XVI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке. Летняя площадка 2022

Кальций – 1,4 кг

Натрий – 150г

Калий – 100г

Магний – 200г

Железо – 5г.

Кроме того, имеются металлы, встречающиеся в организме только в виде следов, но, несмотря на это, также жизненно необходимые: цинк, алюминий, литий, бериллий, барий, стронций, рубидий, ванадий, хром, кадмий. Если сжечь тело человека, от него останется около 3 кг золы.

Один досужий англичанин оценил стоимость всех элементов, входящих в состав человеческого тела в указанных количествах, всего в два фунта стерлингов. В давние времена, после англо – французской войны, Англия предъявила счет городу Ганноверу за каждого павшего кавалериста 11 талеров, а за павшую лошадь – 90 талеров! Таким образом, восемь кавалеристов стоили меньше одной лошади. Своеобразная цена человеческой жизни!С металлами «внутри нас» далеко не все ясно. Здесь много неразгаданного, и, может быть, самое интересное и удивительное впереди!

Основополагающий вопрос проектной работы

«Какова роль металлов в организме?»

Проблемные вопросы

•Откуда в моем организме металлы?

• Функционирование каких органов зависит от содержания в них металлов?

• Каковы последствия при недостатке металлов в организме?

• Каковы последствия при избытке металлов в организме?

Учебные вопросы

•Как классифицируют металлы?

• Какие металлы относятся к макроэлементам?

• Какие элементы относятся к микроэлементам?

• Что значит "металлы жизни"?

• Как действуют некоторые опасные и высокоопасные металлы?

Металлическая составляющая человека

Известно, что организм человека на 3% состоит из металлов. И хотя 69 металлов присутствуют в клетках в разных количествах, все они играют важную роль в процессах, протекающих в организме. Металлические соединения входят в состав ферментов, регулирующих скорость протекания жизненно важных процессов, способствуют сохранению равновесия в клетках.

Щелочные и щелочноземельные металлы содержатся в организме человека в наиболее заметных количествах по сравнению с другими металлами: кальций - 1050 г на 70 кг веса, магний - более 40 г/70 кг, натрий - 105 г/70 кг и калий - 250 г/70 кг. Соединениям этих металлов принадлежит большая роль в протекании многих биологических процессов и обеспечении нормальной жизнедеятельности организма. Ионы калия и натрия регулируют водно-солевой баланс. Медьсодержащие ферменты и белки ответственны за жизненно важные реакции организма: синтез гемоглобина, рост, скелетообразование, развитие и функционирование центральной и периферической нервной системы, работу сердца, клеточное дыхание, умственное и физическое развитие, зрение.

В наших жилах –

Кровь, а не водица.

В.Маяковский.

Слово «руда» когда-то означало кровь. И не напрасно наши предки связывали цвет руды с цветом крови. Сегодня мы знаем: и крови, и руде цвет придаёт железо, хотя оно содержится и не во всей крови, а только в красных тельцах – эритроцитах, где сосредоточено в гемоглобине. Про железо мы знаем немало. О гемоглобине многие имеют лишь общее представление. Однако именно гемоглобину природа доверила один из самых своих тончайших процессов – доставку кислорода живой клетке. Если быть совсем точным, то перенос кислорода в организме осуществляется не гемоглобин, а заключенное в нем железо. Итак, первый металл – железо, знакомый и незнакомый! Железо – один из самых распространенных элементов. Но то, что мы носим в себе железо, настоящий тяжелый металл, в таком количестве, из которого можно сделать вязальную спицу, и что от этих трех граммов железа зависит наша возможность существования больше, чем от всех машин вместе взятых, что без этой вязальной спицы в нашем теле мы не сможем прожить ни одной секунды, - это самое странное, что мы только знаем о смеси всех химических элементах нашего тела. Когда железо было открыто в крови человека, весь мир был потрясен этим открытием, и многие были полны самых фантастических ожиданий, Железо у нас в крови! Что это может дать? К чему приведет это открытие?! Одни стали надеяться, что из крови врагов, собирая ее на полях сражений, можно будет ковать оружие. Другие предлагали делать памятные медали прославленных деятелей и ученых из их крови. В каждых пяти литрах крови содержится 3 грамма железа. Железо входит в состав гемоглобина. Кислород присоединяется к гемоглобину с помощью железа. Без него человек не мог бы дышать. Представим себе, что какой-то магнит вдруг вытянет из нашей крови все атомы железа. Что тогда произойдет? Гемоглобин не сможет присоединить к себе кислорода и разнести его по тканям тела для обмена на углекислоту, то есть человек не сможет дышать и тотчас же умрет от удушья.

В условиях обычного умеренного климата здоровому человеку требуется в продуктах питания 10-15 мг железа в день. Этого количества вполне достаточно, чтобы покрыть его потери из организма. Железо, поступающее с пищей, усваивается в кишечнике и переносится в кровеносные сосуды, где захватывается особым транспортным белком. Основное количество железа циркулирует в нашем организме, часть накапливается в ферритине (красно-коричневом водорастворимом белке), а совсем уж незначительное количество оседает в виде нерастворимых гранул белка гемосидерина. В ферритине и гемосидерине железо может храниться долго – до тех пор, пока оно не потребуется организму, например, при потере крови. Тогда запасное железо используется для синтеза гемоглобина. В животных тканях железо находится и в совершенно особом состоянии, в виде соединения с ДНК, имеющего самое прямое отношение к тайнам тайн наследственных организмов. В ряде районов Московской области в водопроводной воде отмечена большая концентрация железа, что приводит к заболеваниям печени, крови и вызывает аллергические реакции. Так, жители г. Железнодорожного текущую из крана жидкость назвали весьма оригинально: "наш железный коктейль". Употребляя такую воду, вскоре станешь настоящим "железным дровосеком"!

Я должен все уразуметь, …..

Зачем нам мед, зачем нам медь…..

С.Городецкий

Весьма сходную с железом роль в нашем организме играет медь. В организме человека содержание меди ничтожно – несколько больше 70 мг. И тем не менее эти миллиграммы меди жизненно необходимы. Но именно точно отмеренные миллиграммы. В живых организмах медь впервые была обнаружена в 1808 году известным французским химиком Луи Вокленом. Повышенное содержание меди в органах центральной нервной системы – явление не случайное. Серое вещество мозга из правого и левого полушарий содержит разное количество меди. Известно, что полушария развиты неодинаково. У человека левое полушарие более активно и содержит больше различных биологически активных металлов. Больше всего меди находится в подкорковых образованиях, связанных с осуществлением двигательных функций. Именно правое полушарие ответственно за координацию и пространственное перемещение, левое же контролирует язык и речь. Но бывает, что правое полушарие развивается быстрее левого и становится более активным, выполняя в некоторой степени функции и левого полушария. В этом случае человек становится левшой. Как же влияет медь на функции мозговых полушарий? Известно: количество этого металла меняется при инфекционных заболеваниях, таких, например, как энцефалит. Медики вполне уверенно говорят о связи уровня меди с такими заболеваниями, как шизофрения и эпилепсия, которые возникают при нарушениях функции мозга. Препараты меди с успехом применяются для снижения возбудимости при психических заболеваниях. Одним из самых интересных ферментов, содержащих медь, является тирозиназа, открытая еще в XIX веке. Особенностью тирозиназы является ее способность катализировать окисление аминокислоты тирозина, в результате чего образуется черный пигмент меланин. Именно он вызывает пигментацию кожи у человека, проявляющуюся в виде различных пигментных пятен. С тирозиназой связана и такая аномалия, как альбинизм. Тирозиназе принадлежит основная роль и при развитии меланомы – одной из разновидностей рака кожи, возникающего из клеток, вырабатывающих меланин. Вот ведь как важна во всем мера: отсутствие или неактивное состояние тирозиназы приводит к альбинизму, а чрезмерная ее активность – к развитию злокачественных образований.. С потологическим обменом меди в организме связано сравнительно редкое, но очень тяжелое заболевание – красная волчанка.

Какое совершенство в каждом листике

И в каждом легкокрылом лепестке!

Природа говорит, не зная мистики,

На самом натуральном языку.

И это утвержденье не случайное!

Не как попало и не на авось

Соединилось явное и тайное,

Далекое и близкое сошлось.

М.Лисянский

Магний не относится к металлам древности, но его природные соединения применяли издавна. Осмысленное применение солей магния в медицине следует отнести к XVII. С этим связывают историю, которая приключилась засушливым летом 1618 года с английским пастухом Генри Уикером. Он пас стадо в окрестностях города Эпсома и в поисках хоть какой-нибудь лужи, из которой можно было бы напоить жаждущую скотину, набрел на яму с водой. К его разочарованию, коровы пить воду не стали, так как она оказалась очень горькой. Зато незадачливый пастух стал первооткрывателем нового минерального источника, прославившегося затем на весь мир своей горькой солью. Магния на Земле очень много. По распространенности в земной коре он занимает 8-е место. Наиболее распространенными в природе металлы являются и важнейшими для живых организмов. Что касается магния, то вряд ли будет преувеличением назвать его главным металлом жизни. В нашем организме содержится 20г этого металла. Ион двухвалентного магния является прекрасным биологическим активатором и, вероятно, поэтому он входит в состав большой группы ферментов, которые называются киназами и выполняют важную функцию переноса фосфатной группы от молекулы АТФ на различные субстраты. За это их еще называют фосфатотрансферразами. Важную роль играют ионы магния, связывая между собой субъединицы рибосом – внутриклеточных частиц, состоящих из рибонуклеиновых кислот, участвующих в синтезе белка. Как установили медики, особое значение магний имеет для состояния сердечнососудистой системы. Недостаток его способствует заболевание инфарктом миокарда. Переутомление и раздражение – тоже весьма частые наши спутники – тоже зависят от содержания магния в организме: в крови уставших людей концентрация его падает ниже нормы. Магний особенно необходим для костной ткани, около 60% его содержится в костях и зубах, причем из этого количества примерно треть может быть оперативно мобилизована для нужд организма. 20% магния находится в мышцах, 19% – в других энергоемких органах организма (мозг, сердце, печень, почки и др.) и 1% – во внеклеточной жидкости. В крови 60-75% магния находится в ионизированной форме. Приготовление пищи по системе фаст-фуд (быстрой пищи) – приводит к потерям 70-80% магния. В большинстве самых распространенных продуктов питания магний представлен скудно. Магний участвует в процессах обезвреживания токсинов в печени, защищает от радиации. Магний защищает от попадания тяжелых металлов в организм (напр. свинца), и выводит их из обмена веществ. Магний необходим для укрепления костной ткани, зубов, волос и ногтей. Итак, магний, как никакой другой элемент, важен для протекания многих метаболических процессов в организме. Неслучайно он созвучен с латинским словом «magnum», одно из значений которого означает «великий».

Что делается

В механике,

И в химии,

И в биологии, -

Об этом знают лишь избранники,

Но, в общем, пользуются многие:

Излечиваются хворости,

Впустую сила мышц не тратится…

Л.Мартынов

Средневековые саксонские рудокопы своими заклятыми врагами считали зловредных гномов – кобольдов, живших глубоко под землей. Это именно из-за их колдовских проделок подчас не удавалось из найденной серебряной руды получить драгоценный металл. Более того, часто при плавке такой руды выделялись ядовитые газы, которые отравляли металлургов. Считалось, что именно так маленькие уродцы мстят людям, осмелившимся вторгнуться в их подземные кладовые. Со временем рудознатцы все же научились отличать истинную серебряную руду от «нечистой». Шведский химик Георг Брандт, выделивший из такой «нечистой» руды в 1735 году неизвестный металл, похожий на сталь с синеватым отливом, назвал его кобальтом. Под этим именем сегодня и известен химический элемент №27. Настоящая тайна кобальта, разгаданная лишь в настоящее время, была связана со страшной болезнью – злокачественным малокровием. Заболевшие считались приговоренными к смерти. Впервые эту болезнь описал английский врач Томас Аддисон в 1855 году. У больных, страдавший злокачественной анемией, резко снижалось выделение желудочного сока и появлялся совершенно необычный процесс образования эритроцитов, какой наблюдался разве что у внутриутробного пятимесячного плода. Лишь в 20-е годы ХХ века стараниями американских медиков, изучавших влияние различных компонентов пищи на кроветворение, кое-что прояснилось. Было установлено, что наиболее благотворно действуют на образование красных кровяных шариков витамины группы В, которыми богата печень. Больным, употреблявшим печень, особенно сырую, удавалось задерживать развитие смертельной болезни. Витамин имеет молекулярную массу 1357, а кобальт в этой молекуле находится в трехвалентном состоянии. Получив витамин , человечество открыло путь к избавлению от злокачественного малокровия. В нашем организме содержится лишь 1,5 мг кобальта. Но попробуйте обойтись без них!

Видишь мрамор? Это просто кальций.

Химия. Породистый кристалл.

И.Сельвинский

 Общее содержание кальцияорганизме человека составляет примерно 1,9% общего веса человека, при этом 99% всего кальция приходится на долю скелета и лишь 1% содержится в остальных тканях и жидкостях организма. Кальций в пище, как растительной, так и животной, находится в виде нерастворимых солей. Всасывание их в желудке почти не происходит. Абсорбция кальциевых соединений происходит в верхней части тонкого кишечника, главным образом в 12-перстной кишке. Здесь на всасывание оказывают большое влияние желчные кислоты. Физиологическая регуляция уровня кальция в крови осуществляется гормонами паращитовидных желез и витамином D через посредство нервной системы.    Кальций участвует во всех жизненных процессах организма. Нормальная свертываемость крови, происходит только в присутствии солей кальция. Кальций играет важную роль в нервно-мышечной возбудимости тканей. При увеличении в крови концентрации ионов кальция и магния нервно-мышечная возбудимость уменьшается, а при увеличении концентрации ионов натрия и калия - повышается. Кальция в нашем организме содержится больше, чем остальных металлов, вместе взятых, - целый килограмм! Костяная ткань может чрезвычайно быстро реагировать на изменение водно-солевого состава крови и служит своеобразным буфером, поддерживающим постоянное равновесие внутренней среды организма. Нет ничего удивительного, что наша потребность в кальции велика: у взрослых 8 мг на 1 кг веса, у беременных и кормящих женщин – 24мг, а у грудных детей – даже до 50мг. И если в организм взрослого человека кальций попадает с разнообразной пищей, то у младенцев единственным его источником является молоко. Особенно важное значение для обогащения организма ионами кальция имеет питьевая вода. По содержанию растворенных солей кальция природную воду обычно делят на жесткую, когда их много, и мягкую – с пониженной их концентрацией. Жесткая вода гораздо полезнее для нас, потому что богаче кальцием. Медики установили статистическую закономерность: чем мягче питьевая вода, тем чаще встречаются сердечнососудистые заболевания.

Душа и сердце будто бы из хрома:

Блестят на солнце…

И.Кузмичева

Хром в небольших количествах находится в большинстве пищевых продуктов и напитков. Среднее суточное потребление хрома с пищей составляет приблизительно 50—80мкг. Содержание хрома в продуктах питания, производимых в США, колеблется от 0,175 до 0,470 мг/кг. Потенциальным источником повышения концентрации хрома в пищевых продуктах является загрязнение окружающей среды сточными водами.
По биологическому действию на организм хром является необходимым элементом. Основная его роль заключается в поддержании нормального уровня глюкозы в организме. Недостаток металла в организме приводит к нарушению углеводного и липидного обмена и может привести к диабету и атеросклерозу. Хорошо известны также острые и хронические заболевания, вызванные воздействием на организм избыточного содержания хрома и его соединений. Рабочие кожевенных заводов страдают хронической язвой, возникающей под действием соединений хрома (VI). У людей, работающих с хромом и его соединениями, встречаются аллергическая экзема и другие формы дерматита, а также рак верхних дыхательных путей и легких. Наиболее распространенными признаками хронической интоксикации хромом являются поражения слизистой оболочки носа и носовой перегородки, верхних дыхательных путей, кожи, глаз. Нет достаточных доказательств, что хром, обычно попадающий в пищу из исходного сырья или из хромированной посуды при приготовлении, отрицательно влияет на здоровье человека. Однако введение в организм больших количеств дихромата калия приводит к смертельным отравлениям. Летальной для человека является концентрация 3—8 г/сут, токсинной —200 мг/сут. Меньшие количества хрома вызывают повреждения почек и печени.

Что огнем сожжено и свинцом залито -
Того разорвать не посмеет никто!

А.Блок

Во многих домах старой постройки до сих пор нередко используются свинцовые водопроводные трубы - они очень долговечные. Там, где свинцовых труб нет, зачастую был использован свинцовый припой. Ведь свинец опасен даже в небольших количествах! Он ухудшает репродуктивную функцию, ослабляет центральную нервную систему и может вызывать проблемы с поведенческим и эмоционально-психическим развитием у детей, так как детский организм усваивает гораздо больший процент свинца, чем организм взрослого человека. У людей старшего возраста свинец повышает кровяное давление и ухудшает слух.

Повышенное содержание свинца в организме вызывает анемию (малокровие), почечную недостаточность и умственную отсталocть. Свинец откладывается в костях, приводит к изменениям в центральной нервной системе (полиневриты, церебральный артериосклероз), крови (снижение гемоглобина, уменьшение числа эритроцитов), желудочно-кишечном тракте (спастический хронический колит), а также к нарушению обмена веществ, многих ферментов и гормонов.

Алюминий всем знаком!

Нам исправно служит он.

С.Машков

Алюминий парализует нервную и иммунные системы, способствует развитию болезни Альцгеймера. Ученые подозревают, что алюминий накапливается в долгоживущих клетках, таких как нервные клетки, и действует на них как нейротоксин, вызывая дегенеративные повреждения в мозге. Уничтожающе он действует на детский организм.

Алюминий попадает в организм, главным образом, с продуктами питания, а также с питьевой содой, солью, витаминами и даже с зубной пастой. Основные источники алюминия - это промышленные предприятия, посуда и бытовые приборы. Отложение алюминия в мягких тканях может способствовать развитию в них фиброзных изменений. Токсичность алюминия во многом связана с его антагонизмом по отношению к кальцию и магнию, способностью влиять на функции околощитовидных желез, легко образовывать соединения с белками, накапливаясь в почках, костной ткани, центральной нервной системе. Признаками воздействия алюминия на ЦНС могут быть ухудшение памяти, нервозность, склонность к депрессии, трудности в обучении, более быстрое наступление старческого слабоумия.

Необходимо учитывать, что свинец и алюминий относятся к классу "высокоопасных веществ". Алюминиевую посуду называют посудой бедняков, так как этот металл способствует развитию старческого атеросклероза. При приготовлении пищи в такой посуде алюминий частично переходит в организм, где и накапливается.

Вот на шейке у козленка

Колокольчик звякнул: «Дзынк!

Я латунный, желтый, звонкий,

А в латуни - Медь и Цинк!»

Д.Ильин

Многие века истинным бедствием человечества был диабет, или, как еще его называют, сахарная болезнь. Не вдаваясь в подробности, можно сказать, что диабет возникает при недостатке в организме инсулина. Резко нарушается обмен веществ. В крови и моче появляется сахар. Инсулин был открыт лишь в 1921 году, и сразу же его стали использовать для лечения больных диабетом. В 30-х годах американские исследователи Д.Скотт и А.Фишер установили, что в кристаллическом препарате инсулина присутствует цинк. Открытие цинка в карбоангидразе помогло понять биологическую роль металлов вообще. Именно с этого металла началась «цинковая эра» в биохимии и медицине. Сейчас доказана необходимость цинка для функции эндокринных желез, для синтеза белков, для участия в механизме клеточного деления. Выясняется серьезная роль этого металла в развитии не только диабета, но и таких крайне тяжелых болезней, как цирроз печени и лейкемия. Обмен цинка в нашем организме имеет отношение к проблеме атеросклероза. Помимо всего прочего цинку принадлежит важная роль в развитии скелета. И в то же время имеются факты, говорящие о том, что повышенное содержание этого металла в организме оказывает канцерогенное действие. Видный советский физик Э.Л.Андроникашвили, исследуя со своими сотрудниками опухолевые ткани, обратил внимание на значительное содержание в них цинка. Впоследствии была установлена связь раковых образований с количеством цинка, поступающим в организм. Недостаток цинка в пище замедляет развитие всего организма. С этой причиной связывают карликовый рост представителей некоторых африканских народностей. Наша ежедневная потребность в цинке около 15мг, а общее его количество в организме не превышает 2г, т.е. его у нас в два раза меньше, чем железа. После всасывания через слизистую оболочку кишечника цинк поступает в кровь и разносится по всему организму.

Зарею марганец по небу расплескался…

Д.Ильин

Пожалуй, самое популярное вещество, содержащее марганец, - марганцовка, или перманганат калия. Это хорошее дезинфицирующее средство. Взаимозаменяемость ионов марганца и магния проявляется весьма любопытно в синтезе ДНК. С участием магния этот синтез идет медленно, но верно. Марганец же весьма ускоряет процесс, но при этом могут быть сбои, являющиеся причиной различных отклонений от заданной программы наследственности – мутацией. Пока известно только два фермента, в состав которых входит марганец. Это пируват карбоксилаза и арганаза. Но в качестве активатора марганец служит для многих энзимов. Он стимулирует синтез холестерина и жирных кислот, а также принимает участие в кроветворении, способствуя лучшему усвоению железа. И все же самая, пожалуй, важная функция марганца – его участие в синтезе витамина С.

Молибден же - молодец:

Прочный, твердый, тугоплавкий!

Д.Ильин

Молибден включают в группу микроэлементов. О важности молибдена для жизненных процессов мы уже знаем хотя бы потому, что он входит в состав активного центра нитрогеназы – фермента, катализирующего превращения азота. У человека молибден обнаружен в ксантиноксидазе – ферменте, участвующем в обмене пуринов, и в альдегидоксидазе, контролирующей превращения спиртов на стадии окисления альдегидов (иными словами, защищающей организм от отравления) Предполагают также, что молибден в малых дозах стимулирует образование гемоглобина, в больших же – тормозит этот процесс. Баланс молибдена в нашем организме очень важен. Увеличение уровня этого металла связывают с подагрой, при которой, как известно, происходит отложение солей мочевой кислоты в различных органах и тканях. При этом суставы деформируются, что затрудняет передвижение. Недаром в переводе с греческого подагра буквально означает «капкан для ног». Самые большие концентрации молибдена обнаружены в печени и коже. Печень вообще богата различными веществами, в том числе и металлами, и это естественно, так как она является хранилищем многих элементов. Повышенное содержание молибдена в нашей коже – пока загадка.

В широком море должен ты начать!

Сперва там влага в малом жизнь слагает,

А малое малейших братьев жрет,

И понемногу все растет, растет –

И так до высшей точки достигает.

И.Гете

Натрий и калий можно назвать если и не металлами-близнецами. То уж наверняка металлами – братьями. И натрий, и калий совершенно необходимы организму и являются важнейшими металлами жизни. Но так как их действие взаимообусловлено, то говоря об одном из них, нельзя забывать и про другой. Натрий и калий относятся к активнейшим металлам. В природе они встречаются только в виде минералов, в основном в соединениях с активнейшим хлором. Интересно, что и натрий, и калий, и хлор в отдельности губительны для всего живого, а в соединениях это необходимейшие для жизнедеятельности вещества. Металлы-братья, попадая в организм, выполняют разнообразные функции. Однако здесь, находясь в виде ионов, они действуют по разные стороны стенки клетки. Стенка клетки не только отделяет ее от внеклеточного пространства, но и является полупроницаемой мембраной, разделяющей растворы разной концентрации. Наши металлы – натрий и калий находятся в растворе в виде катионов – положительно заряженных ионов. Ионы калия находятся преимущественно внутри клеток, а ионы натрия – во внеклеточном пространстве. Именно этот факт представляет собой одно из удивительнейших и не совсем пока объясненных феноменов жизни. Казалось бы, все должно бы быть наоборот: ведь ион натрия почти в 1,5 раза меньше иона калия, он легче проникает через мембраны и, следовательно, в самой клетке его должно было бы быть больше, чем неповоротливых ионов калия. Однако, ионы натрия легче притягивают к себе молекулы воды, образуя вокруг себя толстую гидратную оболочку, препятствующую проходу через мембрану. Собственно говоря, поэтому и считают, что натрий способен удерживать воду. Вот почему издавна солдат в летних походах, чтобы уменьшить жажду, кормили селедкой. Сегодня по этой же причине в горячих цехах рабочих обеспечивают подсоленной водой. Разделенные мембранами ионы калия и натрия становятся главными исполнителями еще одного удивительного действа – передачи нервного импульса. Значительное место отводится металлам-братьям также и в биохимических представлениях о мозговой деятельности.

Натрий содержится во всех пищевых продуктах. Однако для покрытия потребностей организма в нем в качестве основного источника используется поваренная соль. По разным источникам суточная потребность в этом макроэлементе колеблется от 0.5 до 1.5 г.

Общее содержаниекалия в организме человека составляет примерно 250г. Калию свойственна способность, разрыхлять клеточные оболочки, делая их проницаемыми для прохождения солей. Калий необходим для ясности ума, избавления от шлаков, лечения аллергии.

Недостаток калия проявляется замедлением роста организма и нарушением половых функций, вызывает мышечные судороги, перебои в работе сердца. При применении внутрь даже больших доз калия, его токсическое действие не проявляется за исключением случаев почечной недостаточности.

Экспериментальная часть.

«Ешь кашу да похваливай»

Каша – национальное русское блюдо. Ее любят и взрослые, и дети. Проследим ее путь до нашего стола.
Почва – это магический кристалл, составляющая биосферы, дающая жизнь растениям. В настоящее время в результате низкой агрокультуры, применения гербицидов и пестицидов, водной эрозии, засоления, загрязнения тяжелыми металлами происходит разрушение почвы, ее деструкция.
Слой плодородного гумуса – подлинный барьер, фильтрующий и поглощающий яды тяжелых металлов, т. к. его адсорбционная способность велика.
«Если мы будем продолжать накапливать металлы, способность земли поддерживать жизнь катастрофически уменьшится. Возможно также, что новые металлорганические соединения, безопасные для злаков, попадут с ними в организм человека, где они могут стать уже не столь безопасными», – пишет американский биолог Б.Коммонер.

Опыт 1. Внесем в воду следующие ионы: Fe³⁺, Pb²⁺, Cu²⁺, Cl^-. Наличие этих ионов в растворе подтвердим следующими реакциями:

Для обнаружения иона воспользуемся желтой кровяной солью :

4Fe +3 = ↓+12KCl

4 Fe³⁺ + = ↓ (образуется темно-синий осадок берлинской лазури)

Или роданидом аммония:

+ 3CNS = Fe↓ + 3Cl

+ 3CN = Fe↓ (образуется осадок цвета крови)

При добавлении к данному раствору раствора сульфида натрия выпадает осадок PbS и CuS черного цвета:

А) Pb + S = PbS ↓ + 2NaCl

+ = PbS ↓

Б) Сu + S = CuS ↓ + 2NaCl

+ = CuS ↓

Поэтому нужно взять еще пробу и добавить раствор гидроксида натрия, чтобы определить ион меди:

Cu + 2NaOH = Cu ↓ +2NaCl

+ 2 = Cu↓ (выпадает осадок синего цвета)

Или воспользоваться раствором желтой кровяной соли:

2Cu + = ↓ + 4KCl

2 = ↓ (бурое окрашивание)

Чтобы определить ионы кобальта и никеля нужно взять пробы растворов их солей и подействовать избытком аммиака:

А) Co + 6N = (розовое окрашивание)

конц.

+ 6N =

Б)Ni + 4N = (голубое окрашивание)

конц.

+ 4N =

Опыт 2. В какой посуде мы готовим пищу? В алюминиевой? Алюминий накапливается в мозговой ткани, вызывая психическую болезнь – шизофрению. Для анализа на ионы Al³⁺ к нескольким каплям исследуемого раствора прибавим 2н. раствор NaOH до сильнощелочной реакции (проба на лакмус). Затем прибавим 1–2 капли 0,2%-го раствора ализарина и несколько капель 2н. CH₃COOH до кислой реакции. В присутствии Al³⁺ раствор окрашивается в красный цвет.

Экологически чистой можно считать эмалированную посуду. Однако при нарушении целостности покрытия эту посуду использовать нежелательно. Металлическая основа под эмалью – это техническое железо, которое может содержать тяжелые металлы. Железо необходимо для организма, но избыток его ионов вызывает зашлаковывание организма на клеточном уровне.

Опыт 3. Осаждение белка солями тяжелых металлов.

В стакан помещаем сырое яйцо и добавляем раствор соли свинца Pb(NO₃)₂. Видим появление белых хлопьев, произошла денатурация белка.

Белки также при взаимодействии с солями меди, ртути, серебра и других тяжелых металлов денатурируются и выпадают в осадок. Однако при избытке некоторых солей наблюдается растворение первоначально образовавшегося осадка. Это связано с накоплением ионов металла на поверхности денатурированного белка и появлением положительного заряда на белковой молекуле.

Реактивы:

1) яичный белок, 1% раствор;

2) сульфат меди, 10% раствор;

3) нитрат серебра, 5% раствор.

Ход определения. В три пробирки вносят по 5 капель белка. В первую добавляют 1 каплю ацетата свинца, в третью - 1 каплю нитрата серебра. Во всех пробирках выпадает осадок. Затем в первую пробирку добавляют 10 капель нитрата серебра - растворения осадка нет.

 Человек в основном состоит из белка, и разрушительное действие тяжелых металлов этими опытами наглядно показано.

Заключение.

В проектной работе были представлены металлы, биологическое действие которых доказано наиболее полно. Но, конечно, ими не ограничивается содержание металлов в организме. Их там гораздо больше. Содержание металлов в нашем организме привлекло к себе и криминалистов. Дело в том, что судебные медики выявили определенную зависимость между концентрациями различных микроэлементов, благодаря чему можно идентифицировать не только биологический материал, но и установить причину смерти: болезнь, травму или отравление. Разработка методов ранней диагностики на основе микроэлементного анализа стоит сегодня на повестке дня, особенно остро для сердечнососудистых заболеваний. О причинах, вызывающих раковые заболевания, имеется много различных гипотез. Одна из них имеет отношение к этому проекту. Ее авторы усмотрели причину рака в проникновении в живые клетки «чужеродного» металла, который, конкурируя с «родным» металлом того или иного фермента, вызывает изменение его активности. Таким образом, противораковая стратегия, основанная на этой гипотезе, заключается в том, чтобы подобрать вещество, которое могло бы удалять из организма такие «вредоносные» металлы. Вредные металлы можно выводить с помощью лигандов, связывающих их в комплексы. В заключение хочу отметить, что биометаллы вызывают к себе интерес не только тем, что они связаны с процессами жизнедеятельности. Исследование их свойств, особенно проявляющихся при ферментативном катализе и фотосинтезе, позволяет надеяться на создание принципиально новых процессов химической технологии и энергетики. В случае успеха сегодня даже трудно представить масштабы изменений, которые могут вторгнуться в нашу жизнь.

Список литературы:

1. Ребров В.Г., Громова О.А. Витамины и микроэлементы. «Магний». М, Алев-В: 2006, стр.403-435.

2. Алешин С.В. Вещества жизни: кальций, магний и витамин Д. М, Орто.ру: 2007.

3. Бабенко Г. А., Решеткина Л. П. Применение микроэлементов в медицине.— К.: Здоровье, 2005.— 220 с.

4.Касавин В.С. Мир костной ткани. «Наука», М.2004

5. Макаров К.А. Химия и медицина «Просвещение», М, 2001

6. Либерман Е.А. Живая клетка. «Наука», М.2002

7.Уильямс д. «Металлы жизни», «Мир», М.2005