до 118-го включительно, и это не предел. Впереди 119-й, 120-й, 121-й… Изотопы элементов с атомными номерами более 100 зачастую живут не более тысячной доли секунды. И кажется, чем тяжелее ядро, тем короче его жизнь. Это правило действует до 113-го элемента включительно.

В 1960-х годах Георгий Флёров предположил, что оно не обязано неукоснительно соблюдаться по мере углубления в таблицу. Но как это доказать? Поиск так называемых островов стабильности более 40 лет был одной из важнейших задач физики. В 2006 году коллектив учёных под руководством Юрия Оганесяна подтвердил их существование. Научный мир вздохнул с облегчением: значит, смысл искать всё более тяжёлые ядра есть.

Коридор легендарной Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Юрий Цолакович, что же всё-таки представляют собой острова стабильности, о которых много говорят в последнее время?

Юрий Оганесян: Вы знаете, что ядра атомов состоят из протонов и нейтронов. Но только строго определённое количество этих «кирпичиков» связаны друг с другом в единое тело, которое представляет ядро атома. Комбинаций, которые «не срабатывают», оказывается больше. Поэтому, в принципе, наш мир находится в море нестабильности. Да, есть ядра, которые остались со времён образования Солнечной системы, они стабильны. Водород, например. Участки с такими ядрами будем называть «континентом». Он постепенно уходит в море нестабильности по мере того, как мы идём к более тяжёлым элементам. Но, оказывается, если далеко уйти от суши, возникает остров стабильности, где рождаются ядра-долгожители. Остров стабильности — это открытие, которое уже сделано, признано, но точное время жизни долгожителей на этом острове пока не предсказывается достаточно хорошо.

Как были открыты острова стабильности?

Юрий Оганесян: Мы долго их искали. Когда ставится задача, важно, чтобы был однозначный ответ «да» или «нет». Причин нулевого результата на самом деле две: либо ты не дотянулся, либо того, что ищешь, вообще нет. У нас был «ноль» до 2000 года. Мы думали, что, может быть, теоретики и правы, когда рисуют свои красивые картины, но нам до них не дотянуться. В 90-е мы пришли к выводу, что стоит усложнить эксперимент. Это противоречило реалиям того времени: нужна была новая техника, а средств не хватало. Тем не менее к началу ХХI века мы были готовы опробовать новый подход — облучать плутоний кальцием-48.

Почему для вас так важен именно кальций-48, именно этот изотоп?

Юрий Оганесян: Он имеет восемь лишних нейтронов. А мы знали, что остров стабильности там, где избыток нейтронов. Поэтому тяжёлый изотоп плутония-244 облучали кальцием-48. В этой реакции синтезировали изотоп сверхтяжёлого элемента 114 — флеровия-289, который живёт 2,7 секунды. В масштабах ядерных превращений это время считается достаточно длительным и служит доказательством того, что остров стабильности существует. Мы доплыли до него, и по мере продвижения вглубь стабильность только росла.

Фрагмент сепаратора ACCULINNA-2, на котором изучается структура лёгких экзотических ядер. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Почему, в принципе, была уверенность, что существуют острова стабильности?

Юрий Оганесян: Уверенность появилась, когда стало понятно, что ядро имеет структуру… Давно, ещё в 1928 году, наш великий соотечественник Георгий Гамов (советский и американский физик-теоретик) высказал предположение, что ядерное вещество похоже на каплю жидкости. Когда эту модель начали проверять, выяснилось, что она удивительно хорошо описывает глобальные свойства ядер. Но потом наша лаборатория получила результат, который коренным образом изменил эти представления. Мы выяснили, что в обычном состоянии ядро не ведёт себя подобно капле жидкости, не является аморфным телом, а имеет внутреннюю структуру. Без неё ядро существовало бы всего 10-19 секунды. А наличие структурных свойств ядерной материи приводит к тому, что ядро живёт секунды, часы, а мы надеемся, что может жить сутки, а может быть даже миллионы лет. Эта надежда, быть может, и слишком смелая, но мы надеемся и ищем трансурановые элементы в природе.

Один из самых волнующих вопросов: есть ли предел разнообразию химических элементов? Или их бесконечно много?

Юрий Оганесян: Капельная модель предсказывала, что их не более ста. С её точки зрения есть предел существования новых элементов. Сегодня их открыто 118. Сколько ещё может быть?.. Надо понять отличительные свойства «островных» ядер, чтобы делать прогноз для более тяжёлых. С точки зрения микроскопической теории, которая учитывает структуру ядра, мир наш не кончается за сотым элементом уходом в море нестабильности. Когда мы говорим о пределе существования атомных ядер, мы должны обязательно это учесть.

Есть ли достижение, которое вы считаете главным в жизни?

Юрий Оганесян: Я занимаюсь тем, что мне на самом деле интересно. Иногда увлекаюсь очень сильно. Иногда получается что-то, и я радуюсь, что получилось. Это жизнь. Это не эпизод. Я не принадлежу к категории людей, которые мечтали быть научными работниками в детстве, в школе, нет. Но просто у меня как-то хорошо получалось с математикой и физикой, и поэтому я пошёл в тот вуз, где надо было сдавать эти экзамены. Ну, сдал. И вообще, я считаю, что в жизни мы все очень сильно подвержены случайностям. Правда, ведь? Очень многие шаги в жизни мы делаем совершенно случайным образом. А потом, когда ты становишься взрослым, тебе задают вопрос: «Почему ты это сделал?». Ну, сделал и сделал. Это моё обычное занятие наукой.

«Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента»

Сейчас ОИЯИ строит первую в мире фабрику сверхтяжёлых элементов на базе ускорителя ионов DRIBs-III (Dubna Radioactive Ion Beams), самого мощного в своей области энергий. Там будут синтезировать сверхтяжёлые элементы восьмого периода (119, 120, 121) и производить радиоактивные материалы для мишеней. Эксперименты начнутся в конце 2017 — начале 2018 года. Андрей Попеко, из лаборатории ядерных реакций им. Г. Н. Флёрова ОИЯИ, рассказал, зачем всё это нужно.

Андрей Георгиевич, как предсказывают свойства новых элементов?

Андрей Попеко: Основное свойство, из которого следуют все остальные, — это масса ядра. Предсказать её очень сложно, но, исходя из массы, уже можно предположить, как ядро будет распадаться. Есть разные экспериментальные закономерности. Вы можете изучать ядро и, скажем, пытаться описать его свойства. Зная что-то о массе, можно говорить об энергии частиц, которые будет испускать ядро, делать предсказания о времени его жизни. Это довольно громоздко и не очень точно, но более-менее надёжно. А вот если ядро делится спонтанно, прогнозирование становится делом гораздо более сложным и менее точным.

Что мы можем сказать о свойствах 118-го?

Андрей Попеко: Он живёт 0,07 секунды и испускает альфа-частицы с энергией 11,7 МэВ. Это измерено. В дальнейшем можно сравнивать экспериментальные данные с теоретическими и поправлять модель.

На одной из лекций вы говорили, что таблица, возможно, заканчивается на 174-м элементе. Почему?

Андрей Попеко: Предполагается, что дальше электроны просто упадут на ядро. Чем больше заряд ядра, тем сильнее оно притягивает электроны. Ядро — плюс, электроны — минус. В какой-то момент ядро притянет электроны настолько сильно, что они должны упасть на него. Наступит предел элементов.

Могут ли такие ядра существовать?

Андрей Попеко: Полагая, что существует 174-й элемент, мы полагаем, что существует и его ядро. Но так ли это? Уран, 92-й элемент, живёт 4,5 млрд лет, а 118-й — меньше миллисекунды. Собственно, раньше считалось, что таблица заканчивается на элементе, время жизни которого пренебрежимо мало. Потом выяснилось, что не всё так однозначно, если двигаться по таблице. Сначала время жизни элемента падает, потом, у следующего, немножко увеличивается, потом опять падает.

Рулоны с трековыми мембранами — наноматериалом для очистки плазмы крови при лечении тяжёлых инфекционных заболеваний, устранении последствий химиотерапии. Эти мембраны разработали в Лаборатории ядерных реакций ОИЯИ ещё в 1970-е годы. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

Когда увеличивается — это и есть остров стабильности?

Андрей Попеко: Это указание на то, что он есть. На графиках это хорошо видно.

Тогда что же такое сам остров стабильности?

Андрей Попеко: Некоторая область, в которой находятся ядра изотопов, обладающие более долгим по сравнению с соседями временем жизни.

Эту область ещё предстоит найти?

Андрей Попеко: Пока только самый краешек зацепили.

Что вы будете искать на фабрике сверхтяжёлых элементов?

Андрей Попеко: Эксперименты по синтезу элементов занимают много времени. В среднем полгода непрерывной работы. Мы можем за месяц получить один атом 118-го элемента. Кроме того, мы работаем с высокорадиоактивными материалами, и наши помещения должны отвечать специальным требованиям. Но когда создавалась лаборатория, их ещё не было. Сейчас строится отдельное здание с соблюдением всех требований радиационной безопасности — только для этих экспериментов. Ускоритель сконструирован для синтеза именно трансуранов. Мы будем, во-первых, подробно изучать свойства 117-го и 118-го элементов. Во-вторых, искать новые изотопы. В-третьих, пробовать синтезировать ещё более тяжёлые элементы. Можно получить 119-й и 120-й.

Планируются эксперименты с новыми материалами для мишеней?

Андрей Попеко: Мы уже начали работать с титаном. На кальций потратили в общей сложности 20 лет — получили шесть новых элементов.

К сожалению, научных областей, где Россия занимает ведущие позиции, не так много. Как нам удаётся побеждать в борьбе за трансураны?

Андрей Попеко: Собственно, здесь лидерами всегда были Соединённые Штаты и Советский Союз. Дело в том, что основным материалом для создания атомного оружия был плутоний — его требовалось как-то получать. Потом задумались: а не использовать ли другие вещества? Из ядерной теории следует, что нужно брать элементы с чётным номером и нечётным атомным весом. Попробовали кюрий-245 — не подошёл. Калифорний-249 тоже. Стали изучать трансурановые элементы. Так получилось, что первыми этим вопросом занялись Советский Союз и Америка. Потом Германия — там в 60-е годы была дискуссия: стоит ли ввязываться в игру, если русские с американцами уже всё сделали? Теоретики убедили, что стоит. В итоге немцы получили шесть элементов: со 107-го по 112-й. Кстати, метод, который они выбрали, разрабатывал в 70-е годы Юрий Оганесян. И он, будучи директором нашей лаборатории, отпустил ведущих физиков помогать немцам. Все удивлялись: «Как это?» Но наука есть наука, здесь не должно быть конкуренции. Если есть возможность получить новые знания, надо участвовать.

Сверхпроводящий ECR-источник — при помощи которого получают пучки высоко-зарядных ионов ксенона, йода, криптона, аргона. Фото: Дарья Голубович/»Кот Шрёдингера»

В ОИЯИ выбрали другой метод?

Андрей Попеко: Да. Оказалось, что тоже удачный. Несколько позже подобные эксперименты стали проводить японцы. И синтезировали 113-й. Мы получили его почти на год раньше как продукт распада 115-го, но не стали спорить. Бог с ними, не жалко. Эта группа японская стажировалась у нас — многих из них мы знаем лично, дружим. И это очень хорошо. В некотором смысле это наши ученики получили 113-й элемент. Они же, кстати, подтвердили наши результаты. Желающих подтверждать чужие результаты немного.

Для этого нужна определённая честность.

Андрей Попеко: Ну да. А как по-другому? В науке, наверное, вот так.

Каково это — изучать явление, которое по-настоящему поймут от силы человек пятьсот во всём мире?

Андрей Попеко: Мне нравится. Я всю жизнь этим занимаюсь, 48 лет.

Большинству из нас невероятно сложно понять, чем вы занимаетесь. Синтез трансурановых элементов — не та тема, которую обсуждают за ужином с семьёй.

Андрей Попеко: Мы генерируем новые знания, и они не пропадут. Если мы можем изучать химию отдельных атомов, значит, обладаем аналитическими методами высочайшей чувствительности, которые заведомо пригодны для изучения веществ, загрязняющих окружающую среду. Для производства редчайших изотопов в радиомедицине. А кто поймёт физику элементарных частиц? Кто поймёт, что такое бозон Хиггса?

Да. Похожая история.

Андрей Попеко: Правда, людей, понимающих, что такое бозон Хиггса, всё же больше, чем разбирающихся в сверхтяжёлых элементах… Эксперименты на Большом адронном коллайдере дают исключительно важные практические результаты. Именно в Европейском центре ядерных исследований появился интернет.

Интернет — любимый пример физиков.

Андрей Попеко: А сверхпроводимость, электроника, детекторы, новые материалы, методы томографии? Всё это побочные эффекты физики высоких энергий. Новые знания никогда не пропадут.

Боги и герои. В честь кого называли химические элементы

Ванадий, V (1801 г.). Ванадис — скандинавская богиня любви, красоты, плодородия и войны (как у неё всё это получается?). Повелительница валькирий. Она же Фрейя, Гефна, Хёрн, Мардёлл, Сюр, Вальфрейя. Это имя дано элементу потому, что он образует разноцветные и очень красивые соединения, а богиня вроде тоже очень красивая.

Ниобий, Nb (1801 г.). Изначально назывался колумбием в честь страны, откуда привезли первый образец минерала, содержащего этот элемент. Но потом был открыт тантал, который практически по всем химическим свойствам совпадал с колумбием. В итоге решено было назвать элемент именем Ниобы, дочери греческого царя Тантала.

Палладий, Pd (1802 г.). В честь открытого в том же году астероида Паллада, название которого тоже восходит к мифам Древней Греции.

Кадмий, Cd (1817 г.). Изначально этот элемент добывали из цинковой руды, греческое название которой напрямую связано с героем Кадмом. Сей персонаж прожил яркую и насыщенную жизнь: победил дракона, женился на Гармонии, основал Фивы.

Прометий, Pm (1945 г.). Да, это тот самый Прометей, который отдал огонь людям, после чего имел серьёзные проблемы с божественными властями. И с печенью.

Самарий, Sm (1878 г.). Нет, это не совсем в честь города Самары. Элемент был выделен из минерала самарскита, который предоставил европейским учёным горный инженер из России Василий Самарский-Быховец (1803-1870). Можно считать это первым попаданием нашей страны в таблицу Менделеева (если не брать в расчёт её название, конечно).

Гадолиний, Gd (1880 г. Назван в честь Юхана Гадолина (1760-1852), финского химика и физика, открывшего элемент иттрий.

Тантал, Ta (1802 г.). Греческий царь Тантал обидел богов (есть разные версии, чем именно), за что в подземном царстве его всячески мучили. Примерно так же страдали учёные, пытаясь получить чистый тантал. На это ушло больше ста лет.

Торий, Th (1828 г.). Первооткрывателем был шведский химик Йёнс Берцелиус, который и дал элементу имя в честь сурового скандинавского бога Тора.

Кюрий, Cm (1944 г.). Единственный элемент, названный в честь двух человек — нобелевских лауреатов супругов Пьера (1859-1906) и Марии (1867-1934) Кюри.

Эйнштейний, Es (1952 г.). Тут всё понятно: Эйнштейн, великий учёный. Правда, синтезом новых элементов никогда не занимался.

Фермий, Fm (1952 г). Назван в честь Энрико Ферми (1901-1954), итало-американского учёного, внёсшего большой вклад в развитие физики элементарных частиц, создателя первого ядерного реактора.

Менделевий, Md (1955 г.). Это в честь нашего Дмитрия Ивановича Менделеева (1834-1907). Странно только, что автор периодического закона попал в таблицу не сразу.

Нобелий, No (1957 г.). Вокруг названия этого элемента долго шли споры. Приоритет в его открытии принадлежит учёным из Дубны, которые назвали его жолиотием в честь ещё одного представителя семейства Кюри — зятя Пьера и Марии Фредерика Жолио-Кюри (тоже нобелевского лауреата). Одновременно с этим группа физиков, работавших в Швеции, предложила увековечить память Альфреда Нобеля (1833-1896). Довольно долго в советской версии таблицы Менделеева 102-й значился как жолиотий, а в американской и европейской — как нобелий. Но в итоге ИЮПАК, признавая советский приоритет, оставил западную версию.

Лоуренсий, Lr (1961 г.). Примерно та же история, что и с нобелием. Учёные из ОИЯИ предложили назвать элемент резерфордием в честь «отца ядерной физики» Эрнеста Резерфорда (1871-1937), американцы — лоуренсием в честь изобретателя циклотрона физика Эрнеста Лоуренса (1901-1958). Победила американская заявка, а резерфордием стал 104-й элемент.

Резерфордий, Rf (1964 г.). В СССР он назывался курчатовием в честь советского физика Игоря Курчатова. Окончательное название было утверждено ИЮПАК только в 1997 году.

Сиборгий, Sg (1974 г.). Первый и единственный до 2016 года случай, когда химическому элементу присвоили имя здравствующего учёного. Это было исключение из правила, но уж больно велик вклад Гленна Сиборга в синтез новых элементов (примерно десяток клеток в таблице Менделеева).

Борий, Bh (1976 г.). Тут тоже была дискуссия о названии и приоритете открытия. В 1992 году советские и немецкие учёные договорились назвать элемент нильсборием в честь датского физика Нильса Бора (1885-1962). ИЮПАК утвердил сокращённое название — борий. Это решение нельзя назвать гуманным по отношению к школьникам: им приходится запомнить, что бор и борий — это совершенно разные элементы.

Мейтнерий, Mt (1982 г.). Назван в честь Лизы Мейтнер (1878-1968), физика и радиохимика, работавшей в Австрии, Швеции и США. Кстати, Мейтнер была одним из немногих крупных учёных, отказавшихся участвовать в Манхэттенском проекте. Будучи убеждённой пацифисткой, она заявила: «Я не стану делать бомбу!».

Рентгений, Rg (1994 г.). В этой клеточке увековечен открыватель знаменитых лучей, первый в истории нобелевский лауреат по физике Вильгельм Рентген (1845-1923). Элемент синтезировали немецкие учёные, правда, в исследовательскую группу входили и представители Дубны, в том числе Андрей Попеко.

Коперниций, Cn (1996 .). В честь великого астронома Николая Коперника (1473-1543). Как он оказался в одном ряду с физиками XIX-XX века, не совсем понятно. И уж совсем непонятно, как называть элемент по-русски: коперниций или коперникий? Допустимыми считаются оба варианта.

Флеровий, Fl (1998 г.). Утвердив это название, международное сообщество химиков продемонстрировало, что ценит вклад российских физиков в синтез новых элементов. Георгий Флёров (1913-1990) руководил лабораторией ядерных реакций в ОИЯИ, где были синтезированы многие трансурановые элементы (в частности, от 102-го до 110-го). Достижения ОИЯИ увековечены также в названиях 105-го элемента (дубний), 115-го (московий — в Московской области расположена Дубна) и 118-го (оганесон).

Оганесон, Og (2002 г.). Первоначально о синтезе 118-го элемента заявили американцы в 1999 году. И предложили назвать его гиорсий в честь физика Альберта Гиорсо. Но их эксперимент оказался ошибочным. Приоритет открытия признали за учёными из Дубны. Летом 2016 года ИЮПАК рекомендовал дать элементу название оганесон в честь Юрия Оганесяна.

химических элементов в организме человека

«И в вас самих. Тогда неужели ты не увидишь? — Сурат ад-дхарийат (стих 21).

Наши тела удивляют нас своими секретами, которые постоянно раскрываются по мере проведения новых научных исследований. Это подтверждает, что независимо от того, насколько мы осведомлены, нам предстоит еще многое сделать. Раньше было трудно убедить людей в том, что их тела содержат химические элементы Периодической таблицы, в том числе ценные, такие как золото и медь.Однако теперь, когда несколько исследований подтвердили, что эти элементы действительно существуют в наших телах, миссия стала намного проще.

Почти 99% массы тела человека состоит из шести основных элементов; а именно: кислород, углерод, водород, азот, кальций и фосфор; 65–90% каждой клетки тела состоит из воды, поэтому кислород и водород являются одними из основных компонентов человеческого тела.

1. Кислород

Химический знак O ₂ ; 65% массы тела человека.

В общем, выживание всех живых организмов зависит от кислорода. Кислород жизненно важен для дыхания; он составляет 20% воздуха, который мы вдыхаем. Человеческий мозг нуждается в кислороде для выполнения своих биологических функций; если кислород не достигнет мозга, тело погибнет через несколько минут. Кислород существует в нашем организме в основном в виде воды; он составляет 89% от веса воды.

2. Углерод

Химический знак C; 18% массы тела человека.

Углерод — четырехвалентный элемент; то есть он может связываться с четырьмя химическими элементами, что делает его фундаментальным атомом в органической химии. Углеродные цепи используются для создания углеводов, жиров и белков; разрыв этих цепей обеспечивает организм энергией.

3. Водород

Химический знак H ₂ ; 10% от массы тела человека.

Водород — основная составляющая ДНК; как таковой, он присутствует в каждой молекуле всех живых клеток.Количество водорода, присутствующего в ДНК, зависит от количества воды в организме человека. Человеческому телу необходимо два с половиной литра воды в день или в зависимости от его веса, чтобы сохранить ДНК здоровой и избежать болезней.

4. Азот

Химический знак N ₂ ; 3% от массы тела человека.

Азот — важнейший компонент протоплазмы клеток животных, а также аминокислоты, образующие белки, и кислоты, образующие ДНК.

5. Кальций

Химический знак Ca; 1,5% от массы тела человека.

Кальций — важный элемент человеческого тела, в основном он сосредоточен в зубах и костях; кальций регулирует белок и мышечные сокращения. Он также сохраняет плотность и прочность костей, регулирует сердцебиение и свертываемость крови.

6. Фосфор

Химический символ P; 1% от массы тела человека.

Фосфор содержится в организме человека в форме фосфатов, атом фосфора, связанный с четырьмя атомами кислорода. Скелет и мозг человека являются резервуарами фосфатов, где они находятся в форме фосфата кальция. Фосфаты также присутствуют в форме энергетической молекулы аденозинтрифосфата (АТФ), которая выделяет 7,3 ккал / моль энергии для выполнения различных биологических функций.

7. Калий

Химический знак K; 0.35% массы тела человека.

Красные кровяные тельца содержат большую часть калия, обнаруженного в организме, затем в мышцах, а затем в ткани мозга. Калий передает нервные сигналы, регулирует сердцебиение и снижает уровень сахара в крови. Он также поддерживает здоровье костей, увеличивает их плотность и предотвращает их хрупкость за счет поддержания баланса кислот, которые хранят кальций в организме.

8. Сера

Химический знак S; 0,25% от массы тела человека.

Сера играет роль в придании белкам формы, необходимой им для выполнения своих функций.

9. Натрий

Химическое обозначение Na; 0,15% от массы тела человека.

Функции натрия аналогичны калию в передаче нервных сигналов между клетками; он также способствует регулированию количества воды в организме.

10. Золото

Химический знак Au; 0.2 мг массы тела человека.

Золото обнаружено в крови; он играет решающую роль в защите тела и сохранении суставов. Это также важный элемент передачи электрических сигналов по всему телу.

Ссылки
gold-traders.co.uk
livescience.com
Thinkco.com
Thinkco.com

Химия жизни: человеческое тело

Примечание редактора: в этой периодической серии статей рассматриваются важные вещи в нашей жизни и химический состав, из которого они состоят. Вы то, что вы едите. Но вы помните, как ели молибден или перекусывали селеном? В организме обнаружено около 60 химических элементов, но что все они там делают, до сих пор неизвестно. Примерно 96 процентов массы человеческого тела состоит всего из четырех элементов: кислорода, углерода, водорода и азота, большая часть которых находится в форме воды. Остальные 4 процента — это редкая выборка из периодической таблицы элементов.

Некоторые из наиболее известных представителей называются макронутриентами, тогда как те, которые встречаются только на уровне миллионных долей или меньше, называются микронутриентами.Эти питательные вещества выполняют различные функции, включая строительство костей и клеточных структур, регулирование pH в организме, перенос заряда и запуск химических реакций. FDA установило стандартную суточную норму потребления 12 минералов (кальций, железо, фосфор, йод, магний, цинк, селен, медь, марганец, хром, молибден и хлорид). Натрий и калий также имеют рекомендуемые уровни, но их лечат отдельно. Однако этим список необходимых элементов не исчерпывается. Сера обычно не упоминается как пищевая добавка, потому что организм получает ее в большом количестве с белками.И есть несколько других элементов, таких как кремний, бор, никель, ванадий и свинец, которые могут играть биологическую роль, но не классифицируются как важные. «Это может быть связано с тем, что биохимическая функция не была определена экспериментальными данными», — сказала Виктория Дрейк из Института Лайнуса Полинга при Университете штата Орегон. Иногда все, что известно, — это то, что лабораторные животные плохо себя чувствовали, когда в их рационе не хватало какого-то несущественного элемента. Однако определить точную пользу, которую приносит элемент, может быть сложно, поскольку они редко попадают в организм в чистом виде.«Мы не рассматриваем их как отдельные элементы, а как элементы, заключенные в соединение», — сказала Кристин Гербштадт, национальный представитель Американской диетической ассоциации. Обычная диета состоит из тысяч соединений (некоторые из которых содержат микроэлементы), действие которых изучается в настоящее время. На данный момент мы можем только сказать наверняка, что делают около 20 элементов. Вот краткое изложение, в скобках указан процент веса тела. Кислород (65%) и водород (10%) преимущественно содержатся в воде, которая составляет около 60 процентов веса тела.Практически невозможно представить жизнь без воды. Углерод (18%) является синонимом жизни. Его центральная роль связана с тем, что он имеет четыре места связывания, которые позволяют строить длинные сложные цепочки молекул. Более того, углеродные связи могут быть образованы и разорваны с помощью небольшого количества энергии, что обеспечивает динамическую органическую химию, происходящую в наших клетках. Азот (3%) содержится во многих органических молекулах, включая аминокислоты, из которых состоят белки, и нуклеиновые кислоты, из которых состоит ДНК. Кальций (1,5%) — самый распространенный минерал в организме человека — почти весь он содержится в костях и зубах. По иронии судьбы, наиболее важная роль кальция заключается в функциях организма, таких как сокращение мышц и регулирование белков. Фактически, организм будет извлекать кальций из костей (вызывая такие проблемы, как остеопороз), если в рационе человека недостаточно этого элемента. Фосфор (1%) содержится преимущественно в костях, но также и в молекуле АТФ, которая обеспечивает клетки энергией для запуска химических реакций. Калий (0,25%) — важный электролит (то есть он несет заряд в растворе). Он помогает регулировать сердцебиение и имеет жизненно важное значение для передачи электрических сигналов в нервах. Сера (0,25%) содержится в двух аминокислотах, которые важны для придания белкам их формы. Натрий (0,15%) — еще один электролит, жизненно важный для передачи электрических сигналов в нервах. Он также регулирует количество воды в организме. Хлор (0,15%) обычно находится в организме в виде отрицательного иона, называемого хлоридом.Этот электролит важен для поддержания нормального баланса жидкости. Магний (0,05%) играет важную роль в структуре скелета и мышц. Он также необходим в более чем 300 основных метаболических реакциях. Железо (0,006%) является ключевым элементом метаболизма почти всех живых организмов. Он также содержится в гемоглобине, который является переносчиком кислорода в красных кровяных тельцах. Половина женщин не получают достаточного количества железа в своем рационе. Фтор (0,0037%) содержится в зубах и костях.Помимо предотвращения кариеса, это не имеет никакого значения для здоровья человека. Цинк (0,0032%) является важным микроэлементом для всех форм жизни. Некоторые белки содержат структуры, называемые «цинковые пальцы», которые помогают регулировать гены. Известно, что дефицит цинка приводит к карликовости в развивающихся странах. Медь (0,0001%) играет важную роль в качестве донора электронов в различных биологических реакциях. Без достаточного количества меди железо не будет нормально работать в организме. Йод (0.000016%) необходим для выработки гормонов щитовидной железы, регулирующих скорость метаболизма и другие клеточные функции. Дефицит йода, который может привести к зобу и повреждению головного мозга, является важной проблемой для здоровья во многих странах мира. Селен (0,000019%) необходим для определенных ферментов, включая некоторые антиоксиданты. В отличие от животных, растениям не нужен селен для выживания, но они поглощают его, поэтому есть несколько случаев отравления селеном при употреблении в пищу растений, выращенных на богатых селеном почвах. Хром (0,0000024%) помогает регулировать уровень сахара, взаимодействуя с инсулином, но точный механизм до сих пор полностью не изучен. Марганец (0,000017%) необходим для некоторых ферментов, в частности для тех, которые защищают митохондрии — место, где внутри клеток вырабатывается полезная энергия — от опасных окислителей. Молибден (0,000013%) необходим практически для всех форм жизни. У людей это важно для преобразования серы в пригодную для использования форму.У азотфиксирующих бактерий он важен для преобразования азота в пригодную для использования форму. Кобальт (0,0000021%) содержится в витамине B12, который важен для образования белка и регуляции ДНК.

Элементы человеческого тела и их действие

Есть несколько способов рассмотреть состав человеческого тела, включая элементы, тип молекулы или тип клеток. Большая часть человеческого тела состоит из воды, H ₂ O, при этом костные клетки состоят из воды на 31%, а легкие на 83%.Поэтому неудивительно, что большую часть массы человеческого тела составляет кислород. На втором месте идет углерод, основная единица органических молекул. 96,2% массы человеческого тела состоит всего из четырех элементов: кислорода, углерода, водорода и азота.

1. Кислород (O) — 65% — Кислород вместе с водородом образуют воду, которая является основным растворителем в организме и используется для регулирования температуры и осмотического давления. Кислород содержится во многих ключевых органических соединениях.
2. Углерод (С) — 18.5% — Углерод имеет четыре места связывания для других атомов, что делает его ключевым атомом для органической химии. Углеродные цепи используются для создания углеводов, жиров, нуклеиновых кислот и белков. Разрыв связи с углеродом — это источник энергии.
3. Водород (H) — 9,5% — Водород содержится в воде и во всех органических молекулах.
4. Азот (N) — 3,2% — Азот содержится в белках и нуклеиновых кислотах, составляющих генетический код.
5. Кальций (Ca) — 1.5% — Кальций — самый распространенный минерал в организме. Он используется в качестве структурного материала в костях, но необходим для регуляции белка и сокращения мышц.
6. Фосфор (P) — 1,0% — Фосфор содержится в молекуле АТФ, которая является основным носителем энергии в клетках. Он также находится в кости.
7. Калий (K) — 0,4% — Калий является важным электролитом. Он используется для передачи нервных импульсов и регуляции сердцебиения.
8. Натрий (Na) — 0.2% — Натрий — важный электролит. Как и калий, он используется для передачи нервных сигналов. Натрий — один из электролитов, который помогает регулировать количество воды в организме.
9. Хлор (Cl) — 0,2% — Хлор — важный отрицательно заряженный ион (анион), используемый для поддержания баланса жидкости.
10. Магний (Mg) — 0,1% — Магний участвует в более чем 300 метаболических реакциях. Он используется для построения структуры мышц и костей и является важным кофактором ферментативных реакций.
11. Сера (S) — 0,04% — Две аминокислоты включают серу. Связки серных форм помогают придать белкам ту форму, которая им необходима для выполнения своих функций.

Многие другие элементы могут быть найдены в очень малых количествах (менее 0,01%). Например, человеческое тело часто содержит следовые количества тория, урана, самария, вольфрама, бериллия и радия. Микроэлементы, которые считаются незаменимыми для человека, включают цинк, селен, никель, хром, марганец, кобальт и свинец.

Не все элементы, находящиеся в организме, необходимы для жизни. Некоторые из них считаются загрязнителями, которые не причиняют вреда, но выполняют неизвестную функцию. Примеры включают цезий и титан. Другие активно токсичны, включая ртуть, кадмий и радиоактивные элементы. Считается, что мышьяк токсичен для человека, но в следовых количествах выполняет функцию у других млекопитающих (коз, крыс, хомяков). Алюминий интересен тем, что он является третьим по распространенности элементом в земной коре, но его роль в организме человека неизвестна.В то время как фтор используется растениями для выработки защитных токсинов и имеет «очевидное полезное потребление» для людей.

Вы также можете просмотреть элементный состав среднего человеческого тела по массе.

Дополнительные ссылки

• Чанг, Раймонд (2007). Химия , 9-е издание. Макгроу-Хилл. ISBN 0-07-110595-6.
• Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы: руководство по элементам от А до Я . ОУП Оксфорд.п. 83. ISBN 978-0-19-960563-7.
• Frausto Da Silva, J. J. R; Уильямс, Р. Дж. П (16 августа 2001 г.). Биологическая химия элементов: неорганическая химия жизни . ISBN 9780198508489.
• , Х. А., В. У. Родвелл; P. A. Mayes, Review of Physiological Chemistry , 16-е изд., Lange Medical Publications, Лос-Альтос, Калифорния, 1977 г.
• Зумдал, Стивен С. и Сьюзан А. (2000). Химия , 5-е издание.Компания Houghton Mifflin. п. 894. ISBN 0-395-98581-1.

Основные элементы — Science Learning Hub

По мере расширения наших знаний о химии живых систем (биохимии) мы узнаем больше об основных элементах. Считается, что такие млекопитающие, как мы, используют только 25 из 116 известных элементов.

Эти элементы, за исключением кислорода, не встречаются как «чистые». Вместо этого они обнаруживаются либо растворенными в воде в ионной форме, такой как ионы натрия и ионы хлорида, либо в виде частей больших молекул, таких как гемоглобин.

Какие элементы присутствуют в организме человека?

Ученые считают, что около 25 известных элементов необходимы для жизни. Всего четыре из них — углерод (C), кислород (O), водород (H) и азот (N) — составляют около 96% человеческого тела.

Эти четыре элемента присутствуют в основной структуре всех биохимических молекул. Например, глюкоза является углеводом, и ее молекулярная формула C ₆ H ₁₂ O ₆ — каждая молекула глюкозы состоит из 6 атомов углерода, 12 атомов водорода и 6 атомов кислорода.

Остальные найденные элементы можно разделить на две основные группы — основные элементы и микроэлементы.

Человеческое тело функционирует в результате большого количества химических реакций, в которых участвуют соединения всех этих элементов.

Микроэлементы важны

Хотя многие элементы требуются в очень небольших количествах, они действительно играют очень важную роль в поддержании эффективной работы организма:

• Большая часть 3–4 граммов железа в организме содержится в гемоглобине, веществе, ответственном за перенос кислорода из легких к остальным частям тела.
• В организме около 75 мг меди, около одной трети которой находится в мышцах. Медь соединяется с определенными белками, чтобы вырабатывать ферменты, которые действуют как катализаторы, помогающие ряду функций организма. Некоторые участвуют в преобразовании меланина для пигментации кожи, а другие помогают формировать поперечные связи в коллагене и эластине и, таким образом, поддерживать и восстанавливать соединительные ткани. Это особенно важно для сердца и артерий. Исследования показывают, что дефицит меди является одним из факторов, повышающих риск развития ишемической болезни сердца.

Хорошо сбалансированная диета обеспечит рабочий организм всеми необходимыми микроэлементами.

Слишком много или слишком мало?

Большое количество основных элементов может оказаться токсичным:

• Избыток меди в рационе может привести к повреждению печени, обесцвечиванию кожи и волос, а также может вызвать гиперактивность у детей.
• Избыток железа в рационе может привести к повреждению сердца и печени.

Недостаток какого-либо важного элемента может привести к ухудшению здоровья и, если его не лечить, может привести к смерти:

• Цинк является компонентом некоторых пищеварительных ферментов и других белков.Недостаток в рационе может привести к задержке роста, чешуйчатому воспалению кожи, репродуктивной недостаточности и снижению иммунитета.
• У людей, страдающих дефицитом железа, проявляются такие симптомы, как недостаток энергии, легкая усталость и одышка.

Природа науки

Научное знание никогда не бывает абсолютным или достоверным. По мере того как ученые узнают больше об основных элементах, необходимых в диете, старые представления, возможно, придется изменить в свете новых данных.

Сопутствующее содержание

Элементы важны для многих вещей — проверьте роль микронутриентов для здоровья человека.Цинк и магний также имеют решающее значение для здоровья

Углерод — это больше, чем просто еще один элемент, как объясняется в статье Углерод — каркасный элемент жизни.

Статья Периодическая таблица элементов дает краткое введение в элементы.

Если вы ищете что-нибудь интересное, команда Научно-учебного центра подготовила коллекцию ресурсов, связанных с периодической таблицей элементов. Войдите, чтобы сделать эту коллекцию частью вашей частной коллекции, просто нажмите на значок копии.Затем вы можете добавить дополнительный контент, примечания и внести другие изменения. Зарегистрировать аккаунт в Science Learning Hubs легко и бесплатно — зарегистрируйтесь, используя свой адрес электронной почты или аккаунт Google. Найдите кнопку «Войти» вверху каждой страницы.

Полезная ссылка

В обширной статье «Все о кислороде» исследуются характеристики кислорода, его биологические функции и процессы, его использование в промышленности и медицине и даже краткое изложение его истории.

Прочтите эту информативную статью об углероде и его биологическом значении для живых организмов из Biology Online.

Основные элементы для жизни

1.8 Основные элементы жизни

Цель обучения

1. Чтобы понять важность элементов для питания.

Из примерно 115 известных элементов только 19, выделенные фиолетовым цветом на рис. 1.26 «Основные элементы периодической таблицы», абсолютно необходимы в рационе человека. Эти элементы, называемые основными элементами, являются любыми из 19 элементов, которые абсолютно необходимы человеку для выживания.Дополнительные семь элементов считаются необходимыми для человека. — ограничиваются первыми четырьмя строками периодической таблицы (см. Главу 32 «Приложение H: Периодическая таблица элементов»), за двумя или тремя исключениями (молибден, йод, и возможно жесть в пятом ряду). Некоторые другие элементы необходимы для определенных организмов. Например, бор необходим для роста некоторых растений, бром широко распространен в морских организмах, а вольфрам необходим для некоторых микроорганизмов.

Рис. 1.26 Основные элементы периодической таблицы

Элементы, которые, как известно, необходимы для жизни человека, показаны фиолетовым цветом; элементы, которые считаются важными, показаны зеленым. Элементы, которые не считаются важными, показаны серым.

Что делает элемент «важным»? По определению, существенный элемент — это элемент, необходимый для жизни и отсутствие которого приводит к смерти. Из-за экспериментальных трудностей, связанных с созданием дефицита, достаточно серьезного, чтобы вызвать смерть, особенно для элементов, которые требуются в очень низких концентрациях в пище, обычно используется несколько более широкое определение.Элемент считается важным, если его дефицит постоянно вызывает ненормальное развитие или функционирование и если пищевая добавка этого элемента — и только этого элемента — предотвращает этот неблагоприятный эффект. Ученые определяют, является ли элемент необходимым, выращивая крыс, цыплят и других животных на синтетической диете, которая была тщательно проанализирована и дополнена приемлемыми уровнями всех элементов , кроме интересующего элемента (E). Сверхчистая среда, в которой используются пластиковые клетки и тщательно удаляется пыль из воздуха, что сводит к минимуму непреднамеренное загрязнение.Если животные нормально растут на диете с минимально возможным содержанием E, то либо E не является важным элементом, либо , либо рацион еще не ниже минимально необходимой концентрации. Если животные не растут нормально на диете с низким содержанием E, то их рацион дополняют E до тех пор, пока не будет достигнут уровень, при котором животные растут нормально. Этот уровень составляет минимально необходимое потребление элемента E.

Классификация основных элементов

Примерный элементный состав здорового человека 70 лет.Взрослый человек весом 0 кг (154 фунта) указан в таблице 1.6 «Примерный элементный состав типичного человека весом 70 кг». Обратите внимание, что большая часть живого вещества состоит в основном из так называемых объемных элементов : кислорода, углерода, водорода, азота и серы — строительных блоков соединений, из которых состоят наши органы и мышцы. Эти пять элементов также составляют основную часть нашего рациона; человеку требуются десятки граммов в день. Шесть других элементов — натрий, магний, калий, кальций, хлор и фосфор — часто называют макроминералами , потому что они обеспечивают основные ионы в жидкостях организма и образуют основные структурные компоненты организма.Кроме того, фосфор является ключевым компонентом как ДНК, так и РНК: генетических строительных блоков живых организмов. Шесть макроминералов присутствуют в организме в несколько меньших количествах, чем основные элементы, поэтому, соответственно, более низкие уровни требуются в рационе. Остальные важные элементы, называемые микроэлементами , присутствуют в очень малых количествах, от нескольких граммов до нескольких миллиграммов у взрослого человека. Наконец, измеримые уровни некоторых элементов обнаружены у людей, но , а не , необходимы для роста или хорошего здоровья.Примерами являются рубидий и стронций, химический состав которых аналогичен химическому составу элементов, расположенных непосредственно над ними в периодической таблице (калий и кальций, соответственно, которые являются важными элементами). Поскольку механизмы извлечения калия и кальция из пищевых продуктов не являются 100% -ными, всасываются небольшие количества рубидия и стронция, биологическая функция которых неизвестна.

Таблица 1.6 Приблизительный элементный состав типичного человека массой 70 кг

Объемные элементы (кг)		Макроминералы (г)
кислород	44	кальций	1700
углерод	12.6	фосфор	680
водород	6,6	калий	250
азот	1,8	хлор	115
сера	0.1	натрия	70
		магний	42
Микроэлементы (мг)
утюг	5000	свинец	35
кремний	3000	барий	21
цинк	1750	молибден	14
рубидий	360	бор	14
медь	280	мышьяк	~ 3
стронций	280	кобальт	~ 3
бром	140	хром	~ 3
банка	140	никель	~ 3
марганец	70	селен	~ 2
йод	70	литий	~ 2
алюминий	35	ванадий	~ 2

Микроэлементы

Поскольку трудно обнаружить низкие уровни некоторых основных элементов, микроэлементы относительно медленно распознавались как важные.Железо было первым. В 17 веке было доказано, что причиной анемии является дефицит железа, и ее часто лечили, дополняя диету экстрактами ржавых гвоздей. Однако только в 19 веке было обнаружено, что следовые количества йода устраняют зоб (увеличенную щитовидную железу). Поэтому поваренная соль «йодирована»: добавляется небольшое количество йода. В 1928 году было показано, что медь необходима для человека, а вскоре после этого — марганец, цинк и кобальт. До 1953 года молибден не был важным элементом, а потребность в хроме, селене, ванадии, фторе и кремнии была продемонстрирована только в последние 50 лет.Кажется вероятным, что в будущем другие элементы, возможно, включая олово, будут обнаружены как важные при очень низких уровнях.

Многие соединения микроэлементов, таких как мышьяк, селен и хром, токсичны и даже могут вызывать рак, но эти элементы обозначены как основные элементы на рис. 1.26 «Основные элементы периодической таблицы». Фактически, есть некоторые свидетельства того, что одна бактерия заменила фосфор мышьяком, хотя это открытие является спорным.Это открыло возможность существования «теневой биосферы» на Земле, в которой жизнь произошла от еще не обнаруженного общего предка. Как могут быть необходимы элементы, токсичные для жизни? Во-первых, токсичность элемента часто зависит от его химической формы — например, только некоторые соединения хрома токсичны, тогда как другие используются в минеральных добавках. Во-вторых, как показано на Рисунке 1.27 «Возможные концентрации основного элемента в рационе», каждый элемент имеет три возможных уровня потребления с пищей: дефицит , оптимальный и токсичный в порядке увеличения концентрации в рационе.Очень низкие уровни потребления приводят к симптомам дефицита. В некотором диапазоне более высоких уровней потребления организм может поддерживать концентрацию элемента в тканях на уровне, который оптимизирует биологические функции. Наконец, при более высоком уровне потребления нормальные регуляторные механизмы перегружаются, вызывая появление токсических симптомов. Каждый элемент имеет свою характеристическую кривую. И ширина плато, и удельная концентрация, соответствующая центру области плато, различаются для разных элементов на несколько порядков.Например, у взрослого человека рекомендуемая суточная доза с пищей составляет 10–18 мг железа, 2–3 мг меди и менее 0,1 мг хрома и селена.

Рис. 1.27. Возможные концентрации основных элементов в рационе

Дефицитная, оптимальная и токсичная концентрации для разных элементов различаются.

Усиление

Как элементы, которые присутствуют в таких крошечных количествах, могут иметь такое большое влияние на здоровье организма? Наши знания о путях, которыми каждый из известных микроэлементов влияет на здоровье, далеко не полные, но некоторые общие особенности очевидны.Микроэлементы участвуют в механизме амплификации ; то есть они являются важными компонентами более крупных биологических молекул, которые способны взаимодействовать или регулировать уровни относительно больших количеств других молекул. Например, витамин B ₁₂ содержит один атом кобальта, который необходим для его биологической функции. Если молекула, уровень которой контролируется следовым элементом, может регулировать уровень другой молекулы и все большего количества молекул, тогда существует возможность экстремального усиления небольших вариаций уровня следового элемента.Одна из целей современных химических исследований — детально выяснить роль основных элементов. В следующих главах мы представим некоторые результаты этого исследования, чтобы продемонстрировать биологическое значение многих элементов и их соединений.

Резюме

Около 19 из примерно 115 известных элементов жизненно важны для человека. Существенный элемент — это элемент, отсутствие которого приводит к аномальной биологической функции или развитию, что предотвращается добавлением этого элемента к пище.Живые организмы содержат относительно большое количество кислорода, углерода, водорода, азота и серы (эти пять элементов известны как основные элементы), а также натрий, магний, калий, кальций, хлор и фосфор (эти шесть элементов известны как макроминералы). Другими важными элементами являются микроэлементы, которые присутствуют в очень небольших количествах. Потребление элементов с пищей варьируется от недостаточного до оптимального и токсичного с увеличением количества; оптимальные уровни для основных элементов сильно различаются.

Ключевые вынос

• Отсутствие некоторых элементов может привести к нарушению биологической функции или развития.

Периодическая таблица и элементы организма

2.1: Периодическая таблица и элементы организма

Обзор

Элементы — это мельчайшие единицы вещества, которые не могут быть расщеплены химическими процессами.Известно 118 элементов, но не все они встречаются в природе, и еще меньше жизненно необходимых. Живое вещество состоит в основном из углерода, азота, водорода и кислорода с меньшим количеством других элементов, таких как кальций, фосфор, калий и сера. Другие элементы также необходимы для жизни, но только в следовых количествах.

Периодическая таблица содержит информацию о физических и химических свойствах элементов

В периодической таблице элементы организованы на основе их физических и химических свойств.Атомный номер элемента соответствует количеству протонов в его ядре, и каждый квадрат в периодической таблице также содержит полное название, химический символ и атомный вес элемента. Число протонов дает информацию о размере элемента, но это не единственный организационный принцип, лежащий в основе структуры периодической таблицы. Элементы организованы в столбцы (группы) и строки (периоды) на основе других физических и химических свойств, таких как реакционная способность, расположение их самых удаленных электронов и способность создавать определенные типы связей.Элементы в одной группе (т. Е. Столбце) различаются по размеру, но имеют много общих химических свойств друг с другом. Напротив, элементы в одном периоде (то есть в ряду) более похожи по размеру и имеют свои электроны, расположенные в аналогичном месте, но сильно различаются по своим химическим свойствам.

Основные элементы и микроэлементы составляют тело человека

Вся жизнь на Земле содержит элементы кислород, углерод, водород и азот. Точнее, 96% человеческого тела состоит из этих четырех элементов.Остальные 4% состоят в основном из кальция, фосфора, калия, серы, натрия, хлора и магния в порядке относительного содержания. Кроме того, некоторые элементы необходимы для человека, но их содержание в организме составляет менее 0,01%; они называются микроэлементами. Несмотря на то, что они присутствуют в небольших количествах, микроэлементы по-прежнему имеют решающее значение для здоровья. Железо, например, играет важную роль в красных кровяных тельцах, помогая связывать кислород, чтобы его можно было транспортировать по кровеносной системе.Недостаток железа может привести к железодефицитной анемии, которая характеризуется симптомами, вызванными недостатком кислорода, включая усталость, одышку, слабость и нерегулярные сердечные ритмы.

Некоторые элементы вредны для живых организмов

Некоторые элементы даже в малых дозах пагубно влияют на здоровье. Ртуть, например, является одним из нескольких тяжелых металлов, которые могут вызывать ряд симптомов в малых дозах — в зависимости от пораженной ткани — и вызывать смерть в больших дозах.Со временем он может накапливаться в тканях многоклеточных организмов, поэтому повторное воздействие является проблемой. Новые способы удаления тяжелых металлов из окружающей среды с использованием биологических методов — биоремедиации — требуют исследований, чтобы понять как химический состав загрязняющих веществ, так и биологию первых организмов, на которые они влияют. Тяжелые металлы часто попадают в пищевую сеть на уровне первичных продуцентов, прежде чем они затронут организмы на более высоких трофических уровнях, такие как люди.

---

Рекомендуемая литература

Райс, Кевин М., Эрнест М. Уокер, Миаозонг Ву, Крис Джиллетт и Эрик Р. Блаф. «Ртуть в окружающей среде и ее токсическое воздействие». Журнал профилактической медицины и общественного здравоохранения 47, no. 2 (31 марта 2014 г.): 74–83. [Источник]

Элемент группы азота

| Свойства, использование и список

Элемент группы азота , любой из химических элементов, составляющих 15-ю группу (Va) периодической таблицы. Группа состоит из азота (N), фосфора (P), мышьяка (As), сурьмы (Sb), висмута (Bi) и московия (Mc).У элементов есть определенные общие черты в химическом поведении, хотя они четко отличаются друг от друга химически, и это сходство отражает общие черты электронных структур их атомов.

Британская викторина

Периодическая таблица элементов

Проверьте свою связь с периодической таблицей элементов в этой викторине по всем 118 химическим элементам и их символам.Возможно, вы знакомы с химическими символами водорода и кислорода, но можете ли вы сопоставить такие низкопрофильные элементы, как гадолиний и эрбий, с их соответствующими символами?

Наверное, никакая другая группа элементов не знакома неспециалисту лучше, чем эта группа. Хотя шесть элементов вместе составляют менее 0,2 процента от веса земной коры, они приобретают значение, намного превышающее их численность. Особенно это касается элементов азота и фосфора, которые составляют 2.4 и 0,9 процента соответственно от общей массы тела человека.

Азотные элементы имеют, пожалуй, самый широкий диапазон физического состояния из любой группы в периодической таблице. Азот, например, представляет собой газ, который сжижается при температуре около -200 ° C и замерзает около -210 ° C, тогда как висмут представляет собой твердое вещество, плавящееся при 271 ° C и кипящее примерно при 1560 ° C. является широким, азот и фосфор являются типичными неметаллами; мышьяк и сурьма, металлоиды; и висмут, металл.Даже по внешнему виду эти элементы очень разнообразны. Азот бесцветен как в газообразном, так и в жидком виде. Фосфор существует во множестве физических модификаций или аллотропных форм, включая знакомую белую высокореактивную форму, которую необходимо хранить под водой, чтобы предотвратить ее возгорание на воздухе; гораздо менее реактивная красная или фиолетовая форма; и черная модификация, которая, хотя и наименее известна, кажется наиболее стабильной из всех. Мышьяк существует в основном в виде тускло-серого металлического твердого вещества, но также известна более реакционная желтая твердая форма, и есть признаки того, что при определенных условиях существуют другие формы.Сурьма — это серебристое, металлическое, но несколько хрупкое твердое вещество; а висмут — это серебристо-белый металл с розовым оттенком в блеске.

Вместе с углеродом, водородом, кислородом и серой первые два члена этой группы, азот и фосфор, являются основными химическими элементами, включенными в живые системы. Азот и фосфор легко удаляются из почвы в результате роста растений и поэтому являются чрезвычайно важными компонентами растительной пищи. Такие обозначения, как «5–10–5» на коммерческих удобрениях, представляют соответствующий массовый процентный состав материала с точки зрения азота, оксида фосфора и оксида калия (калий является третьим основным элементом, необходимым для здорового роста растений).Азот в удобрениях может быть в форме нитратов натрия или калия, аммиака, солей аммония или различных органических комбинаций.